CN102831959B - 无铅环保太阳能光伏电池用银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无铅环保太阳能光伏电池用银浆及其制备方法，其由A、B两部分浆料等比例混合球磨而成。本发明制备出来的银浆中不含铅，对人体和环境危害性小，完全符合环保要求；本发明在银浆中选用了同粒径的银粉与其它导电粒子填充银粉间的间隙，提高了膜层的堆积密度，增加粒子间的接触面积，降低了膜层的收缩力，从而提高了银浆的导电能力；本发明在导电浆料中添加了铝粉和铜粉能够有助于降低银浆生产成本，同时改善银浆的导电性能，从而达到了降低太阳能电池制造成本的目的，取得了良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种无铅环保太阳能光伏电池用银浆及其制备方法，属于太阳能电池导电浆料制备技术领域。
背景技术
太阳能电池的导电银浆由银粉、玻璃粘合剂、有机溶剂等原材料按不同配比制备而成，其中银粉作为导电介质；玻璃粘合剂在高温烧结时熔化，在银粉和硅基底之间形成欧姆接触；有机溶剂主要起分散和包裹的作用，将银粉颗粒均匀的
包裹起来，使得导电银浆中的银粉不容易产生沉淀和氧化。
目前太阳能电池导电银浆所采用的玻璃粘结剂是一种Bi-Si-Pb玻璃混合粉末，这种玻璃粉虽然具有软化温度低，电性能稳定等优点，但是该体系含铅比例较高，对环境的污染较大，不符合环保要求。在太阳能电池日益普及的情况下，含铅太阳能电池导电银浆的使用已受到限制，不久将逐渐淘汰，必须研制高导电性能的环保导电银浆，以满足大规模太阳能电池生产需求。目前技术银浆中的银粉的含量高于70%以上，生产成本比较高，降低银浆成本是银浆是降低太阳能电池片成本的一个重要环节，也能够让太阳能电池更具有市场优势；另外在现有的银浆中使用银粉的粒径基本上是一致的，这样若银粉粒径过大，丝网印刷会出现裂纹，而且会增大接触电阻，若银粉粒径过小，银粉会出现团聚问题，影响银粉分布的均匀性，因此有必要对银粉的粒径进行有效调控。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无铅环保太阳能光伏电池用银浆及其制备方法，在满足太阳能电池电性能的前提下，使太阳能电池符合国际市场对太阳能电池的环保环保要求，同时降低银浆生产成本，使太阳能电池更具有市场优势。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
无铅环保太阳能光伏电池用银浆由A、B两部分浆料等比例混合球磨而成，其两部分组成原料的重量份为：
A浆料：
1-5μm银粉40-50、30-60nm银粉10-15、30-60nm铜粉10-15、玻璃粉A 8-12、有机载体A 15-20，所述的玻璃粉A由下列重量份的原料制成：Bi2O3 20-40、B2O3 10-20、SiO2 5-10、Co2O3 2-8、ZnO 2-5、V2O5 1-5、Al2O3 1-5，所述的有机载体A由下列重量份的原料制成：甘油30-40、乙二醇苯醚15-20、丁基卡必醇10-20、硝酸纤维素5-10、甲基丙烯酸银2-5、添加剂1-5；
B浆料：
1-5μm银粉5-10、61-90nm铝粉 5-10、玻璃粉B 3-6、有机载体B 5-10,所述的玻璃粉B由下列重量份的原料制成：SiO2 10-20、B2O3 5-10、BaO5-8、CaO 2-5、AgO2 2-5、ZrO2 1-5、SnO2 1-3，所述的有机载体B由下列重量份的原料制成：丁基卡必醇 10-20、丁基卡必醇醋酸酯5-10、石油醚5-10、丙烯酸树脂2-5、甲酸银1-3、添加剂0-3。
无铅环保太阳能光伏电池用银浆的制备方法，包括以下步骤：
（1）玻璃粉A的制备
按配方配比称取各原料，放入震动球磨机球磨1-2h，球磨后均匀混合物，放于1000-1200℃高温烧结炉内熔制2-3 h，然后用常温去离水淬火，在80-90℃烘干后震动研磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6 h，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉，10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2 h，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
按配方配比称取各原料，放入震动球磨机球磨1-2h，球磨后均匀混合物，放于1000-1200℃高温烧结炉内熔制2-3 h，然后用常温去离水淬火，在80-90℃烘干后震动研磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6 h，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉，10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2 h，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
按配方配比将甘油、乙二醇苯醚、丁基卡必醇混匀，在80-110℃下，依次加入硝酸纤维素、甲基丙烯酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
按配方配比将丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、石油醚混匀，在80-110℃下，依次加入丙烯酸树脂、甲酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
将步骤（1)所制得的不同粒径的玻璃粉A加入步骤（3）所制得的有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm银粉、30-60nm银粉、30-60nm铜粉，混和2-3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
将步骤（2)所制得的不同粒径的玻璃粉B加入步骤（4）所制得的有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm银粉、61-90nm铝粉，混和2-3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为120-200Pa·s，即得本发明太阳能光伏电池用银浆。
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：丙三醇三甘油酸酯2-5、己烯基双硬脂酰胺0.5-1、卵磷脂2-5、乙烯基二苯甲烷0.5-1、有机改性膨润土2-5、异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯1-3、聚丙烯酸2-4。
本发明的有益效果如下：
1、本发明制备出来的银浆中不含铅，对人体和环境危害性小，完全符合环保要求；
2、本发明在银浆中选用了同粒径的银粉与其它导电粒子填充银粉间的间隙，提高了膜层的堆积密度，增加粒子间的接触面积，降低了膜层的收缩力，从而提高了银浆的导电能力；
3、本发明制备出来的银浆和硅片膨胀系数匹配性好，收缩小，成品率高，电阻小，不会形成气孔，不会形成裂纹；
4、本发明在导电浆料中添加了铝粉和铜粉能够有助于降低银浆生产成本，同时改善银浆的导电性能，从而达到了降低太阳能电池制造成本的目的，取得了良好的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
（1）玻璃粉A的制备
取以下重量份的原料：Bi2O3 24份、B2O3 15份、SiO2 8份、Co2O3 7份、ZnO 4份、V2O5 3份、Al2O3 3份，放入震动球磨机球磨2h，球磨后均匀混合物，放于1100℃高温烧结炉内熔制2 h，然后用常温去离水淬火，在90℃烘干后震动研磨，过300目筛，冷却，再在650℃保温6 h，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到1μm玻璃粉，12μm玻璃粉和24μm玻璃粉，再分别用25%盐酸浸泡2 h，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
取以下重量份的原料：SiO2 16份、B2O3 6份、BaO 8份、CaO 4份、AgO2 3份、ZrO2 3份、SnO2 2份，放入震动球磨机球磨1h，球磨后均匀混合物，放于1050℃高温烧结炉内熔制2 h，然后用常温去离水淬火，在80℃烘干后震动研磨，过300目筛，冷却，再在600℃保温5 h，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到2μm玻璃粉，12μm玻璃粉和20μm玻璃粉，再分别用20%盐酸浸泡2 h，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
取以下重量份的原料：甘油30份、乙二醇苯醚20份、丁基卡必醇20份、硝酸纤维素8份、甲基丙烯酸银3份、添加剂3份，
按配方配比将甘油、乙二醇苯醚、丁基卡必醇混匀，在106℃下，依次加入硝酸纤维素、甲基丙烯酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
取以下重量份的原料：丁基卡必醇 15份、丁基卡必醇醋酸酯10份、石油醚5份、丙烯酸树脂3份、甲酸银2份、添加剂2份,
按配方配比将丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、石油醚混匀，在98℃下，依次加入丙烯酸树脂、甲酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
取以下重量份的原料：3μm银粉40份、36nm银粉15份、42nm铜粉15份、玻璃粉A 10份、有机载体A 18份，
将玻璃粉A加入有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔300分钟依次加入3μm银粉、36nm银粉、42nm铜粉，混和3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
取以下重量份的原料：2μm银粉8份、78nm铝粉 8份、玻璃粉B 4份、有机载体B 8份,
将玻璃粉B加入有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔30分钟依次加入2μm银粉、78nm铝粉，混和3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为145Pa·s，即得本发明太阳能光伏电池用银浆。
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：丙三醇三甘油酸酯4份、己烯基双硬脂酰胺0.7份、卵磷脂3份、乙烯基二苯甲烷0.8份、有机改性膨润土4份、异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯2份、聚丙烯酸3份。
采用丝网印刷机将银浆印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在160℃干燥，再在800℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度9 N/cm,锡焊性能良好，方阻＜10 Siements/sq，制备的太阳能电池光电转化效率为18.6%,，拉力测试结果为附着力>10N/mm2。
实施例2
（1）玻璃粉A的制备
取以下重量份的原料：Bi2O3 30份、B2O3 20份、SiO2 6份、Co2O3 4份、ZnO 3份、V2O5 4份、Al2O3 2份，放入震动球磨机球磨2h，球磨后均匀混合物，放于1200℃高温烧结炉内熔制3 h，然后用常温去离水淬火，在90℃烘干后震动研磨，过200目筛，冷却，再在700℃保温6 h，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到5μm玻璃粉，14μm玻璃粉和25μm玻璃粉，再分别用30%盐酸浸泡2 h，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
取以下重量份的原料：SiO2 20份、B2O3 10份、BaO 6份、CaO 3份、AgO2 4份、ZrO2 3份、SnO2 2份，放入震动球磨机球磨2h，球磨后均匀混合物，放于1100℃高温烧结炉内熔制3 h，然后用常温去离水淬火，在90℃烘干后震动研磨，过200目筛，冷却，再在700℃保温5 h，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到4μm玻璃粉，10μm玻璃粉和25μm玻璃粉，再分别用20%盐酸浸泡2 h，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
取以下重量份的原料：甘油40份、乙二醇苯醚15份、丁基卡必醇18份、硝酸纤维素10份、甲基丙烯酸银5份、添加剂3份，
按配方配比将甘油、乙二醇苯醚、丁基卡必醇混匀，在108℃下，依次加入硝酸纤维素、甲基丙烯酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
取以下重量份的原料：丁基卡必醇 20份、丁基卡必醇醋酸酯8份、石油醚8份、丙烯酸树脂5份、甲酸银2份、添加剂份1份,
按配方配比将丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、石油醚混匀，在96℃下，依次加入丙烯酸树脂、甲酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
取以下重量份的原料：3μm银粉50份、48nm银粉15份、35nm铜粉12份、玻璃粉A 12份、有机载体A 20份，
将玻璃粉A加入有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔40分钟依次加入3μm银粉、48nm银粉、35nm铜粉，混和3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
取以下重量份的原料：4μm银粉10份、86nm铝粉 10份、玻璃粉B 5份、有机载体B 10份,
将玻璃粉B加入有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔40分钟依次加入4μm银粉、86nm铝粉，混和3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为160Pa·s，即得本发明太阳能光伏电池用银浆。
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：丙三醇三甘油酸酯5份、己烯基双硬脂酰胺1份、卵磷脂4份、乙烯基二苯甲烷1份、有机改性膨润土5份、异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯3份、聚丙烯酸3份。
采用丝网印刷机将银浆印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在160℃干燥，再在800℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度8 N/cm,锡焊性能良好，方阻＜10 Siements/sq，制备的太阳能电池光电转化效率为19.4%,，拉力测试结果为附着力>10N/mm2。
Claims (2)
1.一种无铅环保太阳能光伏电池用银浆，其特征在于，其由A、B两部分浆料等比例混合球磨而成，其两部分组成原料的重量份为：
A浆料：
1-5μm银粉40-50、30-60nm银粉10-15、30-60nm铜粉10-15、玻璃粉A 8-12、有机载体A 15-20，所述的玻璃粉A由下列重量份的原料制成：Bi2O3 20-40、B2O3 10-20、SiO2 5-10、Co2O3 2-8、ZnO 2-5、V2O5 1-5、Al2O3 1-5，所述的有机载体A由下列重量份的原料制成：甘油30-40、乙二醇苯醚15-20、丁基卡必醇10-20、硝酸纤维素5-10、甲基丙烯酸银2-5、添加剂1-5；
B浆料：
1-5μm银粉5-10、61-90nm铝粉 5-10、玻璃粉B 3-6、有机载体B 5-10,所述的玻璃粉B由下列重量份的原料制成：SiO2 10-20、B2O3 5-10、BaO5-8、CaO 2-5、AgO2 2-5、ZrO2 1-5、SnO2 1-3，所述的有机载体B由下列重量份的原料制成：丁基卡必醇 10-20、丁基卡必醇醋酸酯5-10、石油醚5-10、丙烯酸树脂2-5、甲酸银1-3、添加剂0-3；
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：丙三醇三甘油酸酯2-5、己烯基双硬脂酰胺0.5-1、卵磷脂2-5、乙烯基二苯甲烷0.5-1、有机改性膨润土2-5、异丙基二硬脂酰氧基铝酸酯1-3、聚丙烯酸2-4。
2.一种如权利要求1所述的无铅环保太阳能光伏电池用银浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）玻璃粉A的制备
按配方配比称取各原料，放入震动球磨机球磨1-2h，球磨后均匀混合物，放于1000-1200℃高温烧结炉内熔制2-3 h，然后用常温去离子水淬火，在80-90℃烘干后震动研磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6 h，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉，10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2 h，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
按配方配比称取各原料，放入震动球磨机球磨1-2h，球磨后均匀混合物，放于1000-1200℃高温烧结炉内熔制2-3 h，然后用常温去离子水淬火，在80-90℃烘干后震动研磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6 h，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉，10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2 h，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
按配方配比将甘油、乙二醇苯醚、丁基卡必醇混匀，在80-110℃下，依次加入硝酸纤维素、甲基丙烯酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
按配方配比将丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、石油醚混匀，在80-110℃下，依次加入丙烯酸树脂、甲酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
将步骤（1)所制得的不同粒径的玻璃粉A加入步骤（3）所制得的有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm银粉、30-60nm银粉、30-60nm铜粉，混和2-3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
将步骤（2)所制得的不同粒径的玻璃粉B加入步骤（4）所制得的有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm银粉、61-90nm铝粉，混和2-3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为120-200Pa·s，即得本发明太阳能光伏电池用银浆。
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