CN102903421A - 一种低银含量晶体硅太阳电池背面银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低银含量晶体硅太阳电池背面银浆，该浆料由以下质量份配比的原料制成：银粉45-52份，无机粘结剂2-6份，有机粘合剂35-45份，添加剂1-10份。本发明还公开了上述低银含量晶体硅太阳电池背面银浆的制备方法。本发明克服了低银含量浆料的电性能差的缺点，通过使用球状银粉和片状银粉的混合粉末作为导电相，在降低了银粉用量的同时保证了较好的电性能。本发明还通过加入分散剂、流平剂、润湿剂、附着力增进剂等添加剂克服了低银含量对浆料性能带来的不利影响。本发明产品应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.2%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥16.8%；应用于晶体硅太阳电池上的焊接平均拉力>3N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。

Description

一种低银含量晶体硅太阳电池背面银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳电池用背面银浆，同时，本发明还涉及所述浆料的制备方法。

背景技术

太阳能发电是直接将太阳辐射能转换为电能，是所有清洁能源中对太阳能的转换环节最少、利用最直接的方式。目前，主要的太阳电池是晶体硅太阳电池。由于晶体太阳电池比传统发电的成本高，使其安装应用受到了一定的限制，在未来一段时间内仍不能成为主流能源。提高太阳电池的光电转换效率和降低太阳电池的成本是未来晶体硅太阳电池发展的主要方向。

背面银浆是制备晶体硅太阳电池的一种重要辅料，通常采用丝网印刷工艺将其印刷烧结于电池背面，作为背面电极。背面银浆需要具有良好的导电性、印刷性能、焊接性。银浆主要由导电相银粉、无机粘结剂、有机粘合剂以及其他添加剂组成。其中银粉为导电介质；无机粘结剂在高温烧结时熔化，在银粉和硅基底之间形成欧姆接触；有机粘合剂主要起分散和包裹作用，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。银粉是组成导电银浆最关键的材料，其质量及填充量直接或间接影响浆料及最终形成导体的性能，但是银粉的价格相对其他导电金属粉较高。传统银浆中的银粉含量较高，导致银浆的成本居高不下，影响太阳电池成本的降低。因此，在保持银浆优良性能的基础上，可以通过降低其中银粉的含量来降低银浆的成本，进而降低太阳电池的生产成本。

公开号为CN102354545A的中国发明专利申请公开了一种硅太阳电池背场用银电极浆料及其制备方法，硅太阳电池背电场用银电极浆料其重量百分数组成为：球形银粉60～70wt%、片状银粉0～5wt%、高温软化点玻璃粉2～6wt%、低温软化点玻璃粉1～3wt%、有机粘合剂20～30wt%。所述球状银粉粒径0.5～2.5μm，振实密度在4.5g/ml以上，所述片状银粉粒径是5μm以下，振实密度在4.0g/ml以上，所示的高温软化点玻璃粉是PbO₃-B₂O₃-SiO₂-ZnO玻璃体系，所述的低温软化点玻璃粉是Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃体系，该发明浆料应用与硅太阳能电池片背电场的银电极，经链带炉的快速高温烧结后，附着性能强，耐焊性好，产品的光电转换效率高。

公开号为CN102262940A的中国发明专利申请公开了一种晶体硅太阳能电池用背面银浆的制备方法，包括下述步骤：1）制备有机载体：按重量百分比将乙基纤维素树脂加入到溶剂中，在恒温水槽中完全溶解后，筛网过滤得到有机载体；步骤2）：背面银浆的制备：将重量百分比为1.0～5.0%的无铅玻璃粉、56.0～76.0%的片状银粉、0.2～2%的无机添加物、步骤1）制备好的10%～30%有机载体、3%～12%的溶剂、0.1%～1%的增塑剂和0.1%～1%的分散剂混合均匀，三辊机上分散至20μm以下，即得晶体硅太阳能电池用背面银浆。该浆料具有优异的印刷性，烧结后与硅片和铝形成良好的欧姆接触，可焊性好，电池转化效率高。

公开号为CN102324263A的中国发明专利申请公开了一种用于太阳能电池的银浆，该银浆包括：银粉、无铅玻璃粉、有机载体，有机载体由有机溶剂和有机添加剂组成，银粉为球形/或鳞片形，银粉的粒径包括有粗、细两种；无机玻璃粉采用镧、硼、锌玻璃体系，其组分包括：La₂O₃、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO、Na₂O、LiO₂、V₂O₅和P₂O₅。其制备方法为：将上述无铅玻璃粉原料混合均匀后放于高温马孚炉进行加热、保温，再将熔化后的玻璃粉末颗粒淬火后进行球磨；将有机溶剂和有机添加剂按比例进行混合搅拌均匀即可；将银粉，无机玻璃粉，有机载体，进行称重在容器中搅拌均匀放入三辊研磨机中进行球磨，即得到均匀的用于太阳能电池的银浆。在满足太阳能电池电性能的前提下，还能够满足无铅环保要求。

目前公知的晶体硅太阳能电池用背面银浆主要存在以下缺点：（1）浆料中银含量较高，由于银的价格非常昂贵，使得银浆的价格居高不下；（2）光电转换效率较低，间接提高了太阳电池的生产成本；（3）附着力低，不能满足太阳电池关于附着力的要求；（4）焊接性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低银含量晶体硅太阳电池背面银浆，使用该背面银浆可降低晶体硅太阳电池用背面银浆的成本，提高其光电转换效率。在满足硅太阳电池各方面性能要求的前提下，降低晶体硅太阳电池的成本，促进其规模化安装应用。

本发明的另一目的在于提供一种简单高效的低银含量晶体硅太阳电池背面银浆的制备方法。

本发明提供的一种低银含量晶体硅太阳电池背面银浆，由以下质量份配比的原料制成：银粉45-52份，无机粘结剂2-6份，有机粘合剂35-45份，添加剂1-10份。

优选地，所述银粉为球形银粉和片状银粉的混合物，其中，球形银粉的表面包覆有表面处理剂，纯度大于99.90%，平均粒度0.5-4.0μm，振实密度3.5-6.5g/cm³，烧蚀率0.3-0.9%；片状银粉的纯度大于99.90%，平均粒度3.0-6.0μm，振实密度3.0-4.5g/cm³；所述无机粘结剂由以下质量份配比的原料制成：SiO₂ 3-10份，B₂O₃ 15-25份，Al₂O₃ 2-7份，Bi₂O₃ 20-40份，PbO 0-50份，P₂O₅ 3-5份，ZnO 5-15份，ZrO₂ 1-3份；所述有机粘合剂由以下质量份配比的原料制成：乙基纤维素4-8份，酚醛树脂1-3份，苯甲醇2-10份，松油醇25-40份，丁基卡必醇10-35份，丁基卡必醇醋酸酯15-35份；所述添加剂为各种市售分散剂、流平剂、润湿剂和附着力增进剂中的一种或几种。

本发明提供的一种低银含量晶体硅太阳电池背面银浆的制备方法，包括以下步骤：

（1）将制备有机粘合剂的原料在反应釜内溶解，得到均一、透明的有机粘合剂；

（2）将制备无机粘结剂的原料混合均匀后，装入瓷坩埚中，在数显鼓风干燥箱中于135±10℃干燥后，放入高温炉中，于900-1100℃熔炼，水淬后烘干，然后球磨至8μm以下，烘干得到无机粘结剂；

（3）将所述银粉、无机粘结剂、有机粘合剂及添加剂混合均匀，然后使用搅拌机搅拌分散，然后使用三辊研磨机进行研磨分散至细度＜17.5μm，粘度15000-45000mPa·S，得到低银含量晶体硅太阳电池背面银浆产品。

上述制备方法中，所述步骤（1）中溶解的温度为80-120℃；所述步骤（2）中干燥的时间为3-4小时，熔炼的时间为50-90分钟；所述步骤（3）中搅拌机搅拌分散的时间为8-10小时。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明产品的银含量低，降低了成本。通过加入分散剂、流平剂、润湿剂、附着力增进剂等添加剂克服了低银含量对浆料性能造成的不利影响。并且本发明产品采用球状银粉和片状银粉的混合粉末作为导电材料，提高了银电极的导电性能，确保背银在银含量较低的情况下仍保持良好的电池转换效率。较之常见的高银含量的银浆，本发明产品应用于单晶硅太阳电池上的量产时平均转换效率≥18.2%，应用于多晶硅太阳电池上的量产时平均转换效率≥16.8%；应用于晶体硅太阳电池上的焊接拉力>3N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。

具体实施方式

以下实施例仅用于阐述本发明，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例。所述技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容和各参数所取范围，均可实现本发明的目的。

实施例1

1）制备无机粘结剂：按质量份SiO₂ 3份，B₂O₃ 20份，Al₂O₃ 7份，Bi₂O₃ 30份，PbO 23份，P₂O₅4份，ZnO 10份和ZrO₂ 3份。将上述原料混合均匀后，装入瓷坩埚中，在数显鼓风干燥箱中于135℃干燥3.5小时后，放入高温炉中，于950℃熔炼60分钟，水淬后烘干，然后球磨至8μm以下，烘干得到无机粘结剂。

2）制备有机粘合剂：按质量份乙基纤维素6份，酚醛树脂2份，苯甲醇7份，松油醇35份，丁基卡必醇35份，丁基卡必醇醋酸酯15份。将上述原料在反应釜内100℃下溶解，得到均一、透明的有机粘合剂。

3）银粉：球状银粉的纯度大于99.90%，平均粒度0.6-0.8μm，振实密度3.5-3.9g/cm³，烧蚀率0.7%；片状银粉的纯度大于99.90%，平均粒度5.0-6.0μm，振实密度3.5-4.0g/cm³。

4）添加剂：各种市售分散剂、流平剂、润湿剂、附着力增进剂等中的一种或几种。

按质量份银粉45份，无机粘结剂5份，有机粘合剂40份，添加剂10份，混合均匀，然后使用搅拌机搅拌分散10小时，然后使用三辊研磨机进行研磨分散至细度＜17.5μm，粘度为21000mPa·S，得到低银含量晶体硅太阳电池背面银浆产品。

将浆料用325目丝网分别印刷于125mm×125mm单晶和多晶硅片上（厚度180±20μm），按晶体硅太阳电池的生产工艺流程制成电池片后测试其光电转换效率的数据为：应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.2%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥16.8%。

将上述印烧了背面银浆的硅电池片按以下方法进行焊接附着力检验：将烧结后的硅片平放，背银电极朝上。经助焊剂处理的焊带平铺在背电极上方，平行紧贴在背电极中央，其中一端超出硅片边缘。用已预热的焊咀（若使用含铅焊带，预热至330℃；若使用无铅焊带，预热至420℃）按压并缓慢滑过焊带，将焊带焊接在背银电极上。将超出硅片边缘端的焊带反向180°弯折，将硅片固定在夹具中，将折起端焊带固定在万能试验机拉力测试头上，以100 mm/min恒速、180°撕拉。经测量，其焊接平均拉力>3N。

实施例 2

1）制备无机粘结剂：按质量份SiO₂ 10份，B₂O₃ 23份，Al₂O₃ 3份，Bi₂O₃ 40份，PbO 2份，P₂O₅5份，ZnO 15份和ZrO₂ 2份。将上述原料混合均匀后，装入瓷坩埚中，在数显鼓风干燥箱中于140℃干燥3.5小时后，放入高温炉中，于1100℃熔炼80分钟，水淬后烘干，然后球磨至8μm以下，烘干得到无机粘结剂。

2）制备有机粘合剂：按质量份乙基纤维素4份，酚醛树脂1份，苯甲醇10份，松油醇40份，丁基卡必醇10份，丁基卡必醇醋酸酯35份。将上述原料在反应釜内120℃下溶解，得到均一、透明的有机粘结剂。 

3）银粉：球状银粉的纯度大于99.90%，平均粒度0.6-0.8μm，振实密度3.5-3.9g/cm³，烧蚀率0.7%；片状银粉的纯度大于99.90%，平均粒度5.0-6.0μm，振实密度3.5-4.0g/cm³。

4）添加剂：各种市售分散剂、流平剂、润湿剂、附着力增进剂等中的一种或几种。

按质量份银粉50份，无机粘结剂2份，有机粘合剂45份，添加剂3份，混合均匀，然后使用搅拌机搅拌分散9小时，然后使用三辊研磨机进行研磨分散至细度＜17.5μm，粘度为28000mPa·S，得到低银含量晶体硅太阳电池背面银浆产品。按实施例1的焊接拉力试验方法测得的焊接平均拉力>3N。

实施例 3

1）制备无机粘结剂：按质量份SiO₂ 4份，B₂O₃ 15份，Al₂O₃ 2份，Bi₂O₃ 20份，PbO 50份，P₂O₅ 3份，ZnO 5份和ZrO₂ 1份。将上述原料混合均匀后，装入瓷坩埚中，在数显鼓风干燥箱中于130℃干燥4小时后，放入高温炉中，于900℃熔炼90分钟，水淬后烘干，然后球磨至8μm以下，烘干得到无机粘结剂。

2）制备有机粘合剂：按质量份乙基纤维素8份，酚醛树脂3份，苯甲醇4份，松油醇30份，丁基卡必醇30份，丁基卡必醇醋酸酯25份。将上述原料在反应釜内120℃下溶解，得到均一、透明的有机粘结剂。

3）银粉：球状银粉的纯度大于99.90%，平均粒度0.6-0.8μm，振实密度3.5-3.9g/cm³，烧蚀率0.7%；片状银粉的纯度大于99.90%，平均粒度5.0-6.0μm，振实密度3.5-4.0g/cm³。

4）添加剂：各种市售分散剂、流平剂、润湿剂、附着力增进剂等中的一种或几种。

按质量份银粉52份，无机粘结剂6份，有机粘合剂35份，添加剂7份，混合均匀，然后使用搅拌机搅拌分散10小时，然后使用三辊研磨机进行研磨分散至细度＜17.5μm，粘度为42000mPa·S，得到低银含量晶体硅太阳电池背面银浆产品。按实施例1的焊接拉力试验方法测得的焊接平均拉力>3N。

Claims (9)

1.一种低银含量晶体硅太阳电池背面银浆，其特征在于：由以下质量份配比的原料制成：银粉45-52份，无机粘结剂2-6份，有机粘合剂35-45份，添加剂1-10份。

2.根据权利要求1所述的低银含量晶体硅太阳电池背面银浆，其特征在于：所述银粉为球形银粉和片状银粉的混合物，其中，球形银粉的表面包覆有表面处理剂，纯度大于99.90%，平均粒度0.5-4.0μm，振实密度3.5-6.5g/cm³，烧蚀率0.3-0.9%；片状银粉的纯度大于99.90%，平均粒度3.0-6.0μm，振实密度3.0-4.5g/cm³。

3.根据权利要求1所述的低银含量晶体硅太阳电池背面银浆，其特征在于：所述无机粘结剂由以下质量份配比的原料制成：SiO₂ 3-10份，B₂O₃ 15-25份，Al₂O₃ 2-7份，Bi₂O₃ 20-40份，PbO 0-50份，P₂O₅ 3-5份，ZnO 5-15份，ZrO₂ 1-3份。

4.根据权利要求1所述的低银含量晶体硅太阳电池背面银浆，其特征在于：所述有机粘合剂由以下质量份配比的原料制成：乙基纤维素4-8份，酚醛树脂1-3份，苯甲醇2-10份，松油醇25-40份，丁基卡必醇10-35份，丁基卡必醇醋酸酯15-35份。

5.根据权利要求1所述的低银含量晶体硅太阳电池背面银浆，其特征在于：所述添加剂为各种市售分散剂、流平剂、润湿剂和附着力增进剂中的一种或几种。

6.一种权利要求1所述的低银含量晶体硅太阳电池背面银浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将制备有机粘合剂的原料在反应釜内溶解，得到均一、透明的有机粘合剂；

（2）将制备无机粘结剂的原料混合均匀后，装入瓷坩埚中，在数显鼓风干燥箱中于135±10℃干燥后，放入高温炉中，于900-1100℃熔炼，水淬后烘干，然后球磨至8μm以下，烘干得到无机粘结剂；

   （3）将所述银粉、无机粘结剂、有机粘合剂及添加剂混合均匀，然后使用搅拌机搅拌分散，然后使用三辊研磨机进行研磨分散至细度＜17.5μm，粘度15000-45000mPa·S，得到低银含量晶体硅太阳电池背面银浆产品。

7.根据权利要求6所述的低银含量晶体硅太阳电池背面银浆的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中溶解的温度为80-120℃。

8.根据权利要求6所述的低银含量晶体硅太阳电池背面银浆的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中干燥的时间为3-4小时，熔炼的时间为50-90分钟。

9.根据权利要求6所述的低银含量晶体硅太阳电池背面银浆的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中搅拌机搅拌分散的时间为8-10小时。