CN103021567A

CN103021567A - 一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法

Info

Publication number: CN103021567A
Application number: CN2012105134376A
Authority: CN
Inventors: 张宇阳
Original assignee: Irico Group Corp
Current assignee: Irico Group Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，包括以下步骤，将重量百分比分别为：SiO₂ 8％～32％、PbO 32％～70％、B₂O₃ 5％～30％、CaO 1％～12％、TiO₂ 2％～10％和ZnO 1％～10％混合均匀、过筛；按重量百分比将甲基纤维素树脂8％～24％加入到76％～92％的溶剂中，过滤；按重量百分比将硼硅酸锌玻璃粉1～5％、超细银粉30～75％、纳米银粉10～45％、有机载体6％～15％、溶剂4％～8％和助剂0.2％～1％，搅拌、分散，过筛。该浆料具有优异的印刷性，烧结后与硅片形成好的合金，栅线电极高度高、串联电阻低、电池转化效率高的特点。

Description

一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，涉及一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法。

背景技术

随着传统能源的日益紧缺，因超量排放二氧化碳等温室气体引发的地球气候变化问题长期存在且愈演愈烈，越来越多国家人民与政府已经认识到，能源结构的转变势在必行，太阳能、风能等新能源开发利用渐渐推向市场。太阳能产业经过多年发展，已非常成熟。目前的太阳能电池主要是晶体硅太阳能电池。

太阳能光伏发电技术作为太阳能利用中最具意义的技术，成为世界各国竞相研究应用的热点。最近10年以每年平均30%的速度递增，最近3年更是以每年50%以上的速度高速增长。太阳能光伏发电已经成为可再生能源领域中继风力发电之后产业化发展最快、最大的产业。

在晶体硅太阳能电池的制备过程中，将银浆印刷在硅片的正面和背面，形成栅线电极，具有作为电池片间串并联的引线电极和提高电池转换效率的作用。

银浆主要由银粉、无机粘结剂、有机粘结剂以及添加剂等成分组成。其中银粉为主要导电相，起到导电的作用；无机粘结剂的主要成分就是玻璃粉，在烧结的条件下，软化形成熔融的玻璃层，起到将银电极和硅基体粘结在一起的作用；有机粘结剂起到改善浆料的印刷性能的作用。目前，硅基太阳能用正面银浆存在效率偏低、性能不稳定的问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，以解决硅基太阳能用正面银浆效率偏低、性能不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，包括以下步骤：

1）硼硅酸锌玻璃粉的制备：将重量百分比分别为：SiO₂ 8％～32％、PbO 32％～70％、B₂O₃ 5％～30％、CaO 1％～12％、TiO₂ 2％～10％和ZnO1％～10％混合均匀、热熔、冷却、粉碎、球磨、干燥，过筛制得硼硅酸锌玻璃粉；

2）有机载体的制备：按重量百分比将甲基纤维素树脂8％～24％加入到76％～92％的溶剂中，加热溶解，过滤得到有机载体；

3）浆料的制备：浆料的组分按重量百分比包括硼硅酸锌玻璃粉1～5％、超细银粉30～75％、纳米银粉10～45％、有机载体6％～15％、溶剂4％～8％、助剂0.2％～1％和轻质氧化镁3％～8％，浆料制备时，将硼硅酸锌玻璃粉、超细银粉、纳米银粉、有机载体、溶剂和助剂，加入搅拌机混合均匀，然后在三辊机上分散，分散过程中加入轻质氧化镁，过筛得到浆料；其中助剂包含分散剂和溜平剂。

本发明进一步的改进在于，步骤1）中热熔的温度为1200℃，时间为30min；步骤1）中过筛为过250nm标准筛。

本发明进一步的改进在于，步骤3）中过筛为过300目标准筛，过筛之前需要将分散后的浆料研磨10μm以下。

本发明进一步的改进在于，步骤2）和步骤3）中的溶剂相同，均为丁基卡必醇、十六醇、松油醇中的一种或几种。

本发明进一步的改进在于，步骤2）中加热采用70-90℃的恒温水槽。

本发明进一步的改进在于，分散剂为聚乙烯醇脂、硬脂酸钠、石蜡油中的一种或几种。

本发明进一步的改进在于，步骤3）中溜平剂为三甘油脂肪酸钠、己二酸二辛酯钠、聚二甲基羧酸酯钠中的一种或几种。

本发明进一步的改进在于，步骤3）中分散剂和溜平剂的质量比为（1～4）∶（4～1）。

本发明进一步的改进在于，步骤3）中搅拌机为行星式搅拌机。

本发明进一步的改进在于，步骤1）得到的硼硅酸锌玻璃粉的膨胀系数为（60-78）×10^-7/K，软化点为400～600℃。

相对于现有技术，本发明具有的有益效果为：该浆料具有优异的印刷性，烧结后与硅片形成好的合金，栅线电极高度高、串联电阻低、电池转化效率高的特点，有效解决了效率偏低、性能不稳定的问题。

具体实施方式

以下结合具体实施实例进一步说明本发明的制备过程：

实施例1

1）硼硅酸锌玻璃粉的制备：按重量百分比将SiO2 8％、PbO 70％、B₂O₃ 5％、CaO 3％、TiO₂ 4％、ZnO 10％混合均匀后，在1200℃下保温30分钟熔化后，经冷却、粉碎、球磨、干燥，过250目标准筛制得硼硅酸锌玻璃粉产品。

经测试，该玻璃粉膨胀系数约为75×10^-7/K，软化点为450℃。

2）有机载体的制备：按重量百分比将甲基纤维素树脂8％加入到丁基卡必醇92％中，在恒温70℃水槽中溶解完全，过滤得到有机载体；

3）浆料的制备：按重量百分比将硼硅酸锌玻玻璃粉2％、超细银粉43.4％、纳米银粉30％、有机载体11％、丁基卡必醇8％和助剂0.6％(助剂为质量比1∶4的聚乙烯醇脂和三甘油脂肪酸钠的混合物)，加入行星式搅拌机里混合均匀，然后在三辊机上分散，分散过程中加入重量百分比5％的轻质氧化镁，研磨至10μm以下，经300目标准筛过滤得到浆料产品。

浆料的测试：该浆料产品用Brookfield DV-Ⅱ粘度计测得粘度为320kcps的硅基太阳能用正面电极银浆；使用丝网印刷在156*156单晶硅片（200±20μm）上，经烘干、烧结，用厚度测试仪测量栅线高度为18.4μm；用单体分选机测试其电性能数据：得到转化效率为17.6％。

实施例2

1）硼硅酸锌玻璃粉的制备：按重量百分比将SiO₂ 12％、PbO 60％、B₂O₃ 10％、CaO 12％、TiO₂ 1％、ZnO 5％混合均匀后，在1200℃下保温30分钟熔化后，经冷却、粉碎、球磨、干燥、过250目标准筛制得硼硅酸锌玻璃粉产品；

经测试该玻璃粉膨胀系数约为68×10^-7/K，软化点为500℃；

2）有机载体的制备：按重量百分比将将甲基纤维素树脂24％加入到十六醇76％中，在恒温75℃水槽中溶解完全，过滤得到有机载体；

3）浆料的制备：按重量百分比将硼硅酸锌玻璃粉1％、超细银粉75％、纳米银粉10％、有机载体6％、十六醇4％和助剂0.2％(助剂为质量比1∶2的硬脂酸钠和聚甲基酸酸酯钠的混合物)，加入到行星式搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散，分散过程中加入重量百分比3.8％的轻质氧化镁，研磨至10μm以下，经300目标准筛过滤得到浆料产品。

浆料的测试：该浆料产品用Brookfield DV-Ⅱ粘度计测得粘度为350kcps的硅基太阳能用正面电极银浆；使用丝网印刷在156*156单晶硅片（200±20μm）上，经烘干、烧结，用厚度测试仪测量栅线高度为18.8μm；用单体分选机测试其电性能数据：得到转化效率为17.7％。

实施例3

1）硼硅酸锌玻璃粉的制备：按重量百分比将将SiO₂ 20％、PbO55％、B₂O₃ 8％、CaO 6％、TiO₂ 10％、ZnO 1％混合均匀后，在1200℃下保温30分钟熔化后，经冷却、粉碎、球磨、干燥、过250目标准筛制得硼硅酸锌玻璃粉产品。

经测试该玻璃粉膨胀系数约为70×10^-7/K，软化点为600℃；

2）有机载体的制备：按重量百分比将将甲基纤维素树脂10％加入到松油醇90％中，在恒温80℃水槽中溶解完全，过滤得到有机载体；

3）浆料的制备：按重量百分比将硼硅酸锌玻璃粉2.5％、超细银粉50％、纳米银粉19.5％、有机载体12.2％、松油醇7％和助剂0.8％(助剂为质量比4∶1的石蜡油和己二酸二辛酯钠的混合物)，加入到行星式搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散，分散过程中加入按重量百分比称量8％的轻质氧化镁、研磨至10μm以下，经300目标准筛过滤得到浆料产品。

浆料的测试：该浆料产品用Brookfield DV-Ⅱ粘度计测得粘度为340kcps的硅基太阳能用正面电极银浆；使用丝网印刷在156*156单晶硅片（200±20μm）上，经烘干、烧结，用厚度测试仪测量栅线高度为18.6μm；用单体分选机测试其电性能数据：得到转化效率17.8％。

实施例4

1）硼硅酸锌玻璃粉的制备：按重量百分比将SiO₂ 25％、PbO 45％、B₂O₃ 20％、CaO 1％、TiO ₂5％、ZnO 4％混合均匀后，在1200℃下保温30分钟熔化后，经冷却、粉碎、球磨、干燥、过250目标准筛制得硼硅酸锌玻璃粉产品，经测试该玻璃粉膨胀系数约为78×10^-7/K，软化点为400℃；

2）有机载体的制备：按重量百分比将将甲基纤维素树脂15％加入到丁基卡必醇45％和十六醇40％的混合物中，在恒温90℃水槽中溶解完全，过滤得到有机载体；

3）浆料的制备：按重量百分比将硼硅酸锌玻璃粉5％、超细银粉30％、纳米银粉45％、有机载体7％、溶剂5％和助剂1％(助剂为质量比1_∶3的分散剂和溜平剂，分散剂为质量比1∶2的聚乙烯醇脂和硬脂酸钠的混合物，溜平剂为质量比3：5的三甘油脂肪酸钠、己二酸二辛酯钠的混合物)，加入到行星式搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散，分散过程中加入重量百分比7％的轻质氧化镁，研磨至10μm以下，经300目标准筛过滤得到浆料产品，其中溶剂为质量比为45∶40的丁基卡必醇和十六醇的混合物。

浆料的测试：该浆料产品用Brookfield DV-Ⅱ粘度计测得粘度为330kcps的硅基太阳能用正面电极银浆；使用丝网印刷在156*156单晶硅片（200±20μm）上，经烘干、烧结，用厚度测试仪测量栅线高度为18.9μm；用单体分选机测试其电性能数据：得到转化效率17.9％。

实施例5

1）硼硅酸锌玻璃粉的制备：按重量百分比将将SiO₂ 32％、PbO32％、B₂O₃ 30％、CaO 2％、TiO₂ 2％、ZnO 2％混合均匀后，在1200℃下保温30分钟熔化后，经冷却、粉碎、球磨、干燥、过250目标准筛制得硼硅酸锌玻璃粉产品；

经测试该玻璃粉膨胀系数约为72×10^-7/K，软化点为550℃；

2）有机载体的制备：按重量百分比将将甲基纤维素树脂按重量百分比20％加入到丁基卡必醇20％、十六醇20％、松油醇40％中，在恒温90℃水槽中溶解完全，过滤得到有机载体；

3）浆料的制备：按重量百分比将硼硅酸锌玻璃粉3％、超细银粉35％、纳米银粉37.5％、有机载体15％、溶剂6％和助剂0.5％(助剂为质量比3∶1的分散剂和溜平剂，分散剂为石蜡油，溜平剂为质量比2:5:8的三甘油脂肪酸钠、己二酸二辛酯钠、聚二甲基羧酸酯钠的混合物)，加入到行星式搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散，分散过程中加入重量百分比3％的轻质氧化镁，研磨至10μm以下，经300目标准筛过滤得到浆料产品，其中溶剂为质量比20∶20∶40的丁基卡必醇、十六醇、松油醇的混合物。

浆料的测试：该浆料产品用Brookfield DV-Ⅱ粘度计测得粘度为320kcps的硅基太阳能用正面电极银浆；使用丝网印刷在156*156单晶硅片（200±20μm）上，经烘干、烧结，用厚度测试仪测量栅线高度为17.6μm；用单体分选机测试其电性能数据：得到转化效率17.8％。

通过合适的助剂、有机载体和溶剂改善印刷时可能出现的堵网和干网现象；改变玻璃粉、超细银粉、纳米银粉、轻质氧化镁的添加比例可以改变栅线的印刷高度、接触电阻和电池的转化效率；改变有机载体和溶剂的添加比例可以调节产品的粘度、印刷性；改变分散剂和溜平剂的添加比例可以调节产品的塑性，流平性和印刷性。

Claims

1.一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）硼硅酸锌玻璃粉的制备：将重量百分比分别为：SiO₂ 8％～32％、PbO32％～70％、B₂O₃ 5％～30％、CaO 1％～12％、TiO₂ 2％～10％和ZnO 1％～10％混合均匀、热熔、冷却、粉碎、球磨、干燥，过筛制得硼硅酸锌玻璃粉；

3）浆料的制备：浆料的组分按重量百分比包括硼硅酸锌玻璃粉1～5％、超细银粉30～75％、纳米银粉10～45％、有机载体6％～15％、溶剂4％～8％、助剂0.2％～1％和轻质氧化镁3％～8％，浆料制备时，按上述重量百分比将硼硅酸锌玻璃粉、超细银粉、纳米银粉、有机载体、溶剂和助剂，加入搅拌机混合均匀，然后在三辊机上分散，分散过程中加入轻质氧化镁，过筛得到浆料；其中助剂包含分散剂和溜平剂。

2.根据权利要求1所述的一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于，步骤1）中热熔的温度为1200℃，时间为30min；步骤1）中过筛为过250nm标准筛。

3.根据权利要求1所述的一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于，步骤3）中过筛为过300目标准筛，过筛之前需要将分散后的浆料研磨10μm以下。

4.根据权利要求1所述的一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于，步骤2）和步骤3）中的溶剂相同，均为丁基卡必醇、十六醇、松油醇中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于，步骤2）中加热采用70-90℃的恒温水槽。

6.根据权利要求1所述的一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于，分散剂为聚乙烯醇脂、硬脂酸钠、石蜡油中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于，步骤3）中溜平剂为三甘油脂肪酸钠、己二酸二辛酯钠、聚二甲基羧酸酯钠中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于，步骤3）中分散剂和溜平剂的质量比为（1～4）∶（4～1）。

9.根据权利要求1所述的一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于，步骤3）中搅拌机为行星式搅拌机。

10.根据权利要求1所述的一种硅基太阳能用正面电极银浆的制备方法，其特征在于，步骤1）得到的硼硅酸锌玻璃粉的膨胀系数为（60-78）×10^-7/K，软化点为400～600℃。