CN103093861A - 硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料及其应用 - Google Patents

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本发明涉及硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料及其应用。无铅环保银浆料制备原料包含：a）45—55重量份的银粉，b）5—15重量份的金属氧化物，c）1—5重量份的玻璃粉，d）20—30重量份的有机载体；其制备步骤包括：步骤A：配制有机载体；步骤B：玻璃粉选用；步骤C：导电银粉选用；步骤D：将原料按照上述比例使用搅拌器和三滚研磨机碾磨成外观细腻，形成均匀无颗粒的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料。将银浆通过印刷方式印刷在基体上，使用快速烧结炉烧结，峰值温度在860—920度，峰值温度烧结时间2—4秒钟；以形成太阳能电池的背电极。其优点为：在电极与基材的结合方面以及焊接性方面表现优秀，欧姆接触电阻较低，附则力好，并且不含有目前ROSH禁止的有害元素，无铅环保，成本低。

Description

硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料及其应用
技术领域
本发明涉及硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料及其应用。
背景技术
近年来，光伏发电作为一种绿色环保无公害的可再生能源，受到各国普遍重视，其中晶体硅太阳能电池在整个光伏发电中占到超过90%的比例，而中国的产量逐年递增。作为硅太阳能电池电极用的银浆需求量也非常巨大。目前国内使用的银浆大部分依靠进口，而且随着国际银价走高，银浆使用费用所占太阳能电池中的制造成本比例也大幅提高。为了降低太阳能电池制造成本，早日达到太阳能电力平价上网的目标，降低成本已经是大势所趋。而且从2006年7月开始，电子元件用得导电银浆已经按照欧洲ROSH要求实现无铅化，而太阳能电池电极用的银浆目前还未实现无铅化。同时，硅太阳能电池银电极要求非常短的时间烧结还原（一般整个烧结周期90—120秒，峰值烧结时间仅1—3秒），因此在如此短的烧结还原时间内，如何使较低银含量的银浆与硅基体良好结合形成优异的欧姆接触，以及具备很好的焊锡焊接性能也是太阳电池用银浆面临的主要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料及其应用，它主要解决现有技术中所存在的的技术问题，其优点为：在电极与基材的结合方面以及焊接性方面表现优秀，欧姆接触电阻较低，附则力好，并且不含有目前ROSH禁止的有害元素，无铅环保，成本低。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料，其特征在于：其制备原料包含：
a）45—55重量份的银粉，银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选粒径形状包含平均粒径为0.5-1.0um的不定型结晶银粉，其震实密度3-5g/cm3；平均粒径为1.0-3um厚片状单分散银粉，径厚比<20，震实密度2-4g/cm3；平均粒径2-5um的晶状单分散银粉；以上银粉按照重量比1:1:1或2:3:5通过机械混合均匀，可以在浆料烧结过程中充分熔融，相互交联，达到很低的体电阻目标；
b）5—15重量份的金属氧化物，金属氧化物为Bi2O3，ZnO，SbO，In2O3，CuO，Ti2O3，ZrO的一种或几种混合；
c）1—5重量份的玻璃粉，玻璃粉中不含有铅，镉等ROSH禁止成分；
d）20—30重量份的有机载体；
其制备步骤包括：
步骤A：配制有机载体；
步骤B：玻璃粉选用；
步骤C：导电银粉选用；
步骤D：将原料按照上述比例使用搅拌器和三滚研磨机碾磨成外观细腻，形成均匀无颗粒的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料。
所述的硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料，其特征在于：所述的有机载体选用一般在太阳能电池电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分选用丙烯酸脂树脂，乙基纤维素，硝化纤维素等树脂，优选乙基纤维素；有机载体中溶剂可选用丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，丙二醇甲醚醋酸酯，松油醇，乙二醇苯醚，乙二醇丁醚，乙二醇乙醚，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸羟乙酯，丙二醇甲醚醋酸酯，甲基丙烯酸羟乙酯等溶剂，可以单独使用或者两种三种混合使用。
所述的硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料，其特征在于：所述的玻璃粉选用SiO2·Bi2O3·ZnO·B2O3为主要体系的无铅玻璃粉，软化点在500—700度；通过325目筛网过滤，平均粒度要求1—3um。
一种如上所述的硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料的应用，其特征在于：将银浆通过印刷方式印刷在基体上，使用快速烧结炉烧结，峰值温度在860—920度，峰值温度烧结时间2—4秒钟；以形成太阳能电池的背电极。
使用本发明制作的太阳能电池背电极，其和基片的附则力优异，焊接性好，电极不含ROSH禁止物质。
本发明的优点为：由于使用不同颗粒及形状之银粉按比例混合，空隙填充率高，有利于在烧结时不同形状粒径的银粉相互熔融合并，并且使用部分细小粒径银粉有利于烧结时银硅合金相形成，因此本发明所制浆料在电极与基材的结合方面以及焊接性方面表现优秀，欧姆接触电阻较低，附则力好。同时所有使用的原材料中均不含有目前ROSH禁止的有害元素，因此所制成浆料为无铅环保产品。通过降低贵金属银含量，所得产品成本明显低与目前市场正常使用产品。
具体实施方式
本发明公开了一种硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料，其特征在于：其制备原料包含：
a）45—55重量份的银粉，银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选粒径形状包含平均粒径为0.5-1.0um的不定型结晶银粉，其震实密度3-5g/cm3；平均粒径为1.0-3um厚片状单分散银粉，径厚比<20，震实密度2-4g/cm3；平均粒径2-5um的晶状单分散银粉；以上银粉按照重量比1:1:1或2:3:5通过机械混合均匀，可以在浆料烧结过程中充分熔融，相互交联，达到很低的体电阻目标；
b）5—15重量份的金属氧化物，金属氧化物为Bi2O3，ZnO，SbO，In2O3，CuO，Ti2O3，ZrO的一种或几种混合；
c）1—5重量份的玻璃粉，玻璃粉中不含有铅，镉等ROSH禁止成分；
d）20—30重量份的有机载体；
其制备步骤包括：
步骤A：配制有机载体；
步骤B：玻璃粉选用；
步骤C：导电银粉选用；
步骤D：将原料按照上述比例使用搅拌器和三滚研磨机碾磨成外观细腻，形成均匀无颗粒的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料。
所述的有机载体选用一般在太阳能电池电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分选用丙烯酸脂树脂，乙基纤维素，硝化纤维素等树脂，优选乙基纤维素；有机载体中溶剂可选用丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，丙二醇甲醚醋酸酯，松油醇，乙二醇苯醚，乙二醇丁醚，乙二醇乙醚，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸羟乙酯，丙二醇甲醚醋酸酯，甲基丙烯酸羟乙酯等溶剂，可以单独使用或者两种三种混合使用。
所述的玻璃粉选用SiO2·Bi2O3·ZnO·B2O3为主要体系的无铅玻璃粉，软化点在500—700度；通过325目筛网过滤，平均粒度要求1—3um。
使用本发明方法制成的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料，优选使用Brookfield BVII+型粘度计，粘度范围50—150kcps。
此外，本发明提供的使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法，其特征为在镀好膜的硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在150250度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在860—920度，峰值温度烧结时间2—4秒。
以下通过一些实施例来进一步介绍本发明：
实施列1
一种硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆制备方法以及使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法，它包括如下步骤：
步骤A：配制有机载体。有机载体可选用一般在太阳能电池电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分可选用丙烯酸脂树脂，乙基纤维素，硝化纤维素等树脂，优选乙基纤维素；有机载体中溶剂可选用丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，丙二醇甲醚醋酸酯，松油醇，乙二醇苯醚，乙二醇丁醚，乙二醇乙醚，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸羟乙酯，丙二醇甲醚醋酸酯，甲基丙烯酸羟乙酯等溶剂，可以单独使用或者两种三种混合使用。
步骤B：玻璃粉选用。本发明中玻璃粉选用SiO2·Bi2O3·ZnO·B2O3为主要体系的无铅玻璃粉，软化点在500—700度（优选600度）；通过325目筛网过滤，平均粒度要求3um。
步骤C：导电银粉选用。银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选粒径形状包含平均粒径为0.5um的不定型结晶银粉，其震实密度5g/cm3；平均粒径为3um厚片状单分散银粉，径厚比<20，震实密度（tap density）2g/cm3；平均粒径5um的晶状单分散银粉，以上银粉按照重量比1:1:1比例通过机械混合均匀，可以在浆料烧结过程中充分熔融，相互交联，达到很低的体电阻目标。
步骤D：将上述原料按照：银粉55重量份，金属氧化物5重量份（金属氧化物为Bi2O3，ZnO，SbO，In2O3，CuO，Ti2O3，ZrO的一种或几种混合），玻璃粉5重量份，有机载体30重量份比列使用搅拌器和三滚研磨机碾磨成外观细腻，均匀无颗粒的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料。
步骤E：在镀好膜的125*125mm单晶硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在250度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在860度，峰值温度烧结时间2秒，制成单晶太阳能电池片。
实施列2
一种硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆制备方法以及使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法，它包括如下步骤：
步骤A：配制有机载体。有机载体可选用一般在太阳能电池电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分可选用丙烯酸脂树脂，乙基纤维素，硝化纤维素等树脂，优选乙基纤维素；有机载体中溶剂可选用丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，丙二醇甲醚醋酸酯，松油醇，乙二醇苯醚，乙二醇丁醚，乙二醇乙醚，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸羟乙酯，丙二醇甲醚醋酸酯，甲基丙烯酸羟乙酯等溶剂，可以单独使用或者两种三种混合使用。
步骤B：玻璃粉选用。本发明中玻璃粉选用SiO2·Bi2O3·ZnO·B2O3为主要体系的无铅玻璃粉，软化点在500—700度（优选600度）；通过325目筛网过滤，平均粒度要求1um。
步骤C：导电银粉选用。银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选粒径形状包含平均粒径为1.0um的不定型结晶银粉，其震实密度3g/cm3；平均粒径为1.0um厚片状单分散银粉，径厚比<20，震实密度4g/cm3；平均粒径2um的晶状单分散银粉，以上银粉按照重量比2：3：5比例通过机械混合均匀，可以在浆料烧结过程中充分熔融，相互交联，达到很低的体电阻目标。
步骤D：将上述原料按照：银粉45重量份，金属氧化物15重量份（金属氧化物为Bi2O3，ZnO，SbO，In2O3，CuO，Ti2O3，ZrO的一种或几种混合），玻璃粉1重量份，有机载体重量20份比列使用搅拌器和三滚研磨机碾磨成外观细腻，均匀无颗粒的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料。
步骤E：在镀好膜的156*156mm多晶硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在150度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在920度，峰值温度烧结时间4秒，制成多晶太阳能电池片。
对比列1
使用外国进口非环保含铅太阳能背面电极银浆，在镀好膜的125*125mm单晶硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在250度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在860度，峰值温度烧结时间2秒，制成单晶太阳能电池片。
对比列2
使用外国进口非环保含铅太阳能背面电极银浆，在镀好膜的156*156mm多晶硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在150度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在920度，峰值温度烧结时间4秒，制成多晶太阳能电池片。
对上述实施列1，2和对比列1，2制成的太阳能电池片进行开路电压（Voc），短路电流（Isc），转化效率（Eff），填充因子（FF），功率（Pmax），电极附则力进行测试，测试数据见表1，表2。
表1
Figure BDA00002836031800071
表2
Figure BDA00002836031800072
通过所述实施列与对比列比较，使用本发明的硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆制备方法以及使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法制备的太阳能电池性能优于对比列，而且使用本发明的浆料单片使用量降低20%以上，使用成本大幅度下降。并且使用本发明的浆料不含有ROSH禁止物质，属于环保产品。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (4)

1.一种硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料，其特征在于：其制备原料包含：
a）45—55重量份的银粉，银粉为特选粒径形状的多种银粉混合体，其中特选粒径形状包含平均粒径为0.5-1.0um的不定型结晶银粉，其震实密度3-5g/cm3；平均粒径为1.0-3um厚片状单分散银粉，径厚比<20，震实密度2-4g/cm3；平均粒径2-5um的晶状单分散银粉；以上银粉按照重量比1:1:1或2:3:5通过机械混合均匀，可以在浆料烧结过程中充分熔融，相互交联，达到很低的体电阻目标；
b）5—15重量份的金属氧化物，金属氧化物为Bi2O3，ZnO，SbO，In2O3，CuO，Ti2O3，ZrO的一种或几种混合；
c）1—5重量份的玻璃粉，玻璃粉中不含有铅，镉等ROSH禁止成分；
d）20—30重量份的有机载体；
其制备步骤包括：
步骤A：配制有机载体；
步骤B：玻璃粉选用；
步骤C：导电银粉选用；
步骤D：将原料按照上述比例使用搅拌器和三滚研磨机碾磨成外观细腻，形成均匀无颗粒的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料。
2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料，其特征在于：所述的有机载体选用一般在太阳能电池电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分选用丙烯酸脂树脂，乙基纤维素，硝化纤维素等树脂，优选乙基纤维素；有机载体中溶剂可选用丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，丙二醇甲醚醋酸酯，松油醇，乙二醇苯醚，乙二醇丁醚，乙二醇乙醚，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸羟乙酯，丙二醇甲醚醋酸酯，甲基丙烯酸羟乙酯等溶剂，可以单独使用或者两种三种混合使用。
3.根据权利要求1所述的硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料，其特征在于：所述的玻璃粉选用SiO2·Bi2O3·ZnO·B2O3为主要体系的无铅玻璃粉，软化点在500—700度；通过325目筛网过滤，平均粒度要求1—3um。
4.一种如权利要求1或2或3所述的硅太阳能电池背面电极用低成本无铅环保银浆料的应用，其特征在于：将银浆通过印刷方式印刷在基体上，使用快速烧结炉烧结，峰值温度在860—920度，峰值温度烧结时间2—4秒钟；以形成太阳能电池的背电极。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130508