CN103177796A - 一种晶硅太阳能电池背面电极银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明晶硅太阳能电池背面电极银浆及制备方法，配方：银粉45～55wt%，纳米复合金属氧化物1~3wt%，无机玻璃粉3～10wt%，有机载体32～51wt%。制备有机载体：将有机溶剂加入容器中，加入有机树脂，升温至80～100℃，降温到40～50℃下加入表面活性剂，过滤得到有机载体；制备无机玻璃粉：原料混匀，进行熔炼，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，干燥后过筛得到无机玻璃粉；制备浆料：将银粉、无机玻璃粉、纳米复合金属氧化物和有机载体混合，调成糊状，研磨得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。与以往浆料相比，该浆料具有更低的银含量，成本低，应用到太阳能电池上光电转化效率最高可达18.07%。

Description

一种晶硅太阳能电池背面电极银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种添加纳米复合氧化物的晶硅太阳能电池背面电极银浆，属于半导体及太阳能电池技术领域。

背景技术

晶硅太阳能电池背面电极银浆是太阳能电池中的主要部分，用作背电极。其组成包括有机载体、无机玻璃粉和银粉。常以附着力、可焊性、耐焊性、耗量、用于电池片后的转换效率等指标来衡量背面银浆的性能。

市场上现有的背银浆料存在着许多缺点和不足。首先，为了增加电池片的光电转换效率，增加银粉的含量，一般的银粉所占重量比例为75%～85%，这样不仅造成了资源的浪费，增加了浆料的成本，而且高的固含量还会导致印刷过程中的砂眼现象，不利于焊接。但是简单的将银量降低后又会导致附着力的下降，导致耐焊性的下降，以及转换效率的下降。其次，目前主流的背银浆料都含铅，因铅元素有利于电池片转换效率的提高。但是，近年来欧盟RoHS指令明确指出，电子浆料行业禁止使用Pb、Cd、Hg、Cr、多溴联苯PBB、多溴联苯醚PBDE，并且对邻苯二甲酸酯也有限制，我国信息产业部制定的《电子信息产业部污染防护管理办法》中也全面限制或禁止电子产品中使用Pb、Cd、Hg等有毒有害元素，Reach法规对有毒有害元素的使用也有严格的要求。因此，背银浆料的无铅化及不含上述有毒有害物质是发展趋势。第三，从背银与硅基片之间的附着力及可焊性耐焊性等指标分析，市场现有的背银浆料仍处于较低的水平，造成电池片报废率高，电池组件的寿命短。这与背银浆料中化学成分的种类及配比有非常大的关联。

为了改善背银与硅基片之间的附着力及可焊性和耐焊性等指标，也有报导提到在背银浆料中，除无机玻璃粉外，通过再添加其它功能性氧化物的办法来提高背银的附着力、可焊性与耐焊性等指标。但是这种作用是有限的，当银含量降低后就不能保证原有的性能指标了，还是无法解决浆料成本的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种晶硅太阳能电池背面电极银浆及其制备方法。 

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，包含以下重量百分比成分：银粉45～55wt%，纳米复合金属氧化物1～3wt%，无机玻璃粉3～10wt%，有机载体32～51 wt %。

进一步地，上述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，所述纳米复合金属氧化物为铋-锆复合氧化物纳米颗粒，粒径为20～100纳米，氧化锆与氧化铋的摩尔比例为1:2～1:8。

更进一步地，上述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，所述银粉的平均粒径D50：1.0～3.0μm。

更进一步地，上述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，所述无机玻璃粉包含以下重量百分比成分：二氧化硅 9～15wt%，氧化铋40～60wt%，氧化钡20～25wt%，氧化锌2～12wt%，氧化硼6～15wt%，氧化锂1～8wt%。

更进一步地，上述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，所述有机载体包含以下重量百分比成分：有机树脂2～15wt%，有机溶剂80～95wt%，表面活性剂：0.5～5wt%。

再进一步地，上述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，所述有机树脂为乙基纤维素、硝酸纤维素、醇酸树脂中的一种或几种。所述有机溶剂为松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、正丁醇、乙二醇单丁醚、乙二醇苯醚中的一种或几种。所述表面活性剂为卵磷脂、司班、羊毛脂中的一种或几种。

本发明晶硅太阳能电池背面电极银浆的制备方法，包括以下步骤：

①制备有机载体：按照成分配比，先将有机溶剂加入容器中，再在搅拌下加入有机树脂，升温至80～100℃，保温0.5～3小时，降温到40～50℃下加入表面活性剂，过滤得到有机载体；

②制备无机玻璃粉：按照成分配比称取原料，混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于900～1400℃热熔0.5～3小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于60～90℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1～2μm的无机玻璃粉；

③制备浆料：按照成分配比，将银粉、无机玻璃粉、纳米复合金属氧化物和有机载体混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于10μm，粘度为50～80Pa·S，即得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。

再进一步地，上述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆的制备方法，包括以下步骤：

①制备有机载体：按照成分配比：有机树脂2～15wt%，有机溶剂80～95wt%，表面活性剂：0.5～5wt%；先将有机溶剂加入容器中，再在搅拌下加入有机树脂，升温至80～100℃，保温0.5～3小时，降温到40～50℃下加入表面活性剂，过滤得到有机载体；

②制备无机玻璃粉：按照成分配：二氧化硅 9～15wt%，氧化铋40～60 wt%，氧化钡20～25 wt%，氧化锌2～12 wt%，氧化硼6～15 wt%，氧化锂1～8wt%；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于900～1400℃热熔0.5～3小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于60～90℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1～2μm的无机玻璃粉；

③制备浆料：按照成分配比：银粉45～55wt%，纳米复合金属氧化物：1～3wt%，无机玻璃粉3～10wt%，有机载体32～51 wt %；将银粉、无机玻璃粉、纳米复合金属氧化物和有机载体混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于10μm，粘度为50～80Pa·S，即得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。

再进一步地，上述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆的制备方法，步骤①中，所述有机树脂为乙基纤维素、硝酸纤维素、醇酸树脂中的一种或几种；所述有机溶剂为松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、正丁醇、乙二醇单丁醚、乙二醇苯醚中的一种或几种；所述表面活性剂为卵磷脂、司班、羊毛脂中的一种或几种。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明通过功能性纳米复合金属氧化物的加入以及配方的筛选和制备方法的调整，使得降低背银中银粉的用量成为可能，银含量降低到45～55%，远低于市场主流产品75～85%的标准，节约原材料，显著降低成本；由于使用了功能性纳米复合金属氧化物，即使银含量降低，仍能具有很好的可焊性、耐焊性和很好的附着力，应用到太阳能电池上仍能保持很好的光电转化效率，光电转化效率最高可达18.07%；本浆料不含铅等有毒有害等元素和化合物，符合欧盟RoHS、Reach法规和国内行业标准。

具体实施方式

纳米材料是尺寸为1～100nm之间的纳米粒子，通过大量的理论和实验研究表明，当颗粒小于一定尺寸时，能表现出其他常规材料更优异或不具备的性能，在光、电、磁、催化、敏感等方面有非常广泛的应用，而且还具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应及隧道效应。因此，将功能性氧化物做成纳米颗粒再添加到背银浆料中会取得比原先更好的效果。需要说明的是，在浆料中单纯的添加一种功能性氧化物纳米颗粒是很容易的事情，但是要同时添加两种甚至两种以上的纳米颗粒的话就会变得比较困难，这是因为当固体颗粒小到纳米级别的时候，由于颗粒间的互相作用力导致纳米颗粒抱团结块，因此想要均匀的分散到浆料中就会变得非常困难。如果先将所需的所有功能性氧化物制备成复合纳米氧化物颗粒的话，就能很好的解决分散的问题。

本发明提供一种晶硅太阳能电池背面电极银浆及其制备方法，以较低的银含量，在不使用有毒有害元素的前提下，通过添加功能性纳米复合金属氧化物，以及配方的筛选和制备方法的调整，使得在降低银含量后，背银仍具有较好的可焊性、耐焊性和附着力，且光电效率高等优点。

晶硅太阳能电池背面电极银浆，其成分配比为：银粉45～55wt%，纳米复合金属氧化物1～3wt%，无机玻璃粉3～10wt%，有机载体32～51wt%。其中，银粉的平均粒径D50：1.0～3.0μm。纳米复合金属氧化物为铋-锆复合氧化物纳米颗粒，其粒径为20~100纳米，氧化锆与氧化铋的摩尔比例为1:2~1:8。无机玻璃粉包含以下重量百分比成分：二氧化硅 9～15wt%，氧化铋40～60 wt%，氧化钡20～25 wt%，氧化锌2～12 wt%，氧化硼6～15 wt%，氧化锂1～8wt% 。

有机载体包含以下重量百分比成分：有机树脂2～15wt%，有机溶剂80～95wt%，表面活性剂：0.5～5wt% ；有机树脂为乙基纤维素、硝酸纤维素、醇酸树脂中的一种或几种，有机溶剂为松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、正丁醇、乙二醇单丁醚、乙二醇苯醚中的一种或几种，表面活性剂为卵磷脂、司班、羊毛脂中的一种或几种。

制备晶硅太阳能电池背面电极银浆的具体工艺为：

①制备有机载体：按照成分配比：有机树脂2～15wt%，有机溶剂80～95 wt %，表面活性剂：0.5～5 wt%；先将有机溶剂加入容器中，再在搅拌下加入有机树脂，升温至80～100℃，保温0.5～3小时，降温到40～50℃下加入表面活性剂，过滤得到有机载体；其中，有机树脂为乙基纤维素、硝酸纤维素、醇酸树脂中的一种或几种，有机溶剂为松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、正丁醇、乙二醇单丁醚、乙二醇苯醚中的一种或几种，表面活性剂为卵磷脂、司班、羊毛脂中的一种或几种；

②制备无机玻璃粉：按照成分配：二氧化硅 9～15wt%，氧化铋40～60wt%，氧化钡20～25wt%，氧化锌2～12wt%，氧化硼6～15wt%，氧化锂1～8wt%；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于900～1400℃热熔0.5～3小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于60～90℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1～2μm的无机玻璃粉；

③制备浆料：按照成分配比：银粉45～55wt%，纳米复合金属氧化物1~3wt%，无机玻璃粉3～10wt%，有机载体32～51wt%；将银粉、无机玻璃粉、纳米复合金属氧化物和有机载体混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于10μm，粘度为50～80Pa·S，即得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。

实施例1

制备有机载体：按照成分配比：乙基纤维素7wt%，硝酸纤维素1 wt%，松油醇60wt%，二乙二醇单丁醚5wt%，二乙二醇单丁醚醋酸酯10wt%，正丁醇4wt%，乙二醇苯醚12wt%，司班1wt%；将松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、正丁醇、乙二醇苯醚加入容器中，再在搅拌下加入乙基纤维素、硝酸纤维素，升温至85±2℃，保温1小时，降温到45℃加入司班，过滤得到有机载体。

制备无机玻璃粉：按照成分配比：二氧化硅9wt%，氧化铋45wt%，氧化钡22wt%，氧化锌7wt%，氧化硼12wt%，氧化锂5wt%；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1000℃热熔2小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于70±5℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1～2μm的玻璃粉。

制备浆料：按照成分配比：有机载体35wt%，无机玻璃粉9wt%，纳米复合金属氧化物3wt%，平均粒径D50：1.0～3.0μm的银粉53wt%；将银粉、无机玻璃粉和有机载体混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于10μm，粘度为55Pa·S，即得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。

实施例2

制备有机载体：按照成分配比：乙基纤维素8wt%，醇酸树脂2wt%，松油醇52wt%，二乙二醇单丁醚醋酸酯20wt%，乙二醇单丁醚14wt%，乙二醇苯醚2wt%，卵磷脂2wt%；将松油醇、二乙二醇单丁醚醋酸酯、乙二醇单丁醚、乙二醇苯醚加入容器中，再在搅拌下加入乙基纤维素、醇酸树脂，升温至83±2℃，保温1.5小时，降温到45℃加入卵磷脂，过滤得到有机载体；

制备无机玻璃粉：按照成分配比：二氧化硅14wt%，氧化铋50wt%，氧化钡20wt%，氧化锌6wt%，氧化硼7wt%，氧化锂3wt%；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1100℃热熔1.5小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于72±5℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1～2μm的玻璃粉。

制备浆料：按照成分配比：有机载体38wt%，无机玻璃粉8wt%，纳米复合金属氧化物3wt%，平均粒径D50：1.0～3.0μm的银粉51wt%；将银粉、无机玻璃粉和有机载体混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于10μm，粘度为62Pa·S，即得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。

实施例3

制备有机载体：按照成分配比：乙基纤维素1wt%，硝酸纤维素9wt%，松油醇71wt%，二乙二醇单丁醚3wt%，正丁醇10wt%，乙二醇苯醚5wt%，卵磷脂1wt%；将松油醇、二乙二醇单丁醚、正丁醇、乙二醇苯醚加入容器中，再在搅拌下加入乙基纤维素、硝酸纤维素，升温至85±2℃，保温1小时，降温到50℃加入卵磷脂，过滤得到有机载体。

制备无机玻璃粉：按照成分配比：二氧化硅11wt%，氧化铋48wt%，氧化钡24wt%，氧化锌10wt%，氧化硼6wt%，氧化锂1wt%；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1200℃热熔0.5小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于75±5℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1～2μm的玻璃粉。

制备浆料：按照成分配比：有机载体40wt%，无机玻璃粉8wt%，纳米复合金属氧化物2wt%，平均粒径D50：1.0～3.0μm的银粉50wt%；将银粉、无机玻璃粉和有机载体混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于10μm，粘度为70Pa·S，即得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。

实施例4

制备有机载体：按照成分配比：硝酸纤维素11wt%，松油醇65wt%，二乙二醇单丁醚6wt%，二乙二醇单丁醚醋酸酯5wt%，乙二醇单丁醚11wt%，羊毛脂1wt%，司班1 wt%；将松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、乙二醇单丁醚加入容器中，再在搅拌下加入硝酸纤维素，升温至85±2℃，保温1小时，降温到50℃加入羊毛脂、司班，过滤得到有机载体。

制备无机玻璃粉：按照成分配比：二氧化硅10wt%，氧化铋55wt%，氧化钡21wt%，氧化锌3wt%，氧化硼9wt%，氧化锂2wt%；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1250℃热熔0.5小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于75±5℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1～2μm的玻璃粉。

制备浆料：按照成分配比：有机载体34wt%，无机玻璃粉9wt%，纳米复合金属氧化物3wt%，平均粒径D50：1.0～3.0μm的银粉54wt%；将银粉、无机玻璃粉和有机载体混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于10μm，粘度为58Pa·S，即得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。

以上实施例1～4制备所得背面银浆与市售背面银浆的测试结果如下表所示：

	耗量（g）	可焊性（%）	耐焊性（%）	附着力（N）	效率（%）	备注
							实施例1	0.028	96	95	6.8	18.03	银含量53%
实施例2	0.026	95	95	7.2	18.07	银含量51%
							实施例3	0.023	94	96	7.8	18.01	银含量50%
实施例4	0.029	96	94	7.7	18.02	银含量54%
							市场对比1	0.035	91	89	3.8	17.53	银含量67%
市场对比2	0.030	92	85	3.0	17.39	银含量50%

本发明通过浆料的配方调整以及制作工艺的控制，添加功能性纳米复合金属氧化物，降低银粉的含量在45～55%之间，远低于主流产品75～85%的标准，节约原材料，成本低；不含铅等有毒有害等元素和化合物，符合欧盟RoHS、美国Reach和国内行业标准；该浆料与晶硅基材烧结后具有更好的附着力和焊接强度，应用到太阳能电池上光电转化效率最高可达18.07% 。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，其特征在于包含以下重量百分比成分：银粉45～55wt%，纳米复合金属氧化物1～3wt%，无机玻璃粉3～10wt%，有机载体32～51 wt%。

2.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，其特征在于：所述纳米复合金属氧化物为铋-锆复合氧化物纳米颗粒，粒径为20～100纳米，氧化锆与氧化铋的摩尔比例为1:2～1:8。

3.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，其特征在于：所述银粉的平均粒径D50：1.0～3.0μm。

4.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，其特征在于：所述无机玻璃粉包含以下重量百分比成分：二氧化硅 9～15wt%，氧化铋40～60 wt%，氧化钡20～25 wt%，氧化锌2～12 wt%，氧化硼6～15 wt%，氧化锂1～8wt%。

5.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，其特征在于：所述有机载体包含以下重量百分比成分：有机树脂2～15wt%，有机溶剂80～95 wt %，表面活性剂：0.5～5 wt %。

6.根据权利要求5所述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，其特征在于：所述有机树脂为乙基纤维素、硝酸纤维素、醇酸树脂中的一种或几种。

7.根据权利要求5所述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，其特征在于：所述有机溶剂为松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、正丁醇、乙二醇单丁醚、乙二醇苯醚中的一种或几种。

8.根据权利要求5所述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆，其特征在于：所述表面活性剂为卵磷脂、司班、羊毛脂中的一种或几种。

9.权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池背面电极银浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①制备有机载体：按照成分配比，先将有机溶剂加入容器中，再在搅拌下加入有机树脂，升温至80～100℃，保温0.5～3小时，降温到40～50℃下加入表面活性剂，过滤得到有机载体；

②制备无机玻璃粉：按照成分配比称取原料，混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于900～1400℃热熔0.5～3小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于60～90℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1～2μm的无机玻璃粉；

③制备浆料：按照成分配比，将银粉、无机玻璃粉、纳米复合金属氧化物和有机载体混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于10μm，粘度为50～80Pa·S，即得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。

10.根据权利要求9所述的晶硅太阳能电池背面电极银浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①制备有机载体：按照成分配比：有机树脂2～15wt%，有机溶剂80～95 wt %，表面活性剂：0.5～5 wt %；先将有机溶剂加入容器中，再在搅拌下加入有机树脂，升温至80～100℃，保温0.5～3小时，降温到40～50℃下加入表面活性剂，过滤得到有机载体；

②制备无机玻璃粉：按照成分配：二氧化硅 9～15wt%，氧化铋40～60 wt%，氧化钡20～25 wt%，氧化锌2～12 wt%，氧化硼6～15 wt%，氧化锂1～8wt%；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于900～1400℃热熔0.5～3小时，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于60～90℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1～2μm的无机玻璃粉；

③制备浆料：按照成分配比：银粉45～55wt%，纳米复合金属氧化物1～3wt%，无机玻璃粉3～10wt%，有机载体32～51 wt %；将银粉、无机玻璃粉、纳米复合金属氧化物和有机载体混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于10μm，粘度为50～80Pa·S，即得到晶硅太阳能电池背面电极银浆。