CN103382327A

CN103382327A - 一种太阳能电池用铜墨及其制备方法、一种太阳能电池主栅的制造方法及太阳能电池组件

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Publication number: CN103382327A
Application number: CN2012101317556A
Authority: CN
Inventors: 姜俊刚; 王胜亚; 孙玉星; 张丹
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2032-05-02
Also published as: CN103382327B

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池用铜墨，包括组分：铜粉、助焊剂、玻璃料和粘结剂。本发明还提供了一种太阳能电池用铜墨的制备方法，包括步骤：1）将铜粉、助焊剂、玻璃料混合得第一组分；2）将粘结剂和第一组分混合得太阳能电池用铜墨。本发明还提供了一种太阳能电池主栅的制造方法，将铜墨印刷或喷涂在太阳能电池表面主栅区域，通过烘干和烧结得到太阳能电池主栅。此外，本发明还提供了一种太阳能电池组件。通过本发明制备得到的太阳能电池片性能良好，并降低了生产成本和难度。

Description

一种太阳能电池用铜墨及其制备方法、一种太阳能电池主栅的制造方法及太阳能电池组件

技术领域

本发明涉太阳能电池领域，尤其涉及一种太阳能电池用铜墨及其制备方法、一种太阳能电池主栅的制造方法、一种太阳能电池组件。

背景技术

太阳能电池直接将光能转化为电能，相对于其它能源而言，减少了很多造成能量流失的中间环节，所以对于整个地球能源系统而言，它相对于其他形式的太阳能利用方法，其利用率最高。同时，太阳能电池在使用过程中为零排放，对环境无污染，是现代低碳社会最具代表性的能源。

在太阳能电池的制造过程中，需要在正反面分别制作电极，将电池片转化的电压和电流导出。为了收集更多的电流和降低电流在传导过程中的功率损失，太阳能领域内的普遍做法为：将电池正面（受光面）电极分为主栅和副栅，反面电极分为背电场和主栅。副栅和背电场用于收集太阳能电池表面产生的电流。主栅用于导出从副栅收集的电流，同时焊接导线，以便跟其他电池串并联得到电池模组。目前行业内的普遍利用银浆制作正反面主栅，然后将镀锡铜带与主栅焊接，再与其他电池组成电池模组。

制造太阳能电池主栅占用的银浆用量，占据整个太阳能电池制造中所用银浆的50%-20%左右。但由于银为贵金属，其价格昂贵，因此，采用上述普遍做法制造的太阳能电池，其成本高。

专利CN201120135039通过将主栅镂空，只在测试点处留有点状银浆用于测试分档。上述方法虽然节约了银浆的用量，但也在一定程度上影响了电池的性能，更重要的是在电池后续的组件过程中，给焊接焊带带来很大困难，同时导致焊带附着拉力大大降低，影响组件模组的制造成品率和性能。

专利CN200710044169提供了一种陶瓷电容器用导电铜浆，该铜浆由于其焊接性能差，导电性能一般，不适合太阳能电池的生产要求。

发明内容

经过本发明人经过大量实验和测试，并对实验结果进行了详细的分析，发现太阳能电池栅线体系中主栅电阻对太阳能电池的功率影响非常小，约为千分之一，基于以上原因用更加廉价的金属代替银浆制造太阳能电池主栅将是更好的选择，本发明提供了一种太阳能电池用铜墨，包括组分：铜粉、助焊剂、玻璃料和粘结剂。由于铜有很好的导电性，在金属中其导电性仅次于银，同时主栅电阻对太阳电池的效率影响甚微，所以用铜墨代替银浆制造出的电池性能与银浆制造出的电池性能相当，且使用了廉价的铜墨代替银浆可以使得太阳能电池制造成本大幅下降。由于铜墨中的助焊剂使太阳能电池在连接焊带时具有很好的可焊性，使焊接过程中产生的接触电阻降到最低，使得在制作太阳电池组件时可直接采用铜带来代替镀锡铜带，极大地降低了组件成本。

本发明还提供了一种太阳能电池用铜墨的制备方法，包括步骤：1）将铜粉、助焊剂、玻璃料混合得第一组分；2）将粘结剂和第一组分混合得太阳能电池用铜墨。通过此方法，可制备得到本发明提供的太阳能电池用铜墨。

本发明还提供了一种太阳能电池主栅的制造方法，将铜墨印刷或喷涂在太阳能电池表面主栅区域，通过烘干和烧结得到太阳能电池主栅。本发明所述主栅可以是太阳电池正面受光面主栅，也可以是非受光面主栅。

本发明还提供了一种太阳能电池组件，包括电池片、位于电池片上的电池主栅、焊接在电池主栅上的焊带、封装材料、透光玻璃面板、背板和铝框，其中，所述的焊带为铜带，所述电池主栅的化学成分为本发明所述的太阳能电池用铜墨。

现有技术中，当进行太阳能电池与组件焊带之间的焊接时，需要使用到镀锡铜带，经过本发明对主栅材料的改变，使得焊接时可以使用铜带直接焊接，从而降低了生产成本和难度。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种太阳能电池用铜墨，包括组分：铜粉、助焊剂、玻璃料和粘结剂。

根据本发明，优选地，所述各组分的质量比为铜粉：助焊剂：玻璃料：粘结剂等于1： 0.2-0.05：0.1-0.02：0.05-0.008。

根据本发明，优选地，所述铜粉选自纯铜或镀银铜粉。

根据本发明，优选地，所述铜粉的粒径为0.2-20微米。

根据本发明，优选地，所述助焊剂选自锡、铅、铋、锌、镓、铟中的一种或几种。

根据本发明，优选地，所述助焊剂为粒径0.2-30微米的金属粉。

根据本发明，优选地，所述玻璃料选自二氧化硅、氧化钙、氧化铋、氧化锌、氧化钡、氧化铝中的两种或两种以上。

根据本发明，优选地，所述玻璃料的粒径为0.2-10微米。当玻璃料的粒径大于10微米时，玻璃料较难融化，烧结时会影响到电池主栅的附着质量；当玻璃料的粒径小于0.2微米时，玻璃料的原材料制造成本过高，会增加影响浆料的生产成本。

根据本发明，优选地，所述粘结剂选自羧甲基纤维素、乙基纤维素、醋丁基纤维素、聚四氟乙烯、聚偏氟二乙烯、丁苯橡胶中的一种或几种。

根据本发明，优选地，所述铜墨还包括表面活性剂。所述表面活性剂选自十二烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚非离子、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基氧化胺、十四烷基二甲基氧化胺、脂肪醇聚氧.乙烯醚、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚、氯化十六烷基吡啶、异辛基酚聚氧乙烯醚、溴化十六烷基吡啶、二甲基烷基甜菜碱、溴化十六烷基三甲胺、椰子油酰胺丙基甜菜碱、氯化十六烷基三丁胺、聚乙二醇单硬脂酸酯、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种。本发明的发明人通过大量的实验发现，优选地，铜墨中加入的表面活性剂可使铜墨中已有的助焊剂在高温处理时充分填充铜颗粒之间的间隙，使得主栅导电性能和焊接性能进一步提升。

根据本发明，优选地，所述铜墨还包括溶剂。所述溶剂选自氮甲基吡咯烷酮、二甲基砜、松油醇、二乙二醇丁醚中的一种。

根据本发明，优选地，所述各组分的质量比为铜粉：表面活性剂：助焊剂：玻璃料：粘结剂：溶剂等于1：0.05-0.002：0.2-0.05：0.1-0.02：0.05-0.008：2-0.1。

当助焊剂的比例在本发明所述的范围内时，可以使电池焊接时更容易直接使用铜带作为电池模组连接导线，同时，还可以促进填充铜粉颗粒之间的间隙，使得主栅电导率进一步降低。相反地，过大的助焊剂比例易使得主栅电导率有所降低；过小的助焊剂比例易使得电池组件与铜连接导线之间焊接困难。

表面活性剂可以使得助焊剂在烧结时充分铺展开，进一步增强助焊剂的填充作用。然而，若表面活性剂比例过大则会使得烧结时燃烧不够充分，容易产生有害残留；比例过小则对助焊剂的增强作用不够明显。

粘结剂的作用在于未烧结前，促进铜墨与硅片的粘接，同时还可以调节铜墨的粘度，使得铜墨便于印刷。但在烧结时，粘结剂会被高温燃烧去除。粘结剂比例若过大，易使得烧结残留过多；粘结剂的比例若过小，则易使得铜墨在未烧结前与硅片粘接困难。

本发明还提供了一种太阳能电池用铜墨的制备方法，包括步骤：1）将铜粉、助焊剂、玻璃料混合得第一组分；2）将粘结剂和第一组分混合得太阳能电池用铜墨。本发明所述的太阳能电池用铜墨可通过此方法制备得到。

本发明还提供了一种太阳能电池主栅的制造方法，将铜墨印刷或喷涂在太阳能电池表面主栅区域，通过烘干和烧结得到太阳能电池主栅，其中，所述铜墨为本发明所述的太阳能电池用铜墨。

根据本发明所述的太阳能电池，优选地，所述烘干温度为70-120℃，所述烧结温度为350-800℃。

本发明所述的太阳能电池主栅的制造方法可应用于晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、化合物太阳能电池。

以下结合实施例对本发明作进一步解释说明。实施例及对比例中所采用原料均通过商购得到，本发明没有特殊限定。

实施例1

1.铜墨的制作

步骤（1）：将纯度为99.9%，粒径为2um的铜粉1kg，粒径为10um的玻璃料（SiO₂25g和CaO25g），粒径为10um的助焊剂Sn100g加入到球磨机中高速搅拌6小时后，取出混合物待用；步骤（2）：将表面活性剂十二烷基酚聚氧乙烯醚50g，溶剂松油醇0.5kg ，粘结剂乙基纤维素50g 加入料桶缓慢搅2小时至粘结剂和表面活性剂完全分散。步骤（3）：将步骤1中的混合物缓缓加入步骤2中的溶液中，缓慢搅拌得到本发明所述铜墨S1。

2.太阳电池的制作

将经过清洗、扩散、镀膜等工序制作好的待印主栅的硅片（市售大小156×156mm的多晶硅）放置在丝网印刷设备中，将铜墨S1倒入丝网印刷设备中，将电极主栅印刷到电池片的一面上，然后将上述印刷好的太阳电池通过烘干和快速烧结得到太阳电池片S10。

实施例2

采用与实施例1中相同的步骤制备本实施例的铜墨S2和太阳能电池S20，不同之处在于：

步骤（1）中，将纯度为99.9%，粒径为18um的镀银铜粉1kg，粒径为1um的玻璃料（氧化硅 10g和氧化铋 10g），粒径为30um的助焊剂（铋50g、锡150g）加入到球磨机中高速搅拌6小时后，取出混合物待用；步骤（2）中，将表面活性剂二甲基烷基甜菜碱5g，溶剂二甲基砜0.2kg ，粘结剂聚偏氟二乙烯10g 加入料桶缓慢搅至粘结剂和表面活性剂完全溶解；其他步骤与实施例1相同，得到本发明所述铜墨S2和太阳能电池S20。

实施例3

采用与实施例1中相同的步骤制备本实施例的铜墨S3和太阳能电池S30，不同之处在于：

步骤（1）中，将纯度为99.9%，粒径为0.2um的铜粉1kg，粒径为0.2um的玻璃料（氧化硅 40g和氧化锌60g），粒径为5um的助焊剂（铋25g、铟25g）加入到球磨机中高速搅拌后，取出混合物待用；步骤（2）中，将表面活性剂聚乙二醇单硬脂酸酯25g，溶剂氮甲基吡咯烷酮2kg ，粘结剂聚四氟乙烯8g 加入料桶缓慢搅至粘结剂和表面活性剂完全分散；其他步骤与实施例1相同，得到本发明所述铜墨S3和太阳能电池S30。

实施例4

采用与实施例1中相同的步骤制备本实施例的铜墨S4和太阳能电池S40，不同之处在于：

步骤（1）中，将纯度为100%，粒径为20um的铜粉1kg，粒径为0.15um的玻璃料（氧化硅 20g和氧化锌25g），粒径为0.2um的助焊剂（铋25g、铟25g）加入到球磨机中高速搅拌后，取出混合物待用；步骤（2）中，将表面活性剂聚乙二醇单硬脂酸酯53g，溶剂氮甲基吡咯烷酮2.2kg ，粘结剂聚四氟乙烯60g 加入料桶缓慢搅至粘结剂和表面活性剂完全分散；其他步骤与实施例1相同，得到本发明所述铜墨S4和太阳能电池S40。

实施例5

采用与实施例1中相同的步骤制备本实施例的铜墨S5和太阳能电池S50，不同之处在于：

步骤（2）中，不加入表面活性剂。

整个印刷、烘干和快速烧结工艺为太阳能电池行业内公知的方法。

对比例1

采用CN201120135039实施例1中公开的步骤制备本对比例的样品DS10。

对比例2

采用CN200710044169实施例1中公开的步骤制备本对比例的样品DS20。

对比例3

采用CN201010562428 实施例1中公开的步骤制备本对比例的样品DS30。

性能测试：

1、将上述得到的太阳能电池S10-50及DS10-30放置在1000w/㎡的光照强度中，测试电池的输出电压、短路电流、最大功率、串联电阻、转化效率和填充因子。其中，填充因子的计算方法为：最大功率输÷（输出电压×短路电流）；转化效率的计算方法为：最大功率÷（1000×0.156×0.156），将测试结果填入表一。

2、将太阳能电池S10-50及DS10-30通过业内公知的焊接方法，具体为放入自动串焊机中，使电池主栅与焊带对准，所述焊带为镀锡铜带，然后在烙铁温度为310-320℃的条件下压紧，得到在主栅上焊接镀锡铜带的电池片，利用拉力机测试焊带与电池玻璃时的最大拉力，得到浆料的焊接性能。

3、将太阳能电池S10-50及DS10-30通过业内公知方法在主栅上焊接未镀锡的铜带，利用拉力机测试焊带与电池玻璃时的最大拉力，得到浆料的焊接性能。

表一太阳电池性能测试结果

项目	最大功率/W	串联电阻/Ω	转化效率/%	镀锡铜带焊接拉力/（N/mm²）	未镀锡铜带焊接拉力/（N/mm²）
						S10	4.19	0.0028	17.22	3.51	2.62
S20	4.21	0.0027	17.30	3.45	2.53
						S30	4.20	0.0028	17.26	3.52	2.47
S40	4.21	0.0028	17.30	3.42	2.51
						S50	4.19	0.0029	17.22	3.18	2.12
DS10	4.15	0.0032	17.05	1.82	不可焊接
						DS20	4.03	0.0041	16.56	1.98	不可焊接
DS30	4.20	0.0028	17.26	2.05	不可焊接

从以上结果可以看出，采用本发明所述铜墨制造太阳电池性能优异，光电转换效率达17.22%以上，各方便性能优异，能够完全替代现有技术方案；同时，使用本发明所述的铜墨制造的太阳电池主栅可以和导电铜带直接焊接，能大大节省太阳电池制造成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能电池用铜墨，包括组分：铜粉、助焊剂、玻璃料和粘结剂。

2.根据权利要求1所述的铜墨，其特征在于，所述各组分的质量比为铜粉：助焊剂：玻璃料：粘结剂等于1： 0.2-0.05：0.1-0.02：0.05-0.008。

3.根据权利要求1所述的铜墨，其特征在于，所述铜粉选自纯铜或镀银铜粉。

4.根据权利要求1所述的铜墨，其特征在于，所述铜粉的粒径为0.2-20微米。

5.根据权利要求1所述的铜墨，其特征在于，所述助焊剂选自锡、铅、铋、锌、镓、铟中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的铜墨，其特征在于，所述助焊剂为粒径0.2-30微米的金属粉。

7.根据权利要求1所述的铜墨，其特征在于，所述玻璃料选自二氧化硅、氧化钙、氧化铋、氧化锌、氧化钡、氧化铝中的两种或两种以上。

8.根据权利要求1所述的铜墨，其特征在于，所述玻璃料的粒径为0.2-10微米。

9.根据权利要求1所述的铜墨，其特征在于，所述粘结剂选自羧甲基纤维素、乙基纤维素、醋丁基纤维素、聚四氟乙烯、聚偏氟二乙烯、丁苯橡胶中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的铜墨，其特征在于，所述铜墨还包括表面活性剂。

11.根据权利要求10所述的铜墨，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚非离子、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基氧化胺、十四烷基二甲基氧化胺、脂肪醇聚氧.乙烯醚、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚、氯化十六烷基吡啶、异辛基酚聚氧乙烯醚、溴化十六烷基吡啶、二甲基烷基甜菜碱、溴化十六烷基三甲胺、椰子油酰胺丙基甜菜碱、氯化十六烷基三丁胺、聚乙二醇单硬脂酸酯、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种。

12.根据权利要求1所述的铜墨，其特征在于，所述铜墨还包括溶剂，所述溶剂选自氮甲基吡咯烷酮、二甲基砜、松油醇、二乙二醇丁醚中的一种。

13.根据权利要求12所述的铜墨，其特征在于，所述各组分的质量比为铜粉：表面活性剂：助焊剂：玻璃料：粘结剂：溶剂等于1：0.05-0.002：0.2-0.05：0.1-0.02：0.05-0.008：2-0.1。

14.根据权利要求1-13任一项所述的铜墨，其特征在于，所述太阳能电池选自晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、化合物太阳能电池中的一种或多种。

15.一种太阳能电池用铜墨的制备方法，包括步骤：1）将铜粉、助焊剂、玻璃料混合得第一组分；2）将粘结剂和第一组分混合得权利要求1-13任意一项所述的太阳能电池用铜墨。

16.一种太阳能电池主栅的制造方法，将铜墨印刷或喷涂在太阳能电池表面主栅区域，通过烘干和烧结得到太阳能电池主栅，其特征在于，所述铜墨为权利要求1-13任意一项所述的太阳能电池用铜墨。

17.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述烘干温度为70-120℃，所述烧结温度为350-800℃。

18.一种太阳能电池组件，包括电池片、位于电池片上的电池主栅、焊接在电池主栅上的焊带、封装材料、透光玻璃面板、背板和铝框，其特征在于，所述的焊带为铜带，所述电池主栅的化学成分为权利要求1-13任意一项所述的太阳能电池用铜墨。