CN103400633B

CN103400633B - 一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料及其制备方法

Info

Publication number: CN103400633B
Application number: CN201310306017.5A
Authority: CN
Inventors: 涂小平; 郑建华; 敖毅伟; 杨云霞; 袁晓
Original assignee: SHANGHAI BONA ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI BONA ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: CN103400633A

Abstract

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料，由以下质量百分比的各组分组成：镀银铜粉40-70wt%、无机无铅玻璃粉2-10wt%以及有机载体25-50wt%；所述有机载体为溶剂、增稠剂和添加剂的混合物；制备的导电浆料印制背面电极厚度大、体电阻小，耐焊性能优异，焊接附着力强及抗银离子迁移等优点，同时电池片串焊后组件也具有更高稳定性及更强抗老化能力。

Description

一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料及其制备方法，属于太阳能电池导电浆料领域。

背景技术

晶硅太阳能电池经过几年高速发展，电池价格已经大大下降，但仍需补贴，太阳电池发电尚不能与传统的火力发电相抗衡。所以降低成本仍然是晶硅太阳电池面临的首要问题。随着硅料价格降低，银浆在电池片制造成本中所占比例上升至10%以上，占非硅成本的40%以上，因此越来越多的电池片制造企业将降低成本的目光聚集在降低银的使用量上。

电池片的正面电极主要起收集电子并汇流导出电池的作用，其体电阻会影响电池的串联电阻，继而影响电池的转换效率，所以正面电极通常具有10μm以上的厚度。而背面电极仅起汇流电流，提供焊接点的作用，对电池片转换效率影响很小。所以电池片制造商首先是降低背面电极的成本，主要通过使用含银量低的背面浆料，降低网板膜厚及调整印刷参数等方式降低背面浆料印刷下墨量，使背面电极烧结后厚度降至4～5μm。而背面导电电极厚度下降后，会影响导电电极表面致密性、焊接附着力、耐焊性能及体电阻。电极厚度会直接影响焊接附着力，电极厚度越薄附着力就越小。电极致密性会影响焊接的耐焊性能，耐焊性能差就易出现过焊的现象，电极越薄截面积就越小，体电阻就增大。

传统的太阳能电池背面电极浆料使用纯银粉作为导电相，使用纯银粉作为导电相。由于纯银在直流偏压的作用下，容易发生银离子迁移导致机械强度降低，严重的会导致电路短路，大大降低了应用的安全系数。且银属于贵金属，价格昂贵，银浆的价格高。

目前太阳能电池导电银浆所采用的玻璃粘合剂是一种含铅混合玻璃粉，该种玻璃体系虽然具有软化温度低、电性能稳定等优势，但用该玻璃体系生产的导电浆料中含有铅，对环境的污染较大，不符合环保要求。

发明内容

本发明针对于现有技术的上述不足，提供一种不含有铅等有毒物质，对人体危害性小及成本低、附着力强、抗银离子迁移、耐候性能优良的晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料，由以下质量百分比的各组分组成：

镀银铜粉40-70wt%

无机无铅玻璃粉2-10wt%

有机载体25-50wt%

所述有机载体为溶剂、增稠剂和添加剂的混合物。

优选的，所述镀银铜粉的形状为球状、片状或棒状；粉体粒径D50为1-5μm；所述镀银铜粉中铜的质量百分含量为10-40wt%。

优选的，所述无机无铅玻璃粉由以下质量百分比的组分组成，Bi₂O₃：50-70wt%、B₂O₃：10-30wt%、SiO₂：5-20wt%、TiO₂：1-5wt%；软化温度为200-500℃，粉体粒径D50为1-5μm。

优选的，所述无机无铅玻璃粉的制备方法为：按配比称取各组分并混合均匀，放入石英坩埚中在1000～1400℃温度下保温1～2h，水淬烘干后球磨2～4h即得到所述无机无铅玻璃粉。

优选的，以所述有机载体的总重量计，所述有机载体的组成为：溶剂75-90wt%，增稠剂5-20wt%，添加剂1-10wt%。

优选的，所述有机载体的制备方法为：按配比称取各组分，把溶剂、添加剂先加入到玻璃反应釜中，在15-20m/s高速剪切下加入增稠剂，加热至70-100℃保温2-4h，冷却后即得所述的有机载体；其中，高速剪切有助于分散溶解有机相载体。

优选的，所述溶剂为松节油、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯或十二酯醇中的一种或几种的混合。

优选的，所述增稠剂为丙烯酸树脂、乙基纤维素、硝基纤维素、酚醛树脂、环氧树脂或氯醋树脂中的一种或几种的混合。

优选的，所述添加剂为邻苯二甲酸二丁酯、辛酸、棕榈油、卵磷脂、司班85或氢化蓖麻油中的一种或几种的混合。

优选的，所述一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配比称取各组分；

（2）将镀银铜粉及无机无铅玻璃粉在三维混料机混合3-10h；

（3）将有机载体及上述镀银铜粉和无机无铅玻璃粉的混合物在真空搅拌机中搅拌2-6h；

（4）再置于三辊机中研磨4-6遍，得到细度≤10μm均匀的浆料；

（5）再经300目丝网过滤即得。

本发明的技术效果及优点在于：

（1）本发明设计了Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂-TiO₂系无机无铅玻璃作为导电浆料的无机粘结相，该体系玻璃具有无铅、低熔点等特点，使烧结后背面导电电极具有良好的可焊性、耐焊性及高附着力，实现导电浆料无铅化同时提高了背面导电电极整体性能。

本发明导电浆料中导电相为镀银铜粉，镀银铜粉生产的晶体硅太阳能电池背面用导电浆料生产成本降低10～40%，同时又可以在具有成本优势时提高背面导电浆料含固量，高含固量导电浆料所印制背面电极，烧结后电极厚度较厚，这可以扩大焊接工艺的窗口，焊接后电极附着力强，同时耐焊、耐候性强。由于镀银铜粉分散性好、收缩率小，有利于提高膜层的堆积密度，降低导电电极的体电阻。

本发明导电浆料中有大量铜元素，由于铜的抗迁移性大大高于银，这种合金体系可以大大降低银迁移的速率，使太阳能电池片串焊电路稳定性提高，延长太阳能组件使用寿命。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

金属导电相：选用形状为球状的镀银铜粉（其中铜含量为10wt%，银含量为90wt%）、粒径D50=1μm。

无机无铅玻璃粉的制备：按以下重量百分比称取各组分（总和100wt%）：Bi₂O₃：60wt%^-、B₂O₃：20wt%、SiO2：15wt%、TiO2：5wt%；然后放入石英坩埚中在1000℃温度下保温2h，水淬烘干后球磨1.5h即得到粒径D50=2μm的无机无铅玻璃粉；软化温度为250℃。

有机载体的制备：按以下重量百分比称取各组分（总和100wt%）：50wt%的松油醇、37wt%的丁基卡必醇、8wt%的乙基纤维素、3wt%的邻苯二甲酸二丁酯、2wt%的辛酸；先将松油醇、丁基卡必醇、邻苯二甲酸二丁酯和辛酸加入到玻璃反应釜中，然后在15m/s高速剪切下加入乙基纤维素，加热至85℃，继续高速剪切的条件下保温120min，冷却后得到有机载体。

无铅导电浆料的制备：（1）按以下重量百分比称取各组分（总和100wt%）：59wt%的镀银铜粉、3wt%的无机无铅玻璃粉以及38wt%的有机载体；（2）将镀银铜粉及无机无铅玻璃粉在三维混料机混合3h；（3）将有机载体及前述镀银铜粉和无机无铅玻璃粉的混合物在真空搅拌机搅拌5h；（4）置于三辊机中研磨4-6遍，得到细度≤10μm均匀的浆料；（5）再经300目丝网过滤即制得所述的晶体硅太阳能电池背面电极用导电浆料。

实施例2

金属导电相：选用形状为片状的镀银铜粉（其中铜含量为25wt%，银含量为75wt%）、粒径D50=2.5μm。

无机无铅玻璃粉的制备：按以下重量百分比称取各组分（总和100wt%）：Bi₂O₃：65wt%、B₂O₃：25wt%、SiO₂：8.5wt%、TiO₂：1.5wt%；然后放入石英坩埚中在1000℃温度下保温2h，水淬烘干后球磨1.5h即得到粒径D50=4μm的无机无铅玻璃粉；软化温度为350℃。

有机载体的制备：按以下重量百分比称取各组分（总和100wt%）：40wt%的松节油、30wt%的柠檬酸三丁酯、10wt%十二酯醇、6wt%的乙基纤维素、6wt%硝基纤维素、5wt%的氢化蓖麻油、3wt%的卵磷脂；先将松节油、柠檬酸三丁酯、十二酯醇、氢化蓖麻油和卵磷脂加入到玻璃反应釜中，然后在20m/s高速剪切下加入乙基纤维素和硝基纤维素，加热至85℃继续高速剪切的条件下保温180min，冷却后得到有机载体。

无铅导电浆料的制备：（1）按以下重量百分比称取各组分（总和100wt%）：63wt%的镀银铜粉、10wt%的无机无铅玻璃粉、27wt%的有机载体；（2）将镀银铜粉及无机无铅玻璃粉在三维混料机混合5h；（3）将有机载体及前述镀银铜粉和无机无铅玻璃粉的混合物在真空搅拌机搅拌2.5h；（4）置于三辊机中研磨4-6遍，得到细度≤10μm均匀的浆料；（5）再经300目丝网过滤即制得所述的晶体硅太阳能电池背面电极用导电浆料。

实施例3

金属导电相：选用形状为棒状的镀银铜粉（其中铜含量为15wt%，银含量为85wt%）、粒径D50=3.5μm。

无机无铅玻璃粉的制备：按以下重量百分比称取各组分（总和100wt%）：70wt%的Bi₂O₃、15wt%的B₂O₃、10wt%的SiO₂以及5wt%的TiO₂；然后放入石英坩埚中在1400℃温度下保温1h，水淬烘干后球磨3h即得到粒径D50=2μm的无机无铅玻璃粉；软化温度为450℃。

有机载体的制备：按以下重量百分比称取各组分（总和100wt%）：80wt%的松油醇、8wt%的丙烯酸树脂、10wt%的环氧树脂、3wt%的邻苯二甲酸二丁酯，先将松油醇和邻苯二甲酸二丁酯加入到玻璃反应釜中，然后在20m/s高速剪切下加入丙烯酸树脂和环氧树脂，加热至85℃继续高速剪切的条件下保温200min，冷却后得到有机载体。

无铅导电浆料的制备：（1）按以下重量百分比称取各组分（总和100wt%）：52wt%的镀银铜粉、8wt%的无机无铅玻璃粉以及40wt%的有机载体；（2）将镀银铜粉及无机无铅玻璃粉在三维混料机混合8h；（3）将有机载体及前述镀银铜粉和无机无铅玻璃粉的混合物在真空搅拌机搅拌2h；（4）置于三辊机中研磨4-6遍，得到细度≤10μm均匀的浆料；（5）再经300目丝网过滤即制得所述的晶体硅太阳能电池背面电极用导电浆料。

比较例1：

金属导电相：选用纯银粉、球形、粒径D50=1μm。

含铅玻璃粉：由以下重量百分比的组分组成（总和100wt%）：50wt%的PbO、20wt%的B₂O₃、25wt%的SiO₂、5wt%的Al₂O₃；制备过程同实施例1；粒径D50=2μm。

有机载体：组分及制备方法同实施例1。

无铅导电浆料的制备：（1）称取52%的银粉、3%的含铅玻璃粉、45%的有机载体；（2）将银粉及含铅玻璃粉用三维混料机混合3h；（3）将有机载体及上述银粉和含铅玻璃粉混合物用真空搅拌机搅拌4h；（4）再置于三辊机中研磨4-6遍，得到细度≤10μm均匀的浆料；（5）再经300目丝网过滤即得。

评测方法：对所制背面浆料进行印刷，所用网版为280目，膜厚10μm，印刷图案为2mm×25mm。保持印刷条件不变，用上述网版丝网印刷实施例1-3以及对比例1制得的浆料，烘干后进行红外快速烧结，得到晶硅电池片。

（1）印刷单耗计算；印刷前称取硅片的重量，印刷后再称取重量，两者间的差值除以印刷单位面积即为单片硅片印刷单耗。

（2）导电电极厚度；印刷好的晶硅太阳能电池片经红外快速烧结后，用3D扫描显微镜扫描烧结后背面导电电极，计算导电电极与硅片之间的厚度。

（3）可焊性测试；把烧结好的硅片用酒精擦拭干净，在2mm×25mm背面电极上浸涂含50%酒精松香助焊剂，完全浸入220℃的Sn62Pb36Ag2锡炉中，时间为2～3秒，冷却后测算焊上锡面积占总面积的比例。

（4）耐焊性测试；按照可焊性评测方法操作，完全浸入220℃的Sn62Pb36Ag2锡炉中维持一段时间，测算背面电极被全部侵蚀的时间。

（5）附着力测试；在已烧结好的晶硅太阳能片背面电极上，用常规的镀锡铜带按标准工艺焊接在背面电极上，用自动拉力机测试电极的平均剥离力。

（6）耐候性测试：将已焊好的的晶硅太阳能电池片测试双85（温度85℃、湿度85%），条件下放置1000小时，后再测试附着力及各项电性能。

表1实施例1-3及对比例1导电浆料制得晶体硅太阳能电池片背面电极性能表

项目	实施例1	实施例2	实施例3	比较例1
					银含量（wt%）	53.1	47.2	44.2	52
印刷单耗(mg/cm²)	5.5	5.5	5.5	4.5
					导电电极厚度	＞6μm	＞6μm	＞6μm	3.5-5μm
可焊性	≥98%	≥95%	≥95%	≥98%
					耐焊性	≥15S	≥15S	≥15S	≤5S
附着力（均值）	≥8N	≥6N	≥6N	3-5N
					耐候性	优	优	优	差

Claims

1.一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料，由以下质量百分比的各组分组成：

镀银铜粉40-70wt％；

无机无铅玻璃粉2-10wt％；

有机载体25-50wt％；

所述有机载体为溶剂、增稠剂和添加剂的混合物；

所述镀银铜粉形状为球状、片状或棒状；粉体粒径D50为1-5μm；所述镀银铜粉中铜的质量百分比含量为10-40wt％；

所述无机无铅玻璃粉由以下质量百分比的组分组成，Bi₂O₃：50-70wt％、B₂O₃：10-30wt％、SiO₂：5-20wt％、TiO₂：1-5wt％；软化温度为200-500℃，粉体粒径D50为1-5μm；以所述有机载体的总重量计，所述有机载体的组成为：溶剂75-90wt％，增稠剂5-20wt％，添加剂1-10wt％；所述溶剂为松节油、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯或十二酯醇中的一种或几种的混合；所述增稠剂为丙烯酸树脂、乙基纤维素、硝基纤维素、酚醛树脂、环氧树脂或氯醋树脂中的一种或几种的混合；所述添加剂为邻苯二甲酸二丁酯、辛酸、棕榈油、卵磷脂、司班85或氢化蓖麻油中的一种或几种混合。

2.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料，其特征在于，所述无机无铅玻璃粉的制备方法为：按配比称取各组分并混合均匀，放入石英坩埚中在1000～1400℃温度下保温1～2h，水淬烘干后球磨2～4h即得到所述无机无铅玻璃粉。

3.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料，其特征在于，所述有机载体的制备方法为：按配比称取各组分，把溶剂、添加剂先加入到玻璃反应釜中，在15-20m/s高速剪切下加入增稠剂，加热至70-100℃继续高速剪切2-4h，冷却后即得所述的有机载体。

4.如权利要求1-3任一所述的一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配比称取各组分；

(2)将镀银铜粉及无机无铅玻璃粉在三维混料机混合3-10h；

(3)将有机载体及上述镀银铜粉和无机无铅玻璃粉的混合物在真空搅拌机中搅拌2-6h；

(4)置于三辊机中研磨4-6遍，得到细度≤10μm均匀的浆料；

(5)再经300目丝网过滤即得。

5.如权利要求1-3任一所述的一种晶体硅太阳能电池背面电极用无铅导电浆在晶体硅太阳能电池背面电极上的应用。