CN103400634A - 一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆及其制备方法，各组分的质量百分比为：银粉70-90wt%、含铅玻璃粉1-10wt%、有机载体5-19wt%；其中有机载体为溶剂、增粘树脂、表面活性剂、触变剂和塑化剂的混合物；通过有机载体组分及含量的调节，使导电浆料的表面张力和自身流变性能得到改善，使其在硅片表面的流平能力得到显著提高，银浆印刷后形成的电极与其底部的硅片的实际接触面积增加，电极与硅片的接触电阻降低，相应的电池串阻降低，电池的转换效率得到提升。

Description

一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆及其制备方法，属于太阳能电子浆料领域。

背景技术

晶硅太阳能电池正面电极主要起收集电子并汇流传导出电池的作用。正面电极由于处在受光面，电极印刷后的宽度直接影响电池吸收光的数量，这就要求电极的宽度越小越好。然而电极的电阻率与其横截面积成反比，在宽度受限的情况下，增加电极的高度可以很好地降低电极的电阻率。这也是传统晶硅太阳能电池正面电极用银浆一直追求的大的高宽比的目的。如中国发明专利CN102810342A，采用添加螯合剂的方法以提高、优化银浆印刷后电极的高宽比。然而，正面电极的最重要功能是与电池片受光面n+层形成欧姆接触。

形成欧姆接触的首要条件，是电极与硅片实际接触面积比上理论接触面积无限接近100%，这意味着银浆在丝网印刷过程中，能够充分流淌入硅片表面制绒后的倒金字塔结构内。银浆能否充分填充倒金字塔结构内，有两个影响因素，一是银浆的表面张力，二是银浆的流变特性，其中银浆流变特性的影响更强。

降低银浆的表面张力，有利于银浆对硅片表面的浸润。降低银浆的表面张力，可以通过添加表面活性剂来实现，但在导电银浆中不能添加有机硅类流平剂，因为有机硅类流平剂在烧结后有很大的硅残留，会显著提高银浆的电阻率。而应使用脂肪酸类表面活性剂，这类表面活性剂具有显著降低银浆表面张力的能力，并且沸点高，烧结后也不会有残留。

银浆的流变特性对改善银浆与硅片表面的物理接触更为重要。由于晶硅太阳能电池正面电极用导电银浆是一种固液混合物，所以理想银浆的流变，应该是在静置状态下，银浆呈现接近固态，银浆保持稳定不分层；受到剪切时，随着剪切的增大，当剪切力超过银浆的屈服值时，银浆迅速地从接近固态转变为接近液态，并且在剪切撤去后，银浆能在极短的时间内，从接近液态恢复至一定的粘度，保持一定的定型性，使电极具有一定的高宽比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆及其制备方法，所述制备的导电银浆能够有效提高浆料与晶体硅太阳能正面电池的接触率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，以所述导电银浆的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：

银粉           80-90wt%；

含铅玻璃粉     1-10wt%；

有机载体       5-19wt%；

所述有机载体为溶剂、增粘树脂、表面活性剂、触变剂和塑化剂的混合物。

优选的，所述银粉为球状或片状，优选为球状；粒径D50为0.5-7μm。

优选的，所述含铅玻璃粉的软化温度为200-500℃，粒径D50为0.5-10μm；玻璃粉在导电银浆中起助烧和粘结电极与硅片的作用。

优选的，所述溶剂为松油醇、松节油、十二酯醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯或柠檬酸三丁酯中一种或几种的混合；添加量为所述导电银浆总重量的1-15wt%。

优选的，所述表面活性剂选自脂肪酸类表面活性剂，添加量为所述导电银浆总重量的0.1-5wt%。

优选的，所述脂肪酸类表面活性剂选自脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪酸单乙醇酰胺、硬脂酸、椰油酸二乙醇酰胺和油酸失水山梨醇酯。

优选的，所述增粘树脂为聚丙烯酸树脂、聚酯树脂或聚乙二醇树脂中的一种或几种的混合；添加量为所述导电银浆总重量的0.5-3wt%。

优选的，所述聚丙烯酸树脂的分子量在6000-10000；所述聚酯树脂的分子量在2000-8000；所述聚乙二醇树脂的分子量在5000-15000。

优选的，所述触变剂为聚乙烯蜡粉、聚四氟乙烯蜡粉、聚酰胺蜡粉或改性氢化蓖麻油中的一种或几种的混合；添加量为所述导电银浆总重量的0.5-1.5wt%。

优选的，所述聚乙烯蜡粉、聚四氟乙烯蜡粉和聚酰胺蜡粉的分子量为500-2000。

优选的，所述触变剂选自油性凝胶剂，添加量为银浆总重量的1-10wt%；所述油性凝胶剂为聚乙二醇和液体石蜡的混合物，聚乙二醇和液体石蜡的混合质量之比为1:1-1:10；其中聚乙二醇的分子量为1000-5000。

银浆在静置状态下，希望其接近固态；添加触变剂可以调节银浆的流变性，而接近固态的程度则取决于触变剂的种类、分子量以及添加量。而当银浆在受到大于屈服应力的剪切时，希望其迅速转变接近液态，银浆接近液态的程度，则取决于增粘树脂的种类、分子量及添加量。

优选的，所述塑化剂选自邻苯二甲酸二丁酯，添加量为所述导电银浆总重量的0.5-5wt%。

优选的，所述导电银浆的细度小于14μm（用刮板细度计测定），其粘度为200-450Pa.s（用粘度仪测定，Brookfield HBT/10rpm,25℃）。

所述一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配比准确称取各组分；

（2）将银粉和含铅玻璃粉混合均匀，备用；

（3）将增粘树脂、触变剂、表面活性剂、溶剂和塑化剂进行搅拌混合制得有机载体混合料；

（4）向所述有机载体混合料中加入前述制得的银粉和含铅玻璃粉的混合料继续搅拌混合；

（5）置于三辊研磨机中研磨至细度小于14μm。

优选的，步骤（3）中，所述搅拌的转速为100-500r/min，优选为200r/min；搅拌的时间为20-200分钟，优选为30分钟。

优选的，步骤（4）中，所述搅拌的转速为100-500r/min，优选为200r/min；搅拌的时间为0.5-4小时，优选为1小时。

本发明的技术效果及优点在于：通过有机载体组分及含量的调节，使导电浆料的表面张力和自身流变性能得到改善，使其在硅片表面的流平能力得到显著提高，银浆印刷后形成的电极与其底部的硅片的实际接触面积增加，电极与硅片的接触电阻降低，相应的电池串阻降低，电池的转换效率得到提升。

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

制备一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，以所述导电银浆的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：

首先，按配比精确称取银粉和含铅玻璃粉，混合均匀得到固体粉备用；然后配制有机载体：精确称取聚酯树脂和聚乙烯蜡，混合均匀，再加入精确称量的脂肪酸二乙醇酰胺、松油醇和邻苯二甲酸二丁酯，置于搅拌釜中，200r/min搅拌半小时；然后往搅拌釜中投入先前配制的固体粉，继续200r/min搅拌1小时制得银浆；再将银浆置于三辊研磨机，研磨至细度小于14μm（用刮板细度计测定），出料得到晶硅太阳能电池正面电极用导电银浆。

实施例2

制备一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，以所述导电银浆的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：

首先，按上述配比精确称取银粉与玻璃粉，混合均匀得到固体粉备用；然后配制有机载体：精确称取聚乙二醇，加入液体石蜡，均匀混合，再加入聚乙二醇树脂、丁基卡必醇、硬脂酸和邻苯二甲酸二丁酯，置于搅拌釜中，100r/min搅拌1时；再往搅拌釜中投入先前配制的固体粉，继续300r/min搅拌1小时制得银浆；然后置于三辊研磨机中研磨至细度小于14μm，出料得到晶硅太阳能电池正面电极用银浆。

实施例3

制备一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，以所述导电银浆的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：

首先，按上述配比精确称取银粉与玻璃粉，混合均匀得到固体粉备用；然后配制有机载体：精确称取聚乙二醇，加入液体石蜡，均匀混合，再加入聚乙二醇树脂、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯、椰油酸二乙醇酰胺和邻苯二甲酸二丁酯，置于搅拌釜中，150r/min搅拌3小时；再往搅拌釜中投入先前配制的固体粉，继续450r/min搅拌0.5小时制得银浆；然后置于三辊研磨机中研磨至细度小于14μm，出料得到晶硅太阳能电池正面电极用银浆。

实施例4

制备一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，以所述导电银浆的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：

首先，按上述配比，精确称取银粉与含铅玻璃粉，混合均匀得到固体粉备用；然后配制有机载体：精确称取聚丙烯酸树脂、聚酯树脂和改性氢化蓖麻油，混合均匀，再加入脂肪酸单乙醇酰胺、松节油、十二酯醇和邻苯二甲酸二丁酯，置于搅拌釜中，200r/min搅拌半小时；再往搅拌釜中投入先前配制的固体粉，继续150r/min搅拌3.5小时制得银浆；然后置于三辊研磨机中研磨至细度小于14μm，出料得到晶硅太阳能电池正面电极用银浆。

实施例5

制备一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，以所述导电银浆的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：

首先，按上述配比，精确称取银粉与含铅玻璃粉，混合均匀得到固体粉备用；然后配制有机载体，精确称取聚丙烯酸树脂、聚四氟乙烯蜡粉和聚酰胺蜡粉，混合均匀，再加入脂肪酸单乙醇酰胺、松油醇和邻苯二甲酸二丁酯，置于搅拌釜中，200r/min搅拌半小时；再往搅拌釜中投入先前配制的固体粉，继续200r/min搅拌1小时制得银浆；然后置于三辊研磨机中研磨至细度小于14μm，出料得到晶硅太阳能电池正面电极用银浆。

对比样：

首先，按上述配比精确称取银粉与含铅玻璃粉，混合均匀得到固体粉备用；然后配制有机载体，精确称取乙基纤维素于油浴釜中，倒入松油醇，设定油浴温度为90℃，按100r/min的速度加热搅拌2小时，待冷却后加入螯合剂，按50r/min速度搅拌0.5小时；将制备好的有机载体置于搅拌釜中，再往搅拌釜中投入先前配制的固体粉，按200r/min速度搅拌1小时制得银浆；将银浆置于三辊研磨机，研磨至细度小于14μm，出料得到晶硅太阳能电池正面电极用银浆。

评测手段：对所制银浆进行印刷，所用网版为400/18，膜厚20μm，印刷图案为1cm×1cm的网版。保持印刷条件不变，用上述网版丝网印刷实施例1-5以及对比样于晶硅太阳能电池片正面上，链式炉烘干并烧结。用3D扫描显微镜扫描烧结后的硅片，记录电极与硅片之间的平均落差。然后将硅片浸没于1mol/L的硝酸水溶液中，10分钟后取出晾干，用3D扫描显微镜扫描上述晾干的硅片，得出腐蚀面积。腐蚀面积除以印刷面积乘以100%即物理接触面积百分比。将银浆印刷156mm×156mm的多晶硅片上（所用硅片为同一批次的已经过清洗、制绒、扩散、PE步骤，并且印刷了背电极和铝背场），经红外快速烧结炉烘干烧结成电池，测试电池的电性能。各项数据在实测结果如表1所示。

表1实施例1-5以及对比样制得的导电银浆的测试结果

Claims (15)

1.一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，以所述导电银浆的总重量为基准计，包括如下重量百分比的组分：

银粉           70-90wt%；

含铅玻璃粉     1-10wt%；

有机载体       5-19wt%；

所述有机载体为溶剂、增粘树脂、表面活性剂、触变剂和塑化剂的混合物。

2.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述银粉为球状或片状，粒径D50为0.5-7μm。

3.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述含铅玻璃粉的软化温度为200-500℃，粒径D50为0.5-10μm。

4.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述溶剂为松油醇、松节油、十二酯醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯或柠檬酸三丁酯中一种或几种的混合；添加量为所述导电银浆总重量的1-15wt%。

5.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述表面活性剂选自脂肪酸类表面活性剂，添加量为所述导电银浆总重量的0.1-5wt%。

6.如权利要求5所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述脂肪酸类表面活性剂选自脂肪酸二乙醇酰胺、脂肪酸单乙醇酰胺、硬脂酸、椰油酸二乙醇酰胺和油酸失水山梨醇酯。

7.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述增粘树脂为聚丙烯酸树脂、聚酯树脂或聚乙二醇树脂中的一种或几种的混合；添加量为所述导电银浆总重量的0.5-3wt%。

8.如权利要求7所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述聚丙烯酸树脂的分子量在6000-10000；所述聚酯树脂的分子量在2000-8000；所述聚乙二醇树脂的分子量在5000-15000。

9.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述触变剂为聚乙烯蜡粉、聚四氟乙烯蜡粉、聚酰胺蜡粉或改性氢化蓖麻油中的一种或几种的混合；添加量为所述导电银浆总重量的0.5-1.5wt%。

10.如权利要求9所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述聚乙烯蜡粉、聚四氟乙烯蜡粉和聚酰胺蜡粉的分子量为500-2000。

11.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述触变剂选自油性凝胶剂，添加量为所述导电银浆总重量的1-10wt%；所述油性凝胶剂为聚乙二醇和液体石蜡的混合物，聚乙二醇和液体石蜡的质量之比为1:1-1:10；其中聚乙二醇的分子量为1000-5000。

12.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆，其特征在于，所述塑化剂选自邻苯二甲酸二丁酯，添加量为所述导电银浆总重量的0.5-5wt%。

13.如权利要求1-12任一所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆的制备方法，包括以下步骤：

（1）按配比准确称取各组分；

（2）将银粉和含铅玻璃粉混合均匀，备用；

（3）将增粘树脂、触变剂、表面活性剂、溶剂和塑化剂进行搅拌混合制得有机载体混合料；

（4）向所述有机载体混合料中加入前述制得的银粉和含铅玻璃粉的混合料继续搅拌混合；

（5）置于三辊研磨机中研磨至细度小于14μm。

14.如权利要求13所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述搅拌的转速为100-500r/min，搅拌的时间为20-200分钟。

15.如权利要求13所述的一种晶体硅太阳能电池正面电极用导电银浆的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述搅拌的转速为100-500r/min，搅拌的时间为0.5-4小时。