CN103545017B

CN103545017B - 一种太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法

Info

Publication number: CN103545017B
Application number: CN201310512253.2A
Authority: CN
Inventors: 陈春锦; 王卿
Original assignee: Jiangsu Yuxing New Material Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Yuxing New Material Science & Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: CN103545017A

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池正面电极用导电浆料，其由以下重量比的成分制成：含铅玻璃粉2~5%、球形银粉80~92%、有机载体1.5~5%；溶剂3~6%、助剂0.3~1.2%以及无机添加剂0.5~5%；一种太阳能电池正面电极用导电浆料的制备方法，包括以下步骤：含铅玻璃粉的制备，有机载体的制备，按比例将含铅玻璃粉、球形银粉、有机载体、溶剂、助剂和无机添加剂混合，分散后过滤，得到太阳能电池正面电极用导电浆料。本发明的有益效果为：具有良好的印刷性，避免了印刷过程中的干网、堵网现象；在高方租电池片上（80mΩ以上）有好的导电性能和电池的转化效率。

Description

一种太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，尤其涉及一种太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法。

背景技术

据欧洲光伏工业协会EPIA预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。根据欧盟委员会联合研究中心(JRC)的预测，到2030年可再生能源在总能源结构中占到30%以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到10%以上;2040年可再生能源占总能耗50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上;到21世纪末可再生能源在能源结构中占到80%以上，太阳能发电占到60%以上。为此，太阳能发电将为全人类解决“能源危机”、“环境污染”和“可持续发展”等三大世界难题做出历史性、跨世纪的伟大贡献。从长远来看，作为清洁、可再生能源的太阳能光伏技术最成熟，最具可操作性，有着巨大发展空间，这是不可更改的历史大趋势。

光伏产业与传统化石能源竞争的关键是价格和成本，由于光伏发电的价格高于常规能源，因此市场主要依赖于国家对光伏发电的政策补贴。近几年来，中国晶体硅光伏组件制造技术取得了巨大进步。围绕着降低成本的各种研究开发工作取得显著成就，表现在晶硅原材料制备技术取得巨大突破，硅片厚度持续降低、电池效率不断提升等方面，在短短几年时间，光伏发电成本下降幅度远超市场预期。

首先，硅片厚度持续降低。降低硅片厚度是减少硅材料消耗，降低晶体硅太阳电池成本有效技术措施之一。30多年来，太阳电池硅片厚度从20世纪70年代的450~500微米降低到目前的180~200微米，降低了一半以上，对太阳电池成本降低起到了重要作用。目前，国内优秀企业电池片厚度已达到国际先进水平180微米。在不提高碎片率的前提下，如果太阳电池厚度从180微米降到160微米，太阳电池硅用量可减少10%，组件成本可下降6%。其次，电池效率不断提高。单晶硅电池的实验室效率已经从20世纪50年代的6%提高到目前的25%，多晶硅电池的实验室效率达到了20.3%，先进技术不断向产业注入，使商业化电池技术不断得到提升。目前量产的晶体硅电池的效率达到14%~20%(单晶硅电池16%~20%，多晶硅14%~16%)。晶体硅电池的效率提高1%，发电成本可下降6%。

同时，我国提前3年达到专家2014年预测度电成本，更是反映出光伏技术的飞速突破。2011年8月12日，中国资源综合利用协会可再生能源专委会在京发布《中国光伏发电平价上网路线图》(以下简称《路线图》)。《路线图》分析，假设2009年光伏上网电价为1.5元/千瓦时，以后每年下降8%;火电上网电价以后每年上涨6%。则到2014年，中国工商业用电价格首先超过光伏发电上网电价，率先实现“平价上网”。假设2009年光伏发电上网基准价为1.5元/千瓦时，按照光伏发电价格每年下降8%，2014年光伏发电价格将低于1元/千瓦时，而常规工商业用电2009年平均价格0.81元/千瓦时，若每年上涨6%，到2014年工商业用电价格将超过光伏发电上网电价，率先实现平价上网，国内光伏发电的市场将快速启动。

从当前国内的实际情况看，光伏平价上网的时间远比2011年8月专家们所分析的时间大范围提前，而这个时间提前将构成非常重要的投资机会。根据专家在2010年图示，预计2014年才会达到1元/千瓦时，实际上在2012年已经到0.8~1.00元/千瓦时，而当前国内光伏行业的度电成本已达0.7元~0.8元，如果加上国家的一定数额的政策补贴，度电成本已经能够达到0.4元及以下。

光伏发展的终极目标是实现平价上网，传统能源目前的度电成本在0.4元附近。随着光伏技术持续发展，2014年度电成本已经提前3年实现，且当前行业度电成本普遍已达到0.7~0.8元，这意味着当前的光伏技术已经达到了一个“临界点”。这个临界点一旦突破，市场需求可能呈现几何级爆发，其替代能源甚至主力能源的时代将提前到来。光伏产业通过这些年竞争发展，与其他产业相比是中国与先进国家差距较小的一个行业。通过中国政府支持，促进企业技术进步，未来中国光伏行业能在全球光伏市场抢占更多市场份额。

在晶体硅太阳能电池片的制备过程中，通过将导电浆料印刷在硅片正面，干燥、烧结后在太阳能电池硅片的正面形成正面电极，起到导电和提高电池光电转换效率的作用。为了减少正面的遮光面积，提高电池转换效率，太阳能电池正面电极逐渐向密栅和细栅发展，栅线宽度由原来的120µm发展到现今的40µm；硅片方租由原来的65mΩ到现今的80mΩ。但是，现有技术中的太阳能电池正面电极用导电浆料还主要依赖进口，国内浆料主要有以下三个问题：1、印刷性能不好由于现在栅线密而窄，而前期浆料不能满足现在印刷工艺条件；2、由于现今电池片由65mΩ到现今的80mΩ，以往浆料在性能上以不能满足现在的硅片要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法，以克服现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种太阳能电池正面电极用导电浆料，其由以下重量比的成分制成：含铅玻璃粉2~5%、球形银粉80~92%、有机载体1.5~5%；溶剂3~6%、助剂0.3~1.2%以及无机添加剂0.5~5%；所述含铅玻璃粉由以下重量比的原料组成：PbO 1~10%、B₂O₃ 15~30%、ZnO 4~15%、Bi₂O₃ 20~50%、SiO₂ 10~25%、TeO₂ 1~10%以及MgO 2~13%。

优选的，所述含铅玻璃粉由以下重量比的原料组成：PbO 2~8%、B₂O₃ 18~25%、ZnO 6~12%、Bi₂O₃ 25~40%、SiO₂ 15~22%、TeO₂ 2~8%以及MgO 3~10%。

进一步的，所述含铅玻璃粉的粒径为1.0~5.0μm，Tg点为300~400℃。

优选的，所述含铅玻璃粉的粒径为2.0~4.0μm，Tg点为310~350℃。

进一步的，所述球形银粉的粒径为0.5~3μm，振实密度大于5.0g/cm³。

进一步的，所述有机载体由以下质量比的原料制成：乙基纤维素树脂 6~10%、醋酸纤维素树脂 2~4%以及稀释剂 86~92%，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种。

进一步的，所述溶剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种。

进一步的，所述助剂为触变剂和分散剂，所述触变剂为CRAYVALLAC MT和CRAYVALLAC ULTRA的一种或其混合物，所述分散剂为BYK-110、BYK-111以及KD-1中的一种或几种。

进一步的，所述无机添加剂为TeO₂、MgO、TiO₂、ZnO、ZrO₂、硬脂酸镁和硬脂酸锌中的一种或几种。

所述的太阳能电池正面电极用导电浆料的制备方法，包括以下步骤：

1）含铅玻璃粉的制备：按比例将PbO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、SiO₂、TeO₂和MgO混合，经热熔、冷却、球磨和过筛后得到含铅玻璃粉；

2）有机载体的制备：将乙基纤维素树脂和醋酸纤维素树脂加入稀释剂中，在70~90℃的条件下保温1~3小时，过滤后得到有机载体；以及

3）按比例将含铅玻璃粉、球形银粉、有机载体、溶剂、助剂和无机添加剂混合，分散后过滤，得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

本发明的有益效果为：具有良好的印刷性，避免了印刷过程中的干网、堵网现象；在高方租电池片上（80mΩ以上）有好的导电性能和电池的转化效率。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的太阳能光伏电池的结构示意图。

图中：

1、晶体硅基体；2、背银；3、背铝；4、正面电极。

具体实施方式

本发明公开了一种太阳能电池正面电极用导电浆料，由以下重量比的成分组成：含铅玻璃粉2~5%；球形银粉80~92%；有机载体1.5~5%；溶剂3~6%；助剂0.3~1.2%；无机添加剂0.5~5%。

银具有电阻率低、柔韧性和延展性好等特点，是良好的导电性和导热性金属，因此，本发明以银粒子为导电粒子。本发明所述球形银粉的粒径优选为0.5~3μm，更优选为0.8~2.7μm，更优选为1.4~2.2μm；振实密度优选大于5.0g/cm³，更优选为5.0~7.0g/cm³，更优选为5.5~6.5g/cm³。由于本发明以球形银粉为必要成分，减少了导电浆料烧结后的收缩率，同时提高了浆料的导电性能。

上述球形银粉的粒径为平均粒径，通过实测值计算得到，所述实测值优选由Microtrac-S3500粒度分布仪来确定。

另外，本发明采用的含铅玻璃粉优选为含铅的硼酸玻璃粉，更优选由重量比为（1~10）：（15~30）：（4~15）：（20~50）：（10~25）：（1~10）:（2~13）的PbO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、SiO₂ _、TeO₂和MgO组成，更优选由重量比为（2~8）：（18~25）：（6~12）：（25~40）：（15~22）：（2~8）:（3~10）的PbO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、SiO₂ _、TeO₂和MgO组成。所述含铅玻璃粉的粒径优选为1.0~5.0μm，更优选为2.0~4.0μm；Tg点优选为300~400℃，更优选为310~350℃。在太阳能电池正面电极用导电浆料中，含铅玻璃粉作为无机粘结剂，优选具有310~350℃的Tg以便于导电浆料在600~900℃下焙烧，从而粘附在硅衬底上。如果软化点过低，则烧结程度会过度；而软化点过高则在焙烧期间不能发生足够的熔融硫，从而粘附强度较低，不能与银粒子实现液相烧结。其中，含铅玻璃粉中铅的作用在于实现各个成分的共熔，降低银的熔点。

按照本发明，有机载体即树脂基料，优选由重量比为（6~10）：（2~4）：（86~92）的乙基纤维素树脂、醋酸纤维素树脂和稀释剂组成，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种，其中稀释剂的作用在于调节该有机载体的粘度。

另外，所述溶剂优选为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种。所述助剂优选为触变剂和分散剂，触变剂更优选为CRAYVALLAC MT、CRAYVALLAC ULTRA的一种或其混合物，分散剂更优选为BYK-110、BYK-111、KD-1的一种或几种；所述无机添加剂优选为TeO₂、MgO、TiO₂、ZnO、ZrO₂、硬脂酸镁和硬脂酸锌中的一种或几种。上述助剂和无机添加剂的用量由所需导电浆料的特性来决定。

相应的，本发明还提供一种上述太阳能电池正面电极用导电浆料的制备方法，包括以下步骤：将重量比为（2~5）：（80~92）：（1.5~5）：（3~6）：（0.3~1.2）：（0.5~5）的含铅玻璃粉、球形银粉、纳米银粉、有机载体、溶剂、助剂和无机添加剂混合，分散后过滤，得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

在上述导电浆料的制备过程中，通过调节含铅玻璃粉和银粉的比例，从而调节烧结后银和硅的接触电阻以及电池转化效率；通过调节有机载体与溶剂的比例，从而调节产品的粘度和印刷性，防止印刷过程中的干网、堵网现象；通过调节助剂的含量可以调整浆料的分散性；改变无机添加物的比例可以调节电池片的电阻和电池转化效率。

其中，所述含铅玻璃粉按照如下方法制备：将重量比为（2~8）：（18~25）：（6~12）：（25~40）：（15~22）：（2~8）:（3~10）的PbO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、SiO₂ _、TeO₂和MgO混合，经热熔、冷却、球磨和过筛后得到含铅玻璃粉，所述含铅玻璃粉的粒径为1.0~3.0μm，Tg点310~350℃。本发明优选以上述制备的含铅玻璃粉作为无机粘结剂，优选具有Tg点310~350℃以便于导电浆料在600~900℃下焙烧，从而粘附在硅衬底上。如果Tg点过低，则烧结程度会过度；而Tg点过高则在焙烧期间不能发生足够的熔融流，从而粘附强度较低，从而不能与银粒子实现液相烧结。其中，含铅玻璃粉中铅的作用在于实现各个成分中间的共熔，降低银的熔点。

另外，所述有机载体按照如下方法制备：将乙基纤维素树脂和醋酸纤维素树脂加入稀释剂中，在70~90℃的条件下保温1~3小时，过滤后得到有机载体，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种，所述乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和稀释剂的重量比为（6~10）：（2~4）：（86~92）。所述保温温度优选为75~85℃，更优选为80℃；所述保温时间优选为1.5~2.5小时，更优选为2小时，所述保温优选采用恒温保温的形式。

在导电浆料的过程中，优选采用三辊机对各个原料的混合产物进行分散，更优选分散至粒径为10μm以下，调整至合适粘度，过滤得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

本发明通过调节有机载体、溶剂和助剂之间的重量比关系，从而调节了该导电浆料的粘度，使该导电浆料具有良好的印刷性，避免了印刷过程中的干网、堵网现象；另一方面，由于并调整了含铅玻璃粉体系、及玻璃与球形银粉之间的重量比关系，从而达到现今高方租电池片的要求。实验结果表明，本发明制备的太阳能电池正面电极用导电浆料具有优异的印刷性，印刷过程中不断线、不干网；烧结后与硅片形成良好的欧姆接触；烧结后有好的高宽比，同时电池片转化效率高。

以本发明制备的太阳能电池正面电极用导电浆料制备太阳能电池，如图1所示，包括晶体硅基体1，背银2，背铝3和正面电极4。由于本发明制备的导电浆料的印刷性能较好，从而该太阳能电池不会在烧结过程中开裂，具有良好的电池转化效率。

实施例1

步骤1）含铅玻璃粉的制备

按表1所示的原料和比例，将PbO、B₂O₃、ZnO、Bi₂O₃、SiO₂ _、TeO₂和MgO混合均匀，加热后热熔、冷却、球磨、过筛得玻璃粉，该玻璃粉粒径范围为1.0~3.0μm，Tg点310~350℃。

步骤2）有机载体的制备

按表1所示的原料和比例，将乙基纤维素树脂和丙烯酸树脂加入稀释剂中，在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得有机载体。

步骤3）太阳能电池正面电极用导电浆料的制备

按表1所示的原料和比例，将步骤1）制备的含铅玻璃粉、步骤2）制备的有机载体、球形银粉、溶剂、助剂和无机添加剂混合均匀，以MgO为无机添加剂，在三辊机上分散至10μm以下，调整至合适粘度，过滤得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

实施例2~5

采用表1所示的原料和比例，按照实施例1的制备方法，制备得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

表1 本发明实施例1~5采用的原料及工艺条件

。

对本发明实施例1~5所制备的太阳能电池正面电极用导电浆料在高方租（80mΩ以上）单晶硅片上进行性能测试，使用40µm细栅线宽的网版印刷，性能结果如表2所示：

表2 本发明实施例1~5制备的太阳能电池正面电极用导电浆料的性能结果

。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于，其由以下重量比的成分制成：含铅玻璃粉2～5％、球形银粉80～92％、有机载体1.5～5％、溶剂3～6％、助剂0.3～1.2％以及无机添加剂0.5～5％；所述含铅玻璃粉由以下重量比的原料组成：PbO 1～10％、B₂O₃ 15～30％、ZnO 4～15％、Bi₂O₃ 20～50％、SiO₂ 10～25％、TeO₂ 1～10％以及MgO 2～13％，所述助剂为触变剂和分散剂，所述触变剂为CRAYVALLAC MT和CRAYVALLAC ULTRA的一种或其混合物，所述分散剂为BYK-110、BYK-111以及KD-1中的一种或几种，所述有机载体由以下质量比的原料制成：乙基纤维素树脂6～10％、醋酸纤维素树脂2～4％以及稀释剂86～92％，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于：所述含铅玻璃粉由以下重量比的原料组成：PbO 2～8％、B₂O₃ 18～25％、ZnO 6～12％、Bi₂O₃25～40％、SiO₂ 15～22％、TeO₂ 2～8％以及MgO 3～10％。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于：所述含铅玻璃粉的粒径为1.0～5.0μm，Tg点为300～400℃。

4.根据权利要求1或3所述的太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于：所述含铅玻璃粉的粒径为2.0～4.0μm，Tg点为310～350℃。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于：所述球形银粉的粒径为0.5～3μm，振实密度大于5.0g/cm³。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于：所述溶剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池正面电极用导电浆料，其特征在于：所述无机添加剂为TeO₂、MgO、TiO₂、ZnO、ZrO₂中的一种或几种。