CN103578604B - 一种硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶硅太阳能电池的电极材料，特别涉及一种硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料及其制备方法。一种硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料，该浆料主要由以下按质量百分比计的原料混合而成：银粉65-75%，有机粘合剂21-31%，玻璃粉1-8%，无机添加剂0.5-3%。本发明的正面电极浆料是用于晶硅太阳能电池主栅线的浆料，其目的是为了降低硅基太阳能电池的生产制造成本而研发的。该正面电极浆料印刷在晶硅太阳能电池的背面，经红外快烧工艺（硅片表面实际峰值温度780-810℃，峰值时间1-2s），在晶硅太阳能电池片的正面主栅形成高附着力，高可靠性银电极。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶硅太阳能电池的电极材料，特别涉及一种硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料及其制备方法。
背景技术
晶硅太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的半永久性物理电池，随着化石(石油，煤炭，天然气等)能源的极度消耗，产生的能源枯竭以及日益严重的温室效应，人类对新型清洁能源的需求变得越来越迫切。在未来漫长的时间里，太阳将是人类清洁能源的有效提供者，目前，晶硅太阳能电池是将太阳能转化为民用能源有效器件之一，他的应用范围正从航天，军事，扩展到人们的日常生活，在不产生新的污染的同时，成本的降低将使太阳能电池得到更为广泛的应用。
晶硅太阳能电池分为单晶硅和多晶硅两种，除了基片结晶状态不一样之外，都是掺硼的P型半导体基板(厚度150-250μm)，一般的制作工艺如下：从厂家购入的掺有硼的硅基片，首先经清洗去除因切片过程造成的晶格损伤部分，然后用三氯氧磷作为扩散源在硅片正面形成0.3-0.5μm深的磷(P)重掺杂区域，称之为发射极(emitter),发射极和P型基体接合处形成P/N结，另外在发射极表面通过等离子气相沉积(PECVD)，在表面形成厚度为50-80nm的SiNX(氮化硅)防反射膜，在电池片背面印上铝导电浆料和银导电浆料(背银)，分别在烧结后形成背场(BSF)和焊区电极，在正面SiNX上印刷正面银浆料(正银)，通过烧结形成栅线电极(finger)和主电极(busbar)实现收集电流和提供焊区电极(见图1)。
目前国外进口的浆料的使用都没有主栅和细栅的区分，都统一为高银含量的浆料来使用。然而欧盟委员会于去年9月和11月启动针对从中国进口的太阳能电池板的反倾销和反补贴的“双反”案件,以及国内自身的各种原因,使得太阳能电池的降本问题迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低银含量、成本降低10-20％的硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料。
本发明还提供所述正面电极浆料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料，该浆料主要由以下按质量百分比计的原料混合而成：银粉65-75％，有机粘合剂21-31％，玻璃粉1-8％，无机添加剂0.5-3％。本发明的正面电极浆料是用于晶硅太阳能电池主栅线的浆料，其目的是为了降低硅基太阳能电池的生产制造成本而研发的。该正面电极浆料印刷在晶硅太阳能电池的正面，经红外快烧工艺(硅片表面实际峰值温度780-810℃，峰值时间1-2s)，在晶硅太阳能电池片的正面主栅形成高附着力，高可靠性银电极。
作为优选，所述银粉为液相还原法制备的球形银粉，该银粉纯度≥99.95％，平均粒径为1-3μm，比表面积0.2-1m2/g，振实密度为5.0-6.0g/ml。进一步的，所述银粉是由如下两种银粉以重量百分比混合而成：平均粒径为0.5-1μm的银粉10-30％，平均粒径为1-3.5μm的银粉70-90％，两种银粉的比表面积为0.2-1m2/g，振实密度为5.0-6.0g/ml。因为两种银粉组合后比任何单独一种银粉更为致密，因此可以获得更好的膜层致密性，达到更好的膜层耐焊性及导电性能。
作为优选，所述的玻璃粉为PbO-Bi2O3-SiO2-ZnO系中等熔点玻璃，组成该玻璃的无机成分以及相应质量百分比如下：
作为优选，所述玻璃粉的制备方法如下：将氧化物PbO-SiO2-B2O3-ZnO按比例混合，放入石英坩埚中，1200℃保温1小时，水淬，球磨，取平均粒径≤8.0μm的粉料，经120℃干燥即得到玻璃粉。进一步的，水淬后加入聚氨酯罐内球磨，球磨罐内6mm氧化锆球、纯水和玻璃三者的质量比为3:2:1，填充量为球磨罐体积的三分之一到三分之二，球磨时间为12-20小时，所得平均粒径≤8.0μm的玻璃粉作为银导电浆料的无机粘合剂。
作为优选，所述有机粘合剂按质量百分比计的组成如下：
作为优选，所述有机粘合剂的制备方法如下：将丁基卡必醇和邻苯二甲酸二辛酯按比例混合，加热到60℃-80℃，在搅拌下依次加入其他组分，持续搅拌1-2小时，直至溶解为无色透明均质溶液即为所述的有机粘合剂。
作为优选，所述的无机添加剂为Zn，Fe，In，Ni的金属粉或金属氧化物粉中的一种或几种。无机添加剂是从Zn,Fe,In,Ni四种金属或其氧化物粉末中选择一种或几种，添加量为浆料总质量0.5-3.0％，其平均粒径≤0.5μm，纯度大于99.9％。
作为优选，所述金属粉或金属氧化物粉的平均粒径≤0.5μm，纯度大于99.9％。
一种所述硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料的制备方法，所述的原料配比，将银粉，玻璃粉，无机添加剂和有机粘合剂放入真空搅拌机中，持续搅拌2小时以上，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤10μm(使浆料达到粘度为50-70Pa·s)，再经500目丝网过滤得到正面电极浆料。本发明制备的正面电极浆料含银量低，经过印刷烧结，可在晶硅太阳能电池正面形成良好的欧姆接触,焊接性能好，附着力强，可靠性高的银电极。
该正面电极浆料印刷在晶硅太阳能电池的正面，经红外快烧工艺(硅片表面实际峰值温度780-810℃，峰值时间1-2s)，在晶硅太阳能电池片的正面主栅形成高附着力，高可靠性银电极。
本发明优点在于：
①PbO-Bi2O3-SiO2-ZnO系玻璃作为银导电浆料的无机粘结相，并优化了各种成分的质量百分比范围，在范围内的玻璃有合适的软化点，流散性和稳定性，在晶硅太阳能电池生产目前常用红外快速烧成工艺下，与基材有良好的浸润性和反应性，并促进了银粉的烧结，使得到的正面银电极有良好的导电性，可焊性，耐焊性，附着力和可靠性。
②选用了液相还原法制备的球形银粉，其平均粒径为1-3μm，且由不同粒径的两种球形银粉组成，具有很好的填充性,经烧结后膜层致密性强，比表面积为0.2-1m2/g，振实密度5.0-6g/ml，银粉平均粒径，比表面积和振实密度(分散性)得到有效控制，使该银粉的烧结活性与晶硅太阳能电池的快速烧成工艺相适应，与上述无机玻璃组合实现了晶硅太阳能电池正面银电极在薄层化时，仍保持较好的可焊性，耐焊性，附着力和可靠性。
③通过在银导电浆料中加入Zn，Fe，In，Ni金属粉或其氧化物粉末，在不影响烧成银电极可焊性，耐焊性，附着力和可靠性的前提下，降低银电极与硅基材的接触电阻，保证烧结银电极与基材的欧姆接触。
④用低银含量的银浆来代替高银含量的进口银浆，降低了10-20％的浆料成本。
附图说明
图1是本发明所述的硅基太阳能电池主栅的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1-6
一种硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料，是由如表1所示的按质量百分比计的原料混合而成。将银粉、玻璃粉、有机粘合剂和无机添加剂按表1的配比放入真空搅拌机中，持续搅拌2小时左右，形成均匀混合物，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤10μm，再经500目丝网过滤得到粘度为50-70Pa·s的正面电极浆料。
表1(重量：g)
①银粉
各实施例采用的银粉：选择液相还原法制备的球形银粉，银粉其纯度≥99.95％，平均粒径1.54μm，比表面积1.25m2/g，振实密度5.60g/ml。上述的银粉是由平均粒径0.5μm和平均粒径3.5μm的两种银粉按25％比75％的重量百分比混合而成。
本发明还提供一种银粉的制备方法，具体如下：
在容积为1000L的反应釜中加入浓度为每升100克硝酸银的金属盐水溶液400升，搅拌溶解并加热到40℃，用40％含量的水合肼溶液10升作为还原剂，在还原剂中加入分散剂M25g，保持温度为40℃，将还原剂溶液在搅拌下滴定加入金属盐溶液中，滴定速率100ml/min，得到的银粉经纯水洗涤(导电率≤20μs)，再经过真空烘干，即得到本发明银导电浆料之导电填料银粉。由控制分散剂的加入量和反应温度来调节银粉的粒径大小。
②无机粘结相——玻璃粉的制备
本发明自制的玻璃粉是PbO-Bi2O3-SiO2-ZnO系中等熔点玻璃，其无机成分以及相应配比见表2。将上述原料称重，均匀混合后放入石英坩埚中，在电阻炉内1200℃保温1小时，将熔化均匀的玻璃水淬得到玻璃粗粒，加入聚氨酯罐内球磨，球磨罐内6mm氧化锆球、纯水和玻璃三者的质量比为3:2:1，填充量为球磨罐体积的三分之一到三分之二，球磨时间为12-20小时，得到平均粒径≤8.0μm的粉料，再经120℃干燥即得到玻璃粉，其作为银导电浆料的无机粘合剂。
表2(重量：g)
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| PbO | 40 | 45 | 50 | 40 | 60 | 59 |
| SiO2 | 10 | 8 | 8 | 15 | 5 | 1 |
| Bi2O3 | 25 | 20 | 22 | 25 | 20 | 30 |
| ZnO | 25 | 27 | 20 | 20 | 15 | 10 |
③有机粘合剂的制备
按如表3的组分和重量配比，将丁基卡必醇和邻苯二甲酸二辛酯按比例混合，加热到60℃-80℃，搅拌下依次加入其他组分，持续搅拌1-2小时，直至溶解为无色透明均质溶液，即为所述的有机粘合剂。
表3(重量：g)
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 乙基纤维素 | 15 | 18 | 20 | 10 | 12 | 15 |
| 氢化蓖麻油 | 8 | 5 | 5 | 10 | 7 | 6 |
| 丁基卡必醇 | 55 | 60 | 60 | 50 | 55 | 54 |
| 邻苯二甲酸二辛酯 | 22 | 17 | 15 | 30 | 26 | 25 |
④无机添加剂，选择的无机添加剂见表1。无机添加剂是从Zn,Fe,In,Ni四种金属或其氧化物粉末中选择一种或几种，添加量为浆料总质量0.5-3.0％，其平均粒径≤0.5μm，纯度大于99.9％。
实施例1-6得到的银导电浆料性能见表4。
表4
粘度：VT-04E60rpm2#spindle25℃。
可焊性：在硅片上印刷1cmx1cm正方形面积，经烧结后，表面浸涂2％的松香酒精溶液作为助焊剂，垂直浸入220℃Sn62Pb36Ag2锡锅内1-3秒，测算1cm2上浸上锡的面积占总面积比例≥95％。
耐焊性：将烧好1cm2可焊性测试片浸涂酒精松香助焊剂后，浸入220℃Sn62Pb36Ag2锡锅内，观测烧结银层被完全侵蚀的时间＞8秒。
附着力：将银导电浆料印刷在半成品晶硅太阳能电池的正面并经标准生产工艺烧成为正面银电极，用标准镀锡铜带自动焊接，用拉力机测试45°角剥离力。本发明银浆烧成的银电极附着力(均值)≥5.0N(牛顿)。
可靠性测试：将已焊好背电极的太阳能电池片放入潮湿试验箱中在85℃温度，85％湿度下3000小时，再测试附着力和FF值。实施例1的数据为：附着力(均值)≥4.25N，FF值(均值)≥90％试验前原值。
实施例1-6均采用本发明配比范围内的配方制作，电池的转换效率均达到较好水平，与进口银浆基本一致。其中以实施例3为最佳。从而用硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料来代替进口银浆的主栅部分，不仅没有影响硅基太阳能电池的综合性能，而且在一定程度上降低了硅基太阳能电池的材料成本10-20％。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (3)
1.一种硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料，其特征在于：该浆料主要由以下按质量百分比计的原料混合而成：银粉70%，有机粘合剂26.5%，玻璃粉3.0%，无机添加剂Zn0.5%，
其中，所述的银粉是选择液相还原法制备的球形银粉，银粉其纯度≥99.95%，平均粒径1.54μm，比表面积1.25m2/g，振实密度5.60g/ml，上述的银粉是由平均粒径0.5μm和平均粒径3.5μm的两种银粉按25%比75%的重量百分比混合而成；
玻璃粉的配方是：PbO40重量份，SiO210重量份，Bi2O325重量份，ZnO25重量份，将上述原料称重，均匀混合后放入石英坩埚中，在电阻炉内1200℃保温1小时，将熔化均匀的玻璃水淬得到玻璃粗粒，加入聚氨酯罐内球磨，球磨罐内6mm氧化锆球、纯水和玻璃三者的质量比为3:2:1，填充量为球磨罐体积的三分之一到三分之二，球磨时间为12-20小时，得到平均粒径≤8.0μm的粉料，再经120℃干燥即得到玻璃粉，其作为银导电浆料的无机粘合剂；
有机粘合剂的配方是：乙基纤维素15重量份，氢化蓖麻油8重量份，丁基卡必醇55重量份，邻苯二甲酸二辛酯22重量份；将丁基卡必醇和邻苯二甲酸二辛酯按混合，加热到60℃-80℃，搅拌下依次加入其他组分，持续搅拌1-2小时，直至溶解为无色透明均质溶液，即为所述的有机粘合剂；
将银粉、玻璃粉、有机粘合剂和无机添加剂按配比放入真空搅拌机中，持续搅拌2小时，形成均匀混合物，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤10μm，再经500目丝网过滤得到粘度为50-70Pa·s的正面电极浆料。
2.一种硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料，其特征在于：该浆料主要由以下按质量百分比计的原料混合而成：银粉68%，有机粘合剂23%，玻璃粉8%，无机添加剂Ni1.0%，
其中，所述的银粉是选择液相还原法制备的球形银粉，银粉其纯度≥99.95%，平均粒径1.54μm，比表面积1.25m2/g，振实密度5.60g/ml，上述的银粉是由平均粒径0.5μm和平均粒径3.5μm的两种银粉按25%比75%的重量百分比混合而成；
玻璃粉的配方是：PbO50重量份，SiO28重量份，Bi2O322重量份，ZnO20重量份，将上述原料称重，均匀混合后放入石英坩埚中，在电阻炉内1200℃保温1小时，将熔化均匀的玻璃水淬得到玻璃粗粒，加入聚氨酯罐内球磨，球磨罐内6mm氧化锆球、纯水和玻璃三者的质量比为3:2:1，填充量为球磨罐体积的三分之一到三分之二，球磨时间为12-20小时，得到平均粒径≤8.0μm的粉料，再经120℃干燥即得到玻璃粉，其作为银导电浆料的无机粘合剂；
有机粘合剂的配方是：乙基纤维素20重量份，氢化蓖麻油5重量份，丁基卡必醇60重量份，邻苯二甲酸二辛酯15重量份；将丁基卡必醇和邻苯二甲酸二辛酯按混合，加热到60℃-80℃，搅拌下依次加入其他组分，持续搅拌1-2小时，直至溶解为无色透明均质溶液，即为所述的有机粘合剂；
将银粉、玻璃粉、有机粘合剂和无机添加剂按配比放入真空搅拌机中，持续搅拌2小时，形成均匀混合物，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤10μm，再经500目丝网过滤得到粘度为50-70Pa·s的正面电极浆料。
3.根据权利要求1或2所述的硅基太阳能电池主栅用低银含量的正面电极浆料，其特征在于：所述银粉的制备方法具体如下：在容积为1000L的反应釜中加入浓度为每升100克硝酸银的金属盐水溶液400升，搅拌溶解并加热到40℃，用40wt%含量的水合肼溶液10升作为还原剂，在还原剂中加入分散剂M25g，保持温度为40℃，将还原剂溶液在搅拌下滴定加入金属盐溶液中，滴定速率100ml/min，得到的银粉经纯水洗涤，导电率≤20μs，再经过真空烘干，即得到银粉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Front-face electrode slurry with low silver content for silica-based solar cell main grid and preparation method of front-face electrode slurry Effective date of registration: 20181221 Granted publication date: 20160511 Pledgee: Hangzhou United Rural Commercial Bank, Limited by Share Ltd branch of science and technology Pledgor: Hangzhou Right Silver Electronic Material Material Co., Ltd. Registration number: 2018330000505 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |