CN103700428B - 硅太阳能电池电极用导电浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅太阳能电池电极用导电浆料及其制备方法，该导电浆料使用铜基金属粉取代传统的银粉作为导电体，制备成本大幅降低；而且克服了铜在烧结过程中的氧化和扩散问题，使该导电浆料能与现有太阳电池工艺完全兼容；使用该导电浆料来制备正面电极的太阳能电池成本大幅下降，更加适合光伏大规模应用的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅太阳能电池电极用导电浆料及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
目前，丝网印刷技术被广泛的用于商用太阳能电池领域，特别是硅太阳能电池的金属化过程，用丝网印刷技术制备太阳电池正面电极的工艺简单，适合大规模生产。目前硅太阳能电池的正面丝网印刷技术中普遍使用的银浆，银浆在电学性能、可焊性以及机械附着力等方面性能优异，但是由于地球上银的储量有限，再加上消耗量巨大，导致银的价格逐年上涨。目前的硅太阳能电池中，银浆成本占电池总成本的很大一部分。而太阳能电池需要降低成本才能实现大规模的应用，因此，需要寻找一种具有良好电学性能，而且价格低廉的金属来取代银成为太阳电池的正面电极材料。
铜的电阻率与银的几乎相同，但是价格只有银的百分之一，是一种优秀的电极材料，由于太阳电池工艺中有高温烧结步骤，当直接使用铜作为太阳电池的电极材料时，铜会在烧结过程中被氧化而导致电极电阻率升高，另外，铜在硅中是一种快扩散原子，在高温烧结过程中铜会扩散到硅片体内，导致太阳电池因扩散结击穿而失效。以上两点限制了铜材料在导电浆料方面的应用。
现有技术中，有采用铜粉外面包银的方法，制成太阳能电池正极使用的导体浆料，但由于银在高温烧结过程中会团聚，使得部分铜成分暴露在外，从而导致该部分铜在烧结过程中氧化，同时向硅片体内扩散，因此这个技术存在明显的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅太阳能电池电极用导电浆料及其制备方法，该导电浆料导电性好，在烧结过程中导电浆料中的铜既不会氧化，又不会向硅片扩散，且该导电浆料制备成本较低。
为实现上述目的，本发明提供一种硅太阳能电池电极用导电浆料，按质量百分含量计，其组成为：混合铜粉50-90%，玻璃粉1-10%，无机添加剂0.1-6%，余量为有机载体;所述混合铜粉中的铜粉表面包覆有镍镀层和/或锡镀层。
优选的，所述混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在1-15μm，占混合铜粉总重的60-90%；鳞片状铜粉，平均粒度在0.5-5μm，占混合铜粉总重的10-40%。
优选的，所述铜粉（包括球状铜粉和鳞片状铜粉）表面还包覆有银镀层，所述铜粉表面包覆的镀层总质量占铜粉总质量的2-15%。
优选的，所述玻璃粉由5-15质量份ZnO、10-30质量份PbO、5-15质量份Bi2O3、0-15质量份Al2O3、30-60质量份SiO2、10-25质量份B2O3、0-5质量份TiO2、0-5质量份BaO中的部分或全部组成。
优选的，所述无机添加剂为锌、锡、镁、钙、钽及其氧化物中的一种或几种。
优选的，所述有机载体，按质量百分含量计，其组成为：15-30%的粘合剂、1-10%的载体添加剂，余量为有机溶剂。
优选的，所述有机溶剂为松油醇、柠檬酸三丁酯、丁基卡必醇、2,2,4-三甲基-1,3戊二醇-异丁酸酯、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种。
优选的，所述粘合剂为乙基纤维素、丙烯酸树脂、酚醛树脂中的一种或几种。
优选的，所述载体添加剂为乙醇、醋酸盐、萜烯、硬脂酸盐中的一种或几种。
本发明还提供上述导电浆料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按比例制配有机载体，在65-90℃充分搅拌均匀；
（2）按比例称取混合铜粉、玻璃粉、无机添加剂，并充分混合；
（3）将步骤（2）制备的混合粉体与步骤（1）中制备的有机载体按比例充分混合，再通过轧制，即得硅太阳能电池电极用导电浆料；
其中，混合铜粉占浆料总重的50-90%，玻璃粉占浆料总重的1-10%，无机添加剂占浆料总重的0.1-6%，余量为有机载体。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种硅太阳能电池电极用导电浆料及其制备方法，该导电浆料导电性好，在烧结过程中铜既不会氧化，又不会向硅片扩散，使该导电浆料能与现有太阳电池工艺完全兼容；且该导电浆料制备成本较低，使用该导电浆料印刷、烧结后的太阳能电池具有较高的光电转换效率。
与现有硅太阳能电池技术中使用的正面电极银浆相比，使用镀镍铜粉、镀锡铜粉作为浆料的导电体，能大大降低正面电极浆料的成本，更加适合光伏大规模应用的需求，同时克服了使用纯铜粉作为导电体带来的氧化和电池性能下降的问题。
本导电浆料中各组分的主要作用：混合铜粉是主要的导电体；玻璃粉主要用于刻蚀SiNx减反膜，辅助金属与Si形成良好的接触；无机添加剂主要用于降低金属与硅的共融点；有机载体主要用于让其它组分混合更均匀。
且导电浆料各组分的配比决定了导电浆料最终的印刷性能，经过反复试验，本发明各组分的配比能使导电浆料的印刷性能在最佳状态。本发明最大程度地能提高导电浆料的印刷性能，减小烧结后栅线的坍塌，提高栅线的高宽比，从而减少遮光面积，降低栅线的电阻。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
（1）按质量百分含量计，将15-30%的粘合剂、1-10%的载体添加剂加入余量的有机溶剂中，在65-90℃（优选为65℃、80℃或90℃）水溶中充分搅拌混合，制成有机载体；
其中，所述粘合剂由乙基纤维素、丙烯酸树脂、酚醛树脂中的一种或几种组成；
所述载体添加剂由乙醇、醋酸盐、萜烯、硬脂酸盐中的一种或几种组成；
所述有机溶剂由松油醇、柠檬酸三丁酯、丁基卡必醇、2,2,4-三甲基-1,3戊二醇-异丁酸酯、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种组成；
（2）按比例称取混合铜粉、玻璃粉、无机添加剂，并充分混合，制得混合粉体；
其中，所述混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在1-15μm，占混合铜粉总重的60-90%；鳞片状铜粉，平均粒度在0.5-5μm，占混合铜粉总重的10-40%；所述球状铜粉、鳞片状铜粉的表面包覆有镀层，所述镀层可以是：镍镀层，锡镀层，镍镀层+锡镀层，镍镀层+银镀层+锡镀层，银镀层+镍镀层，银镀层+锡镀层；所述镀层总质量占铜粉总质量的2-15%（优选为2%、10%或15%）；
所述玻璃粉由5-15质量份ZnO、10-30质量份PbO、5-15质量份Bi2O3、0-15质量份Al2O3、30-60质量份SiO2、10-25质量份B2O3、0-5质量份TiO2、0-5质量份BaO中的部分或全部组成；
所述无机添加剂由锌、锡、镁、钙、钽、氧化锌、氧化镁、氧化钙、氧化钽中的一种或几种组成；
（3）将步骤（2）制备的混合粉体与步骤（1）中制备的有机载体按比例充分混合，再通过三辊轧制机轧制，即得硅太阳能电池电极用导电浆料；
上述步骤中，混合铜粉占浆料总重的50-90%，玻璃粉占浆料总重的1-10%，无机添加剂占浆料总重的0.1-6%，余量为有机载体。
在一个具体实施例中，混合铜粉占浆料总重的50%，玻璃粉占浆料总重的1%，无机添加剂占浆料总重的0.1%，有机载体占浆料总重的48.9%。
在另一个具体实施例中，混合铜粉占浆料总重的90%，玻璃粉占浆料总重的2%，无机添加剂占浆料总重的3%，有机载体占浆料总重的5%。
还有一个具体实施例中，混合铜粉占浆料总重的70%，玻璃粉占浆料总重的10%，无机添加剂占浆料总重的6%，有机载体占浆料总重的8%。
在一个具体实施例中，混合铜粉组成为：球状铜粉，平均粒度在1μm，占混合铜粉总重的60%；鳞片状铜粉，平均粒度在0.5μm，占混合铜粉总重的40%；所述球状铜粉、鳞片状铜粉的表面包覆有镍镀层。
在另一个具体实施例中，混合铜粉组成为：球状铜粉，平均粒度在10μm，占混合铜粉总重的80%；鳞片状铜粉，平均粒度在1μm，占混合铜粉总重的20%；所述球状铜粉、鳞片状铜粉的表面包覆有锡镀层。
还有一个具体实施例中，混合铜粉组成为：球状铜粉，平均粒度在15μm，占混合铜粉总重的90%；鳞片状铜粉，平均粒度在5μm，占混合铜粉总重的10%；所述球状铜粉的表面包覆有镍镀层，鳞片状铜粉的表面包覆有锡镀层。
还有一个具体实施例中，混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在6μm，占混合铜粉总重的65%；鳞片状铜粉，平均粒度在4μm，占混合铜粉总重的35%;所述球状铜粉的表面包覆有锡镀层，鳞片状铜粉的表面包覆有镍镀层。
还有一个具体实施例中，混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在8μm，占混合铜粉总重的70%；鳞片状铜粉，平均粒度在0.7μm，占混合铜粉总重的30%;所述球状铜粉、鳞片状铜粉的表面由内至外依次包覆有镍镀层和锡镀层。
还有一个具体实施例中，混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在11μm，占混合铜粉总重的75%；鳞片状铜粉，平均粒度在3.9μm，占混合铜粉总重的25%;所述球状铜粉、鳞片状铜粉的表面由内至外依次包覆有锡镀层和镍镀层。
还有一个具体实施例中，混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在13μm，占混合铜粉总重的85%；鳞片状铜粉，平均粒度在1.8μm，占混合铜粉总重的15%;所述球状铜粉、鳞片状铜粉的表面由内至外依次包覆有镍镀层、银镀层和锡镀层。
还有一个具体实施例中，混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在14μm，占混合铜粉总重的63%；鳞片状铜粉，平均粒度在2.6μm，占混合铜粉总重的37%;所述球状铜粉、鳞片状铜粉的表面由内至外依次包覆有锡镀层、银镀层和镍镀层。
还有一个具体实施例中，混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在7μm，占混合铜粉总重的78%；鳞片状铜粉，平均粒度在1.5μm，占混合铜粉总重的22%;所述球状铜粉、鳞片状铜粉的表面由内至外依次包覆有银镀层和镍镀层。
还有一个具体实施例中，混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在5μm，占混合铜粉总重的84%；鳞片状铜粉，平均粒度在0.9μm，占混合铜粉总重的16%;所述球状铜粉、鳞片状铜粉的表面由内至外依次包覆有银镀层和锡镀层。
在一个具体实施例中，有机载体由15%的粘合剂、10%的载体添加剂和75%有机溶剂制得。
在另一个具体实施例中，有机载体由30%的粘合剂、1%的载体添加剂和69%有机溶剂制得。
还有一个具体实施例中，有机载体由20%的粘合剂、5%的载体添加剂和75%有机溶剂制得。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.硅太阳能电池电极用导电浆料，其特征在于，按质量百分含量计，其组成为：混合铜粉50-90%，玻璃粉1%，无机添加剂6%，余量为有机载体；
所述混合铜粉中的铜粉表面包覆有镍镀层、锡镀层以及银镀层；所述铜粉表面包覆的镀层总质量占铜粉总质量的2-15%；所述混合铜粉的组成为：球状铜粉，平均粒度在1-15μm，占混合铜粉总重的60-90%；鳞片状铜粉，平均粒度在0.5-5μm，占混合铜粉总重的10-40%；所述玻璃粉由5-15质量份ZnO、10-30质量份PbO、5-15质量份Bi2O3、0-15质量份Al2O3、30-60质量份SiO2、10-25质量份B2O3、0-5质量份TiO2、0-5质量份BaO组成；所述无机添加剂为锌、锡、镁、钙、钽及其氧化物中的一种或几种；所述有机载体，按质量百分含量计，其组成为：30%的粘合剂、1-10%的载体添加剂，余量为有机溶剂；所述粘合剂为酚醛树脂；所述载体添加剂为乙醇、醋酸盐、萜烯、硬脂酸盐中的一种或几种；所述有机溶剂为2,2,4-三甲基-1,3戊二醇-异丁酸酯、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种。
2.用于制备权利要求1所述导电浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按比例制配有机载体，在65-90℃充分搅拌均匀；
（2）按比例称取混合铜粉、玻璃粉、无机添加剂，并充分混合；
（3）将步骤（2）制备的混合粉体与步骤（1）中制备的有机载体按比例充分混合，再通过轧制，即得硅太阳能电池电极用导电浆料；
其中，混合铜粉占浆料总重的50-90%，玻璃粉占浆料总重的1%，无机添加剂占浆料总重的6%，余量为有机载体。
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