发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于表面高方阻硅基太阳能电池正面银浆及其制备方法,该正面银浆转化效率高,焊接拉力大,且铅含量低。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
本发明的第一方面是提供一种用于表面高方阻硅基太阳能电池正面银浆,其特征在于,包含以下重量百分数的组分:银粉80%~90%、玻璃粉0.5%~6%、有机载体5%~15%;
其中,玻璃粉包含占玻璃粉重量百分比的以下组分:25%~75%的TeO2、20%~55%的PbO、1%~20%的Na2O;有机载体包括树脂和有机溶剂。
在现有理论中,铅可以腐蚀硅片表面的SiN减反层,并协助银粉在硅表面形成二次结晶,形成有效的欧姆接触。因此,通常使用高铅玻璃粉作为制备正面银浆的原料。但从目前硅基太阳能发展的趋势来看,硅片表面高的方块电阻将成为主流,因为高方阻硅片提高了短波响应,能有效地提高光电转换效率。而高方阻硅基电池的PN结较低方阻的PN结浅,如用通常的高铅玻璃粉去高温腐蚀,很容易击穿PN结,难以达到应有的效率。因此需要寻找新型的腐蚀性比较温和的玻璃以达到适度腐蚀的效果。
本发明通过加入TeO2,降低了玻璃粉中的铅含量,通过控制碱金属氧化物Na2O在玻璃中的含量有效地控制了玻璃粉中铅的腐蚀性,并且碱金属氧化物的加入可以使碲酸盐玻璃产生微量析晶,能够有效的在硅片上产生钉扎作用,从而在提高了转化效率的同时保持了高铅玻璃的焊接拉力,而且有效地扩展烧结温度,保证了产品性能的稳定性。
优选地,所述玻璃粉还包含占玻璃粉重量百分比的以下组分:5%~20%的Bi2O3、0~10%的B2O3、0~10%的ZnO、0~10%的Al2O3、0~20%的SiO2、0~10%的Sb2O3、0~20%的Li2O。
优选地,所述玻璃粉包含占玻璃粉重量百分比的以下组分:30%~60%的TeO2、25%~50%的PbO、5%~15%的Bi2O3、10%~20%的Na2O、0~4%的B2O3、0~3%的ZnO、0~5%的Al2O3、0~15%的SiO2、0~10%的Sb2O3、0~15%的Li2O。更优选地,所述玻璃粉包含占玻璃粉重量百分比的以下组分:30%~60%的TeO2、25%~40%的PbO、5%~10%的Bi2O3、10%~17%的Na2O、0~3%的B2O3、0~2.5%的ZnO、0~4%的Al2O3、0~10%的SiO2、0~2%的Sb2O3、0~3%的Li2O。
优选地,所述玻璃粉占正面银浆重量百分比为0.8%~4.5%。
优选地,所述玻璃粉的平均粒度为0.1μm~2μm,更优选为0.8μm~1.5μm。
优选地,所述银粉的纯度为99.0%~99.999%,所述银粉为平均粒度在0.1μm~10μm的球状或鳞片状体。所述银粉更优选为平均粒度在0.3μm~3μm的球状体。
优选地,所述有机载体还包括增塑剂和/或表面活性剂。
优选地,所述树脂选自乙基纤维素树脂、松香树脂、酚醛树脂中的一种或几种,更优选为乙基纤维素树脂、松香树脂和酚醛树脂的混合。
优选地,所述有机溶剂选自松油醇、松节油、丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、乙二醇单丁醚醋酸酯、石油醚、醚类溶剂中的一种或几种,更优选为松油醇、乙二醇单丁醚醋酸酯和丙二醇甲醚醋酸酯的混合。
本发明的第二方面是提供一种太阳能电池正面银浆的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(1)有机载体的制备:将重量百分数为10%~20%的树脂加入到80%~90%的有机溶剂中,在80~150℃下搅拌1~2小时,溶解后得均匀透明的有机载体;
(2)玻璃粉的制备:1)按以下重量百分比的组分称取原料:25%~75%的TeO2、20%~55%的PbO、1%~20%的Na2O;2)将上述原料均匀混合后,在600~1200℃下熔融0.5~2小时,将熔化后的玻璃熔浆倒入水中淬火后,球磨至平均粒度为0.1μm~2μm即得玻璃粉;
(3)银浆的混合:将重量百分数为80%~90%的银粉、5%~15%步骤(1)所得有机载体、0.5%~6%步骤(2)所得玻璃粉混合后搅拌,得均匀的混合银浆;
(4)银浆的分散:将步骤(3)制得的混合银浆放入三辊研磨机内充分研磨2~5次,直至浆料细度小于15μm,从而得到银浆浆料。
在本发明制备玻璃粉的过程中,由于反应温度高,因此在烧制过程中通过高温反应而可能形成的此类金属氧化物的如金属氯化物、金属氟化物、金属溴化物、金属碳酸盐均应包含在所制得的玻璃粉的组分范围内。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
有效地降低玻璃粉中的铅含量,并通过加入适量的TeO2和Na2O两种主要成分,大幅提高了太阳能电池转化效率,并且保持了高铅银浆在太阳能电池上烧结后的焊接拉力,同时有效地扩展了烧结温度,保证了产品性能的稳定性。
具体实施方式
实施例中所使用银粉从专业生产银浆用银粉的生产厂家订购成品;TeO2、Na2O等化学药品均购自上海国药集团。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种太阳能电池正面银浆,包含以下重量百分数的组分:88%银粉、3%玻璃粉、9%有机载体,其中,所述玻璃粉包含占玻璃粉重量百分比的以下组分:30%TeO2、30%PbO、2.5%Na2O、5.0%Bi2O3、6.5%B2O3、5.0%ZnO、6.0%Al2O3、10%SiO2、2.0%Sb2O3、3.0%Li2O,所述有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分:8%乙基纤维素树脂、5%松香树脂、5%酚醛树脂,82%有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)。
所述实施例1的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤:
(1)有机载体的制备:将8g乙基纤维素树脂,58g松香树脂,5g酚醛树脂,加入到82ml有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)中,在90℃下搅拌2小时,溶解后得均匀透明的有机载体;
(2)玻璃粉的制备:1)按以下重量百分比的组分称取原料:30%TeO2、30%PbO、2.5%Na2O、5.0%Bi2O3、6.5%B2O3、5.0%ZnO、6.0%Al2O3、10%SiO2、2.0%Sb2O3、3.0%Li2O;2)将上述原料均匀混合后置于高温马弗炉内,在1000℃下熔融1小时,将熔化后的玻璃熔浆倒入去离子水中淬火后,球磨至平均粒度1μm,再经325~400目筛网过筛即可得到玻璃粉料备用。
(3)银浆的混合:将880g银粉、90g步骤(1)所得有机载体、30g步骤(2)所得玻璃粉混合后搅拌,得均匀的混合银浆;
(4)银浆的分散:将步骤(3)制得的1000g混合银浆放入三辊研磨机内充分研磨5次,研磨至外观细腻,均匀无明显颗粒。用刮板细度剂测量细度小于15μm后,即制得本发明的正面银浆浆料。
实施例2
一种太阳能电池正面银浆,包含以下重量百分数的组分:83%银粉、2%玻璃粉、15%有机载体,其中,所述玻璃粉包含占玻璃粉重量百分比的以下组分:40%TeO2、20%PbO、15%Na2O、5.0%Bi2O3、3%B2O3、7.0%ZnO、4.0%Al2O3、4.5%SiO2、1.5%Sb2O3,所述有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分:9%乙基纤维素树脂、2%松香树脂、6%酚醛树脂,83%有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)。
所述实施例2的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤:
(1)有机载体的制备:将9g乙基纤维素树脂,2g松香树脂,6g酚醛树脂,加入到83ml有机溶剂45%松油醇、25%乙二醇单丁醚醋酸酯、30%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)中,在90℃下搅拌2小时,溶解后得均匀透明的有机载体;
(2)玻璃粉的制备:1)按以下重量百分比的组分称取原料:40%TeO2、20%PbO、15%Na2O、5.0%Bi2O3、3%B2O3、7.0%ZnO、4.0%Al2O3、4.5%SiO2、1.5%Sb2O3;2)将上述原料均匀混合后置于高温马弗炉内,在1000℃下熔融1小时,将熔化后的玻璃熔浆倒入去离子水中淬火后,球磨至平均粒度1μm,再经325~400目筛网过筛即可得到玻璃粉料备用。
(3)银浆的混合:将830g银粉、150g步骤(1)所得有机载体、20g步骤(2)所得玻璃粉混合后搅拌,得均匀的混合银浆;
(4)银浆的分散:将步骤(3)制得的1000g混合银浆放入三辊研磨机内充分研磨5次,研磨至外观细腻,均匀无明显颗粒。用刮板细度剂测量细度小于15μm后,即制得本发明的正面银浆浆料。
实施例3
一种太阳能电池正面银浆,包含以下重量百分数的组分:89%银粉、3%玻璃粉、8%有机载体,其中,所述玻璃粉包含占玻璃粉重量百分比的以下组分:43%TeO2、37%PbO、10%Na2O、5.0%Bi2O3、2.5%ZnO、2.5%SiO2,所述有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分:7%乙基纤维素树脂、2%松香树脂、6%酚醛树脂,85%有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)。
所述实施例3的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤:
(1)有机载体的制备:将7g乙基纤维素树脂,2g松香树脂,6g酚醛树脂,加入到85ml有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)中,在90℃下搅拌2小时,溶解后得均匀透明的有机载体;
(2)玻璃粉的制备:1)按以下重量百分比的组分称取原料:43%TeO2、37%PbO、10%Na2O、5.0%Bi2O3、2.5%ZnO、2.5%SiO2;2)将上述原料均匀混合后置于高温马弗炉内,在1000℃下熔融1小时,将熔化后的玻璃熔浆倒入去离子水中淬火后,球磨至平均粒度1μm,再经325~400目筛网过筛即可得到玻璃粉料备用。
(3)银浆的混合:将890g银粉、80g步骤(1)所得有机载体、30g步骤(2)所得玻璃粉混合后搅拌,得均匀的混合银浆;
(4)银浆的分散:将步骤(3)制得的1000g混合银浆放入三辊研磨机内充分研磨5次,研磨至外观细腻,均匀无明显颗粒。用刮板细度剂测量细度小于15μm后,即制得本发明的正面银浆浆料。
实施例4
一种太阳能电池正面银浆,包含以下重量百分数的组分:83%银粉、2%玻璃粉、15%有机载体,其中,所述玻璃粉包含占玻璃粉重量百分比的以下组分:45%TeO2、25%PbO、17%Na2O、10%Bi2O3、2.5%Al2O3、0.5%Sb2O3,所述有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分:8%乙基纤维素树脂、1%松香树脂、2%酚醛树脂,89%有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)。
所述实施例4的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤:
(1)有机载体的制备:将16g乙基纤维素树脂,2g松香树脂,4g酚醛树脂,加入到178ml有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)中,在90℃下搅拌2小时,溶解后得均匀透明的有机载体;
(2)玻璃粉的制备:1)按以下重量百分比的组分称取原料:45%TeO2、25%PbO、17%Na2O、10%Bi2O3、2.5%Al2O3、0.5%Sb2O3;2)将上述原料均匀混合后置于高温马弗炉内,在1000℃下熔融1小时,将熔化后的玻璃熔浆倒入去离子水中淬火后,球磨至平均粒度1μm,再经325~400目筛网过筛即可得到玻璃粉料备用。
(3)银浆的混合:将830g银粉、150g步骤(1)所得有机载体、20g步骤(2)所得玻璃粉混合后搅拌,得均匀的混合银浆;
(4)银浆的分散:将步骤(3)制得的1000g混合银浆放入三辊研磨机内充分研磨5次,研磨至外观细腻,均匀无明显颗粒。用刮板细度剂测量细度小于10μm后,即制得本发明的正面银浆浆料。
实施例5
一种太阳能电池正面银浆,包含以下重量百分数的组分:88%银粉、3%玻璃粉、9%有机载体,其中,所述玻璃粉包含占玻璃粉重量百分比的以下组分:58.8%TeO2、25%PbO、2.2%Na2O、5.2%Bi2O3、1.8%SiO2、6.0%Al2O3、1.0%Sb2O3,所述有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分:10%乙基纤维素树脂、8%松香树脂、2%酚醛树脂,80%有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)。
所述实施例5的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤:
(1)有机载体的制备:将10g乙基纤维素树脂,8g松香树脂,2g酚醛树脂,加入到80ml有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)中,在100℃下搅拌2小时,溶解后得均匀透明的有机载体;
(2)玻璃粉的制备:1)按以下重量百分比的组分称取原料:58.8%TeO2、25%PbO、2.2%Na2O、5.2%Bi2O3、1.8%SiO2、6.0%Al2O3、1.0%Sb2O3;2)将上述原料均匀混合后置于高温马弗炉内,在1000℃下熔融1小时,将熔化后的玻璃熔浆倒入去离子水中淬火后,球磨至平均粒度1μm,再经325~400目筛网过筛即可得到玻璃粉料备用。
(3)银浆的混合:将880g银粉、90g步骤(1)所得有机载体、30g步骤(2)所得玻璃粉混合后搅拌,得均匀的混合银浆;
(4)银浆的分散:将步骤(3)制得的1000g混合银浆放入三辊研磨机内充分研磨5次,研磨至外观细腻,均匀无明显颗粒。用刮板细度剂测量细度小于15μm后,即制得本发明的正面银浆浆料。
对比实施例:
一种常用的高铅玻璃粉所制备的正面银浆作为对比例:
包含以下重量百分数的组分:88%银粉、3%玻璃粉、9%有机载体,其中,所述玻璃粉为平均粒度为1~1.5μm的商业化高铅玻璃粉,购自国外专业银浆玻璃粉制造商,所述有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分:10%乙基纤维素树脂、8%松香树脂、2%酚醛树脂,80%有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)。
所述对比实施例的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤:
(1)有机载体的制备:将10g乙基纤维素树脂,8g松香树脂,2g酚醛树脂,加入到80ml有机溶剂(50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物)中,在1000℃下搅拌2小时,溶解后得均匀透明的有机载体;
(2)玻璃粉购买:优选国外银浆玻璃粉制造商的高铅玻璃粉,平均粒度控制1~1.5μm。
(3)银浆的混合:将880g银粉、90g步骤(1)所得有机载体、30g步骤(2)的玻璃粉混合后搅拌,得均匀的混合银浆;
(4)银浆的分散:将步骤(3)制得的1000g混合银浆放入三辊研磨机内充分研磨5次,研磨至外观细腻,均匀无明显颗粒。用刮板细度剂测量细度小于15μm后,即制得对比实施例的正面银浆浆料。
性能测试结果及评价:
将按照上述方法制得的银浆作为正面浆料,用400目丝网印刷于厚度为175μm~185μm的125*125单晶硅片上,该单晶晶片的表面方阻均大于80欧姆/方,经烘干、烧结后制成测试材料。
所得材料的测试方法及测试结果均来自上海交通大学太阳能研究所。
实施例1-5的银浆浆料各项测试结果见表1-2。
表1为银浆浆料各项电性能均值
其中,Model:样品;Voc:开路电压;Isc:短路电流;Vmax:最佳工作电压;Imax:最佳工作电流;Pmax:最大功率;Eff:转换效率;FF:填充因子;Rs:串联电阻;Rsh:并联电阻;Irev:反向漏电;EnvTemp:环境温度;Sun:太阳光强。
表2为电池片拉力平均值
样品 |
拉力平均值(N) |
1 |
3.2 |
2 |
3.5 |
3 |
3.5 |
4 |
3.2 |
5 |
3.8 |
对比实施例 |
3.2 |
从表1的测试结果可以看出,本发明通过降低玻璃粉中的铅含量,并通过加入适量的TeO2和Na2O两种主要成分,在保证了硅片表面SiN减反层腐蚀,促进了银铅合金形成的同时,减缓了铅对硅片的腐蚀,使得所得银浆浆料能够在高方阻的硅基电池上应用,并且各项电性能均达到较高的水平,特别是光电转换效率(Eff)值,达到了18.22%,有效地提高了太阳能电池转化效率。最后为对比实施例,可以清楚地看到,常规的高铅玻璃粉制备的银浆浆料完全不能适用在高方阻的硅基太阳能电池上。
从表2的测试结果可以看出,本发明通过在玻璃粉中加入适量的TeO2,并配以适量的Na2O,使得本发明的银浆浆料在太阳能电池上烧结后的电池片焊接拉力其平均值可达3.8N,从而解决了碲酸盐玻璃粉因腐蚀性差而导致的焊接拉力差的问题,极大的提高了所制备的硅基太阳能电池的稳定性和使用寿命,另外由于适量的Na2O的加入,有效地扩展了烧结温度,保证了产品性能的稳定性。
以上所述,仅为本发明较佳具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限与此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。