CN104021835B - 一种太阳能电池背电极用金属丝及制备方法、背电极及制备方法、太阳能电池片及电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池背电极用金属丝，该金属丝包括中空的圆丝和位于圆丝内的导电黏合物；所述圆丝为纯锡金属或者锡合金。本发明还提供了该金属丝的制备方法及由该金属丝制备得到的背电极、背电极的制备方法和含有该背电极的电池片、太阳能电池组件。本发明的用于晶体硅太阳电池的背电极制备工艺简单，与铝背场的附着力良好，与光伏焊带的焊接强度高，电池的光电转换效率增加，尤其是背电极制备不使用银浆，有效降低了电极的材料成本。

Description

一种太阳能电池背电极用金属丝及制备方法、背电极及制备 方法、太阳能电池片及电池组件

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种太阳能电池背电极用金属丝及制备方法、背电极及制备方法、太阳能电池片及电池组件。

背景技术

目前成熟商业化生产的晶体硅太阳能电池以其工艺流程简单，转化效率高，便于大规模生产等优点迅速发展起来，该类电池占据了光伏市场电池量的80%以上的份额。太阳能电池有望成为未来电力供应的主要支柱。目前商业的制作晶体硅太阳能电池电极的方法是金属化工艺，即采用丝网印刷的方法在硅片的背光面印刷2-3条背银浆料，烘干，而后再在电池的整个背光面（除印刷背银浆料的区域）印刷背铝浆料，烘干，再在电池的向光面印刷向光面银浆，然后过烧结炉一次烘干烧结而成。该方案在背光面银浆区域烧结后形成背面电极，向光面银浆区域烧结后形成正面电极，工艺简单成熟。但是，该方案的正背面的电极线均使用含银的导电浆料，因此，材料成本相对较高。如何采用非银材料作为电池的导电电极，并保持良好的导电、附着、焊接等性能，依旧是当前晶体硅太阳电池电极研究的热点。

CN102810344A专利公开了一种背面电极用含镀银铜浆料及其制备方法，其中的导电金属粉体由银粉和镀银铜粉两者组成，且镀银铜粉占大半部分。该发明降低了背面电极的制作成本，解决了纯贱金属浆料在电池片烧结过程中的氧化问题，并且接触电阻小，焊接性和附着力好，电池转换效率高。但是，该发明还是采用了金属银制备的浆料工艺，该方案与传统的背面银浆技术无本质上的区别，并且，如果在金属导电粉体添加的镀银铜粉过多，可能会造成浆料在烧结后，电极带与光伏焊带的焊接性能以及与硅基底的附着性能下降。

发明内容

本发明为解决现有的太阳能电池的导电电极浆料为银浆，成本高、光电转化率低的技术问题，提供一种成本低、光电转化率高的非银材料的太阳能电池背电极用金属丝及制备方法、背电极及制备方法、太阳能电池片及电池组件。

本发明提供了一种太阳能电池背电极用金属丝，该金属丝包括中空的圆丝和位于圆丝内的导电黏合物；所述圆丝为纯锡金属或者锡合金。

本发明还提供了一种太阳能电池背电极用金属丝的制备方法，该方法为：将由纯锡金属或者锡合金铸造形成的金属棒，在挤出模具中挤成中空的圆丝，在挤出的同时，将导电黏合物灌入圆丝的中空部分即得。

本发明还提供了一种太阳能电池背电极，所述背电极为金属丝熔融涂覆形成；其中，所述金属丝为本发明所述的金属丝。

本发明还提供了一种太阳能电池背电极的制备方法，该方法为，将铝背场加热到100-150℃，在惰性气氛保护或者真空状态下，将金属丝在250-300℃下加热，使表面金属熔融并和导电黏合物混合，将混合物涂覆于铝背场表面，而后进入温度为100-150℃隧道炉中，保温2.0-30min，出炉后即得到背电极。

本发明还提供了一种太阳能电池片，包括硅片、位于硅片背面的背电场、位于背电场上的背电极及位于硅片正面的正电极，所述背电极为本发明所述的太阳能电池背电极。

本发明还提供了一种太阳能电池组件，所述太阳能电池组件包括依次层叠的背板、密封胶层、电池片、密封胶层和透光层，所述电池片为本发明所述的太阳能电池片。

本发明的用于晶体硅太阳电池的背电极制备工艺简单，与铝背场的附着力良好，与光伏焊带的焊接强度高，电池的光电转换效率增加，尤其是背电极制备不使用银浆，有效降低了电极的材料成本。

附图说明

图1为本发明提供的金属丝的横截面结构示意图。

图2本发明提供的晶体硅太阳电池的局部横截面结构示意图。

图3为本发明提供的晶体硅太阳电池的背光面俯视图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种太阳能电池背电极用金属丝，该金属丝包括中空的圆丝和位于圆丝内的导电黏合物；所述圆丝为纯锡金属或者锡合金。

根据本发明所提供的金属丝，为了控制背电极带体电阻以及背电极金属与硅的接触电阻，优选地，所述金属丝中圆丝和导电黏合物的重量比为10-30：1。

根据本发明所提供的金属丝，为了使锡合金与铝背场的附着力更好，优选地，所述锡合金为二元合金锡和铅、锡和铋或者三元合金锡、铅、铋组成；以锡合金的总质量为基准，其中锡的含量为70-90wt%。

根据本发明所提供的金属丝，优选地，所述导电黏合物包括有机黏合剂和导电粉体；其中所述有机黏合剂包括基料或基料和固化剂。

根据本发明所提供的金属丝，为了使锡合金与铝背场的附着力更好，优选地，所述基料包括氰基丙烯酸酯树脂、丙烯酸酯树脂、环氧-聚酰胺树脂、酚醛-缩醛树脂、聚氨酯树脂中的至少一种。所述的固化剂为胺类、异氰酸酯类、苯酚中的至少一种。

根据本发明所提供的金属丝，为了增加背电极的导电性，优选地，所述的导电粉体为铜粉、铝粉、镍粉、碳黑、石墨中的至少一种。

根据本发明所提供的金属丝，优选地，以导电黏合物的总量为基准，所述有机黏合剂的含量为50-90wt%，所述导电粉体的含量为10-50wt%。更优选地，所述有机黏合剂的含量为60-80wt%，所述导电粉体的含量为20-40wt%。如有机黏合剂的占的比例过多，则背电极带和硅基底的接触电阻过大，从而影响电池光生电流的流出，如有机黏合剂所占的比例过少，则背电极带与硅的附着力下降，进而影响背电极带的焊接强度。

根据本发明所提供的金属丝，圆丝的外围直径太大，则所需金属材料多，且形成的背电极带过宽，光伏焊带不能覆盖而造成浪费，于降低电池成本不利。外围直径太小，则对收集光生流以及与焊带的焊接不利。中空分布的孔径过大，则填充的导电黏合剂过多，可导致背电极带体电阻以及背电极金属与硅的接触电阻增大，电池的串联电阻增加，并可能导致金属丝的强度不够，孔径过小，黏合物在背电极中的含量过少，背电极带与硅的附着力则可能下降。优选地，所述圆丝的外围直径为1.0-5.0mm，中空部分的直径为0.2-2.5mm。

本发明提供了一种太阳能电池背电极用金属丝的制备方法，该方法为：将由纯锡金属或者锡合金铸造形成的金属棒，在挤出模具中挤成中空的圆丝，在挤出的同时，将导电黏合物灌入圆丝的中空部分，而后收卷绕线即得。

本发明提供了一种太阳能电池背电极，所述背电极为金属丝熔融涂覆形成；其中，所述金属丝为本发明所述的金属丝。

本发明提供了一种太阳能电池背电极的制备方法，该方法为，将铝背场加热到100-150℃，在惰性气氛保护或者真空状态下,将金属丝在250-300℃下加热，使表面金属熔融并和导电黏合物混合，将混合物涂覆于铝背场表面，而后进入温度为100-150℃隧道炉中，保温2.0-30min，出炉后即得到背电极。

本发明惰性气体保护是为了防止金属丝中的锡在熔融状态下及涂布于背电场表面的未冷却熔融锡膜；与空气中的氧气发生反应形成氧化锡，从而导致背电极性能的下降。

本发明金属丝孔中的导电黏合物，所含的有机黏合剂的分解温度高，在锡或者锡合金的熔点温度下，有机黏合剂、导电粉体与熔融锡液发生混合，在短时间内（金属熔融涂布形成背电极的时间，约0.1-2.0秒）有机黏合剂并不会发生分解失效，并且，有机黏合剂在后续的固化温度（100-150℃）与时间(2.0-30min)内持续固化，将锡或者锡合金熔融后冷却形成的金属膜牢固地粘接在铝背场表面，金属锡或锡合金、导电黏合物中的导电粉体共同形成光生电流的通道，锡或锡合金膜与光伏焊带的焊接性能好，焊接强度高，并且，相比传统采用丝网印刷浆料形成背电极的工艺比较，本发明的背电极带制备方便，并在铝背场上形成，背场面积增加，因此电池的光电转换效率也有所提升。

本发明采用熔融涂布得到的电极带的宽度为2.0-10mm,厚度为5.0-50微米。背电极带可以是分段分布或者是连续分布，在整个背场表面可以是2-4条。

本发明提供了一种太阳能电池片，包括硅片、位于硅片背面的背电场、位于背电场上的背电极及位于硅片正面的正电极，所述背电极为本发明所述的太阳能电池背电极。

本发明提供了一种太阳能电池组件，所述太阳能电池组件包括依次层叠的背板、密封胶层、电池片、密封胶层和透光层，所述电池片为本发明所述的太阳能电池片。

如图1-3所示，其中1为金属部分，2为导电黏合物，3为背电极带（内含导电粘合物），4为铝背场，5为硅衬底。

下面的通过实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

1、金属丝的制备

将纯锡铸造形成的金属棒冷拉成中间有一定孔径的圆丝，在冷拉的同时，在孔中间填充加热后导电黏合物，本发明的导电导电黏合物为氰基丙烯酸酯树脂和铜粉组成的混合物，其中氰基丙烯酸酯树脂占70 wt%。本发明的金属丝的圆丝的外围直径为2.0mm，中空部分的直径为0.8mm。

2、太阳电池的制备

采用的多晶硅片规格为：156×156mm，厚度为200微米（腐蚀前）。将硅片制绒、制PN结、镀减反射膜后，在整个背光面采用丝网印刷背场铝浆（台湾硕禾科技的108C铝浆）并烘干后，再印刷正面银浆(Dupont公司的17A银浆)，经过隧道炉烧结后，得到已具备背铝场和正电极线的电池片。将制备好铝背场与向光面电极的电池片加热到120℃，在惰性气氛保护或者真空状态下,将金属丝在280℃下加热熔融，将熔融混合物体采用采用长度为4.0，宽度为5.0µm的方型的缝隙切口挤出，并涂覆于铝背场表面，而后进入温度为120℃隧道炉中，保温2min，使黏结剂充分固化，出炉后即得到具有本发明背电极的太阳电池。本发明的背电极带为连续带，在整个铝背场表面分布三条。

本实施例得到的电池样品记为S1。

实施例2

按照实施例1的方法制备电池样品S2。区别在于：由锡和铅组成的二元合金代替纯锡，其中锡占90wt%，余下为铅；有机黏合剂为快固丙烯酸酯树脂和铝粉，有机黏合剂的含量为50wt%。

实施例3

按照实施例1的方法制备电池样品S3。区别在于：由锡、铅、铋组成的三元合金代替纯锡，其中锡占90wt%。铅占5.0wt%，余下为铋；有机黏合剂为环氧-低分子聚酰胺树脂和镍粉，有机黏合剂的含量为90wt%。本发明的金属丝的圆丝的外围直径为1.0mm，中空部分的直径为0.5mm。

实施例4

按照实施例1的方法制备电池样品 S4。区别在于：由锡和铋组成的二元合金代替纯锡，其中锡占80wt%，余下为铋；有机黏合剂为酚醛-缩醛树脂和石墨，有机黏合剂的含量为80wt%。本发明的金属丝的圆丝的外围直径为1.5mm，中空部分的直径为0.2mm。

实施例5

按照实施例1的方法制备电池样品S5。区别在于：由锡和铋组成的二元合金代替纯锡，其中锡占70wt%，余下为铋；有机黏合剂由聚氨酯树脂和异氰酸酯组成（具体可选用上海新光化工厂的铁锚101-F胶黏剂），导电剂为碳黑，其中铁锚101-F胶黏剂的比例占导电黏合物的70wt%。本发明的金属丝的圆丝的外围直径为5.0mm，中空部分的直径为2.5mm。

实施例6

按照实施例1的方法制备电池样品S6，区别在于：由锡和铅组成的二元合金代替纯锡，其中锡占80wt%，余下为铅；有机黏合剂的含量为60wt%。本发明的金属丝的圆丝的外围直径为3.0mm，中空部分的直径为2.0mm。

对比例1

本对比例用于解释现有技术的采用丝网印刷背面银浆得到背电极及含有该背电极的晶体硅太阳电池DS1。

采用的多晶硅片规格为：156×156mm。厚度为200微米（腐蚀前），印刷前厚度为180微米。在将硅片制绒、制PN结、镀减反射膜后，先采用丝网印刷背面银浆（Dupont公司的PV505银浆），背银结构采用三线四段制（即背银为三条），印刷湿重为0.040g。烘干，在背银浆余下背光面部分，印刷背场铝浆（台湾硕禾科技108C铝浆），烘干后，再在向光面印刷正面银浆(Dupont公司17A银浆)，经隧道炉烧结后，得到具备铝背场、银背电极线和正面电极线的电池片。

对比例2

采用CN102810344A中的方法制备晶体硅太阳电池DS2。

性能测试

1、表面状况：采用10倍放大镜观察背电极表面状况，是否光滑、有无积点与孔洞。若表面光滑、无积点与孔洞等现象，则记为OK，否则记为NG。结果见表1。

2、焊接强度：选用上海胜陌2*0.2mm锡铅焊带，用汉高X32-10I型助焊剂浸泡后烘干，然后在330℃对制备好的背电极进行手工焊接，待电池片自然冷却后，使用山度SH-100拉力机沿135°方向对焊接好的电极进行拉力测试。结果见表1。

3、光电转化效率：采用单次闪光模拟测试仪器对各电池片进行测试得到。测试条件为标准测试条件(STC) ：光强：1000W/m²；光谱：AM1.5；温度：25℃。结果见表1。

表1

。

从表中可以看出，用本发明的金属丝制备的背电极的电池片的焊接强度大于5.75，光电转换效率大于17.52%，而用对比例1的方法制备的电池片的焊接强度为5.53，光电转换效率为17.45%,用对比例2的方法制备的电池片的焊接强度为4.37，光电转换效率为17.48%。说明采用本发明的晶体硅太阳电池的背电极，与光伏焊带的焊接强度高，电池的光电转换效率得到了提高，电极制作不使用银浆，大大降低了电池的材料成本，增加了晶体硅太阳电池发电与传统发电的竞争力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种太阳能电池背电极用金属丝，其特征在于：该金属丝为中空的圆丝和位于圆丝内的导电黏合物；所述圆丝为纯锡金属或者锡合金。

2.根据权利要求1所述的金属丝，其特征在于：所述金属丝中圆丝和导电黏合物的重量比为10-30：1。

3.根据权利要求1所述的金属丝，其特征在于：所述锡合金为二元合金锡和铅、锡和铋或者三元合金锡、铅、铋组成；以锡合金的总质量为基准，其中锡的含量为70-90wt%。

4.根据权利要求1所述的金属丝，其特征在于：所述导电黏合物包括有机黏合剂和导电粉体；其中所述有机黏合剂包括基料或基料和固化剂。

5.根据权利要求4所述的金属丝，其特征在于：所述基料包括氰基丙烯酸酯树脂、丙烯酸酯树脂、环氧-聚酰胺树脂、酚醛-缩醛树脂、聚氨酯树脂中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的金属丝，其特征在于：所述的固化剂为胺类、异氰酸酯类、苯酚中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的金属丝，其特征在于：所述的导电粉体为铜粉、铝粉、镍粉、碳黑、石墨中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的金属丝，其特征在于：以导电黏合物的总量为基准，所述有机黏合剂的含量为50-90wt%，所述导电粉体的含量为10-50wt%。

9.根据权利要求1所述的金属丝，其特征在于：所述圆丝的外围直径为1.0-5.0mm，所述中空部分的直径为0.2-2.5mm。

10.一种太阳能电池背电极用金属丝的制备方法，其特征在于：该方法为，将由纯锡金属或者锡合金铸造形成的金属棒，在挤出模具中挤成中空的圆丝，在挤出的同时，将导电黏合物灌入圆丝的中空部分即得。

11.一种太阳能电池背电极，其特征在于，所述背电极为金属丝熔融涂覆形成；其中，所述金属丝为权利要求1-9任意一项所述的金属丝。

12.一种太阳能电池背电极的制备方法，其特征在于，该方法为，将铝背场加热到100-150℃，在惰性气氛保护或者真空状态下，将金属丝在250-300℃下加热，所述金属丝为中空的圆丝和位于圆丝内的导电黏合物，使圆丝熔融并和导电黏合物混合得到混合物，将混合物涂覆于铝背场表面，而后进入温度为100-150℃隧道炉中，保温2.0-30min，出炉后即得到背电极。

13.一种太阳能电池片，包括硅片、位于硅片背面的背电场、位于背电场上的背电极及位于硅片正面的正电极，其特征在于，所述背电极为权利要求11所述的太阳能电池背电极。

14.一种太阳能电池组件，所述太阳能电池组件包括依次层叠的背板、密封胶层、电池片、密封胶层和透光层，其特征在于，所述电池片为权利要求13所述的太阳能电池片。