CN104934104B - 一种低银含量晶硅太阳能电池背面银浆及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低银含量晶硅太阳能电池背面银浆及其制备方法，背银浆原料配比按以下重量百分数计：片状银粉，球状银粉，耐老化无机粘合剂，有机载体，添加剂。制备方法包括：1）.耐老化无机粘合剂制备；2）.有机载体制备；3）.背银浆料制备：按配方量称取原料；将两种银粉、耐老化无机粘合剂混合，得混合粉料；将混合粉料和有机载体、添加剂加入到双行星搅拌机中混合，得混合浆料；用三辊研磨机将浆料研磨，控制浆料细度＜20μm，浆料粘度为25～40pa.s；4）.真空消泡；得背面银浆产品。此款背银浆料具有极低的银含量，成本低廉，成型后的背银电极具有良好的可焊性与耐焊性，附着力强，耐老化性能优异，能与硅基板形成良好的欧姆接触等特点。

Description

一种低银含量晶硅太阳能电池背面银浆及制备方法

技术领域

本发明涉及背面银浆，具体是一种晶硅太阳能电池背面银浆，以及该背面银浆的制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种能将光能转化为电能的半导体器件，借助太阳能电池电子浆料烧结形成的金属化电极，可以将产生的电能传导出来。太阳能电池背面银浆是太阳能电池电子浆料的主要组成部分，它在太阳能电池片的生产过程中主要用来制作背电极，将铝背场收集到的电流汇集导出。

太阳能电池背面银浆主要由银粉、有机溶剂、无机粘合剂及添加剂组成。银粉作为浆料中的功能相,主要起到导电的作用。在太阳能组件生产过程中背电极需要和金属焊条焊接在一起串联成组件，焊接后银层与焊条触点间接触的好坏直接决定了它们之间的接触电阻，进而影响到组件的输出功率。因此，背电极的导电性，可焊性、耐焊性、与焊条之间的附着力成为太阳能电池背银浆料的重要性能参数。同时，太阳能组件作为长期的发电设备要求其具有良好的耐用性和稳定性，这就对背面银浆制备的背电极提出了严苛的耐老化要求。

随着新能源产业的发展，市场竞争日益激烈，光伏组件价格持续下跌，造成光伏组件制造商成本压力日益增大，减少材料成本是降低光伏组件制造成本的关键点之一，背面银浆作为太阳能电池电子浆料的主要组成部分，如何降低背银浆料的成本成为一大热点。

银粉是背银浆料的主要成本来源，降低背银浆料中的银含量是降低背银成本的直接有效的方法。申请号为201110200935.0的中国专利公开了一种太阳能电池背银浆料，该背面银浆使用片状银粉为功能相，所得银层能与硅基板和背铝层形成良好的欧姆接触，此种背银浆银含量在56-75％左右，对降低成本作用有限。申请号为201110297031.4的中国专利公开了一种太阳能电池背银浆料，该背银浆使用球状银粉作为导电体，该型浆料含银量也至少需要达到55％。研究发现，为了有效降低背银浆中的银含量，需要使银层中银粉的堆积更加致密，人们探索了采用多种银粉搭配的方法。申请号为201110201638.8的中国专利公开了一种太阳能电池背银浆料，该浆料使用球形银粉与片状银粉的混合物作为导电体。申请号为201210446524.4的中国专利公开了一种太阳能电池背面银浆，该型浆料采用星状银粉，片状银粉，球状银粉的混合物作为导电体。

虽然人们在降低背面银浆银含量方面做了大量的工作，但目前太阳能电池片厂家主要应用的仍然是60％以上的中高银含量的背银浆料。究其原因，主要是低银含量背银很难达到中高银含量背银浆料的耐老化性能。研究发现，由于老化后电极与焊条的接触变差所造成的组件输出功率减少每年可达0.5％，由此对组件长期使用的耐用性和稳定性具有较大的影响。

太阳能电池组件工作环境温度可达60℃左右，背电极在高温下长时间工作将导致焊带中的锡和银层的相互迁移，造成背电极松动。由于低银含量背银浆烧制成型的背电极层较中高银含量背电极层薄，这种银锡的相互迁移很容易导致背电极层被破坏从而造成焊点的接触变差。因此，如何有效的抑制或阻止这种银锡之间的相互迁移成为开发耐老化低银含量晶硅太阳能电池背银浆料的关键。通过对耐老化性能机理的研究，我们认为：对无机粘合剂配方进行改进，使之在应用中的烧结条件下对银粉具有良好的浸润性，烧结成型后在银粉表面形成一层极薄的包覆层，该包覆层两端的银粉可以通过隧道效应导通，因此不会对电性能有影响，但却能有效阻止电极中银与焊带中锡的相互扩散，极大程度上改善背银电极的耐老化性能。因此，开发出一种对银粉具有良好浸润性，能对银粉表面进行有效包覆的无机粘合剂对提升低银含量背面银浆所制备的背电极的耐老化性能至关重要。

综上所述，现有的低银含量晶硅太阳能电池背银浆技术存在诸多问题，银含量降低有限，电极成型后耐老化性能差，长期使用性能不稳定，不能满足市场的要求。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种低银含量的晶硅太阳能电池背面银浆，采用该背银浆烧制成型后的背电极具有良好的可焊性与耐焊性，附着力强，耐老化性能优异，能与硅基板形成良好的欧姆接触，并且提供该背银浆料的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种低银含量晶硅太阳能电池背面银浆，其组成及配比按以下重量份计：

优选的，所述片状银粉平均厚度为0.2-1.2μm，平均横向尺寸为1μm-10μm，比表面积为0.2-1.1m²/g，振实密度≥3.2g/cm³。

优选的，所述球状银粉的平均粒径为0.25-1.6μm，比表面积为0.9-2.6m²/g，振实密度≥4.1g/cm³。

优选的，所述耐老化无机粘合剂的平均粒径≤6μm，其组成及配比按以下重量份计：

优选的，所述有机载体的组成及配比按以下重量份计：

优选的，所述添加剂为硼酸酯类偶联剂、硅烷偶联剂、司班-85、卵磷脂、流平剂中的一种或任意数种的混合物。

上述低银含量晶硅太阳能电池背面银浆的制备方法，具体包括下列步骤：

1).耐老化无机粘合剂制备

按配方称取无机粘合剂的原料；将原料混合均匀；将混合好的原料加入到铂金坩埚内，用高温炉加热铂金坩埚，使铂金坩埚内的混合原料温度≥1100℃，保温，保温时间≥30min；将高温混合原料水淬，得到玻璃颗粒料；将玻璃颗粒料干燥；将干燥后的玻璃颗粒料球磨粉碎，使其平均粒径≤6μm；得到无机粘合剂；

2).有机载体制备

按配方称取有机载体的原料；将原料混合，混合后加入到反应釜中加热，使反应釜内的原料温度≥80℃，在转速≥90r/min的条件下，持续混合至少2h，使反应釜内的原料充分溶解混合；反应釜停止加热，使反应釜内的溶解混合物冷却，冷却温度≤30℃，采用260～300目的不锈钢滤网过滤，澄清，得到透明的有机载体；

3).背银浆料制备

按配方量称取两种银粉、耐老化无机粘合剂、有机载体、添加剂；将混合好的银粉、耐老化无机粘合剂混合均匀，得到混合粉料；将混合粉料和有机载体、添加剂加入到双行星搅拌机中混合，混合时间≥10min，得到混合浆料；采用三辊研磨机研磨浆料，控制浆料的细度＜20μm，浆料的粘度为25～40pa.s；

4).真空消泡

采用真空消泡机将研磨分散好的浆料进行消泡；得到背银浆产品。

优选的，所述耐老化无机粘合剂制备过程中的原料混合均匀，是将原料加入到高速万能粉碎机中进行混合，混合时间≥3min。

优选的，所述背银浆制备过程中的混合银粉、耐老化无机粘合剂的混合均匀，是将两种银粉、耐老化无机粘合剂加入到V型混粉机中混合，混合时间≥15min。

本发明的有益效果是：

1.大幅度降低了背银浆料的银含量，通过对银粉混合物的形貌，粒径以及配比进行配伍调整，使得银粉在浆料中的堆积紧密。不同烧结活性的银粉在浆料中的排列使得烧制成型的背面银浆附着在硅片上的银层更加致密、均匀，具有良好的可焊性与耐焊性，附着力强，能与硅基板形成良好的欧姆接触。

2.通过对无机粘合剂配方的优化设计，成功开发出能极大提高背电极耐老化性能的耐老化无机粘合剂。该款无机粘合剂在烧结过程中能有效浸润银粉粒子，烧结成型后可对背电极银层形成良好的包覆，在老化过程中能够阻止银层中的银与焊带中锡的相互迁移，极大提高了背面电极的耐老化性能，提高了太阳能组件在长期使用过程中的稳定性与可靠性。

3.所设计的制备方法能够使得背面银浆各组分得到均匀的分散，整个制备过程简单易行，操作方便。

具体实施方式：

下面通过具体实施例来详细说明本发明，各实施例的内容仅用作理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限制。

采用表1所示原料、比例、工艺条件，制备低银含量晶硅太阳能电池背面银浆。

表1 本发明实施例1-5采用的原料及工艺条件

制备低银含量晶硅太阳能电池背面银浆的详细步骤如下：

1).耐老化无机粘合剂制备

按表1所示的原料和比例，将原料混合均匀放入铂金坩埚内，用高温炉加热铂金坩埚，保温1.5h；将高温原料水淬，得到玻璃颗粒料；将玻璃颗粒料干燥；将干燥后的玻璃颗粒料球磨粉碎，过筛，使其平均粒径≤6μm；得到无机粘合剂，软化点为460℃-610℃。

2).有机载体制备

按表1所示原料和比例；将原料混合，混合后加入到80℃反应釜中加热，转速130r/min，持续混合至少4h，使反应釜内的原料充分溶解混合；反应釜停止加热，使反应釜内的溶解混合物冷却，冷却温度≤30℃，采用300目不锈钢滤网过滤，澄清，得到透明的有机载体；

3).背银浆料制备

按表1所示原料和比例称取银粉、耐老化无机粘合剂、有机载体、添加剂；将银粉、耐老化无机粘合剂混合均匀，得到混合粉料；将混合粉料和有机载体、添加剂加入到双行星搅拌机中混合15min，得到混合浆料；采用三辊研磨机研磨浆料，控制浆料的细度＜20μm，浆料的粘度为25～40pa.s；

4).真空消泡

用真空消泡机将研磨分散好的浆料进行消泡，得到背银浆产品。

采用上述配方和方法制成的背面银浆在电池生产线上应用，使用三段栅线275目网版印刷，单晶156硅片，在140～185℃的温度条件下烘干，在烧结峰值(硅片表面实际温度)为830℃的条件下烧结；经电池片测试分选，统计电池片串联电阻，测试样片300片，取平均值。采用1.6mm×0.23mm规格的太阳能电池片专用焊带焊接，180度剥离，取18段剥离区间平均力为背银电极拉力。将焊接后电池片放入120℃烘箱老化12h，180度剥离测试，取18段剥离区间平均力为背银电极老化后拉力。

其主要性能参数见表2。

表2 本发明实施例1-5及两款对比浆料的性能

Claims (7)

1.一种低银含量晶硅太阳能电池背面银浆，所述背面银浆的组成及配比按以下重量份计：

片状银粉 8～21

球状银粉 25～43

耐老化无机粘合剂 1～5.5

有机载体 35～65

添加剂 0.3～2.5 ；

所述耐老化无机粘合剂的平均粒径≤6μm，其组成及配比按以下重量份计：

三氧化二铋 36～65

二氧化钛 0.5～6

氧化铜 10～31

二氧化硅 2～11

五氧化二钒 ≤8

三氧化钨 0.5～5

镧系氧化物 ≤6.5

三氧化二锑 1.5～12

氢氧化钾 7～18 ；

所述有机载体的组成及配比按以下重量份计：

松油醇 60～86

乙基纤维素 3.5～8.5

柠檬酸三丁酯 13～32

触变剂 0.5～4.5 。

2.根据权利要求1所述的低银含量晶硅太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述片状银粉平均厚度为0.2-1.2μm，平均横向尺寸为1μm-10μm，比表面积为0.2-1.1m²/g，振实密度≥3.2g/cm³。

3.根据权利要求1所述低银含量晶硅太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述球状银粉的平均粒径为0.25-1.6μm，比表面积为0.9-2.6 m²/g，振实密度≥4.1g/cm³。

4.根据权利要求1所述低银含量晶硅太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述添加剂为硼酸酯类偶联剂、硅烷偶联剂、司班-85、卵磷脂、流平剂中的一种或任意数种的混合物。

5.权利要求1-4任一所述低银含量晶硅太阳能电池背面银浆的制备方法，包括下列步骤：

1）.耐老化无机粘合剂制备

按配方称取无机粘合剂的原料；将原料混合均匀；将混合好的原料加入到铂金坩埚内，用高温炉加热铂金坩埚，使铂金坩埚内的混合原料温度≥1100℃，保温，保温时间≥30min；将高温混合原料水淬，得到玻璃颗粒料；将玻璃颗粒料干燥；将干燥后的玻璃颗粒料球磨粉碎，使其平均粒径≤6μm；得到无机粘合剂；

2）.有机载体制备

按配方称取有机载体的原料；将原料混合，混合后加入到反应釜中加热，使反应釜内的原料温度≥80℃，在转速≥90r/min的条件下，持续混合至少2h，使反应釜内的原料充分溶解混合；反应釜停止加热，使反应釜内的溶解混合物冷却，冷却温度≤30℃，采用260～300目的不锈钢滤网过滤，澄清，得到透明的有机载体；

3）.背银浆料制备

按配方量称取两种银粉、耐老化无机粘合剂、有机载体、添加剂；将混合好的银粉、耐老化无机粘合剂混合均匀，得到混合粉料；将混合粉料和有机载体、添加剂加入到双行星搅拌机中混合，混合时间≥10min，得到混合浆料；采用三辊研磨机研磨浆料，控制浆料的细度＜20μm，浆料的粘度为25～40pa.s；

4）.真空消泡

采用真空消泡机将研磨分散好的浆料进行消泡；得到背银浆产品。

6.根据权利要求5所述低银含量晶硅太阳能电池背面银浆的制备方法，其特征在于：所述耐老化无机粘合剂制备过程中的原料混合均匀，是将原料加入到高速万能粉碎机中进行混合，混合时间≥3min。

7.根据权利要求5所述银含量晶硅太阳能电池背面银浆的制备方法，其特征在于：所述背银浆制备过程中的混合银粉、耐老化无机粘合剂的混合均匀，是将两种银粉、耐老化无机粘合剂加入到V型混粉机中混合，混合时间≥15min。