CN105825912B - 一种硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子器件的制造工艺及其材料技术领域，更具体地，涉及一种硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料及其制备方法。所述无铅主栅浆料包含以下重量百分比的组分：球形银粉55‑75wt%、片状银粉2.5‑10wt%、玻璃粉1‑3wt%以及有机载体15‑40wt%，所述球形银粉的粒径为0.5 ‑2.5µm，振实密度为3.0‑4.0 g/ml，所述片状银粉的粒径为2.5 ‑5µm，振实密度为2.0‑3.5 g/ml，所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2－B2O3－TeO2－ZnO玻璃体系，所述无铅主栅浆料中各组分分散性好，烧结后制得的硅太阳能电池产品具有稳定的电气性能，提高了太阳能硅片的有效采光面积、提高太阳能片的转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件的制造工艺及其材料技术领域，更具体地，涉及一种硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电已经成为可再生能源领域中继风力发电之后产业化发展最快、最大的产业。当前，光伏发电中的太阳能电池仍然是以晶体硅太阳电池为主，一枝独秀，市场份额大90%，大面积商品化太阳电池效率可达18-19%。目前太阳能电池片生产厂家在背面电极方面均采用低银含量的背电极浆料以及改变背电极的图形设计减少用银量，能有效降低太阳能浆料背电极的生产成本；而对于正电极生产厂家一方面通过减少细栅线的宽度尺寸来降低细栅线的用浆量，但对正银浆料的印刷过网性要求相对更高，另一方面采用镂空主栅设计，以减少银浆用量，但对后期组件制造时的焊接可靠性会有影响，对组件长期使用的稳定性带来一定程度的风险。太阳能电池正面电极设计的主栅线和细栅线在功能上是发挥着不同作用的。细栅的功能主要是收集电池表面由于光照所产生的光电子流，它需要与电池的硅基材产生优良的欧姆接触。主栅线的主要功能是收集细栅线的电流并且提供组件制作时的焊接点，它需要与焊带产生优良的焊接结合力和无电阻接触。目前传统的硅电池制造采用一次丝网印刷工艺制作正面电极，其主栅和细栅均使用同种银浆，即不能充分发挥两种栅线材料功能的最优化，又浪费材料的使用。用低银含量的主栅电极浆料取代传统的高银含量正银用作电池片正电极的主栅，从而减少传统高银含量正银的用量降低生产成本。随着光伏行业的不断发展，国内外的光伏太阳能生产厂家、浆料生产厂家越来越多，市场的竞争趋向剧烈，如何保证在满足或提高太阳能电池片厂家的性能要求的前提下，有效降低浆料生产的成本、提高产品的竞争将成为浆料生产厂家的重点研究对象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料及其制备方法，所述无铅主栅浆料中各组分分散性好，烧结后制得的硅太阳能电池产品具有稳定的电气性能，提高了太阳能硅片的有效采光面积、提高太阳能片的转化效率。
为了实现上述发明目的，本发明采取了以下技术方案：
一种硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，所述无铅主栅浆料包含以下重量百分比的组分：球形银粉55-75wt%、片状银粉2.5-10wt%、玻璃粉1-3wt%以及有机载体15-40wt%，所述球形银粉的粒径为0.5 -2.5µm，振实密度为3.0-4.0 g/ml，所述片状银粉的粒径为2.5-5µm，振实密度为2.0-3.5 g/ml，所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2－B2O3－TeO2－ZnO玻璃体系。
在一种实施方式中，所述玻璃粉的粒径为0.1-3µm，比表面积为3.5-5.5m2/g。
在一种实施方式中，所述玻璃粉的软化温度在450-550℃。
在一种实施方式中，所述有机载体为高分子树脂和有机溶剂。
在一种实施方式中，所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合。
在一种实施方式中，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合。
在一种实施方式中，所述有机溶剂为松油醇和/或丁基卡必醇。
在一种实施方式中，所述有机载体在无铅主栅浆料中重量百分组成是高分子树脂2-4%、有机溶剂13-28%。
本发明的另一个目的在于提供硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料的制备方法，包括：
根据权利要求1所述的组分配比，将称量好的玻璃粉和有机载体装入球磨设备中，按料：锆球=1：1比例加入锆球，进行15～24小时混合、球磨处理至细度≤7μm后过滤出料，再和球形银粉和片状银粉混合经过三辊轧机辊轧至细度≤7μm以下，获得硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料。
本发明又一目的在于提供硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料在硅太阳能电池正面电极中的应用。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
具体实施方式
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显指单数形式。
一种硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，所述无铅主栅浆料包含以下重量百分比的组分：球形银粉55-75wt%、片状银粉2.5-10wt%、玻璃粉1-3wt%以及有机载体15-40wt%，所述球形银粉的粒径为0.5 -2.5µm，振实密度为3.0-4.0 g/ml，所述片状银粉的粒径为2.5-5µm，振实密度为2.0-3.5 g/ml，所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2－B2O3－TeO2－ZnO玻璃体系。
本发明所述“玻璃粉”为Bi2O3－SiO2－B2O3－TeO2－ZnO玻璃体系，以所述玻璃粉的质量百分含量为基准，所述玻璃粉包含以下组份：30-80wt%的TeO2，7-25wt%的Bi2O3， 1-15wt%的ZnO，1-15wt%的CaO，0.1-10wt%的SiO2，0-5wt%的B2O3。
在一种优选地实施方式中，所述玻璃粉的粒径为0.1-3µm，比表面积为3.5-5.5m2/g，软化温度在450-550℃。
在一种优选地实施方式中，所述有机载体为高分子树脂和有机溶剂。
在一种优选地实施方式中，所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合。
在一种优选地实施方式中，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合；优选地，所述有机溶剂为松油醇和/或丁基卡必醇。
在一种优选地实施方式中，所述有机载体在无铅主栅浆料中重量百分组成是高分子树脂2-4%、有机溶剂13-28%。
本发明的另一个目的在于提供硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料的制备方法，包括：
根据权利要求1所述的组分配比，将称量好的玻璃粉和有机载体装入球磨设备中，按料：锆球=1：1比例加入锆球，进行15～24小时混合、球磨处理至细度≤7μm后过滤出料，再和球形银粉和片状银粉混合经过三辊轧机辊轧至细度≤7μm以下，获得硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料。
本发明又一目的在于提供硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料在硅太阳能电池正面电极中的应用。使用本发明硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料在烧结后可以与电池表面的钝化层材料（如氮化硅，氧化硅等）发生结合，提供优良的机械结合力，并且可以与焊带产生优异的焊接结合力，焊接结合力在约3.5N/mm以上，制备的主栅电极的厚度为5.5-至13µm。本发明的硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料在相同的烧结条件下，主栅电极与硅基材的接触电阻是细栅电极与硅基材的接触电阻的10-500倍以上。
实施方式：
实施方式1，一种硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，所述无铅主栅浆料包含以下重量百分比的组分：球形银粉55-75wt%、片状银粉2.5-10wt%、玻璃粉1-3wt%以及有机载体15-40wt%，所述球形银粉的粒径为0.5 -2.5µm，振实密度为3.0-4.0 g/ml，所述片状银粉的粒径为2.5 -5µm，振实密度为2.0-3.5 g/ml，所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2－B2O3－TeO2－ZnO玻璃体系。
实施方式2，与实施方式1相同，不同的地方是，所述玻璃粉的粒径为0.1-3µm，比表面积为3.5-5.5m2/g。
实施方式3，与实施方式1或2相同，不同的地方是，所述玻璃粉的软化温度在450-550℃。
实施方式4，与实施方式1相同，不同的地方是，所述有机载体为高分子树脂和有机溶剂。
实施方式5，与实施方式4相同，不同的地方是，所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合。
实施方式6，与实施方式4或5相同，不同的地方是所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合。
实施方式7，与实施方式6相同，不同的地方是，所述有机溶剂为松油醇和/或丁基卡必醇。
实施方式8，与实施方式6相同，不同的地方是，所述有机载体在无铅主栅浆料中重量百分组成是高分子树脂2-4%、有机溶剂13-28%。
实施方式9，硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料的制备方法，其特征在于，包括：
根据权利要求1所述的组分配比，将称量好的玻璃粉和有机载体装入球磨设备中，按料：锆球=1：1比例加入锆球，进行15～24小时混合、球磨处理至细度≤7μm后过滤出料，再和球形银粉和片状银粉混合经过三辊轧机辊轧至细度≤7μm以下，获得硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料。
实施方式10，所述的硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料应用于硅太阳能电池正面电极。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其他说明，所用原料都是市售的。
硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料组分和配比，按照所述的预定比例，将称量好的玻璃粉和有机载体装入球磨设备中，按料：锆球=1：1比例加入锆球，进行15～24小时混合、球磨处理至细度≤7μm后过滤出料，再和球形银粉和片状银粉混合经过三辊轧机辊轧至细度≤7μm以下，获得硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料。
首选，简述本发明材料配方的基本方案：硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，所述无铅主栅浆料包含以下重量百分比的组分：球形银粉55-75wt%、片状银粉2.5-10wt%、玻璃粉1-3wt%以及有机载体15-40wt%，所述球形银粉的粒径为0.5 -2.5µm，振实密度为3.0-4.0 g/ml，所述片状银粉的粒径为2.5 -5µm，振实密度为2.0-3.5 g/ml，所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2－B2O3－TeO2－ZnO玻璃体系。
实施例1-6
硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，其配方按照表1的1-6号配方（分别对应1-6实施例），将称量好的玻璃粉和有机载体装入球磨设备中，按料：锆球=1：1比例加入锆球，进行15～24小时混合、球磨处理至细度≤7μm后过滤出料，再和球形银粉和片状银粉混合经过三辊轧机辊轧至细度≤7μm以下，获得硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料。配方中所述玻璃粉的粒径为0.1-3µm，比表面积为3.5-5.5m2/g，软化温度在450-550℃；所述有机载体为高分子树脂和有机溶剂；所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合；所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合；所述有机载体在无铅主栅浆料中重量百分组成是高分子树脂2-4%、有机溶剂13-28%。
按上述配方制得的硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，通过丝网印刷工艺形成晶体硅太阳能电池电池片（125×125规格）的硅太阳能电池正面电极，并进行性能测试，所得的硅太阳能电池片性能良好，测试结果见表2。
表1
表2
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明的特征的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。而且在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求覆盖。
Claims (6)
1.一种硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，其特征在于，所述无铅主栅浆料包含以下重量百分比的组分：球形银粉55-75wt％、片状银粉2.5-10wt％、玻璃粉1-3wt％以及有机载体15-40wt％；所述球形银粉的粒径为0.5-2.5μm，振实密度为3.0-4.0g/ml；所述片状银粉的粒径为2.5-5μm，振实密度为2.0-3.5g/ml；所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2－B2O3－TeO2－ZnO玻璃体系；所述玻璃粉的粒径为0.1-3μm，比表面积为3.5-5.5m2/g；所述玻璃粉的软化温度在450-550℃；所述有机载体为高分子树脂和有机溶剂；所述玻璃粉包含以下组份：30-80wt％的TeO2，7-25wt％的Bi2O3，1-15wt％的ZnO，1-15wt％的CaO，0.1-10wt％的SiO2，0-5wt％的B2O3。
2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，其特征在于，所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，其特征在于，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合。
4.根据权利要求3所述的硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，其特征在于，所述有机溶剂为松油醇和/或丁基卡必醇。
5.根据权利要求3所述的硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料，其特征在于，所述有机载体在无铅主栅浆料中重量百分组成是高分子树脂2-4％、有机溶剂13-28％。
6.权利要求1至5任一项所述的硅太阳能电池正面电极无铅主栅浆料在硅太阳能电池正面电极中的应用。
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