CN105825913A - 一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆及其制备方法，所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆由下列组份按照重量份数组成：银粉40~50份，纳米铜粉1~10份；无铅玻璃粉2~10份；有机粘结剂35~55份；其他助剂1~5份。其制备方法包括以下步骤：有机粘结剂的制备；无铅玻璃粉的制备；耐老化背银浆料的制备。本发明制得的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，所形成的电极膜层致密，焊接性能优良，并具有明显的耐老化优势。

Description

一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆及制备方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池是一种利用半导体硅的光电效应，将太阳能转变为电能的电池器件。其在光照条件下产生的内部电流，通过正、背电极将电能输出。因此，太阳能电池电极的优良稳定是非常重要的。本发明涉及的耐老化背银浆料主要由导电功能相、有机载体、无机粘结剂三大部分组成，经印刷至硅片并烧结是作为太阳能电池的背电极使用，主要起到收集电流的作用。电池片经串焊电池片正背电极形成电池组件，因此背电极经焊接后其稳定性直接影响电池组件的服役年限，背银浆料的耐老化性能至关重要。
随着太阳能电池对浆料的要求不断提高，背电极的耐老化性测试被电池片厂家广泛采用。目前背银浆料银含量在逐年降低，导致烧结致密性不够，经老化后的焊接拉力有极大的衰减。本发明完美的解决了市面大部分背银老化后的焊接拉力衰减问题，依赖于配方中银粉、纳米铜粉、玻璃粉、有机载体间的良好配合。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有背景技术存在的上述不足，提供一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆及制备方法。
技术方案：一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆由下列组份按照重量份数组成：银粉40~50份，纳米铜粉1~10份；无铅玻璃粉2~10份；有机粘结剂35~55份；其他助剂1~5份。
作为优化：所述的银粉为平均粒径0.5~2微米、比表面积为1~5m2/g的球形银粉与平均粒径1.5~5微米，比表面积0.5~2m2/g的片状银粉之混合银粉。所述纳米铜粉的平均粒径为0.01-0.1μm。
作为优化：所述的有机粘结剂为由一种或几种不同分解温度的有机树脂与不同挥发速度的有机溶剂组成，有机树脂占有机粘接剂质量百分比的5%~40%，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；有机溶剂占有机粘接剂质量百分比60%-95%，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种。
作为优化：所述的无铅玻璃为Bi-B-Si体系，由Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2中的几种熔制而成。
作为优化：所述的其他助剂包括分散剂、流平剂、偶联剂。分散剂选自硬脂酸、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、油酸酰胺、芥子酸酰胺中的一种或多种，流平剂选择丙烯酸酯流平剂、聚氨酯流平剂、环氧树脂流平剂、有机硅流平剂中的一种或多种，偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
一种制备所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆的制备方法，包括以下步骤：
A、有机粘结剂的制备
按所述配方比例称取质量分数5%~40%的有机树脂，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；称取质量分数60%~95%的有机溶剂，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种；然后在50～100℃温度下溶解1～3小时，得到透明均一的有机粘结剂；
B、无铅玻璃粉的制备
按所述配方称取一定质量分数的Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2配制好玻璃料，并在1200℃下熔融3-6小时，随后将熔融态玻璃料导入去离子水中水淬再球磨、烘干，得到平均1-3微米的玻璃粉成品；
C、耐老化背银浆料的制备
按照上述背面无铅导电银浆料的配方比例，称取重量份数为：银粉40~50份，纳米铜粉1~10份；无铅玻璃粉2~10份；有机粘结剂35~55份；其他助剂1~5份，混合均匀后用三辊研磨机轧浆3～10次，并使细度小于10微米、粘度控制为30～60Pa.s，得到耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆。
有益效果：与现有背银技术相比，本发明的耐老化背银技术有益效果体现在：
（1）使用片状银粉、球性银粉相混合，有效的提高了烧结后银层的致密性，阻碍了焊接后焊锡的深度渗入，增加了抗老化性能。
（2）并掺入一定量的纳米铜粉，提高了对焊带中焊锡的吸附作用，有效滞缓了焊接后焊锡对银的侵蚀，增加了抗老化性能。
（3）自制玻璃粉在烧结后上浮至接近银层表面，有效的滞缓了焊接后焊锡对银的侵蚀，增加了抗老化性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
本发明提供的耐老化背银浆料由银粉、纳米铜粉、无机玻璃粉、有机粘结剂和其他助剂组成。银粉、纳米铜粉以及玻璃粉在高温时熔融，并在硅基片和电极间形成连接。本发明中的银粉选用球、片混合，在高温烧结时形成致密的银层，阻碍了焊锡对银的侵蚀；添加一定量的纳米铜粉，提高对焊带中焊锡的吸附作用，有效滞缓了焊锡对银的侵蚀；本发明中的玻璃粉选用Bi-B-Si无铅体系，在烧结后上浮接近银层表面，有效滞缓了焊接后锡焊对银的侵蚀。
为了使背银浆料性能稳定，银粉采用平均粒径0.5~2微米、比表面积为1~5m2/g的球形银粉与平均粒径1.5~5微米，比表面积0.5~2m2/g的片状银粉之混合银粉。纳米铜粉的平均粒径为0.01-0.1微米。玻璃粉控制粒径在1~3微米。使银粉、纳米铜粉及玻璃粉烧结后形成致密的银层。银粉用量40%~50%，纳米铜粉用量1%~10%，玻璃粉用量2%~10%,以保证电极具有良好的焊接性能及电性能。
具体实施例一：
一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆由下列组份按照重量份数组成：银粉40份，纳米铜粉1份；无铅玻璃粉2份；有机粘结剂35份；其他助剂1份。
所述的银粉为平均粒径0.5微米、比表面积为1m2/g的球形银粉与平均粒径1.5微米，比表面积0.5m2/g的片状银粉之混合银粉。所述纳米铜粉的平均粒径为0.01μm。
所述的有机粘结剂为由一种或几种不同分解温度的有机树脂与不同挥发速度的有机溶剂组成，有机树脂占有机粘接剂质量百分比的5%，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；有机溶剂占有机粘接剂质量百分比60%，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种。
所述的无铅玻璃为Bi-B-Si体系，由Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2中的几种熔制而成。
所述的其他助剂包括分散剂、流平剂、偶联剂。分散剂选自硬脂酸、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、油酸酰胺、芥子酸酰胺中的一种或多种，流平剂选择丙烯酸酯流平剂、聚氨酯流平剂、环氧树脂流平剂、有机硅流平剂中的一种或多种，偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
一种制备所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆的制备方法，包括以下步骤：
A、有机粘结剂的制备
按所述配方比例称取质量分数5%的有机树脂，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；称取质量分数60%的有机溶剂，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种；然后在50℃温度下溶解1小时，得到透明均一的有机粘结剂；
B、无铅玻璃粉的制备
按所述配方称取一定质量分数的Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2配制好玻璃料，并在1200℃下熔融3小时，随后将熔融态玻璃料导入去离子水中水淬再球磨、烘干，得到平均1微米的玻璃粉成品；
C、耐老化背银浆料的制备
按照上述背面无铅导电银浆料的配方比例，称取重量份数为：银粉40份，纳米铜粉1份；无铅玻璃粉2份；有机粘结剂35份；其他助剂1份，混合均匀后用三辊研磨机轧浆3次，并使细度小于10微米、粘度控制为30Pa.s，得到耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆。
具体实施例二：
一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆由下列组份按照重量份数组成：银粉50份，纳米铜粉10份；无铅玻璃粉10份；有机粘结剂55份；其他助剂5份。
所述的银粉为平均粒径2微米、比表面积为5m2/g的球形银粉与平均粒径5微米，比表面积2m2/g的片状银粉之混合银粉。所述纳米铜粉的平均粒径为0.1μm。
所述的有机粘结剂为由一种或几种不同分解温度的有机树脂与不同挥发速度的有机溶剂组成，有机树脂占有机粘接剂质量百分比的40%，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；有机溶剂占有机粘接剂质量百分比95%，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种。
所述的无铅玻璃为Bi-B-Si体系，由Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2中的几种熔制而成。
所述的其他助剂包括分散剂、流平剂、偶联剂。分散剂选自硬脂酸、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、油酸酰胺、芥子酸酰胺中的一种或多种，流平剂选择丙烯酸酯流平剂、聚氨酯流平剂、环氧树脂流平剂、有机硅流平剂中的一种或多种，偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
一种制备所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆的制备方法，包括以下步骤：
A、有机粘结剂的制备
按所述配方比例称取质量分数40%的有机树脂，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；称取质量分数95%的有机溶剂，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种；然后在100℃温度下溶解3小时，得到透明均一的有机粘结剂；
B、无铅玻璃粉的制备
按所述配方称取一定质量分数的Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2配制好玻璃料，并在1200℃下熔融6小时，随后将熔融态玻璃料导入去离子水中水淬再球磨、烘干，得到平均1-3微米的玻璃粉成品；
C、耐老化背银浆料的制备
按照上述背面无铅导电银浆料的配方比例，称取重量份数为：银粉50份，纳米铜粉10份；无铅玻璃粉10份；有机粘结剂55份；其他助剂5份，混合均匀后用三辊研磨机轧浆10次，并使细度小于10微米、粘度控制为60Pa.s，得到耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆。
具体实施例三：
一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆由下列组份按照重量份数组成：银粉45份，纳米铜粉5份；无铅玻璃粉5份；有机粘结剂45份；其他助剂3份。
所述的银粉为平均粒径1微米、比表面积为3m2/g的球形银粉与平均粒径3微米，比表面积1m2/g的片状银粉之混合银粉。所述纳米铜粉的平均粒径为0.08μm。
所述的有机粘结剂为由一种或几种不同分解温度的有机树脂与不同挥发速度的有机溶剂组成，有机树脂占有机粘接剂质量百分比的20%，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；有机溶剂占有机粘接剂质量百分比75%，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种。
所述的无铅玻璃为Bi-B-Si体系，由Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2中的几种熔制而成。
所述的其他助剂包括分散剂、流平剂、偶联剂。分散剂选自硬脂酸、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、油酸酰胺、芥子酸酰胺中的一种或多种，流平剂选择丙烯酸酯流平剂、聚氨酯流平剂、环氧树脂流平剂、有机硅流平剂中的一种或多种，偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
一种制备所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆的制备方法，包括以下步骤：
A、有机粘结剂的制备
按所述配方比例称取质量分数20%的有机树脂，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；称取质量分数75%的有机溶剂，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种；然后在80℃温度下溶解2小时，得到透明均一的有机粘结剂；
B、无铅玻璃粉的制备
按所述配方称取一定质量分数的Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2配制好玻璃料，并在1200℃下熔融4小时，随后将熔融态玻璃料导入去离子水中水淬再球磨、烘干，得到平均2微米的玻璃粉成品；
C、耐老化背银浆料的制备
按照上述背面无铅导电银浆料的配方比例，称取重量份数为：银粉45份，纳米铜粉5份；无铅玻璃粉5份；有机粘结剂45份；其他助剂3份，混合均匀后用三辊研磨机轧浆7次，并使细度小于10微米、粘度控制为40Pa.s，得到耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆。
具体实施例四
（1）有机粘结剂的制备
称取40g松油醇、20g二乙二醇丁醚混合，搅拌下加入35g乙基纤维素、5g丙烯酸树脂并加热到80℃，溶解1.5小时，得到有机粘结剂A，备用。
（2）背银浆料的制备
称取5g自制的Bi-B-Si体系无铅玻璃粘结剂（软化温度为500℃），30g平均粒径为5μm、比表面积为1.2m2/g的微片状银粉，15g平均粒径为1μm、比表面积为2.2m2/g的球形银粉，7g平均粒径0.05μm的纳米铜粉，40g上述有机粘结剂，1g油酸酰胺，1g丙烯酸酯流平剂，1g钛酸酯偶联剂，混合轧浆至浆料细度小于10微米、粘度为40Pa.s，得到耐老化背银浆料。
具体实施例五
（1）有机粘结剂的制备
称取10g乙酸乙酯、80g二乙二醇丁醚乙酸酯，混合，搅拌下加入3g环氧树脂、7g丙烯酸树脂，并加热到70℃，溶解2小时，得到有机粘结剂，备用。
（2）背银浆料的制备
称取7g自制的Bi-B-Si体系无铅玻璃粘结剂（软化温度为500℃），25g平均粒径为4μm、比表面积为1.5m2/g的微片状银粉，15g平均粒径为1.5μm、比表面积为1.8m2/g的球形银粉，3g平均粒径0.02μm的纳米铜粉，48g上述有机粘结剂，1g芥子酸酰胺，0.5g聚氨酯流平剂，0.5g钛酸酯偶联剂，混合轧浆至浆料细度小于10微米、粘度为40Pa.s，得到耐老化背银浆料。
具体实施例六
（1）有机粘结剂的制备
称取15g乙二醇丁醚、60g乙二醇丁醚乙酸酯、10gDBE，混合，搅拌下加入5g醋酸纤维素、10g松香并加热到90℃，溶解1小时，得到有机粘结剂，备用。
（2）无铅背银浆料的制备
称取6g自制的Bi-B-Si体系无铅玻璃粘结剂（软化温度为500℃），10g平均粒径为3μm、比表面积为1.8m2/g的微片状银粉，35g平均粒径为1.8μm、比表面积为1.2m2/g的球形银粉，4g平均粒径0.02μm的纳米铜粉，43g上述有机粘结剂，1g芥子酸酰胺，1g硅烷偶联剂，混合轧浆至浆料细度小于10微米、粘度为50Pa.s，得到耐老化背银浆料。
将上述实施例4-6得到的背银浆应用于下述配方：
在太阳能电池片上印刷上述所得背银浆料，烘干，与铝浆、正银共烧，峰值温度750-850℃，形成背电极。
用320-380℃烙铁手动将浸有焊料的焊带(1.8mm)焊接在背银电极上，用测力计在1800方向缓慢剥离，记录焊接拉力。
将焊接好未剥离的电池片置入150℃的烘箱中烘0.5~2小时（老化试验），烘完后用测力计在1800方向缓慢剥离焊条，记录焊接拉力。
对比老化前与老化后的焊接拉力，如下：
老化前 老化后 衰减率
对比用主流背银 4~5 0~2 50%~100%
自助耐老化背银 6~7 6~7 0%
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，其特征在于：所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆由下列组份按照重量份数组成：银粉40~50份，纳米铜粉1~10份；无铅玻璃粉2~10份；有机粘结剂35~55份；其他助剂1~5份。
2.根据权利要求1所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，其特征在于：所述的银粉为平均粒径0.5~2微米、比表面积为1~5m2/g的球形银粉与平均粒径1.5~5微米，比表面积0.5~2m2/g的片状银粉之混合银粉。所述纳米铜粉的平均粒径为0.01-0.1μm。
3.根据权利要求1所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，其特征在于：所述的有机粘结剂为由一种或几种不同分解温度的有机树脂与不同挥发速度的有机溶剂组成，有机树脂占有机粘接剂质量百分比的5%~40%，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；有机溶剂占有机粘接剂质量百分比60%-95%，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，其特征在于：所述的无铅玻璃为Bi-B-Si体系，由Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2中的几种熔制而成。
5.根据权利要求1所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆，其特征在于：
所述的其他助剂包括分散剂、流平剂、偶联剂。分散剂选自硬脂酸、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、油酸酰胺、芥子酸酰胺中的一种或多种，流平剂选择丙烯酸酯流平剂、聚氨酯流平剂、环氧树脂流平剂、有机硅流平剂中的一种或多种，偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
6.一种制备如权利要求1~5所述的耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、有机粘结剂的制备：
按所述配方比例称取质量分数5%~40%的有机树脂，选自松香、醋酸纤维素、乙基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种；称取质量分数60%~95%的有机溶剂，选自乙酸乙酯、松油醇、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚乙酸酯、DBE中的一种或几种；然后在50～100℃温度下溶解1～3小时，得到透明均一的有机粘结剂；
B、无铅玻璃粉的制备：
按所述配方称取一定质量分数的Bi2O3、B2O3、SiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3、As2O3、CaCO3、K2CO3、Li2CO3、Rb2CO3、GeO2、Ga2O3、Cr2O3、Co3O4、NiO、MnO2配制好玻璃料，并在1200℃下熔融3-6小时，随后将熔融态玻璃料导入去离子水中水淬再球磨、烘干，得到平均1-3微米的玻璃粉成品；
C、耐老化背银浆料的制备：
按照上述背面无铅导电银浆料的配方比例，称取重量份数为：银粉40~50份，纳米铜粉1~10份；无铅玻璃粉2~10份；有机粘结剂35~55份；其他助剂1~5份，混合均匀后用三辊研磨机轧浆3～10次，并使细度小于10微米、粘度控制为30～60Pa.s，得到耐老化的晶体硅太阳能电池用背银浆。
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