CN106024095A - 一种太阳能电池无氧玻璃导电浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池无氧玻璃导电浆料,其特征在于：按重量份数计，包括以下组分：导电金属相75‑92份、无机粘结相1‑5份、有机相3‑20份，所述导电金属相为金属导电粉；所述无机粘结相为无氧玻璃。本发明采用无氧玻璃，包括硫系玻璃和卤系玻璃，具有较低的软化点，能够腐蚀SiNx钝化层，并且SiNx能够进入玻璃结构提高玻璃性能，熔融玻璃与硅基形成良好欧姆接触，并且与金属导电粉良好共溶性，烧结时能形成致密金属电极，提高电极导电性，提高太阳能电池转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型太阳能电池电极导电浆料，属于太阳能电池功能材料技术领域。
背景技术
传统能源枯竭及其带来的环境污染日益严峻问题越来越凸显，利用太阳能发电近年来获得长足发展。太阳能光伏电池是通过光电效应把太阳能转化为电能。其工作原理一般是：在P型衬底上通过扩散形成N型层，临界处形成P-N结，当光照射到P-N结时就会产生光生载流子，载流子通过良好的导体材料导出电池，从而形成电流发电。这种良好的导体材料就是正面电极银浆、背面电极银浆和背面电极铝浆，通过丝网印刷方式印制到太阳能电池正极和背极。
太阳能电池电极浆料是影响太阳能电池电性能的主要原材料之一。电极浆料主要由三部分组成：导电相、有机相和无机相。导电相为起导电作用的金属粉末；有机相为适用于丝网印刷技术的有机相，有机相主要由有机溶剂、增塑剂、触変剂、流平剂以及表面活性剂等组成，使浆料具有适用于丝网印刷的粘度、触变性等流变性能；无机相主要为金属氧化物玻璃粉，起到烧透减反层和粘结作用。
传统太阳能电池电极浆料使用金属氧化物玻璃粉，本发明采用无氧玻璃，包括硫系玻璃和卤系玻璃，具有较低的软化点，能够腐蚀SiNx钝化层，并且SiNx能够进入玻璃结构提高玻璃性能，熔融玻璃与硅基形成良好欧姆接触，并且与金属导电粉良好共溶性，烧结时能形成致密金属电极，提高电极导电性，提高太阳能电池转化效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种新型太阳能电池电极导电浆料。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种太阳能电池无氧玻璃导电浆料,按重量份数计，包括以下组分：导电金属相75-92份、无机粘结相1-5份、有机相3-20份，所述导电金属相为金属导电粉；所述无机粘结相为无氧玻璃。
有机相由有机溶剂、粘结剂、触变剂、表面活性剂组成。有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。粘结剂为乙基纤维素、丁基纤维素、环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚酯树脂中的至少一种。浆料还包括触变剂、表面活性剂、流平剂等有机添加组分，可以作为有机相组分，也可以制备浆料时单独添加。
所述金属导电粉为银粉、铜粉或镍粉。导电金属粉为银粉，也可以选用铜粉、铝粉或镍粉，银粉为规则或不规则颗粒状、片状或树枝状，该金属导电粉表面包覆有机改性介质，如表面活性剂、不饱和有机酸、有机低聚物等，增加在有机组分中分散性。
所述无氧玻璃为硫系玻璃、卤系玻璃中的一种或两种。
所述硫系玻璃为碲铋锑基硫化物玻璃，也可称为Te-Bi-Sb-S。以碲、铋、锑、硫单质为原料，作为玻璃主体骨架组成部分。另外添加一种或多种金属或非金属元素，或者金属货非金属硫化物，如铝、硅、钼、锂、镧、铋、钙、硼、锌、硒、钡、锶、铌、锆、硒、钾、镍、铜、铅、银、磷等高纯单质或相应硫化物，调节玻璃的力学和热学性能。或者可以根据需要作为微晶玻璃成核中心。
所述硫系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：碲15-60份、铋10-30份、锑10-30份、硫10-40份、镍0-8份、铜0-7份、锆0-5份、铝0-5份、鉬0-3份、锌0-4份、锂0-4份，所述硫系玻璃粉软化点为50-400度。
所述卤系玻璃为锂铝铜基卤化物玻璃，也可称为Li-Al-Cu-X，X为F、Cl、Br、I，以高纯金属卤化物为原料，以及高纯金属或高纯金属卤化物添加剂调节玻璃的力学或热学性能。所述添加剂为金属或非金属卤化物，或者金属单质，添加剂为铝、硅、锑、钼、镧、铋、钙、硼、锌、硒、钡、锶、铌、锆、硒、钾、镍等金属卤化物的一种或多种。
所述卤系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：LiCl 10-60份、AlCl3 10-40份、CuCl2 5-50份、ZnF2 0-10份、ZrCl4 0-10份、BeF4 0-8份、ZnCl2 0-8份、LiBr 0-8份，所述卤系玻璃粉软化点20-450度。
所述无氧玻璃为结晶态、部分结晶态、非晶态、部分非晶态中的一种或多种。
所述金属导电粉的形状为颗粒状、片状或树枝状。
如权利要求1所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料的制备方法，具体方法步 骤如下：
步骤一：无氧玻璃粉的制备：按重量份数，将无氧玻璃粉原料混合均匀，装入透明石英玻璃反应釜中，真空密封，然后置于马弗炉中加热熔融，温度：800-1100℃，并保温30分钟；冷却，制得玻璃大颗粒或小块体；将所述述玻璃大颗粒或小块体研磨粉碎，然后在行星式球磨机中球磨3小时，过滤并100℃烘干制得无氧玻璃粉，所述无氧玻璃粉原料纯度大于99.99％；玻璃粉粒径分布：D10为0.1-0.4μm，D50为0.5-1μm，D90为1.5-3μm。
步骤二：玻璃浆的制备：将无氧玻璃粉按导电浆料的总重量0.5-5％的比例与有机相混合，经三辊研磨成玻璃浆；
步骤三：金属导电浆制备：导电金属相按导电浆料的总重量比75-95％份与有机相混合，经三辊研磨成银粉浆；
步骤四：导电浆料制备：将所述步骤二玻璃浆与所述步骤三金属导电浆混合，玻璃浆与金属导电浆的重量比为1:1，经三辊研磨，制得太阳能电池无氧玻璃导电浆料。
所述导电浆料的粘度为150-500Pa·S,刮板平均细度为2-10μm。
所述步骤一冷却方式为水淬冷却或钢板冷却或钢棍对辊机冷却。
本发明相对于现有技术而言具有的有益技术效果：
1.本发明采用无氧玻璃，包括硫系玻璃和卤系玻璃，具有较低的软化点，能够腐蚀SiNx钝化层，并且SiNx能够进入玻璃结构提高玻璃性能，熔融玻璃与硅基形成良好欧姆接触，并且与金属导电粉良好共溶性，烧结时能形成致密金属电极，提高电极导电性，提高太阳能电池转化效率。
2.硫系和卤系玻璃熔点低，且范围广，解决氧化物玻璃熔点高的问题
3.无氧玻璃银浆可以适用于烧结温度低的场合，如背钝化太阳能电池(PERC)。
4.本发明太阳能电池导电浆料采用有机相为浆料常用有机介质，不做特殊要求，主要由有机溶剂、增塑剂、触変剂、流平剂以及表面活性剂等组成，使浆料具有适用于丝网印刷的粘度、触变性等流变性能，对无机粘结相和导电相有稳定分散性和适当可浸润性，有良好干燥速度和良好焙烧特性；本发明太阳能电池导 电浆料可用于单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、尤其可用于背钝化发射极太阳能电池等低温烧结需求场合。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
实施例1
该实例玻璃粉为硫系玻璃Te-Bi-Sb-S体系。
一种太阳能电池无氧玻璃导电浆料,按重量份数计，包括以下组分：导电金属相75份、无机粘结相1份、有机相3份，所述导电金属相为金属导电粉；所述无机粘结相为无氧玻璃。
所述金属导电粉为银粉。
所述无氧玻璃为硫系玻璃。
所述硫系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：碲15份、铋10份、锑10份、硫10份，所述硫系玻璃粉软化点为50℃。
所述无氧玻璃为结晶态。
所述金属导电粉的形状为颗粒状。
如权利要求1所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料的制备方法，具体方法步骤如下：
步骤一：无氧玻璃粉的制备：按重量份数，将无氧玻璃粉原料混合均匀，装入透明石英玻璃反应釜中，真空密封，然后置于马弗炉中加热熔融，温度：800℃，并保温30分钟；冷却，制得玻璃大颗粒或小块体；将所述述玻璃大颗粒或小块体研磨粉碎，然后在行星式球磨机中球磨3小时，过滤并100℃烘干制得无氧玻璃粉，所述无氧玻璃粉原料纯度大于99.99％；
步骤二：玻璃浆的制备：将无氧玻璃粉按导电浆料的总重量0.5％的比例与有机相混合，经三辊研磨成玻璃浆；
步骤三：金属导电浆制备：导电金属相按导电浆料的总重量比75％份与有机相混合，经三辊研磨成银粉浆；
步骤四：导电浆料制备：将所述步骤二玻璃浆与所述步骤三金属导电浆混 合，玻璃浆与金属导电浆的重量比为1:1，经三辊研磨，制得太阳能电池无氧玻璃导电浆料。
所述导电浆料的粘度为150Pa·S,刮板平均细度为2μm。
所述步骤一冷却方式为水淬冷却。
硫系玻璃粉粒径分布为D10为0.3μm，D50为0.7μm，D90为1.8μm。
有机相制备：
按比例称取有机溶剂、粘结剂和触変剂：丁基卡必醇醋酸酯85份、乙基纤维素5份、氢化蓖麻油10份，60度混合搅拌30分钟，完全溶解混合均一，放置室温后备用。
金属导电粉：
金属导电粉为球状银粉，其中90％中位径为1.8um银粉微粒和10％粒径为20-30nm的纳米银粉。
银浆制备：
将玻璃粉、金属银粉和有机相按在浆料总重中重量比3:85:12，按上述导电银浆制备方法制备。
实施例2
该实例玻璃粉为卤系玻璃Li-Al-Cu-Cl体系。
一种太阳能电池无氧玻璃导电浆料，按重量份数计，包括以下组分：导电金属相92份、无机粘结相5份、有机相20份，所述导电金属相为金属导电粉；所述无机粘结相为无氧玻璃。
金属导电粉为铜粉。
卤系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：LiCl 10份、AlCl3 10份、CuCl2 5份，所述卤系玻璃粉软化点20-℃。
所述无氧玻璃为部分结晶态。
所述金属导电粉的形状为片状。
如权利要求1所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料的制备方法，具体方法步骤如下：
步骤一：无氧玻璃粉的制备：按重量份数，将无氧玻璃粉原料混合均匀，装入透明石英玻璃反应釜中，真空密封，然后置于马弗炉中加热熔融，温度： 1100℃，并保温30分钟；冷却，制得玻璃大颗粒或小块体；将所述述玻璃大颗粒或小块体研磨粉碎，然后在行星式球磨机中球磨3小时，过滤并100℃烘干制得无氧玻璃粉，所述无氧玻璃粉原料纯度大于99.99％；
步骤二：玻璃浆的制备：将无氧玻璃粉按导电浆料的总重量5％的比例与有机相混合，经三辊研磨成玻璃浆；
步骤三：金属导电浆制备：导电金属相按导电浆料的总重量比95％份与有机相混合，经三辊研磨成银粉浆；
步骤四：导电浆料制备：将所述步骤二玻璃浆与所述步骤三金属导电浆混合，玻璃浆与金属导电浆的重量比为1:1，经三辊研磨，制得太阳能电池无氧玻璃导电浆料。
所述导电浆料的粘度为500Pa·S,刮板平均细度为10μm。
步骤一冷却方式为钢板冷却。
有机相制备：
按比例称取有机溶剂、粘结剂和触変剂：丁基卡必醇醋酸酯85份、乙基纤维素5份、氢化蓖麻油10份，60度混合搅拌30分钟，完全溶解混合均一，放置室温后备用。
金属导电粉：
金属导电粉为球状银粉，其中90％中位径为1.8um银粉微粒和10％粒径为20-30nm的纳米银粉。
银浆制备：
将玻璃粉、金属银粉和有机相按在浆料总重中重量比3:85:12，按上述导电银浆制备方法制备。
实施例3
一种太阳能电池无氧玻璃导电浆料,按重量份数计，包括以下组分：导电金属相80份、无机粘结相3.5份、有机相15份，所述导电金属相为金属导电粉；所述无机粘结相为无氧玻璃。
所述金属导电粉为镍粉。
所述无氧玻璃为硫系玻璃和卤系玻璃。
硫系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：碲30份，B铋20份，锑15份， 硫15份，金属单质添加剂为镍5份，铜5份，锆3份，铝2份，鉬1份，锌2份，锂2份。
所述卤系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：LiCl 35份，AlCl3 20份，CuCl2 15份，添加剂为ZnF2 6份，ZrCl4 8份，BeF4 6份，Zn Cl25份，LiBr 5份。
所述无氧玻璃为非晶态。
所述金属导电粉的形状为树枝状。
所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料的制备方法，：具体方法步骤如下：
步骤一：无氧玻璃粉的制备：按重量份数，将无氧玻璃粉原料混合均匀，装入透明石英玻璃反应釜中，真空密封，然后置于马弗炉中加热熔融，温度：950℃，并保温30分钟；冷却，制得玻璃大颗粒或小块体；将所述述玻璃大颗粒或小块体研磨粉碎，然后在行星式球磨机中球磨3小时，过滤并100℃烘干制得无氧玻璃粉，所述无氧玻璃粉原料纯度大于99.99％；
步骤二：玻璃浆的制备：将无氧玻璃粉按导电浆料的总重量2％的比例与有机相混合，经三辊研磨成玻璃浆；
步骤三：金属导电浆制备：导电金属相按导电浆料的总重量比80％份与有机相混合，经三辊研磨成银粉浆；
步骤四：导电浆料制备：将所述步骤二玻璃浆与所述步骤三金属导电浆混合，玻璃浆与金属导电浆的重量比为1:1，经三辊研磨，制得太阳能电池无氧玻璃导电浆料。
导电浆料的粘度为350Pa·S,刮板平均细度为4μm。
步骤一冷却方式为钢棍对辊机冷却。
上述示例1中硫系玻璃和上述示例2中卤系玻璃按1:1配比混合均匀制得所需玻璃粉。
有机相制备：
按比例称取有机溶剂、粘结剂和触変剂：丁基卡必醇醋酸酯85份、乙基纤维素5份、氢化蓖麻油10份，60度混合搅拌30分钟，完全溶解混合均一，放置室温后备用。
金属导电粉：
金属导电粉为球状银粉，其中90％中位径为1.8um银粉微粒和10％粒径为20-30nm的纳米银粉。
导电浆料的制备：
将玻璃粉、金属粉和有机相按在浆料总重中重量比3:85:12，按上述导电银浆制备方法制备。
实施例4
具体实施方式同实施例1，不同组分在于：硫系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：碲60份、铋30份、锑30份、硫40份、镍8份、铜7份、锆5份、铝5份、鉬3份、锌4份、锂4份，所述硫系玻璃粉软化点为380℃。
实施例5
具体实施方式同实施例2，不同组分在于：卤系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：LiCl 60份、AlCl3 40份、CuCl2 50份、ZnF2 10份、ZrCl4 10份、BeF4 8份、ZnCl2 8份、LiBr 8份，所述卤系玻璃粉软化点440℃。
实施例1-3制得银浆料通过丝网印刷或涂覆等常用方式施加到太阳能电池片设计电极部位，通过烘干和烧结过程形成良好电流通路。所述银浆料主要施加到太阳能电池光照面(正面)SiNx薄膜表面，在烧结过程中硫系和或卤系玻璃能够溶解SiNx，且SiNx能够全部或部分参与到硫系和或卤系玻璃骨架结构中，对玻璃的性能有提升作用。进而，银粉和硫卤系玻璃粉能以合金形式与硅基形成良欧姆接触，能够得到更好的转化效率。
实施例1-3导电浆料作为电极制得电池片主要电性能参数如下：
表1实施例导电浆料作为电极制得电池片主要电性能参数
| η％ | FF％ | Isc/A | Voc/V | |
| 实施例1 | 18.44 | 78.71 | 8.964 | 0.6371 |
| 实施例2 | 18.39 | 78.90 | 8.958 | 0.6360 |
| 实施例3 | 18.49 | 78.82 | 8.960 | 0.6365 |
上述3个示例导电浆料作为电极制得电池片焊接拉力如下：
表2银浆作为电极制得电池片焊接拉力
| 示例1 | 示例2 | 示例3 | |
| 拉力/N | 4.5 | 4.8 | 5 |
所述导电银浆所用无氧玻璃粉通过金属卤化物或金属添加可以有效控制其力学和热学性质，使其适用范围广。所述无氧玻璃与银粉及硅基浸润性良好，且具有适宜的收缩特性。所述无氧玻璃具有较低的软化点，可以降低烧结温度，有 效避免高温给太阳能电池片带来的损伤，也可以适用于高效背接触电极电池等低温需求场合。
以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池无氧玻璃导电浆料,其特征在于：按重量份数计，包括以下组分：导电金属相75-92份、无机粘结相1-5份、有机相3-20份，所述导电金属相为金属导电粉；所述无机粘结相为无氧玻璃。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料，其特征在于：所述金属导电粉为银粉、铜粉或镍粉。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料，其特征在于：所述无氧玻璃为硫系玻璃、卤系玻璃中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料，其特征在于：所述硫系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：碲15-60份、铋10-30份、锑10-30份、硫10-40份、镍0-8份、铜0-7份、锆0-5份、铝0-5份、鉬0-3份、锌0-4份、锂0-4份，所述硫系玻璃粉软化点为50-400度。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料，其特征在于：所述卤系玻璃，按重量份数计，包括以下组分：LiCl 10-60份、AlCl3 10-40份、CuCl2 5-50份、ZnF2 0-10份、ZrCl4 0-10份、BeF4 0-8份、ZnCl2 0-8份、LiBr 0-8份，所述卤系玻璃粉软化点20-450度。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料，其特征在于：所述无氧玻璃为结晶态、部分结晶态、非晶态、部分非晶态中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料，其特征在于：所述金属导电粉的形状为颗粒状、片状或树枝状。
8.如权利要求1所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料的制备方法，其特征在于：具体方法步骤如下：
步骤一：无氧玻璃粉的制备：按重量份数，将无氧玻璃粉原料混合均匀，装入透明石英玻璃反应釜中，真空密封，然后置于马弗炉中加热熔融，温度：800-1100℃，并保温30分钟；冷却，制得玻璃大颗粒或小块体；将所述述玻璃大颗粒或小块体研磨粉碎，然后在行星式球磨机中球磨3小时，过滤并100℃烘干制得无氧玻璃粉，所述无氧玻璃粉原料纯度大于99.99％；
步骤二：玻璃浆的制备：将无氧玻璃粉按导电浆料的总重量0.5-5％的比例与有机相混合，经三辊研磨成玻璃浆；
步骤三：金属导电浆制备：导电金属相按导电浆料的总重量比75-95％份与有机相混合，经三辊研磨成银粉浆；
步骤四：导电浆料制备：将所述步骤二玻璃浆与所述步骤三金属导电浆混合，玻璃浆与金属导电浆的重量比为1:1，经三辊研磨，制得太阳能电池无氧玻璃导电浆料。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料制备方法，其特征在于：所述导电浆料的粘度为150-500Pa·S,刮板平均细度为2-10μm。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池无氧玻璃导电浆料制备方法，其特征在于：所述步骤一冷却方式为水淬冷却或钢板冷却或钢棍对辊机冷却。
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