CN106128553A - 一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，银浆按重量百分比包含以下组分：银粉30～58％、铅玻璃粉1～5％、石墨烯0.01～10％、无机添加剂0～1％、有机粘合剂40～68％、助剂0.1～2％。混合银粉为不规则状银粉和高比表面积银粉的混合物。本发明还公开了一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆的制备方法，将石墨烯预先与助剂以及一部分有机粘合剂混合，然后轧制成浆，得到石墨烯浆料，然后将银粉、无铅玻璃粉、无机添加剂以及剩余的有机粘合剂混合搅拌均匀后，再加入石墨烯浆料，继续搅拌混合均匀，得到所需的银浆。本发明改善了与铝背场的融合接触，降低了银电极和铝背场的接触电阻，提高了电池片的转换效率，改善了电极可焊性及耐焊性。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产晶硅太阳能电池背电极的原料，特别涉及一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆及其制备方法。
背景技术
晶硅太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极可将电能输出。目前晶硅太阳能电池的电极制作主要使用丝网印刷方式，通过把银浆料印刷在电池正反面，经过高温烧结处理，使银粉附着在电池表面形成正负电极，银粉与半导体材料硅形成欧姆接触。现有的晶硅太阳能电池，更多的是通过正面电极银浆的性能提升电池片的效率，却忽视对背面银浆的关注。现有的晶硅太阳能电池，其背面银浆烧结后的银电极的银层不够致密，银电极的附着力也不够高，接触电阻和串联电阻大，光电转化效率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆及其制备方法，提高了背电极的焊接性和附着力，电池片的开压高，串阻小，转换效率高。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，所述银浆由银粉、无铅玻璃粉、石墨烯、无机添加剂、有机粘合剂和助剂混合制备而成，各组分的重量百分比为：
上述各组分含量之和为100％；
所述银粉为高比面积银粉，或者为不规则状银粉，又或者为不规则状银粉和高比表面积银粉的混合物。
进一步的，各组分的重量百分比为：
上述各组分含量之和为100％。
进一步的，所述银粉的平均粒径为0.1～1.5μm。
进一步的，高比表面积银粉的比表面积为3～15㎡/g。
进一步的，无铅玻璃粉是选自Bi2O3、B2O3、Mn2O3、CuO、SiO2、Al2O3、ZnO、V2O5和TiO2中的至少三种氧化物经高温熔炼而成。
进一步的，所述石墨烯采用氧化还原法制备，层数为3～20层，厚度为1～20nm，片层尺寸为0.1～15μm，比表面积为50～500㎡/g。
进一步的，所述石墨烯预先使用有机粘合剂和助剂进行分散和轧浆，使得石墨烯得到充分的分散，细度在15μm以下。
进一步的，所述助剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、防沉降增稠剂和拉力提升剂中的至少一种。
进一步的，无机添加剂为硼粉和纳米硅粉的混合物，其中纳米硅粉的含量为0.01％～0.10％。
本发明还提供了一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆的制备方法，将石墨烯预先与助剂以及一部分有机粘合剂混合，然后轧制成浆，得到石墨烯浆料，然后将银粉、无铅玻璃粉、无机添加剂以及剩余的有机粘合剂混合搅拌均匀后，再加入制备好的石墨烯浆料，继续搅拌混合均匀，然后在三辊研磨机上进行研磨分散，得到所需的银浆。
本发明的有益效果是：本发明中的混合银粉采用不规则形状银粉和超高比表面积银粉，增强了银浆的致密性，提高了浆料在烧结过程中的膨胀系数，改善了与铝背场的融合接触，降低银电极和铝背场接触电阻，提高了电池片的转换效率，改善了电极可焊性及耐焊性；本发明的银浆中含有石墨烯，提升了背电极的导电性，使得烧结银面更加致密，石墨烯更高的比表面积使得在烧结过程中能够对玻璃液的流动起到一定作用，使得玻璃液分布更加均匀，抑制银离子向硅片中的移动，减少背电极覆盖区域的少子复合，提升电池片效率。本发明采用无铅玻璃粉，实现了背银浆料的无铅化。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明提供一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，所述银浆由银粉、无铅玻璃粉、石墨烯、无机添加剂、有机粘合剂和助剂混合制备而成，各组分的重量百分比为：
上述各组分含量之和为100％；
所述银粉为高比面积银粉，或者为不规则状银粉，又或者为不规则状银粉和高比表面积银粉的混合物。
优选的，各组分的重量百分比为：
上述各组分含量之和为100％。
进一步说，所述银粉的平均粒径为0.1～1.5μm。其中，高比表面积银粉的比表面积为3～15㎡/g。
进一步说，无铅玻璃粉是选自Bi2O3、B2O3、Mn2O3、CuO、SiO2、Al2O3、ZnO、V2O5和TiO2中的至少三种氧化物经高温熔炼而成。
进一步说，所述石墨烯采用氧化还原法制备，层数为3～20层，厚度为1～20nm，片层尺寸为0.1～15μm，比表面积为50～500㎡/g。
进一步说，所述石墨烯预先使用有机粘合剂和助剂进行分散和轧浆，使得石墨烯得到充分的分散，细度在15μm以下。由于石墨烯超高的比表面积，在浆料制备过程中首先将石墨烯进行预分散和轧制，可以得到更加稳定的石墨烯分散液，保证了浆料的均匀一致性和稳定性。
进一步说，所述助剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、防沉降增稠剂和拉力提升剂中的至少一种。
进一步说，无机添加剂为硼粉和纳米硅粉的混合物，其中纳米硅粉的含量为0.01％～0.10％。
本发明还提供了一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆的制备方法，将石墨烯预先与助剂以及一部分有机粘合剂混合，然后轧制成浆，得到石墨烯浆料，然后将银粉、无铅玻璃粉、无机添加剂以及剩余的有机粘合剂混合搅拌均匀后，再加入制备好的石墨烯浆料，继续搅拌混合均匀，然后在三辊研磨机上进行研磨分散，得到所需的银浆。
该银浆中的银粉在浆料中是导电功能相，其在高温烧结处理后可与铝背场以及硅片形成欧姆接触，在电极中起导电作用。
该银浆中的无铅玻璃粉在高温烧结过程中熔化，将银粉附着在硅片表面，形成均匀致密的导电膜。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度超过了在其他金属单体或半导体中的运动速度，因此石墨烯拥有超强的导电性。从而，本发明的银浆中添加的石墨烯可以用来改善浆料的电性能及烧结银面平整性，降低银电极和硅片的接触电阻，提升浆料的可焊性，提高光电转换效率。
该银浆中的助剂是用来改善浆料中各无机组分的分散性，使得各组分能够在有机粘合剂中更好的分散，使得浆料烧结后能够形成均匀致密的银层，使得电极与硅片形成均匀的欧姆接触，提升浆料的可焊性及光电转换效率。
本发明选用硼粉和纳米硅粉组成的无机添加剂，提高了银浆的附着力，使银电极和硅片的接触更好，降低银电极和硅片的接触电阻，提高光电转换效率。
有机粘合剂在浆料中起分散作用及印刷时的粘结作用，使无机粉体均匀分散在浆料中，形成一种稳定的悬浮体，保持浆料内各组分的均匀配比，印刷后使浆料附着在硅片表面。
实施例一：
(1)制备石墨烯浆料：
称取0.01g石墨烯(厚度为3nm，片层尺寸为5μm，比表面积为300㎡/g)，有机粘合剂10g，助剂采用分散剂和流平剂，其中采用BYK-110作为分散剂，并称取该分散剂0.1g，采用BYK-333作为流平剂，并称取该流平剂0.1g，在容器中搅拌混合均匀后，在三辊研磨机上进行研磨分散，控制浆料的细度小于15μm。
(2)制备背电极银浆：
称取不规则状银粉10g，高比表面积银粉20g，有机粘合剂58g，无铅玻璃粉1.5g，硼粉0.09g，硅粉0.2g，在容器中搅拌混合均匀后，再加入制备好的石墨烯浆料，继续搅拌混合均匀，然后在三辊研磨机上进行研磨分散，控制浆料细度小于15μm，粘度30Pa·s(25℃，Brookfield HBⅡPro+)。
上述银浆在生产试用：
| 浆料 | 湿重 | Uoc | Isc | Rs | Rsh | FF | Eff |
| 实施例1 | 0.030 | 0.628 | 8.673 | 2.51 | 173 | 79.00 | 17.67％ |
| 对比银浆 | 0.030 | 0.628 | 8.703 | 2.87 | 54 | 78.53 | 17.64％ |
表中，Uoc是开路电压，Isc是短路电流，Rs是串联电阻，Rsh是并联电阻，FF是填充因子，Eff是转换效率。
实施例二：
(1)制备石墨烯浆料：
称取1g石墨烯(厚度为2nm，片层尺寸为3μm，比表面积为400㎡/g)，有机粘合剂10g，助剂采用分散剂和流平剂，其中采用BYK-110作为分散剂，并称取该分散剂0.1g，采用BYK-333作为流平剂，并称取该流平剂0.1g，在容器中搅拌混合均匀后，在三辊研磨机上进行研磨分散，控制浆料的细度小于15μm。
(2)制备背电极银浆：
称取高比表面积银粉42g，有机粘合剂41.5g，无铅玻璃粉5g，硼粉0.1g，硅粉0.2g，在容器中搅拌混合均匀后，再加入石墨烯浆料，继续搅拌混合均匀，然后在三辊研磨机上进行研磨分散，控制浆料细度小于15μm，粘度70Pa·s(25℃，Brookfield HB Ⅱ Pro+)。
上述实施例银浆在产线验证：
| 浆料 | 湿重 | Uoc | Isc | Rs | Rsh | FF | Eff |
| 实施例2 | 0.026 | 0.6312 | 8.7343 | 0.0011 | 163.8 | 79.70 | 18.06％ |
| 对比银浆 | 0.030 | 0.6307 | 8.7400 | 0.0011 | 148.66 | 79.58 | 18.01％ |
表中，Uoc是开路电压，Isc是短路电流，Rs是串联电阻，Rsh是并联电阻，FF是填充因子，Eff是转换效率。
在晶硅太阳能电池生产过程中，通过丝网印刷，使浆料均匀地附着在硅片表面，经过烘干、高温烧结等工序后，得到晶硅太阳能电池片。本发明采用不规则状银粉和超高比表面积银粉作为银浆基料，利用石墨烯作为性能提升物，利用硼粉和纳米硅粉作为添加剂，在硅片背面形成均匀致密的银导电层，和铝背场以及硅片均形成良好的欧姆接触，从而获得更低的串阻和更高的光电转换效率，且选用无铅玻璃粉，实现了背电极银浆的环保无铅目的。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于：所述银浆由银粉、无铅玻璃粉、石墨烯、无机添加剂、有机粘合剂和助剂混合制备而成，各组分的重量百分比为：
上述各组分含量之和为100％；
所述银粉为高比面积银粉，或者为不规则状银粉，又或者为不规则状银粉和高比表面积银粉的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于：
各组分的重量百分比为：
上述各组分含量之和为100％。
3.根据权利要求1所述的一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于：所述银粉的平均粒径为0.1～1.5μm。
4.根据权利要求1所述的一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于：高比表面积银粉的比表面积为3～15㎡/g。
5.根据权利要求1所述的一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于：无铅玻璃粉是选自Bi2O3、B2O3、Mn2O3、CuO、SiO2、Al2O3、ZnO、V2O5和TiO2中的至少三种氧化物经高温熔炼而成。
6.根据权利要求1所述的一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于：所述石墨烯采用氧化还原法制备，层数为3～20层，厚度为1～20nm，片层尺寸为0.1～15μm，比表面积为50～500㎡/g。
7.根据权利要求1所述的一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于：所述石墨烯预先使用有机粘合剂和助剂进行分散和轧浆，使得石墨烯得到充分的分散，细度在15μm以下。
8.根据权利要求1所述的一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于：所述助剂包括分散剂、消泡剂、流平剂、防沉降增稠剂和拉力提升剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于：无机添加剂为硼粉和纳米硅粉的混合物，其中纳米硅粉的含量为0.01％～0.10％。
10.一种高性能无铅晶硅太阳能电池背电极银浆的制备方法，其特征在于：将石墨烯预先与助剂以及一部分有机粘合剂混合，然后轧制成浆，得到石墨烯浆料，然后将银粉、无铅玻璃粉、无机添加剂以及剩余的有机粘合剂混合搅拌均匀后，再加入制备好的石墨烯浆料，继续搅拌混合均匀，然后在三辊研磨机上进行研磨分散，得到所需的银浆。
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