CN106158070A - 一种太阳能电池正面无铅银浆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池正面无铅银浆，组成物及质量百分比为银粉75‑84%、无铅玻璃粉1%‑5%、有机添加剂0.27%‑0.4%、有机溶剂13%‑20%、乙基纤维素1.5%‑2.2%，先将乙基纤维素、有机添加剂和有机溶剂混合制备有机载体，再将银粉与无铅玻璃粉混合后分散均匀并研磨得到固体粉末，将固体粉末与有机载体混合，搅拌研磨均匀，即得到太阳能电池正面无铅银浆；该银浆有良好的丝网印刷性，烧结厚膜的电极线条精密、平整、致密、空洞率小，方阻小，具有优异的导电性，较高的附着力。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池正面无铅银浆及其制备方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
随着不可再生能源的日益枯竭，能源问题已经成为影响人类生存和发展的重要因素。太阳能蕴藏量巨大、无污染，是人类最理想的能源，太阳能电池是利用太阳能的重要途径，有望成为人类长远发展获取能源的重要方式。银浆是太阳能电池组件中极为重要的原材料之一，主要由银粉、玻璃粉、有机载体组成。银粉决定银浆的导电性能，并影响厚膜的物理机械性能；玻璃粉起着粘结相的作用，把膜层与基体牢固的结合起来；有机载体起着湿润和分散固体颗粒的作用。银浆的性能决定了太阳能电池的转化效率，因此，制备出性能优异的银浆是制造高效太阳能电池的关键。其中，对太阳能电池的整体性能，如串联电阻、光电转换率、焊接强度等影响最大的成分是玻璃粉。
传统的银浆料中多使用软化温度低的含铅玻璃粉，但由于铅对环境和人体的危害，现已被无铅玻璃粉替代。目前，无铅玻璃粉的研究主要集中在硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、钒酸盐玻璃和铋酸盐玻璃，但钒酸盐系玻璃原材料成本高，磷酸盐系玻璃化学性质不稳定、易水解，硼酸盐系玻璃熔点只能降到600℃左右。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电转换率高、焊接拉力大的太阳能电池正面导电银浆，旨在保证太阳能电池正面银浆电性能的前提下，提供有一种适合的铋系玻璃粉，解决无铅玻璃粉附着力低的问题。
本发明提供一种太阳能电池正面无铅银浆，组成物及质量百分比为银粉75%-84%、无铅玻璃粉1%-5%、有机添加剂0.27%-0.4%、有机溶剂13%-20%、乙基纤维素1.5%-2.2%，以上各组分的质量百分比之和为100%。
所述银粉为球形银粉和/或片状银粉，球形银粉的平均粒径为2.5-3.42μm，比表面积为≥0.4m2/g，振实密度为≥3.13g/cm3；片状银粉的平均粒径为3.62-4.52µm，比表面积为≥0.3m2/g，振实密度为≥6.25g/cm3。
所述无铅玻璃粉为Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃粉，所述Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃粉的总重量为100％计，各组分及质量百分比为Bi2O346%-53%，B2O312%-18%，SiO27%-11%，Al2O37%-11%，TiO24%，NaF4%，其他氧化物10%，其他氧化物为ZnO和/或SnO2，平均粒径为2.1-3.4μm。
所述有机添加剂为防沉剂、偶联剂、表面活性剂三者按照质量比为1︰1-6：3-10的比例混合得到的混合物，其中防沉剂为聚酰胺蜡或氢化蓖麻油，偶联剂为KH-570硅烷偶联剂，表面活性剂为卵磷脂、司班85、吐温80中的一种。
所述有机溶剂为松节油、1,4-丁内酯、松油醇、丁基卡必醇、丙三醇、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种混合。
本发明所述太阳能电池正面无铅银浆的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照配方将1.5%-2.2%的乙基纤维素、0.27%-0.4%的有机添加剂和13%-20%的有机溶剂混合后，在50-60℃加热30-50min，搅拌使之完全溶解后，室温冷却，得到有机载体；
（2）按照配方将75-84%的银粉与1%-5%的无铅玻璃粉混合，充分混合均匀后，得到均匀分散的固体粉末；
（3）将步骤（1）的有机载体与步骤（2）的固体粉末混合，搅拌均匀，研磨轧制直到浆料细度＜10μm，即得到太阳能电池正面无铅银浆。
本发明的有益效果：
（1）本发明制备的银浆所采用的是Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3系无铅玻璃粉，玻璃粉转变温度为476.5-496.9℃，符合节能环保的要求且能保证银浆性能。
（2）本发明制备的银浆烧结后，方阻3.92-5.26mΩ/方，附着力5.7-7.1N。
（3）本发明制备的银浆具有较好的丝网印刷性。
（5）本发明制备的银浆烧结后的电极线条精密、平整、致密，空洞率小，具有优异的导电性能，较高的附着力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆，各原料及质量百分比为：银粉79%，无铅玻璃粉5%，有机添加剂0.3%，有机溶剂14.1%，乙基纤维素1.6%。
其中，银粉为片状银粉和球形银粉按照质量比为4:1混合的混合银粉，球形银粉的平均粒径为2.94μm，比表面积为0.84m2/g，振实密度为3.13g/cm3；片状银粉的平均粒径为4.13µm，比表面积为0.3m2/g，振实密度为6.5g/cm3；无铅玻璃粉为Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃粉，玻璃粉中各组分及质量百分比为Bi2O346%，B2O318%，SiO29%，Al2O39%，TiO24%，NaF4%，SnO210%，平均粒径为3.4μm；有机添加剂为防沉剂、偶联剂、表面活性剂三者按质量比为1：6:10混合得到的混合物，其中防沉剂为聚酰胺蜡，偶联剂为KH-570硅烷偶联剂，表面活性剂为卵磷脂；有机溶剂为松节油、1,4-丁内酯、松油醇、丁基卡必醇、丙三醇、邻苯二甲酸二丁酯按照质量比为2:3:7:2:2:4混合后的混合物。
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照配方将乙基纤维素、有机添加剂和有机溶剂混合后，在50℃的水浴锅中加热50min，搅拌使之完全溶解后室温冷却，得到有机载体；
（2）按照配方将银粉与无铅玻璃粉加适量无水乙醇混合，搅拌并超声分散5min，在60℃充分干燥后，研磨分散，得到均匀分散的固体粉末；
（3）将步骤（1）的有机载体与步骤（2）的固体粉末混合，搅拌均匀，用三辊研磨机轧制5次使浆料细度均匀＜10μm，即得到太阳能电池正面无铅银浆。
本实施例制备得到的太阳能电池正面无铅银浆方阻为4.72mΩ/方，附着力6.3N，具有较好的丝网印刷性，烧结后的电极线条精密、平整、致密，空洞率小，具有优异的导电性能。
实施例2
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆，各原料及质量百分比为：银粉75%，无铅玻璃粉3%，有机添加剂0.4%，有机溶剂19.4%，乙基纤维素2.2%。
其中，银粉为片状银粉，片状银粉的平均粒径为3.62µm，比表面积为0.78m2/g，振实密度为6.7g/cm3；无铅玻璃粉为Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃粉，玻璃粉中各组分及质量百分比为Bi2O353%，B2O313%，SiO29%，Al2O37%，TiO24%，NaF4%，ZnO10%，平均粒径为2.1μm；有机添加剂为防沉剂、偶联剂、表面活性剂三者按质量比为1:2:3混合得到的混合物，其中防沉剂为氢化蓖麻油，偶联剂为KH-570硅烷偶联剂，表面活性剂为司班85；有机溶剂为松油醇和邻苯二甲酸二丁酯按照质量比为8:11的比例混合后的混合物。
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照配方将乙基纤维素、有机添加剂和有机溶剂混合后，在55℃的水浴锅中加热40min，搅拌使之完全溶解后室温冷却，得到有机载体；
（2）按照配方将银粉与无铅玻璃粉加适量无水乙醇混合，搅拌并超声分散4min，在70℃充分干燥后，研磨分散，得到均匀分散的固体粉末；
（3）将步骤（1）的有机载体与步骤（2）的固体粉末混合，搅拌均匀，用三辊研磨机轧制6次使浆料细度均匀＜10μm，即得到太阳能电池正面无铅银浆。
本实施例制备得到的太阳能电池正面无铅银浆方阻为5.26mΩ/方，附着力5.7N，具有较好的丝网印刷性，烧结后的电极线条精密、平整、致密，空洞率小，具有优异的导电性能。
实施例3
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆，各原料及质量百分比为银粉84%，无铅玻璃粉1%，有机添加剂0.27%，有机溶剂13.23%，乙基纤维素1.5%。
其中，银粉为球形银粉，球形银粉的平均粒径为2.5μm，比表面积为0.84m2/g，振实密度为3.62g/cm3；无铅玻璃粉为Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃粉，玻璃粉中各组分及质量百分比为Bi2O350%，B2O312%，SiO29%，Al2O311%，TiO24%，NaF4%，ZnO8%，SnO2%，平均粒径为2.6μm；有机添加剂为防沉剂、偶联剂、表面活性剂三者按质量比为1:1:5混合得到的混合物，其中防沉剂为聚酰胺蜡，偶联剂为KH-570硅烷偶联剂，表面活性剂为卵磷脂；有机溶剂为松油醇。
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照配方将乙基纤维素、有机添加剂和有机溶剂混合后，在60℃的水浴锅中加热30min，搅拌使之完全溶解后室温冷却，得到有机载体；
（2）按照配方将银粉与无铅玻璃粉加适量无水乙醇混合，搅拌并超声分散5min后，在80℃充分干燥后，研磨分散，得到均匀分散的固体粉末；
（3）将步骤（1）的有机载体与步骤（2）的固体粉末混合，搅拌均匀，用三辊研磨机轧制7次使浆料细度均匀＜10μm，即得到太阳能电池正面无铅银浆。
本实施例制备得到的太阳能电池正面无铅银浆方阻为3.92mΩ/方，附着力7.1N，具有较好的丝网印刷性，烧结后的电极线条精密、平整、致密，空洞率小，具有优异的导电性能。
实施例4
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆，各原料及质量百分比为：银粉76%，无铅玻璃粉2%，有机添加剂0.3%，有机溶剂20%，乙基纤维素1.7%。
其中，银粉为片状银粉和球形银粉按照质量比为1:4混合的混合银粉，球形银粉的平均粒径为4.3μm，比表面积为0. 4m2/g，振实密度为3.5g/cm3；片状银粉的平均粒径为4.52µm，比表面积为0.5m2/g，振实密度为6.25g/cm3；无铅玻璃粉为Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃粉，玻璃粉中各组分及质量百分比为Bi2O350%，B2O314%，SiO27%，Al2O311%，TiO24%，NaF4%，ZnO2%，SnO8%，平均粒径为2.7μm；有机添加剂为防沉剂、偶联剂、表面活性剂三者按质量比为1：3:8混合得到的混合物，其中防沉剂为聚酰胺蜡，偶联剂为KH-570硅烷偶联剂，表面活性剂为吐温80；有机溶剂为1,4-丁内酯、丁基卡必醇和邻苯二甲酸二丁酯三者按照质量比为3:2:4混合后的混合物。
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照配方将乙基纤维素、有机添加剂和有机溶剂混合后，在50℃的水浴锅中加热50min，搅拌使之完全溶解后室温冷却，得到有机载体；
（2）按照配方将银粉与无铅玻璃粉加适量无水乙醇混合，搅拌并超声分散5min后，在60℃充分干燥后，研磨分散，得到均匀分散的固体粉末；
（3）将步骤（1）的有机载体与步骤（2）的固体粉末混合，搅拌均匀，用三辊研磨机轧制5次使浆料细度均匀＜10μm，即得到太阳能电池正面无铅银浆。
本实施例制备得到的太阳能电池正面无铅银浆方阻为5.01mΩ/方，附着力6.4N，具有较好的丝网印刷性，烧结后的电极线条精密、平整、致密，空洞率小，具有优异的导电性能。
实施例5
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆，各原料及质量百分比为：银粉83%，无铅玻璃粉1.23%，有机添加剂0.27%，有机溶剂13%，乙基纤维素2.5%。
其中，银粉为片状银粉和球形银粉按照质量比为2:3混合的混合银粉，球形银粉的平均粒径为2.94μm，比表面积为0.84m2/g，振实密度为4g/cm3；片状银粉的平均粒径为4.13µm，比表面积为0.6m2/g，振实密度为6.8g/cm3；无铅玻璃粉为Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃粉，玻璃粉中各组分及质量百分比为Bi2O346%，B2O318%，SiO211%，Al2O37%，TiO24%，NaF4%，ZnO5%，SnO5%，平均粒径为2.5μm；有机添加剂为防沉剂、偶联剂、表面活性剂三者按质量比为1：4:5混合得到的混合物，其中防沉剂为聚酰胺蜡，偶联剂为KH-570硅烷偶联剂，表面活性剂为卵磷脂；有机溶剂为松节油。
本实施例所述太阳能电池正面无铅银浆的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）按照配方将乙基纤维素、有机添加剂和有机溶剂混合后，在50℃的水浴锅中加热40min，搅拌使之完全溶解后室温冷却，得到有机载体；
（2）按照配方将银粉与无铅玻璃粉加适量无水乙醇混合，搅拌并超声分散5min后，在60℃充分干燥后，研磨分散，得到均匀分散的固体粉末；
（3）将步骤（1）的有机载体与步骤（2）的固体粉末混合，搅拌均匀，用三辊研磨机轧制5次使浆料细度均匀＜10μm，即得到太阳能电池正面无铅银浆。
本实施例制备得到的太阳能电池正面无铅银浆方阻为4.26mΩ/方，附着力6.5N，具有较好的丝网印刷性，烧结后的电极线条精密、平整、致密，空洞率小，具有优异的导电性能。
上述实施例1-5制得的银浆印刷在多晶硅基片上，烘干烧结后用硅太阳能电池效率测定装置测定电性能，各项性能的平均值如下表1：
表1
Claims (7)
1.一种太阳能电池正面无铅银浆，其特征在于，组成物及质量百分比为银粉75%-84%、无铅玻璃粉1%-5%、有机添加剂0.27%-0.4%、有机溶剂13%-20%、乙基纤维素1.5%-2.2%。
2.根据权利要求1所述太阳能电池正面无铅银浆，其特性在于，所述银粉为球形银粉和/或片状银粉。
3.根据权利要求2所述太阳能电池正面无铅银浆，其特性在于，所述球形银粉的平均粒径为2.5-3.42μm，片状银粉的平均粒径为3.62-4.52µm。
4.根据权利要求2或3所述太阳能电池正面无铅银浆的，其特性在于，球形银粉的比表面积为≥0.4m2/g，振实密度为≥3.13g/cm3；片状银粉的比表面积为≥0.3m2/g，振实密度为≥6.25g/cm3。
5.根据权利要求1所述太阳能电池正面无铅银浆，其特性在于，所述无铅玻璃粉为Bi2O3-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃粉，各组分及质量百分比为Bi2O346%-53%，B2O312%-18%，SiO27%-11%，Al2O37%-11%，TiO24%，NaF4%，其他氧化物10%，其他氧化物为ZnO和/或SnO2，平均粒径为2.1-3.4μm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池正面无铅银浆，其特征在于，所述有机添加剂为防沉剂、偶联剂、表面活性剂三者按照质量比为1︰1-6：3-10的比例混合得到的混合物，其中防沉剂为聚酰胺蜡或氢化蓖麻油，偶联剂为KH-570硅烷偶联剂，表面活性剂为卵磷脂、司班85、吐温80中的一种。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池正面无铅银浆，其特征在于，所述有机溶剂为松节油、1,4-丁内酯、松油醇、丁基卡必醇、丙三醇、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或多种混合。
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