CN106683744A - 低温烧结太阳能电池背电极银浆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了低温烧结太阳能电池背电极银浆，按照重量百分比包括以下组分：固体粉末 40‑75%，有机载体25‑60%，其中，所述固体粉末按重量百分比包括以下组分：银粉 90‑99.5%，玻璃粉 0.2‑6.5%，充填粉末 0‑3.5%，所述银粉为亚微米和微米级银颗粒混合体，银颗粒表面覆盖一层有机表面活性剂。所述低温烧结太阳能电池背电极银浆能够提高光电的转化率，降低所需的烧结温度，特别适用于比传统太阳能电池烧结工艺温度低20‑60℃的背钝化电池生产工艺。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池背电极银浆技术领域，特别涉及一种低温烧结太阳能电池背电极银浆。
背景技术
银浆广泛使用于晶体硅太阳能电池的金属化过程，通过丝网印刷技术用银浆将设计的线路图形印刷在晶体硅太阳能电池正面及背面；通过高温(约800℃)的快速烧结(约20秒)，在电池表面形成导电电极；通过银电极将半导体硅内由光子激发的电子汇集传导，形成输出电流，实现光电转换的有效使用。
银浆在烧结过程中会对与其接触的硅半导体产生反应，形成银硅合金，同时对半导体产生了污染，引入杂质，降低光电转化效率。降低烧结温度，有助于减少银浆对硅半导体的污染，从而改善太阳能电池的效率。晶硅太阳能电池背钝化技术的使用使传统单晶硅太阳能电池的转率从目前19％提高到21％。为了确保电池背面的钝化效果，实现提高光电转化效率，首先要在晶体硅太阳能电池背面涂覆一层Al2O3(约20纳米厚)薄膜，在Al2O3膜上面再覆盖一层约100纳米厚的氮化硅薄膜。高效晶硅背钝化太阳能电池要求烧结温度比传统烧结温度低20-60℃.
背电极的主要功能是通过焊带将太阳能电池串联形成发电单元(组件)。背电极在太阳能电池上的附着力对组件的抗环境老化和组件的可靠性有重要的影响，为了确保组成20年的使用寿命，背银浆在太阳能电池上的附着力要高，而降低烧结温度往往会减弱银浆在太阳能电池上的附着力。另外，背钝化太阳能电池要求背银浆不能烧透Al2O3层，同时又要求有高的附着力，目前已有的背电极银浆很难同时满足这些要求。
发明内容
为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种低温烧结太阳能电池背电极银浆，其可改善与硅基结合力，降低烧结温度，提高太阳能电池的转换效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
低温烧结太阳能电池背电极银浆，按照重量百分比包括以下组分：
固体粉末 40-75％，
有机载体 25-60％，
以上各组分的重量百分比总和为100％，
其中，所述固体粉末按重量百分比包括以下组分：
银粉 90-99.5％，
玻璃粉 0.2-6.5％，
充填粉末 0-3.5％，
以上各组分的重量百分比总和为100％，
所述银粉为亚微米和微米级银颗粒混合体，银颗粒表面覆盖一层有机表面活性剂。
优选的技术方案中，所述银颗粒混合体具有如下性质：
优选的技术方案中，所述银颗粒混合体具有如下性质：
优选的技术方案中，所述的玻璃粉中按重量百分比的各组分重量为：
各组分的重量百分比总和为100％。
优选的技术方案中，所述充填粉末为MnO2，所述MnO2粒径小于10μm。
优选的技术方案中，所述固体粉末按重量百分比包括以下组分：
银粉 94-98％，
玻璃粉 1.0-4.0％，
MnO2 0.5-2.0％，
以上各组分重量百分比总和为100％。
优选的技术方案中，所述的有机载体按重量百分比包括以下组分：
以上各组分重量百分比总和为100％。
优选的技术方案中，所述有机溶剂为二乙二醇丁醚或二乙二醇丁醚醋酸酯或邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯中的任一种或组合，所述成膜助剂为Texanol酯醇成膜助剂，所述表面活性剂为高分子Solsperse系列超级分散剂。
优选的技术方案中，所述MnO2在制备银浆前不熔入或部分熔入或全部熔入所述玻璃粉中。
低温烧结太阳能电池背电极银浆的应用，所述银浆用于制备高效背钝化太阳能电池背电极。
本发明的有益效果在于：
采用本发明技术方案提供的一种低温烧结太阳能电池背电极银浆，特别适用于制备高效背钝化太阳能电池背电极，通过降低烧结温度，从而提高光子激发的电子从硅表面到银电极的传导效率，增加太阳能电池的转化效率，提高太阳能电池的附着力，减少电子传导的能量损耗，提高太阳能电池效率，改善银电极与半导体硅的欧姆接触，减少电池内阻，降低电池串联组装的功率损耗，更有效地提高光伏组件的使用寿命。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1
将65.4％Texanol酯醇成膜助剂与25.5％二乙二醇丁醚混合，然后将8.6％乙基纤维素溶于酯醇成膜助剂与二乙二醇丁醚的有机溶剂中，再加入0.5％表面活性剂，混合均匀制得有机载体；将92.3％银粉I、6.2％玻璃粉I(Bi2O3 81％，B2O3 17％，SiO2 2％)和1.5％MnO2混合均匀得到固体粉末；再将66％的固体粉末在34％有机载体中分散混合均匀得到背电极银浆。
实施例2
将65.4％Texanol酯醇成膜助剂与25.5％二乙二醇丁醚混合，然后将8.6％乙基纤维素溶于酯醇成膜助剂与二乙二醇丁醚的有机溶剂中，再加入0.5％表面活性剂，混合均匀制得有机载体；将92.3％银粉II、6.2％玻璃粉I(Bi2O3 81％，B2O3 17％，SiO2 2％)和1.5％MnO2混合均匀得到固体粉末；再将66％的固体粉末在34％有机载体中分散混合均匀得到背电极银浆。
实施例3
将65.4％Texanol酯醇成膜助剂与25.5％二乙二醇丁醚混合，然后将8.6％乙基纤维素溶于酯醇成膜助剂与二乙二醇丁醚的有机溶剂中，再加入0.5％表面活性剂，混合均匀制得有机载体；将92.3％银粉I、6.2％玻璃粉II(Bi2O3 55％，B2O3 8％，SiO2 12％，CuO18％，MnO2 7％，其中，MnO2在制备银浆前预先熔入玻璃粉中)和1.5％MnO2混合均匀得到固体粉末；再将66％的固体粉末在34％有机载体中分散混合均匀得到背电极银浆。
实施例4
将65.4％Texanol酯醇成膜助剂与25.5％二乙二醇丁醚混合，然后将8.6％乙基纤维素溶于酯醇成膜助剂与二乙二醇丁醚的有机溶剂中，再加入0.5％表面活性剂，混合均匀制得有机载体；将95.4％银粉II、3.1％玻璃粉I(Bi2O3 81％，B2O3 17％，SiO2 2％)和1.5％MnO2混合均匀得到固体粉末；再将66％的固体粉末在34％有机载体中分散混合均匀得到背电极银浆。
实施例5
将65.4％Texanol酯醇成膜助剂与25.5％二乙二醇丁醚混合，然后将8.6％乙基纤维素溶于酯醇成膜助剂与二乙二醇丁醚的有机溶剂中，再加入0.5％表面活性剂，混合均匀制得有机载体；将94.7％银粉II、3.8％玻璃粉I(Bi2O3 81％，B2O3 17％，SiO2 2％)和1.5％MnO2混合均匀得到固体粉末；再将66％的固体粉末在34％有机载体中分散混合均匀得到背电极银浆。
实施例6
将65.4％Texanol酯醇成膜助剂与25.5％二乙二醇丁醚混合，然后将8.6％乙基纤维素溶于酯醇成膜助剂与二乙二醇丁醚的有机溶剂中，再加入0.5％表面活性剂，混合均匀制得有机载体；将93.9％银粉II、4.6％玻璃粉I(Bi2O3 81％，B2O3 17％，SiO2 2％)和1.5％MnO2混合均匀得到固体粉末；再将66％的固体粉末在34％有机载体中分散混合均匀得到背电极银浆。
实施例7
将50％Texanol酯醇成膜助剂与35％二乙二醇丁醚混合，然后将14％乙基纤维素溶于酯醇成膜助剂与二乙二醇丁醚的有机溶剂中，再加入1％表面活性剂，混合均匀制得有机载体；将90％银粉I、6.5％玻璃粉II(Bi2O3 55％，B2O3 8％，SiO2 12％，CuO 18％，MnO27％，其中，MnO2在制备银浆前预先熔入玻璃粉中)和3.5％MnO2混合均匀得到固体粉末；再将40％的固体粉末在60％有机载体中分散混合均匀得到背电极银浆。
实施例8
将75％Texanol酯醇成膜助剂与9％二乙二醇丁醚混合，然后将14％乙基纤维素溶于酯醇成膜助剂与二乙二醇丁醚的有机溶剂中，再加入2％表面活性剂，混合均匀制得有机载体；将99.5％银粉I、0.2％玻璃粉II(Bi2O3 55％，B2O3 8％，SiO2 12％，CuO 18％，MnO27％，其中，MnO2在制备银浆前预先熔入玻璃粉中)和0.3％MnO2混合均匀得到固体粉末；再将75％的固体粉末在25％有机载体中分散混合均匀得到背电极银浆。
实施例9
将88％Texanol酯醇成膜助剂与11.8％二乙二醇丁醚混合，然后将0.1％乙基纤维素溶于酯醇成膜助剂与二乙二醇丁醚的有机溶剂中，再加入0.1％表面活性剂，混合均匀制得有机载体；将96.49％银粉I、3.5％玻璃粉II(Bi2O3 55％，B2O3 8％，SiO2 12％，CuO 18％，MnO2 7％，其中，MnO2在制备银浆前预先熔入玻璃粉中)和0.01％MnO2混合均匀得到固体粉末；再将55％的固体粉末在45％有机载体中分散混合均匀得到背电极银浆。
其中，银粉I和银粉II的主要区别在于它们粒径及性质不同，见表1。玻璃粉I和玻璃粉II的主要区别在于软化点温度，前者约400度，后者约500-600度。
表1银粉I和银粉II的粒径及性质
| 银粉I | 银粉II | |
| 振实密度(g/cm3) | 2.87 | 2.80 |
| 松装密度(g/cm3) | 1.77 | 1.70 |
| D10(um) | 0.34 | 0.30 |
| D50(um) | 0.73 | 0.60 |
| D90(um) | 1.47 | 0.90 |
| D100(um) | 4.41 | 1.90 |
| 平均粒径(um) | 0.840 | 0.635 |
性能测试：
(1)将上述实施例1分别按背钝化工艺(烧结温度比传统的烧结工艺低20-60℃)及常规工艺(烧结温度比钝化烧结温度高40度)制备的太阳能电池电池背电极进行光电转换效率、填充因子、并联电阻、串联电阻指标性能测试，测试结果见下表2，其各项指标的测试方法均为本领域常规方法。
(2)将实施例1～3使用相同的工艺将锡焊带焊接导电浆料的太阳能电池片的背电极上，用数显推拉力计测试附着力，测试结果见下表3。
(3)为了揭示银粉和玻璃粉对背钝化电池背电极附着力的影响，将实例4～6及实施例2的浆料印刷在镀有氮化硅薄膜的多晶硅片，经过低于常规烧结温度50度的条件下烧结，使用相同的工艺将锡焊带焊接背电极上，进行光电转换效率、填充因子、并联电阻、串联电阻指标性能测试，测试结果见下表4。可以看出优化的低温烧结太阳能电池背电极银浆可改善与硅基结合力，降低烧结温度，提高太阳能电池的转换效率。
表2实施例1中背电极银浆的各项性能指标
表3实施例1～3背电极银浆的附着力
| 平均附着力(克力) | |
| 实施例1(银粉I-玻璃粉I) | 510 |
| 实施例2(银粉II-玻璃粉I) | 657 |
| 实施例3(银粉I-玻璃粉II) | 271 |
表4实施例4～6和实施例2背电极银浆制成的太阳能电池背电极的各项性能指标
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.低温烧结太阳能电池背电极银浆，其特征在于，按照重量百分比包括以下组分：
固体粉末 40-75%，
有机载体 25-60%，
以上各组分的重量百分比总和为100%，
其中，所述固体粉末按重量百分比包括以下组分：
银粉 90-99.5%，
玻璃粉 0.2-6.5%，
充填粉末 0-3.5%，
以上各组分的重量百分比总和为100%，
所述银粉为亚微米和微米级银颗粒混合体，银颗粒表面覆盖一层有机表面活性剂。
2.根据权利要求1所述低温烧结太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述银颗粒混合体具有如下性质：
振实密度（g/cm³） 2.6-3.0
松装密度（g/cm³） 1.4-1.8
D10（µm） 0.25-0.40
中位径 D50（µm） 0.50-0.80
D90（µm） 0.90-1.50
D100（µm） <3.50
比表面积 1.65-1.85。
3.根据权利要求2所述的低温烧结太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述银颗粒混合体具有如下性质：
振实密度（g/cm³） 2.75-2.95
松装密度（g/cm³） 1.7-1.8
D10（µm） 0.25-0.35
中位径 D50（µm） 0.50-0.60
D90（µm） 0.90-1.20
D100（µm） 1.5-2.5
比表面积 1.65-1.75。
4.根据权利要求1所述的低温烧结太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述的玻璃粉中按重量百分比的各组分重量为：
Bi2O3 50-90%，
B2O3 2-25%，
SiO2 1-25%，
CuO 0-20%，
各组分的重量百分比总和为100%。
5.根据权利要求1所述的低温烧结太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述充填粉末为MnO2，所述MnO2粒径小于10µm。
6.根据权利要求5所述的低温烧结太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述固体粉末按重量百分比包括以下组分：
银粉 94-98%，
玻璃粉 1.0-4.0%，
MnO2 0.5-2.0%，
以上各组分重量百分比总和为100%。
7.根据权利要求1所述的低温烧结太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述的有机载体按重量百分比包括以下组分：
乙基纤维素 0.1-15%，
有机溶剂 9-35%，
成膜助剂 50-88%，
表面活性剂 0.1-2%，
以上各组分重量百分比总和为100%。
8.根据权利要求7所述的低温烧结太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述有机溶剂为二乙二醇丁醚或二乙二醇丁醚醋酸酯或邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯中的任一种或组合，所述成膜助剂为Texanol酯醇成膜助剂，所述表面活性剂为高分子Solsperse系列超级分散剂。
9.根据权利要求5所述的低温烧结太阳能电池背电极银浆，其特征在于：所述MnO2在制备银浆前不熔入或部分熔入或全部熔入所述玻璃粉中。
10.根据权利要求1-9所述的任一项低温烧结太阳能电池背电极银浆的应用，其特征在于，所述银浆用于制备高效背钝化太阳能电池背电极。
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