CN106816200A - 一种硅太阳能电池正面电极银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅太阳能电池正面电极银浆及其制备方法，属于太阳能电池制备技术领域。其包括导电银粉、有机载体和添加剂；其首先将所述有机载体加热至一定温度，搅拌均匀，然后再加入银粉和添加剂后研磨收料，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆；所述添加剂为氟聚合物。本发明制备所得导电银浆无需加入玻璃粉，有机载体及添加剂在高温烧结后全部分解挥发，只剩下银粉部分。其中纳米银粉熔化后将微细银粉熔接成为导电电极，导电性极大提高，从而提升了硅晶太阳能电池竞争力，因而具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅太阳能电池正面电极银浆及其制备方法，属于太阳能电池制备技术领域。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照的条件下太阳能电池会产生电流，通过栅线和电极将电收集起来并传输出去。正面电极的性能影响太阳能电池的电性能，如开路电压、短路电流、并联电阻、串联电阻和转换效率等技术指标。
作为制造太阳能电池的关键材料—导电银基浆料，它在太阳能电池中起着汇集电流和欧姆接触的作用，它的性能优劣无疑是影响太阳能电池光电转换效率的关键所在。银基浆料的主要成分是银粉，玻璃粉和有机载体，它们对太阳能电池性能的影响不同。
玻璃粉是银浆料中的无机粘结相，保证电极与硅基板间稳定的机械接触。尽管玻璃粉在浆料的含量很少，但是它却起到相当重要的作用。烧结过程中，随着烧结温度升高到玻璃粉的软化点，玻璃粉开始软化，润湿减反射膜，溶解银粉，随着温度继续升高，玻璃粉开始刻蚀减反射膜，硅发射极溶解在液态的玻璃中，这个过程是通过氧化铅和硅之间的氧化还原反应实现的，在此过程中生成了单质铅。在冷却阶段，银和铅分离，银颗粒沉积在硅发射极上，这样银与硅电极之间就形成了良好的欧姆接触。随着无铅化的环保需求，现有无铅导电银浆烧结温度范围窄、体积电阻较大、银层在硅片上的附着力一般、 电极可焊性和耐氧化性方面与传统含铅导电银浆存在差距，产品成本也比较高。
玻璃粉含量对浆料的焊接性能有很大的影响。高温烧结时，玻璃粉较多会漂浮于银膜表面，浆料失去焊接性能。另外为无机粘结相玻璃粉决定了烧结后浆料的机械性能，也就是附着力的大小。玻璃粉的含量越高，浆料的附着力越好，但方阻越大，太阳能电池串联电阻也越大，可焊性越差。这是因为作为导电相，随着银粉含量的增加，浆料中的导电粒子增加，烧结膜电阻率就会下降，当银粉含量达到某一值时，电阻率急剧减少，这一现象符合渗流阀值理论。因此，如何减少玻璃粉的用量，从而增加银粉的相对含量，是本领域所面临的重要研究课题。
英利集团公司在中国专利 CN102800755 (2012-08-27) 公开一种太阳能电池正面 电极的制备方法，采用腐蚀剂在印刷银浆之前去除了预形成正面栅线位置上的氮化硅膜，因而银浆中不需要掺入含铅的硼酸玻璃粉来腐蚀氮化硅膜，后续也不需要采用高温烧结工艺。由于银浆中不包含玻璃粉，可以提高银浆中的银含量，进而提高银浆的导电性能。具体实施时通过丝网印刷的方式在所述氮化硅膜上对应于所述预形成正面栅线的位置上印刷腐蚀性试剂，腐蚀性试剂为 BES 系列膏状流体的腐蚀浆料。该BES系列化学浆料由德国Merck公司出产，具有腐蚀速率快的优点，可以对氮化硅膜在常温下实现高效的选择性腐蚀。丝网印刷BES系列化学浆料厚度为2-20μm，腐蚀反应可以在10秒内完成。印刷银浆由金属银微粒和有机溶剂组成，所述银浆中包含80%-90%的金属银微粒和10%-20%的有机溶剂，所述有机溶剂为酚醛树脂或环氧树脂。这种导电浆料虽然不含无机玻璃粉和提高了银浆中的银含量，但增加了印刷腐蚀剂的工序，腐蚀操作工艺技术要求高，需要专用设备，不易产业化应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种硅太阳能电池正面电极银浆及其制备方法，制备所得的导电浆料导电性好，从而提升了硅晶太阳能电池竞争力。
按照本发明提供的技术方案，一种硅太阳能电池正面电极银浆，配方比例按重量份计如下：导电银粉79-89.9份、有机载体10-20份和添加剂0.1-1份；其首先将所述有机载体加热至一定温度，搅拌均匀，然后再加入银粉和添加剂后研磨收料，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆；
所述添加剂为氟聚合物，常温下化学性质稳定，在银浆烧结的高温条件下分解产生的氟化物能完全蚀穿氮化硅减反射膜和粗化硅片表面，降低银层与硅片的接触电阻，提高银电极在硅片上的附着力。
具体为聚四氟乙烯PTFE、聚三氟氯乙烯PCTFE、聚偏氟乙烯PVDF、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE、乙烯-三氟氯乙烯共聚物ECTFE、聚氟乙烯PVF和氟烯烃-乙烯基醚共聚物FEVE中的一种或多种。可根据烧结温度和时间调整配方中氟聚合物含量及种类，以防止过腐蚀。
优选氟元素含量偏低的氟聚合物，包括聚偏氟乙烯PVDF、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE、聚氟乙烯PVF和氟烯烃-乙烯基醚共聚物FEVE。
所述氟聚合物为粉末状，优选平均粒径1-5μm，合适的粒径有助于其在浆料中分散均匀。
所述导电银粉由微细银粉和纳米银粉混合组成，其中纳米银粉所占银粉质量百分比为30%-70%。
所述微细银粉的平均粒径 1-5μm，纳米银粉平均粒径 30-300nm。
所述银粉为球状、鳞片状或球片状银粉中一种或几种的混合物。
所述有机载体为有机溶剂和增塑剂。
所述有机溶剂松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚醋酸酯、石油醚和松节油中的一种或几种任意比例的混合物。
所述增塑剂乙基纤维素、丁基纤维素和羟基纤维素中的一种或几种。
所述有机载体还可以添加表面活性剂和触变剂；所述表面活性剂为卵磷脂或三乙醇胺；触变剂为蓖麻油或氢化蓖麻油。
所述硅太阳能电池正面电极银浆的制备方法，按重量份计步骤如下：取有机载体10-20份，加入导电银粉79-89.9份和添加剂0.1-1份，搅拌后在三辊研磨机上研磨28-32分钟，调整有机载体的量使得银浆细度达到 10μm 以下，粘度为 250-300Pa·S，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆。
所述有机载体为将有机溶剂和增塑剂加热至92-96℃，搅拌2-4小时，完全溶解后即得有机载体。
本发明的有益效果：本发明制备所得导电银浆无需加入玻璃粉，有机载体及添加剂在高温烧结后全部分解挥发，只剩下银粉部分。其中纳米银粉熔化后将微细银粉熔接成为导电电极，导电性极大提高，从而提升了硅晶太阳能电池竞争力，因而具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例 1 一种硅太阳能电池正面电极银浆，配方比例按重量份计如下：导电银粉79份、有机载体10份和添加剂0.1份；其首先将所述有机载体加热至一定温度，搅拌均匀，然后再加入银粉和添加剂后研磨收料，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆；
所述添加剂为氟聚合物；具体为聚四氟乙烯PTFE、聚氟乙烯PVF和聚偏氟乙烯PVDF，平均粒径小于5μm。。
所述导电银粉由微细银粉和纳米银粉混合组成，其中纳米银粉所占银粉质量百分比为30%。
所述微细银粉的平均粒径 1-5μm，纳米银粉平均粒径 30-300nm。
所述银粉为球状、鳞片状或球片状银粉中一种或几种的混合物。
所述有机载体为有机溶剂和增塑剂。所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸的混合物。所述增塑剂为乙基纤维素。
所述有机载体还可以添加表面活性剂和触变剂；所述表面活性剂为卵磷脂；触变剂为蓖麻油。
所述硅太阳能电池正面电极银浆的制备方法，按重量份计步骤如下：取有机载体10份，加入导电银粉79份和添加剂0.1份，搅拌后在三辊研磨机上研磨28分钟，调整有机载体的量使得银浆细度达到 10μm 以下，粘度为 250-300Pa·S，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆。
用丝网印刷方式将银浆印刷在 125mm×125mm 硅基板上，然后在 200℃下干燥，以 150℃/分钟的速度升温，在700-930℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引 线表面银白，显微镜观察表面光滑无缺陷，剥离强度 8N/cm，锡焊性能良好，太阳能电池光电转化效率为20%。
实施例2 一种硅太阳能电池正面电极银浆，配方比例按重量份计如下：导电银粉89.9份、有机载体20份和添加剂1份；其首先将所述有机载体加热至一定温度，搅拌均匀，然后再加入银粉和添加剂后研磨收料，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆；
所述添加剂为氟聚合物；具体为聚氟乙烯PVF和氟烯烃-乙烯基醚共聚物FEVE，平均粒径小于5μm。。
所述导电银粉由微细银粉和纳米银粉混合组成，其中纳米银粉所占银粉质量百分比为70%。所述微细银粉的平均粒径 1-5μm，纳米银粉平均粒径 30-300nm。
所述银粉为球状、鳞片状或球片状银粉中一种或几种的混合物。
所述有机载体为有机溶剂和增塑剂。所述有机溶剂松油醇、乙二醇乙醚和乙二醇丁醚醋酸酯。所述增塑剂为羟基纤维素。
所述硅太阳能电池正面电极银浆的制备方法，按重量份计步骤如下：取有机载体20份，加入导电银粉89.9份和添加剂1份，搅拌后在三辊研磨机上研磨32分钟，调整有机载体的量使得银浆细度达到 10μm 以下，粘度为 250-300Pa·S，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆。
用丝网印刷方式将银浆印刷在 125mm×125mm 硅基板上，然后在 200℃下干燥，以 150℃/分钟的速度升温，在700-930℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，显微镜观察表面光滑无缺陷，剥离强度 8N/cm，锡焊性能良好，太阳能电池光电转化效率为19.9%。
实施例3 一种硅太阳能电池正面电极银浆，配方比例按重量份计如下：导电银粉85份、有机载体15份和添加剂0.5份；其首先将所述有机载体加热至一定温度，搅拌均匀，然后再加入银粉和添加剂后研磨收料，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆；
所述添加剂为氟聚合物；具体为聚偏氟乙烯PVDF，平均粒径小于5μm。
所述导电银粉由微细银粉和纳米银粉混合组成，其中纳米银粉所占银粉质量百分比为50%。
所述微细银粉的平均粒径3μm，纳米银粉平均粒径 100nm。
所述银粉为球状、鳞片状或球片状银粉中一种或几种的混合物。
所述有机载体为有机溶剂和增塑剂。所述有机溶剂为松油醇石油醚和松节油。所述增塑剂为羟基纤维素。
所述有机载体中还添加三乙醇胺；触变剂为氢化蓖麻油。
所述硅太阳能电池正面电极银浆的制备方法，按重量份计步骤如下：取有机载体10-20份，加入导电银粉85份和添加剂0.5份，搅拌后在三辊研磨机上研磨30分钟，调整有机载体的量使得银浆细度达到 10μm 以下，粘度为 275Pa·S，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆。
上述实施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士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作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅太阳能电池正面电极银浆，其特征是配方比例按重量份计如下：导电银粉79-89.9份、有机载体10-20份和添加剂0.1-1份；其首先将所述有机载体加热至一定温度，搅拌均匀，然后再加入银粉和添加剂后研磨收料，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆；
所述添加剂为氟聚合物；具体为聚四氟乙烯PTFE、聚三氟氯乙烯PCTFE、聚偏氟乙烯PVDF、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE、乙烯-三氟氯乙烯共聚物ECTFE、聚氟乙烯PVF和氟烯烃-乙烯基醚共聚物FEVE中的一种或多种；
所述氟聚合物为粉末状，平均粒径1-5μm。
2.如权利要求1所述硅太阳能电池正面电极银浆，其特征是：所述导电银粉由微细银粉和纳米银粉混合组成，其中纳米银粉所占银粉质量百分比为30%-70%。
3.如权利要求2所述硅太阳能电池正面电极银浆，其特征是：所述微细银粉的平均粒径1-5μm，纳米银粉平均粒径 30-300nm。
4.如权利要求2所述硅太阳能电池正面电极银浆，其特征是：所述银粉为球状、鳞片状或球片状银粉中一种或几种的混合物。
5.如权利要求1所述硅太阳能电池正面电极银浆，其特征是：所述有机载体为有机溶剂和增塑剂。
6.如权利要求5所述硅太阳能电池正面电极银浆，其特征是：所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚醋酸酯、石油醚和松节油中的一种或几种任意比例的混合物。
7.如权利要求5所述硅太阳能电池正面电极银浆，其特征是：所述增塑剂为乙基纤维素、丁基纤维素和羟基纤维素中的一种或几种。
8.如权利要求5所述硅太阳能电池正面电极银浆，其特征是：所述有机载体还可以添加表面活性剂和触变剂；所述表面活性剂为卵磷脂或三乙醇胺；触变剂为蓖麻油或氢化蓖麻油。
9.权利要求1-8之一所述硅太阳能电池正面电极银浆的制备方法，其特征是按重量份计步骤如下：取有机载体10-20份，加入导电银粉79-89.9份和添加剂0.1-1份，搅拌后在三辊研磨机上研磨28-32分钟，调整有机载体的量使得银浆细度达到 10μm 以下，粘度为250-300Pa·S，即得产品硅太阳能电池正面电极银浆。
10.如权利要求9所述硅太阳能电池正面电极银浆的制备方法，其特征是：所述有机载体为将有机溶剂和增塑剂加热至92-96℃，搅拌2-4小时，完全溶解后即得有机载体。
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