CN107039099A - 一种新型导电浆料及用其制备太阳能电池片主栅线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型导电浆料，该浆料由包括氧化钒、氧化锡的混合粉体加入分散剂制备得到，并提供了用其制备太阳能电池片主栅线的方法。以本发明导电浆料得到的太阳能电池片主栅线的合金晶体膜透明，不遮挡电池片的光线，能够提高太阳能电池片的效率；导电浆料采用氧化钒和氧化锡合金粉末制成，比银栅线成本低；主栅线透明，对宽度和高度没有限制，收集电流通过的截面积更大，拥有更好的电流收集效果。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体地，涉及一种新型导电浆料及用其制备太阳能电池片主栅线的方法。
背景技术
目前，太阳能电池尤其是硅太阳能电池的电流收集主要靠印刷的栅线完成。栅线材料主要包含丝网印刷的银浆作为正面栅线材料，与丝网印刷的铝浆作为背面栅线材料。银浆与铝浆均不透明，印刷的栅线区域光线被遮挡，造成太阳能电池效率的降低。而且，由于银浆的价格较贵，是太阳能电池制作成本的重要组成部分，不利于太阳能电池发电的成本降低。
氧化钒(尤其是四氧化二钒，五氧化二钒在弱还原条件下会被还原成四氧化二钒)粉体在熔融后降温结晶形成一种透明的晶体材料,四氧化二钒具有良好的透光性；在富锡的合金材料中，氧化锡在被部分还原后在表面形成锡薄层，与硅的接触更加容易亲和，且可以保持更优秀的导电性。
所以，采用一种带有透明特性的且导电率较低的栅线材料对太阳能电池效率的提高以及浆料成本的降低均具有有益的效果。
发明内容
本发明的第一个目的是为了克服上述缺陷，提供一种新型导电浆料。
本发明的第二个目的是提供利用上述导电浆料制备太阳能电池片主栅线的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
一种新型导电浆料，该浆料由包括氧化钒、氧化锡的混合粉体加入分散剂制备得到。
进一步的，所述氧化钒与氧化锡的摩尔比为1-2:1；
所述氧化钒为分析纯以上的V2O5和V2O4的混合物，粒度＜1μm；
所述氧化锡为分析纯以上的SnO，粒度＜1μm；
所述分散剂为有机分散剂。
更进一步的，所述有机分散剂为体积比1:5的异丁醇和苯甲醇的混合物。
一种制备太阳能电池片主栅线的方法，将上述导电浆料涂覆在盖有网版的太阳能电池片基底材料上，高温熔融后，进行退火形成锡析出层与富锡的透明氧化钒合金晶体层主栅线，然后在主栅线上用透光有机膜材料封装。
进一步的，具体包括如下步骤：
（1）分散液的配制：将氧化钒粉末与氧化锡粉末混合，加入分散剂充分混合，得到分散液；
（2）喷涂：在太阳能电池片基底材料上铺设网版，通过网版的间隙将步骤（1）得到的分散液喷射或涂覆在太阳能电池片基底材料上，喷涂完成后取下网版，网版间隙与太阳能电池片基底材料上印刷的银副栅线垂直；
（3）烘干：将步骤（2）喷涂分散液后的太阳能电池片放入高温炉中加热，在惰性气氛中去除炉内及太阳能电池片上的水；
（4）熔融：将高温炉抽真空，充入弱还原性气体，加热太阳能电池片，使电池片上喷涂的分散液中的合金粉料充分熔融；
（5）退火：经过步骤（4）熔融后的太阳能电池片开始降温退火，合金熔液开始凝固，氧化锡还原成锡，形成锡薄膜层，富锡的氧化钒形成结晶；
（6）封装：步骤（5）退火完成后，太阳能电池片上形成的透明合金晶体膜为主栅线，在弱还原性气氛中用透光有机膜材料覆盖主栅线部分，进行封装，冷却取出。
更进一步的，所述步骤（2）中，网版间隙的宽度为0.2-1mm，网版厚度为0.1-2mm；
所述步骤（3）中，烘干温度为80℃，时间为2min；
所述步骤（4）中，高温炉内充入弱还原性气体为含有10vt%H2的惰性气体，高温炉内压力为1000Pa，加热太阳能电池片的温度为700-1000℃，时间≥30s；
所述步骤（5）中，退火过程中太阳能电池片在600-700℃的时间＞5min，整个退火过程太阳能电池片的温度控制在300-700℃，控制结晶粒度＞100μm，表面析出锡薄层厚度≥10μm；
所述步骤（6）中，封装操作的温度为150-200℃。
更进一步的，所述透光有机膜材料为包括EVA塑胶。
更进一步的，所述步骤（4）和（5）中的加热方法为：热源辐照太阳能电池片背面，通过背面传热到顶面熔融合金粉料。
依上述方法得到的太阳能电池片。
本发明所使用氧化钒和氧化锡合金组分制备的导电浆料可以更加容易的喷射或者涂抹在覆盖网版的太阳能电池片上，高温熔融后进行慢速退火，氧化锡在弱还原气氛中会部分被还原成锡，锡的组分较多，析出形成高导电性的锡薄膜层，由于锡与硅的良好浸润性，较易形成欧姆接触。五氧化二钒在还原气氛中大部分被还原为四氧化二钒，形成合金晶体膜，形成导电性和透光性优良的栅线。网版的间隙和厚度代表了主栅线的宽度和厚度。由于本发明所制备的是透明导电栅线，所以为拥有更好的电流收集效果，与常规银栅线相比截面积略大。
由于在合金晶体膜中含有的氧化钒容易在空气中氧化，需要在弱还原气氛中采用有机胶膜等封装材料对主栅线进行及时封装。由于主栅线比较透明，对宽度和高度没有限制，收集电流通过的截面积更大，可以省去焊接锡条的步骤。对栅线的简单封装，对太阳能电池片在封装前的效率等特性的保持提供了更加优异的条件，为后续太阳能电池组件的封装提供了便利。
本发明具有以下有益效果：
（1）以本发明导电浆料得到的太阳能电池片主栅线的合金晶体膜透明，不遮挡电池片的光线，能够提高太阳能电池片的效率；
（2）导电浆料采用氧化钒和氧化锡合金粉末制成，比银栅线成本低；
（3）主栅线透明，对宽度和高度没有限制，收集电流通过的截面积更大，拥有更好的电流收集效果。
附图说明
图1为本发明实施例的太阳能电池片的结构图，图中：1-太阳能电池片基底材料，2-印刷在基底材料上的银副栅线，3-主栅线。
图2为本发明实施例与对比例的太阳能电池的串联电阻箱线图，纵坐标为串联电阻Rs。
图3为本发明实施例与对比例的太阳能电池的短路电流箱线图，纵坐标为短路电流Isc。
图4为本发明实施例与对比例的太阳能电池的光电效率箱线图，纵坐标为光电效率Eta。
图5为本发明实施例与对比例的太阳能电池的量子效率对比图，横坐标为波长，纵坐标为量子效率。
具体实施方式
为了更加突出本发明的目的、技术方案及优点，结合以下实施例，对本发明进行进一步说明，但并不因此将本发明限制在实施例范围之内。
实施例中的原料均为市场可得产品，其中V2O5和V2O4为分析纯，粒度＜1μm；SnO为分析纯，粒度＜1μm；太阳能电池片基底材料上印刷银副栅线。
实施例1
一种新型导电浆料，将摩尔比1:1的氧化钒粉末与氧化锡粉末混合，加入体积比1:5的异丁醇和苯甲醇的有机分散剂充分混合，制成分散液，其中，氧化锡粉末为V2O5和V2O4为的混合物，氧化锡为SnO。
利用上述导电浆料制备太阳能电池片主栅线，包括如下步骤：
（1）分散液的配制：按上述配比配制分散液。
（2）喷涂：在太阳能电池片基底材料上铺设网版，通过网版的间隙将分散液喷射或涂覆在太阳能电池片基底材料上，喷涂后取下网版，网版间隙方向与太阳能电池片基底材料上印刷的银副栅线垂直相交。网版的间隙为三条，间隙宽度为0.5mm，网版厚度为0.2mm，对应的栅线高度不大于0.2 mm。
（3）烘干：将喷涂分散液后的太阳能电池片放入高温炉中，在惰性气氛中，由室温缓慢升温至80℃，保持2 分钟，去除炉内及太阳能电池片上的水分。
（4）熔融：将高温炉抽真空，充入含有10vt%H2的氩气，炉内气压1000Pa，通过热源辐照太阳能电池片背面，加热至900℃，通过背面传热到顶面，加热过程中分散液中的分散剂挥发，合金粉料充分熔融，加热时间45s。
（5）退火：经过熔融后的太阳能电池片缓慢降温退火，退火时太阳能电池片在600-700℃的时间＞5min，整个退火过程控制温度在300-700℃之间，合金熔液开始慢速凝固，凝固由合金熔液表面向太阳能电池方向进行，SnO在弱还原气氛中部分被还原成锡，锡的组分较多析出，形成高导电性的锡薄膜层，与硅形成欧姆接触，V2O5在还原气氛中大部分被还原为V2O4，继续降温，控制富锡的氧化钒结晶晶粒＞100μm，表面析出锡薄层厚度≥10 μm。
（6）封装：退火完成后，太阳能电池片上形成透明合金晶体膜主栅线，在弱还原性气氛中用EVA塑胶覆盖主栅线部分，进行封装，封装操作在150-200℃进行，冷却取出，即可。
实施例2
本实施例导电浆料与实施例1的区别为：本实施例导电浆料氧化钒粉末与氧化锡粉末的摩尔比为1.5:1。
制备太阳能电池片主栅线的方法与实施例1的区别为：步骤（2）中网版厚度为0.5mm，对应的栅线高度不大于0.5 mm；步骤（4）中加热温度为700℃，时间为60s。
对比例
以目前市场上普通的银主栅线太阳能电池片作为对比例。
本发明实施例1-2和对比例的太阳能电池的性能对比见下表，电池样本统计数量为200。
由上表可知，本发明实施例的太阳能电池的并联电阻和串联电阻高于对比例，实施例的光电效率高于对比例。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种新型导电浆料，其特征在于，该浆料由包括氧化钒、氧化锡的混合粉体加入分散剂制备得到。
2.根据权利要求1所述的新型导电浆料，其特征在于，所述氧化钒与氧化锡的摩尔比为1-2:1；
所述氧化钒为分析纯以上的V2O5和V2O4的混合物，粒度＜1μm；
所述氧化锡为分析纯以上的SnO，粒度＜1μm；
所述分散剂为有机分散剂。
3.根据权利要求2所述的新型导电浆料，其特征在于，所述有机分散剂为体积比1:5的异丁醇和苯甲醇的混合物。
4.一种制备太阳能电池片主栅线的方法，其特征在于，将权利要求1-3任一项所述的导电浆料涂覆在盖有网版的太阳能电池片基底材料上，高温熔融后，进行退火形成锡析出层与富锡的透明氧化钒合金晶体层主栅线，然后在主栅线上用透光有机膜材料封装。
5.根据权利要求4所述的制备太阳能电池片主栅线的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）分散液的配制：将氧化钒粉末与氧化锡粉末混合，加入分散剂充分混合，得到分散液；
（2）喷涂：在太阳能电池片基底材料上铺设网版，通过网版的间隙将步骤（1）得到的分散液喷射或涂覆在太阳能电池片基底材料上，喷涂完成后取下网版，网版间隙与太阳能电池片基底材料上印刷的银副栅线垂直；
（3）烘干：将步骤（2）喷涂分散液后的太阳能电池片放入高温炉中加热，在惰性气氛中去除炉内及太阳能电池片上的水；
（4）熔融：将高温炉抽真空，充入弱还原性气体，加热太阳能电池片，使电池片上喷涂的分散液中的合金粉料充分熔融；
（5）退火：经过步骤（4）熔融后的太阳能电池片开始降温退火，合金熔液开始凝固，氧化锡还原成锡，形成锡薄膜层，富锡的氧化钒形成结晶；
（6）封装：步骤（5）退火完成后，太阳能电池片上形成的透明合金晶体膜为主栅线，在弱还原性气氛中用透光有机膜材料覆盖主栅线部分，进行封装，冷却取出。
6.根据权利要求5所述的制备太阳能电池片主栅线的方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤（2）中，网版间隙的宽度为0.2-1mm，网版厚度为0.1-2mm；
所述步骤（3）中，烘干温度为80℃，时间为2min；
所述步骤（4）中，高温炉内充入弱还原性气体为含有10vt%H2的惰性气体，高温炉内压力为1000Pa，加热太阳能电池片的温度为700-1000℃，时间≥30s；
所述步骤（5）中，退火过程中太阳能电池片在600-700℃的时间＞5min，整个退火过程太阳能电池片的温度控制在300-700℃，控制结晶粒度＞100μm，表面析出锡薄层厚度≥10μm；
所述步骤（6）中，封装操作的温度为150-200℃。
7.根据权利要求4或5所述的制备太阳能电池片主栅线的方法，其特征在于，所述透光有机膜材料为包括EVA塑胶。
8.根据权利要求5或6所述的制备太阳能电池片主栅线的方法，其特征在于，所述步骤（4）和（5）中的加热方法为：热源辐照太阳能电池片背面，通过背面传热到顶面熔融合金粉料。
9.依权利要求4-8任一所述方法得到的太阳能电池片。
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