CN107658044A - 一种高背极拉力防隐裂的perc晶体硅太阳能电池背钝化银浆及其制备方法 - Google Patents

一种高背极拉力防隐裂的perc晶体硅太阳能电池背钝化银浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于太阳能电池光伏材料技术领域,特别涉及一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆的组成及其制备方法。具体步骤为:将银粉,玻璃粉,有机粘合剂,助剂,混合均匀后在三辊轧机上分散研磨至10微米以下,即得晶体硅太阳能电池背面银浆。该背钝化银浆具有优异的印刷性能,在峰值温度为780‑810℃的条件下烧结1‑2s后能与硅基体形成良好的欧姆接触,并且能够与多种型号的铝浆搭配使用,光电转换效率提升明显;其焊接性能强,老化附着力达到5N以上,硅层脱落面积低于5%,有效地延长了太阳能电池的使用寿命;经双85试验后,效率(Pmpp)衰减程度小于5%。

Description

一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆 及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池光伏材料技术领域,具体为一种焊接性能好,附着力强,具有优异的耐老化性能和防隐裂高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆及其制备方法。
背景技术
随着人类社会的迅猛发展,石油、煤炭、天然气等不可再生能源日益枯竭。为了解决能源问题,可再生能源的开发和利用正在受到全球的重视。太阳能作为可再生能源的重要组成部分,其不仅是一种清洁能源,还具有分布广泛、能量巨大、利用方便等优势。因此,太阳能被众多科学家称为化石能源的可替代能源。太阳能晶体硅光伏发电系统是一种利用硅电池半导体的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的新型发电系统。目前,太阳能晶体硅电池的成本和转化效率成为制约其进一步发展的主要因素。
钝化发射极和背面(PERC)技术是晶硅太阳电池近年来最具性价比的效率提升手段,通过增加钝化、激光开孔等设备,用较低的生产线改造投资,就可将单晶和多晶电池转换效率分别提升1%和0.5%左右。同时,全球P型多晶和单晶太阳电池产能正在向PERC技术转移,预计PERC将在不久的将来成为P型晶硅太阳电池的常规工艺。日前,贺利氏在2016SNEC 推出包括低温正银浆料和低活性背银浆料的“PERC套装”,可以大幅提高PERC电池转换效率和附着力;杜邦也提出了一套完善的高效PERC浆料解决方案,可在更低烧结温度下实现优异的电池转化效率,最小化对背钝化层的损伤。除此以外,到目前为止业界并没有其它 PERC浆料推出。晶硅太阳能电池要求银电极在1-3s的时间内烧结还原,在如此短的烧结时间内如何使银浆与硅基体达到良好的欧姆接触,并且不损伤钝化层,以及具备很好的焊锡焊接性能也是太阳能晶硅电池背钝化银浆面临的巨大挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焊接性能好,附着力强,具有优异的耐老化性能和防隐裂的PERC银浆;并且经高温快烧工艺后能与硅基体形成良好的欧姆接触的高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆。本发明另一个目的是为了提供该银浆的制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆,所述银浆各组分的以重量份计为:不规则片状银粉30-50份,纳米银粉10-20份,玻璃粉4.5-6.0份,有机粘合剂35-50 份与助剂0.5-1.0份。
作为优选,所述不规则片状银粉平均粒径为8-10微米,纯度大于99.90%。
由于片银粒径小于7微米时,耐焊性不够且容易与焊料共熔,导致附着力较低;粒径大于10微米时会影响浆料的印刷性。因此,综合性能后优选粒径为8-10微米的片状银粉。
作为优选,所述纳米银粉的平均粒径为40-60纳米,纯度大于99.80%。
作为优选,所述玻璃粉以重量份计组成为SiO2 10-25份,Al2O3 5-10份,TeO2 5-25份, ZnO 20-40份,Bi2O3 20-40份与WO3 5-10份。
在背钝化电池中,由于Al2O3和SixNy这一钝化层的加入,在高温快烧过程中浆料很容易起苞,所以本发明选用软化点高于700℃的玻璃粉;此外,由于含铅玻璃很容易烧穿SixNy层,所以本发明优先选用无铅玻璃。
作为优选,所述高分散性有机粘合剂由以下重量份的原料组成:乙基纤维素15-40份,聚乙烯醇缩丁醛5-15份,丁基卡必醇醋酸酯25-60份,邻苯二甲酸二丁酯5-15份,二乙二醇丁醚醋酸酯10-25份,三丙二醇单甲醚10-20份与十二碳醇酯5-10份。
作为优选,所述助剂为金属氧化物粉末或有机溶剂或有机高分子材料。
所述助剂分为两类,一类为金属氧化物粉末,此发明中具体为Ni2O3,TiO2,Fe2O3,在不影响烧结后银电极的可焊性、耐焊性和附着力的前提下,添加此氧化物能够降低银电极与硅基体的接触电阻,保证电极与基体之间良好的欧姆接触;另一类是有机溶剂或有机高分子材料,此发明中具体为以聚醚改性聚硅氧烷做流平剂,脂肪酸为润滑剂,聚酰胺蜡为触变剂,此添加剂的加入可增强浆料的印刷性、流变性和触变性。
一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆的制备方法,所述高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆制备步骤为:
(1)玻璃粉的制备:按配方比例称取配制玻璃粉的原料,混合均匀后于600-800℃下预热 15-20min,再于1200-1300℃熔炼1小时,用去离子水淬后烘干,再进行球磨20-24小时,过筛烘干后得到平均粒径小于5微米的玻璃粉;
(2)高分散性有机粘合剂的制备:按配方比例称取配制有机粘合剂的原料进行高速分散,然后在80-120℃下加热溶解80-240分钟,具体时间以溶解液清澈透明为准;
(3)按照配方比例,将银粉、步骤(1)所制备的玻璃粉、步骤(2)所制备的高分散性有机粘合剂在真空搅拌机中持续搅拌1小时,形成均匀混合物,然后经三辊轧机分散研磨成均质浆料,再经300目丝网过滤,最终得到细度小于10微米的背银导电浆料。
本发明的优点和有益效果为:
(1)通过本发明方法制成的PERC银浆经高温快烧工艺(硅片表面实际峰值温度780-810℃,峰值时间1-2s),能与硅基体形成良好的欧姆接触,从而减小了接触电阻,提高了电流电压,并且对背钝化层几乎无任何损伤,降低了组件过程中的碎片率。
(2)本发明焊接性能好,附着力强,具有优异的耐老化性能;初始拉力后银层和硅基材完好,从而防止了硅片的隐裂,有效提高了电池的使用寿命,大大降低生产过程中的碎片率。
(3)本发明兼容性强,与市面上多款铝浆搭配使用电性能优越,转化效率超过现有PERC浆料。
(4)本发明制作方法简单,生产成本低,性能稳定。
具体实施方式:
下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐述本发明,不是对本发明的限制,本发明的保护范围并不仅限于以下实例。所述技术领域人员依据以上本发明公开的内容和方法,均可到达本发明的目的。
本发明原料为市售常规原料,设备为行业常规设备。
实施例1
(1)制备玻璃粉:称取:SiO2 14.2份,Al2O3 6.6份,TeO2 17.0份,ZnO 28.8份,Bi2O327.2 份,WO3 6.2份。将上述物质混合均匀后,于600℃下预热15min,再于1200℃熔炼1小时,用去离子水淬后烘干,再进行球磨20小时,过筛烘干后得到平均粒径小于5微米的玻璃粉。
(2)制备有机体系:称取:乙基纤维素20.5份,聚乙烯醇缩丁醛7.5份,丁基卡必醇醋酸酯30.3份,邻苯二甲酸二丁酯6.8份,二乙二醇丁醚醋酸酯12.7份,三丙二醇单甲醚11.3份,十二碳醇酯10.9份。将上述原料高速分散后在80℃下加热溶解80分钟,具体时间以溶解液清澈透明为准。
(3)银粉:片状银粉纯度大于99.90%,平均粒径为9微米;纳米银粉纯度大于99.80%,平均粒径为50纳米。
(4)助剂:此发明中所用助剂分为两类,一类是为了增强银电极与硅基材之间的可焊性和耐焊性,同时为了降低电极与基材之间的接触电阻,具体为Ni2O3和Fe2O3的金属氧化物粉末,其中Ni2O3 30.7%,Fe2O3 69.3%;另一类是促进浆料印刷性、流变性和触变性的有机溶剂或有机高分子材料,具体为聚醚改性聚硅氧烷27.1%、脂肪酸16.4%和聚酰胺蜡56.5%。
将原料按照银粉58份,玻璃粉5.5份,有机粘合剂35.7份,助剂0.8份的比例混合,在真空搅拌机中持续搅拌40min,形成均匀混合物,然后经三辊轧机分散研磨成均质浆料,再经300目丝网过滤,最终得到细度≤9微米,粘度28-32Pa·S的晶硅太阳能电池背钝化银浆。
电性能测试过程:将浆料用280目网版经丝网工艺印刷在156mm×156mm的多晶硅太阳能电池背面,按照晶体硅太阳能电池片制作流程制成电池片后进行光电转换效率测试。
方块电阻测试过程:将浆料用280目网版经丝网工艺印刷在156mm×156mm的多晶硅太阳能电池背面,经高温烧结后用TH2511型直流低电阻测试仪测量其线电阻,用电子数显千分尺测量浆料的印刷厚度,然后经公式(1)计算得到浆料的方块电阻,其中R为线电阻,H为标准膜厚,h为实际膜厚,k为长宽比。
Rs=(R/k)*1000*h/H………………………………(1)
附着力实验过程:将背钝化浆料印刷在半成品晶硅太阳能电池背面,经标准生产工艺烧结后,用含铅焊带将背电极在360℃自动焊接,然后进行180°角剥离实验,得到初始附着力;将焊接后的电池片置于180℃的恒温烘箱中进行3h老化试验,得到老化附着力结果。
可靠性测试:通过双85实验来验证太阳能电池的可靠性。具体为:将已焊好背电极的电池片置于85℃温度和85%湿度的潮湿试验箱中1000小时后,测试其附着力和电性能。若其附着力和电性能结果不低于初始值的5%,则表明浆料的可靠性合格。
表1背钝化导电银浆性能测试结果
表2背钝化导电银浆电性能测试结果
浆料 Pmpp Isc Uoc FF Rsh Rs Ncell
实施例1 4.4352 8.8720 63.794 78.359 8.3505 0.00208 18.225
对比 4.4060 8.8187 62.863 79.478 6.3598 0.00256 18.105
实施例2
(1)制备玻璃粉:称取:SiO2 21.5份,Al2O3 7.1份,TeO2 12.2份,ZnO 22.5份,Bi2O328.5 份,WO3 8.2份。将上述物质混合均匀后,于700℃下预热18min,再于1250℃熔炼1小时,用去离子水淬后烘干,再进行球磨22小时,过筛烘干后得到平均粒径小于5微米的玻璃粉。
(2)制备有机体系:称取:乙基纤维素18.3份,聚乙烯醇缩丁醛5.6份,丁基卡必醇醋酸酯28份,邻苯二甲酸二丁酯13.2份,二乙二醇丁醚醋酸酯11.3份,三丙二醇单甲醚15.7份,十二碳醇酯7.9份。将上述原料高速分散后在100℃下加热溶解120分钟,具体时间以溶解液清澈透明为准。
(3)银粉:片状银粉纯度大于99.90%,平均粒径为9微米;纳米银粉纯度大于99.80%,平均粒径为50纳米。
(4)助剂:此发明中所用助剂分为两类,一类是为了增强银电极与硅基材之间的可焊性和耐焊性,同时为了降低电极与基材之间的接触电阻,具体为Ni2O3和TiO2的金属氧化物粉末,其中Ni2O3 50.8%,TiO2 49.2%;另一类是促进浆料印刷性、流变性和触变性的有机溶剂或有机高分子材料,具体为聚醚改性聚硅氧烷30%、脂肪酸30.5%和聚酰胺蜡39.5%。
将原料按照银粉53份,玻璃粉5.0份,有机粘合剂41.4份,助剂0.6份的比例混合,在真空搅拌机中持续搅拌40min,形成均匀混合物,然后经三辊轧机分散研磨成均质浆料,再经300目丝网过滤,最终得到细度≤9微米,粘度28-32Pa·S的晶硅太阳能电池背钝化银浆。
(1)电性能测试过程:将浆料用280目网版经丝网工艺印刷在156mm×156mm的多晶硅太阳能电池背面,按照晶体硅太阳能电池片制作流程制成电池片后进行光电转换效率测试。
(2)方块电阻测试过程:将浆料用280目网版经丝网工艺印刷在156mm×156mm的多晶硅太阳能电池背面,经高温烧结后用TH2511型直流低电阻测试仪测量其线电阻,用电子数显千分尺测量浆料的印刷厚度,然后经公式(1)计算得到浆料的方块电阻。
(3)附着力实验过程:将背钝化浆料印刷在半成品晶硅太阳能电池背面,经标准生产工艺烧结后,用含铅焊带将背电极在360℃自动焊接,然后进行180°角剥离实验,得到初始附着力;将焊接后的电池片置于180℃的恒温烘箱中进行3h老化试验,得到老化附着力结果。
(4)可靠性测试:通过双85实验来验证太阳能电池的可靠性。具体为:将已焊好背电极的电池片置于85℃温度和85%湿度的潮湿试验箱中1000小时后,测试其附着力和电性能。若其附着力和电性能结果不低于初始值的5%,则表明浆料的可靠性合格。
表3背钝化导电银浆性能测试结果
表4背钝化导电银浆电性能测试结果
浆料 Pmpp Isc Uoc FF Rsh Rs Ncell
实施例2 4.4541 8.8692 63.934 78.511 9.6801 0.00218 18.302
对比 4.4183 8.8088 62.977 79.644 8.9196 0.00273 18.155
实施例3
(1)制备玻璃粉:称取:SiO2 10份,Al2O3 5份,TeO2 25份,ZnO 40份,Bi2O3 20份,WO35份。将上述物质混合均匀后,于800℃下预热20min,再于1300℃熔炼1小时,用去离子水淬后烘干,再进行球磨24小时,过筛烘干后得到平均粒径小于5微米的玻璃粉。
(2)制备有机体系:称取:乙基纤维素15份,聚乙烯醇缩丁醛5份,丁基卡必醇醋酸酯60份,邻苯二甲酸二丁酯15份,二乙二醇丁醚醋酸酯25份,三丙二醇单甲醚20份,十二碳醇酯5份。将上述原料高速分散后在120℃下加热溶解240分钟,具体时间以溶解液清澈透明为准。
(3)银粉:片状银粉纯度大于99.90%,平均粒径为9微米;纳米银粉纯度大于99.80%,平均粒径为50纳米。
(4)助剂:此发明中所用助剂分为两类,一类是为了增强银电极与硅基材之间的可焊性和耐焊性,同时为了降低电极与基材之间的接触电阻,具体为Ni2O3和TiO2的金属氧化物粉末,其中Ni2O3 50.8%,TiO2 49.2%;另一类是促进浆料印刷性、流变性和触变性的有机溶剂或有机高分子材料,具体为聚醚改性聚硅氧烷30%、脂肪酸30.5%和聚酰胺蜡39.5%。
将原料按照银粉40份,玻璃粉4.5份,有机粘合剂35份,助剂0.5份的比例混合,在真空搅拌机中持续搅拌40min,形成均匀混合物,然后经三辊轧机分散研磨成均质浆料,再经300目丝网过滤,最终得到细度≤9微米,粘度28-32Pa·S的晶硅太阳能电池背钝化银浆。
(1)电性能测试过程:将浆料用280目网版经丝网工艺印刷在156mm×156mm的多晶硅太阳能电池背面,按照晶体硅太阳能电池片制作流程制成电池片后进行光电转换效率测试。
(2)方块电阻测试过程:将浆料用280目网版经丝网工艺印刷在156mm×156mm的多晶硅太阳能电池背面,经高温烧结后用TH2511型直流低电阻测试仪测量其线电阻,用电子数显千分尺测量浆料的印刷厚度,然后经公式(1)计算得到浆料的方块电阻。
(3)附着力实验过程:将背钝化浆料印刷在半成品晶硅太阳能电池背面,经标准生产工艺烧结后,用含铅焊带将背电极在360℃自动焊接,然后进行180°角剥离实验,得到初始附着力;将焊接后的电池片置于180℃的恒温烘箱中进行3h老化试验,得到老化附着力结果。
(4)可靠性测试:通过双85实验来验证太阳能电池的可靠性。具体为:将已焊好背电极的电池片置于85℃温度和85%湿度的潮湿试验箱中1000小时后,测试其附着力和电性能。若其附着力和电性能结果不低于初始值的5%,则表明浆料的可靠性合格。
表5背钝化导电银浆性能测试结果
表6背钝化导电银浆电性能测试结果
浆料 Pmpp Isc Uoc FF Rsh Rs Ncell
实施例3 4.4491 9.0209 62.592 78.744 7.4496 0.00233 18.282
对比 4.4396 9.0085 62.502 78.851 6.3205 0.00232 18.243
实施例4
(1)制备玻璃粉:称取:SiO2 25份,Al2O3 10份,TeO2 5份,ZnO 40份,Bi2O3 20份,WO3 10份。将上述物质混合均匀后,于650℃下预热17min,再于1280℃熔炼1小时,用去离子水淬后烘干,再进行球磨23小时,过筛烘干后得到平均粒径小于5微米的玻璃粉。
(2)制备有机体系:称取:乙基纤维素40份,聚乙烯醇缩丁醛15份,丁基卡必醇醋酸酯25份,邻苯二甲酸二丁酯5份,二乙二醇丁醚醋酸酯10份,三丙二醇单甲醚10份,十二碳醇酯10份。将上述原料高速分散后在110℃下加热溶解100分钟,具体时间以溶解液清澈透明为准。
(3)银粉:片状银粉纯度大于99.90%,平均粒径为9微米;纳米银粉纯度大于99.80%,平均粒径为50纳米。
(4)助剂:此发明中所用助剂分为两类,一类是为了增强银电极与硅基材之间的可焊性和耐焊性,同时为了降低电极与基材之间的接触电阻,具体为Ni2O3和TiO2的金属氧化物粉末,其中Ni2O3 50.8%,TiO2 49.2%;另一类是促进浆料印刷性、流变性和触变性的有机溶剂或有机高分子材料,具体为聚醚改性聚硅氧烷30%、脂肪酸30.5%和聚酰胺蜡39.5%。
将原料按照银粉53份,玻璃粉5.0份,有机粘合剂41.4份,助剂0.6份的比例混合,在真空搅拌机中持续搅拌40min,形成均匀混合物,然后经三辊轧机分散研磨成均质浆料,再经300目丝网过滤,最终得到细度≤9微米,粘度28-32Pa·S的晶硅太阳能电池背钝化银浆。
(1)电性能测试过程:将浆料用280目网版经丝网工艺印刷在156mm×156mm的多晶硅太阳能电池背面,按照晶体硅太阳能电池片制作流程制成电池片后进行光电转换效率测试。
(2)方块电阻测试过程:将浆料用280目网版经丝网工艺印刷在156mm×156mm的多晶硅太阳能电池背面,经高温烧结后用TH2511型直流低电阻测试仪测量其线电阻,用电子数显千分尺测量浆料的印刷厚度,然后经公式(1)计算得到浆料的方块电阻。
(3)附着力实验过程:将背钝化浆料印刷在半成品晶硅太阳能电池背面,经标准生产工艺烧结后,用含铅焊带将背电极在360℃自动焊接,然后进行180°角剥离实验,得到初始附着力;将焊接后的电池片置于180℃的恒温烘箱中进行3h老化试验,得到老化附着力结果。
(4)可靠性测试:通过双85实验来验证太阳能电池的可靠性。具体为:将已焊好背电极的电池片置于85℃温度和85%湿度的潮湿试验箱中1000小时后,测试其附着力和电性能。若其附着力和电性能结果不低于初始值的5%,则表明浆料的可靠性合格。
表7背钝化导电银浆性能测试结果
表8背钝化导电银浆电性能测试结果
浆料 Pmpp Isc Uoc FF Rsh Rs Ncell
实施例4 4.4201 9.0010 62.718 78.298 10.0252 0.00238 18.163
对比 4.4096 8.9934 62.707 78.191 6.4706 0.00224 18.120

Claims (7)

1.一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆,其特征在于,所述银浆各组分的以重量份计为:不规则片状银粉30-50份,纳米银粉10-20份,玻璃粉4.5-6.0份,有机粘合剂35-50份与助剂0.5-1.0份。
2.根据权利要求1所述的一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆,其特征在于,所述不规则片状银粉平均粒径为8-10微米,纯度大于99.90%。
3.根据权利要求1所述的一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆,其特征在于,所述纳米银粉的平均粒径为40-60纳米,纯度大于99.80%。
4.根据权利要求1所述的一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆,其特征在于,所述玻璃粉以重量份计组成为SiO2 10-25份,Al2O3 5-10份,TeO2 5-25份,ZnO 20-40份,Bi2O3 20-40份与WO3 5-10份。
5.根据权利要求1所述的一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆,其特征在于,所述高分散性有机粘合剂由以下重量份的原料组成:乙基纤维素15-40份,聚乙烯醇缩丁醛5-15份,丁基卡必醇醋酸酯25-60份,邻苯二甲酸二丁酯5-15份,二乙二醇丁醚醋酸酯10-25份,三丙二醇单甲醚10-20份与十二碳醇酯5-10份。
6.根据权利要求1所述的一种高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆,其特征在于,所述助剂为金属氧化物粉末或有机溶剂或有机高分子材料。
7.一种如权利要求1所述的高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆的制备方法,其特征在于,所述高背极拉力防隐裂的PERC晶体硅太阳能电池背钝化银浆制备步骤为:
(1)玻璃粉的制备:按配方比例称取配制玻璃粉的原料,混合均匀后于600-800℃下预热15-20min,再于1200-1300℃熔炼1小时,用去离子水淬后烘干,再进行球磨20-24小时,过筛烘干后得到平均粒径小于5微米的玻璃粉;
(2)高分散性有机粘合剂的制备:按配方比例称取配制有机粘合剂的原料进行高速分散,然后在80-120℃下加热溶解80-240分钟,具体时间以溶解液清澈透明为准;
(3)按照配方比例,将银粉、步骤(1)所制备的玻璃粉、步骤(2)所制备的高分散性有机粘合剂在真空搅拌机中持续搅拌1小时,形成均匀混合物,然后经三辊轧机分散研磨成均质浆料,再经300目丝网过滤,最终得到细度小于10微米的背银导电浆料。
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