CN108321224A - 用于制备太阳能电池电极的多元纳米材料、包括其的糊剂组合物及太阳能电池电极和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制备太阳能电池电极的多元纳米材料、包括其的糊剂组合物及太阳能电池电极和电池。其中，该多元纳米材料包含1.0mol％～60.0mol％的铅氧化物PbO，1.0mol％～65.0mol％的碲氧化物TeO2。本发明所制备的纳米粒子的粒径可以减小到用传统自上而下(top‑down)的工艺制备的玻璃粉的百分之一以下，并且粒径分布均一。由于多元纳米材料颗粒的粒径小，其熔点显著低于相应的微米粉体，从而可以有效降低其正银浆料的最佳烧结温度；同时使其能够更均一的分散在糊状导电银浆料中，能够在银‑硅之间形成更均一和更薄更均匀的氧化层，得到更优的欧姆接触，降低串联电阻，提高电池片的光电转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体而言，涉及一种用于制备太阳能电池电极的多元纳米材料、包括其的糊剂组合物及太阳能电池电极和电池。
背景技术
由于日益紧迫的能源危机、日趋严重的环境污染和温室效应等问题，发展可再生的绿色清洁能源成为世界各国的共识。在目前有所研究的各种可再生的绿色能源中，太阳能取之不尽用之不竭。阳光照射在地球上每分钟的能量相当于人类每年耗能的总合。并且太阳能没有污染，运用其的设备易于安装和维护，因此最具有大规模应用的前景。而大规模开发和利用光伏太阳能发电，提高电池的光电转换效率和降低其度电生产成本是其核心所在。
传统的太阳能电池有正电极、减反射层、n-型半导体(正面向光面)、P-型半导体、背电极组成等重要组成部分。其中正电极本身的电导率、电极和n-型硅的接触电阻、电极的高宽比对太阳能晶硅电池的光电转化效率有着重要的影响，是行业内的主要研究方向之一。目前，工业上晶硅太阳能电池正面电极的制作方法是通过丝网打印技术，将正面电极用导电银浆打印在晶硅电池片上，然后通过快速高温烧结的过程，形成与n型硅紧密接触的正面导电电极栅线。在烧结的过程中，银浆中玻璃粉具有腐蚀性的成分，例如Pb等，会逐渐熔融并和氮化硅的减反层发生反应，进而腐蚀掉减反层，同时溶解浆料中的一部分银粉。在随后的降温过程中，融解在玻璃中的银会逐渐变得过饱和而析出，而在n型硅表面形成岛状的银颗粒。玻璃也会随着温度的降低铺在n型晶硅的表面形成厚度约为几十纳米玻璃层。倒金字塔型的银岛颗粒通过隧道效应，将n型晶硅产生的光生电流透过玻璃层传导到正面银电极。其中，银岛的数量和体积对整个电池片的串联电阻的影响非常大。降低串联电阻要求银岛的数目多，且体积不能过大。但现在的银浆制备烧结过程，一般要求提高烧结的温度或者增加在高温区的停留时间来增加银岛的数目，但是同时也会造成银岛的体积过大，容易导致电极烧穿。为了提供一种廉价的太阳能电池的生产，并且具有较高的光电转化效率，需要烧结成电极的导电银浆可以在相对的较低的烧结温度下能够腐蚀掉防反射层，并且使形成的电极和下面的n 型晶硅有很好的欧姆接触。
目前工业界普遍使用的银浆料为美国杜邦、德国贺利氏、韩国三星等国外公司的产品。国产银浆公司的产品还不够完善，主要存在以下问题：晶体硅电池转化效率不够高，导电银浆料的体积电阻较大，银层与硅结合强度一般，并且银浆烧结温度范围较窄，只能适用于较高的烧结温度。
目前正银浆料中采用的玻璃粉的成分、含量、粒径大小和软化温度会直接影响接触电阻，穿透减反射层的能力、电极的导电性能和电极与基板之间的附着力等，从而影响太阳能电池的光电转化效率和使用寿命。玻璃粉的形貌和粒度对浆料的烧结也有重要影响，目前玻璃粉的制备通常采用如专利US8889980所述的一种高温熔融–低温水淬-碾磨的物理粉碎的方法。这种自上而下(top-down)的工艺对玻璃粉的形貌和粒度的控制不佳，颗粒大小的分布比较宽，一般在1-10微米的大范围内。这样会影响烧结的均一性，使电池各处串联电阻的分布不均且电阻较高，从而影响电池的光电转化效率。特别是采用微米级的粉体与其本体的熔点相当，不能有效降低由其制备的浆料的烧结温度。
发明内容
本发明旨在提供一种用于制备太阳能电池电极的多元纳米材料、包括其的糊剂组合物及太阳能电池电极和电池，以解决现有技术中糊剂组合物由于所含有的玻璃粉形貌和粒度不均一而导致的电池各处串联电阻的分布不均且电阻较高，采用微米级粉体带来的烧结温度较高从而影响电池的光电转化效率的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于制备太阳能电池电极的多元纳米材料。该多元纳米材料包含1.0mol％～60.0mol％的纳米铅氧化物PbO，1.0mol％～65.0 mol％的纳米碲氧化物TeO2。
进一步地，多元纳米材料还包含0.1mol％～50mol％的纳米氧化锂Li2O。
进一步地，多元纳米材料还包含其它纳米材料，其它纳米材料选自由纳米氧化钠Na2O、纳米氧化钾K2O、纳米氧化镁MgO、纳米氧化钙CaO、纳米氧化锶SrO、纳米氧化钡BaO、纳米氧化铋Bi2O3、纳米氧化磷P2O5、纳米氧化硅SiO2、纳米氧化硼B2O3、纳米氧化锌ZnO、纳米氧化镍NiO、纳米氧化铜CuO、纳米氧化钨WO3、纳米氧化钼MoO3、纳米氧化钴CoO、纳米氧化钌RuO和纳米氧化钛TiO2组成的组中的一种或多种。
进一步地，多元纳米材料包含1.0mol％～50.0mol％的纳米铅氧化物PbO，1.0mol％～55.0 mol％的纳米碲氧化物TeO2和0.1mol％～45mol％的纳米Li2O。
进一步地，多元纳米材料中Pb与Te的mol比为0.05～20，优选为0.1～10。
进一步地，其它纳米材料的含量占多元纳米材料的1～25mol％。
进一步地，采用自下而上的工艺方法制备得到。
进一步地，所述多元纳米材料的粒径包括1～100纳米、1～60纳米和5～50纳米三种粒径范围中的一种或多种。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物。该糊剂组合物包含60～95wt％的导电粉末、1.0～20wt％的有机载体、0.1～5wt％的上述任一种多元纳米材料，以及余量的添加剂。
进一步地，添加剂为选自由分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂和偶联剂组成的组中的一种或多种。
进一步地，导电粉末为银粉。
根据本发明的再一个方面，提供一种太阳能电池电极。该太阳能电池由上述任一种的糊剂组合物制备而成。
根据本发明的又一方面，提供了一种太阳能电池，包括电极。该电极为上述由本发明的糊剂组合物制备而成的太阳能电池电极。
本发明方法制备的纳米粒子的粒径，可以减小到用传统自上而下(top-down)的工艺制备的玻璃粉的百分之一以下，并且粒径分布均一。由于多元纳米材料颗粒的粒径小，使其能够更均一的分散在电子银浆料中，特别是纳米粒子的熔点会显著低于其本体及微米材料。这样采用纳米粒子的导电银浆的最佳烧结温度可以显著低于采用传统玻璃粉的正银浆料的烧结温度，从而在较低温度的烧结过程中能够在银-硅之间形成更均一和更薄的氧化层，得到更优的欧姆接触，从而降低串联电阻并使其分布更均匀。本发明的糊剂组合物，其在降低接触电阻的同时，能够降低其最佳烧结温度，适应较先进的电池工艺，可以降低高表面电阻对p-n结的不利影响，从而提高太阳能电池效率，以及提高由其制造的电极的学性能。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
为了解决目前银浆技术存在的不足，特别是针对现有银浆所采用的玻璃粉在自上而下 (top-down)工艺制备存在的如前面(背景技术)所述的不可避免的问题，提供一种用多元纳米材料取代目前银浆所广泛使用的玻璃粉，来制备晶体硅太阳能电池用正面导电银浆。
本发明实现的工艺技术方案：采用一种新型的多元纳米材料，相对传统方法制备的玻璃粉，能够有效地降低软化温度，使纳米粉体能够在相对低的烧结温度下熔融银粉颗粒，可以在玻璃层和发射极之间形成大量的银纳米胶体粒子，降低电池串联电阻，并使电阻分布更加均一。本发明所述的多元纳米材料的软化温度为低于300℃。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种用于制备太阳能电池电极的多元纳米材料。该多元纳米材料包含1.0mol％～60.0mol％的纳米铅氧化物PbO，1.0mol％～65.0mol％的纳米碲氧化物TeO2。
本发明制备的的多元纳米粒子的粒径可以减小到用传统自上而下(top-down)的工艺制备的玻璃粉的百分之一以下，并且粒径分布均一，使其能够更均一的分散在电子银浆料中。由于多元纳米材料颗粒的粒径小、熔点低，可以降低烧结温度，从而在烧结过程中能够在银-硅之间形成更均一和更薄的氧化层，得到更优的欧姆接触，从而降低串联电阻并使其分布更均匀。更小的粒径还能在用量(wt％)小的情况下达到同样的体积填充，从而提高浆料中的银含量和浆料烧结后的导电性，并进一步降低串联电阻，最终提高光电转换效率。含有本发明的多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料，生产工艺方法简单、可以适应较低的烧结温度、晶体硅电池转化率高、低串联电阻、打印性较好。本发明含太阳能电池电子银浆料的糊剂组合物，其在降低接触电阻的同时，能够降低高表面电阻对p-n结的不利影响，从而提高太阳能电池效率，以及提高由其制造的电极的性能。
为了改善多元纳米材料的性能，优选的，多元纳米材料还包含0.1mol％～50mol％的纳米 Li2O。更优选的，多元纳米材料包含1.0mol％～50.0mol％的纳米铅氧化物，1.0mol％～55.0mol％的纳米碲氧化物和0.1mol％～45mol％的纳米Li2O。进一步优选的，多元纳米材料还包含其它纳米材料，其它纳米材料选自由纳米氧化钠Na2O、纳米氧化钾K2O、纳米氧化镁MgO、纳米氧化钙CaO、纳米氧化锶SrO、纳米氧化钡BaO、纳米氧化铋Bi2O3、纳米氧化磷P2O5、纳米氧化硅SiO2、纳米氧化硼B2O3、纳米氧化锌ZnO、纳米氧化镍NiO、纳米氧化铜CuO、纳米氧化钨WO3、纳米氧化钼MoO3、纳米氧化钴CoO、纳米氧化钌RuO和纳米氧化钛TiO2组成的组中的一种或多种。优选的，多元纳米材料中Pb与Te的mol比为0.05～20。优选的，多元纳米材料中Pb与Te的mol比为0.1～10。在此优选范围内，多元纳米材料既可以在较低的温度下将银溶解，同时还可以保持对硅基片减反层很好地刻蚀作用。在较低的烧结温度下，可以形成较薄的一层氧化物，降低接触电阻，提高转化率。
优选的，其它纳米材料的含量占多元纳米材料的1～25mol％。这些多元纳米材料在此含量内可以分别起到不同的作用，例如纳米氧化钾、纳米氧化纳可以起降低接触电阻的作用。纳米氧化锌有助于扩展多元纳米材料的玻璃化范围。纳米氧化铋有助于改善多元纳米材料的耐久性。碱土元素的纳米氧化物有助于改善多元纳米材料与减反层的反应性。
根据本发明一种典型的实施方式，本发明的多元纳米材料的制备方法是采用的自下而上 (bottom-up)工艺方法，其包括一种在有机液相中，一定温度下进行的化学合成，是通过以下步骤实现的：
a)第一组分纳米颗粒的生长：在耐高温的有机溶剂中，加入第一种金属化合物和表面活性剂，待温度升至一定程度时，保温一定的时间，则第一种金属化合物分解，并通过反应形成第一种金属的某种化合物的纳米颗粒；
b)第二组分纳米颗粒的生长：接着将第二种金属化合物加入到含有第一种金属化合物纳米颗粒的反应溶剂中，第二种金属化合物在一定温度下发生反应，并且以溶剂中生成的第一种金属的某种化合物的纳米粒子为种子，经过一定的反应时间，在第一种金属化合物的纳米颗粒旁边生长成第二种金属的某种化合物的纳米颗粒；
c)其它多元组分纳米颗粒的生长：依次加入含有所需的其它种类的金属化合物，按照上面所述方法，经过一定的反应时间，直至形成所需的多元纳米材料；
d)反应制备多元纳米材料通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来；
e)分离出来的多元纳米材料经过清洗剂清洗后烘干成粉末状即获得多元纳米材料成品。
优选的，步骤a)、b)和c)中的反应温度分别为200～600℃、200～500℃和220～400℃。
优选的，步骤b)中的第二种金属化合物的纳米颗粒之间通过形成化学键与第一种金属化合物的纳米颗粒的种子相连接。
优选的，步骤a)、b)和c)中的金属包括PbO、TeO2、Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、 SrO、BaO、Bi2O3、P2O5、SiO2、B2O3、ZnO、NiO、CuO、WO3、MoO3、CoO、RuO和TiO2组成的组中的两种或两种以上。
优选的，步骤a)、b)和c)中的反应时间分别为10～100分钟、15～80分钟和30～60分钟；
优选的，步骤a)、b)和c)中反应制得的金属化合物纳米颗粒粒径分别为1～100纳米、 1～60纳米和5～50纳米。
优选的，步骤e)中的清洗溶剂为水、丙酮、丁酮、甲醚、乙醚、甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇组成的组中的一种或两种或两种以上的混合溶剂。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物。该糊剂组合物包含60～95wt％的导电粉末、1.0～20wt％的有机载体、0.1～5wt％的上述任一种多元纳米材料，以及余量的添加剂。优选的，该糊剂组合物包含80～95wt％的银粉、0.5～3wt％的多元纳米材料、5～15wt％的有机载体和0.1～0.5wt％的添加剂。其中，添加剂为选自由分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂和偶联剂组成的组中的一种或多种。优选的，导电粉末为银粉。
根据本发明的再一个方面，提供一种太阳能电池电极。该太阳能电池由上述任一种的糊剂组合物制备而成。
根据本发明的又一方面，提供了一种太阳能电池，包括电极。该电极为上述由本发明的糊剂组合物制备而成的太阳能电池电极。
根据本发明一种典型的实施方式，太阳能电池电极组分包括银粉、多元纳米材料和有机载体。现在，将更详细地描述本发明的太阳能电池电极的组成。
(A)银粉
根据本发明一种典型的实施方式，用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物包含银粉作为导电粉末。银粉的粒度可以是纳米或微米级。例如，银粉可以具有几十至几百纳米，或几至几十微米的粒度。或者，银粉可以是具有不同粒径的两种或更多种银粉的混合物。
银粉可以具有球形、薄片或无定形形状。
银粉优选具有约0.1μm至约10μm的平均粒径(D50)，更优选约0.5μm至约5μm的平均粒径(D50)。平均粒径可以使用仪器，如Mastersize 2000(Malvern Co.，Ltd。)在将导电粉末在25℃下通过超声波分散在异丙醇(IPA)中3分钟之后测量。在该平均粒径范围内，组合物可以提供低接触电阻和低线电阻。
基于组合物的总重量，银粉可以约60wt％至约95wt％的量存在。在该范围内，导电粉末可以防止由于电阻的增加而导致的转换效率的劣化。更佳情况下，导电粉末以约80wt％至约 95wt％的量存在。
(B)基于纳米氧化铅和纳米氧化碲的多元纳米材料
本发明通过采用自下而上(bottom-up)工艺制备含有氧化铅、氧化碲和其它氧化物的多元纳米材料。这种纳米粒子的粒径可以减小至用传统自上而下(top-down)的工艺制备的玻璃粉的百分之一以下，并且粒径分布均一，使其能够更均一的分散在电子银浆料中。由于多元纳米材料颗粒的粒径小，相比微米级的玻璃粉体熔点会显著降低。本发明制备的多元纳米材料替代银浆料中的常规玻璃粉后，应用本发明的糊剂组合物可以在较低的烧结温度下制备太阳能电池电极，且在烧结过程中能够在银-硅之间形成更均一和更薄的氧化层，得到更优的欧姆接触，从而降低串联电阻并使其分布更均匀。同时更小的粒径还能在用量(wt％)小的情况下达到同样的体积填充，从而提高浆料中的银含量和浆料烧结后的导电性，并进一步降低串联电阻(Rs)，最终提高光电转换效率。
(C)有机载体
通过与太阳能电池电极中的无机组分的机械混合，有机载体赋予导电浆料打印过程所需的适当的粘度和流变特性。
有机载体可以是用于太阳能电池电极组合物的任何典型的有机载体，并且可以包括粘合剂树脂，溶剂等。
粘合剂树脂可以选自丙烯酸酯树脂或纤维素树脂。通常使用乙基纤维素作为粘合剂树脂。此外，粘合剂树脂可以选自乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、乙基纤维素和酚醛树脂的共混物、醇酸树脂、苯酚、丙烯酸酯、二甲苯、聚丁烯、聚酯、脲、三聚氰胺、乙酸乙烯酯树脂、木松香、醇的聚甲基丙烯酸酯等。
溶剂可以选自例如己烷、甲苯、乙基溶纤剂、环己酮、丁基溶纤剂、丁基卡必醇(二甘醇单丁基醚)、二丁基卡必醇(二甘醇二丁基醚)、丁基卡必醇乙酸酯(单丁醚乙酸酯)、丙二醇单甲醚、己二醇、萜品醇、甲基乙基酮、苄醇、γ-丁内酯、乳酸乙酯及其组合。
基于组合物的总重量，有机载体可以约1wt％至约20wt％的量存在。在该范围内，有机载体可以为组合物提供足够的粘合强度和优异的可印刷性。
(D)添加剂
根据需要，组合物可以进一步包括典型的添加剂，以增强流动性能，加工性能和稳定性。添加剂可以包括分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂、偶联剂等，但不限于此。这些添加剂可以单独使用或作为其混合物使用。这些添加剂可以以组合物中约0.1wt％至约3wt％的量存在，但该量可根据需要改变。
接下来，本发明将通过参考实施例更详细地描述。然而，应当注意，这些实施例的提供仅用于说明本发明，不应以任何方式解释为限制本发明。
为了清楚的目的，省略了本领域技术人员清楚的详细描述。
实施例及对比例
以下实施例的多元纳米材料的制备方法包括以下步骤：
a)在耐高温的有机溶剂中，加入第一种金属化合物和表面活性剂，待温度升至一定程度时，保温一定的时间，则第一种金属化合物分解，并通过反应形成第一种金属的某种化合物的纳米颗粒；b)接着将第二种金属化合物加入到含有第一种金属化合物纳米颗粒的反应溶剂中，第二种金属化合物在一定温度下发生反应，并且以溶剂中生成的第一种金属的某种化合物的纳米粒子为种子，经过一定的反应时间，在第一种金属化合物的纳米颗粒旁边生长成第二种金属的某种化合物的纳米颗粒；c)依次加入含有所需的其它种类的金属化合物，按照上面所述方法，经过一定的反应时间，直至形成所需的多元纳米材料；d)反应制备多元纳米材料通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来；e)分离出来的多元纳米材料经过清洗剂清洗后烘干成粉末状即获得多元纳米材料成品。
上述过程中获得的纳米金属氧化物包括PbO、TeO2、Li2O、SiO2、Al2O3、ZnO、Bi2O3、B2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、P2O5、As2O3、Sb2O3、SeO2、MoO3等中的两种或两种以上；纳米金属氧化物之间通过化学键连接且各个组分的含量可以通过粒子粒径的大小来控制，颗粒越大，重量越大，所以含量越高，另外金属氧化物纳米颗粒粒径为1～100nm。在该制备方法中，有机溶剂的沸点一般高于200℃，例如苯基醚、辛基醚、1-十八烷烯、油胺、油酸等。
1.含有铅-碲-锂的氧化物的多元纳米材料的制备方法。
本实例提供一种含有纳米PbO、TeO2、和Li2O的多元纳米材料，可以由含PbO、TeO2的二元纳米材料或三元纳米材料组成。
多元纳米材料还可以包含其它元素的纳米氧化物材料。下面列举几种二元纳米材料和三元纳米材料的制备方法。
PbO-Li2O及TeO2-Li2O二元纳米材料的制备方法包括以下步骤，以PbO-Li2O为例：首先在苯酚醚中，加入醋酸铅Leadtetraacetate和表面活性剂，待温度升至220℃时，保温45min 则醋酸铅分解形成PbO的纳米颗粒；接着将乙酰丙酮锂加入到有机溶剂中，乙酰丙酮锂在 260℃下分解形成Li2O，且Li2O以PbO为种子，在PbO的纳米颗粒周围生长成Li2O的纳米壳，即形成所需的二元纳材料PbO-Li2O的粗品；然后二元纳材料PbO-Li2O的粗品通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来；最终分离出来的二元纳材料PbO-Li2O经过酒精清洗后烘干成粉末状即获得二元纳材料PbO-Li2O成品。TeO2-Li2O二元纳米材料可以用同样的方法，使用六溴碲酸铵制得。
PbO-TeO2-SiO2三元纳米材料的制备方法包括以下步骤：首先在二苯醚中，加入醋酸铅和表面活性剂，待温度升至250℃时，保温30min则醋酸铅分解形成PbO的纳米颗粒；接着将六溴碲酸铵加入到有机溶剂中，六溴碲酸铵在300℃下分解形成TeO2，且TeO2以PbO为种子，在PbO的纳米颗粒旁边生长成TeO2纳米颗粒；接着将正硅酸加入到二苯醚中，正硅酸在200℃下分解形成SiO2，且SiO2以PbO-TeO2为种子，即形成所需的三元纳材料PbO-TeO2-SiO2的粗品；然后三元纳材料PbO-TeO2-SiO2的粗品通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来。最终分离出来的三元纳材料PbO-TeO2-SiO2经过酒精清洗后烘干成粉末状即获得三元纳材料PbO-TeO2-SiO2成品。
上述制备米方法中亦可采用三乙氧基(1-苯基乙烯基)硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、三乙氧基-2-噻吩硅烷等来制备SiO2纳米颗粒。PbO和SiO2之间通过化学键连接。
由于制备太阳能电池导电浆料的多元纳米材料可以由以上制备的一种三元或二元纳米材料组成，也可以由多种组合而成。
2.含有铅-碲-锂-硅的氧化物的多元纳米材料的组分的确定。
每种多元纳米材料中的各个组分mol百分比可以通过粒子粒径的大小来控制，颗粒越大，重量越大，所以含量越高。如果多元纳米材料含有多种，最终mol组分可以通过调整每种多元纳米材料的量来确定。
表1：下面实例中描述的是多元纳米材料的化合物中，不同元素所占的mol百分比(mol％)。
表1：
3.多元纳米材料的晶硅太阳能电池用导电浆料的制备方法。
一种含有多元纳米材料的太阳能电池导电银浆料，该银浆料的组成及重量百分含量为： 60～95wt％的银粉、0.1～5wt％的多元纳米材料、1～20wt％的有机载体及余量的添加剂。为进一步的提升性能，银浆料的组成及重量百分含量优选为：80～95％的银粉、0.1～5％的多元纳米材料、5～15％的有机载体和0.1～3％的添加剂。采用的有机载体可为有机溶剂、增稠剂、增塑剂、表面活性剂和触变剂中的一种或一种以上。
进一步，本发明实例采用多元纳米材料制备的太阳能电池电子银浆料，该银浆料的组成及重量百分含量为：88％的银粉、1.5％的多元纳米材料、10％的有机体系和0.5％的添加剂。
根据表1所示的组成采用自下而上(bottom-up)工艺，制备的多元纳米材料。该多元纳米材料颗粒的粒径小于100nm，分布均一，含有纳米铅氧化物-纳米氧化碲和其它纳米材料。
将1.0wt％的作为有机粘合剂的乙基纤维素在60℃下充分溶解于9.0wt％的丁基卡必醇中， 88wt％的平均粒径为1.5μm的球形银粉末，1.5wt％的如表一中所述多元纳米材料和0.5wt％的触变剂ThixatrolST加入到粘合剂溶液中，然后在三辊机中混合研磨，由此制备太阳能电池电极组合物。
将如上所制备的电极组合物通过丝网印刷，以预定图案沉积在单晶硅片的前表面上，随后在红外干燥炉中干燥。然后，将用于制备背铝电极的组合物印刷在晶片的背面上并以相同的方式干燥。将通过以上步骤处理的电池片在带式烧成炉中，于800-950℃之间烧成40秒。使用太阳能效率测试仪(PSS10，BERGER)来测量电池的转换效率(％)，串联电阻Rs(mΩ)，开路电压(Voc)等。然后，使用烙铁在300℃至400℃下用焊剂将电池的电极与焊带焊接。然后，电池电极与焊带的的粘合强度(N/mm)使用张力测试仪在180°的剥离角和 50mm/min的拉伸速率下测量。测量的串联电阻、转换效率和拉力测试显示于表2中。
实施例1-10和对比例1-3
实施例1～10和对比例1～3采用如表1所示的多元纳米材料的组成，以相同的方式制备用于太阳能电池电极的组合物，并评价物理性能。需要表明的是表2中的实施例和对比例是为了突出一个或多个发明例的特点，而不是为限制本发明的范围，也不是说明对比例在本发明的范围之外。此外，发明主体并不局限于实施例和对比例中所描述的特定细节。
表2：
如表2所示，与对比例1-3相比，使用实施例1-10中制备的多元纳米材料组合物的成份组成在本发明优选的范围内，由其制造的太阳能电池电极相对于焊带显示出相当高的粘合强度以及优异的串联电阻(Rs)。对比例1-3显示较低的拉力和较高串联电阻及较低的效率。
对比例1和2表明，与本发明的实施例相比，多元纳米材料如果不含有纳米PbO或者不含有纳米TeO2，所制备的太阳能电极的串联电阻较高，而电池转化效率相对较低。对比例3 表明，多元纳米材料的Te/Pb的摩尔比不在优选范围内，与本发明的实施例相比，所制备的太阳能电极的串联电阻较高。类似地，实施例表明多元纳米材料含有1.0～60.0mol％的纳米铅氧化物，1.0～65.0mol％的纳米TeO2和和0.1～50mol％的纳米Li2O。更优选玻璃粉料组合物为含铅的纳米氧化物的1.0～50.0mol％，纳米TeO2为1.0～55.0mol％，纳米Li2O为1.0～45.0mol％， TeO2和PbO的摩尔比为0.05～20，形成的太阳能电池具有更好的性能。
表3中的对比例4～5是用传统方法制备的玻璃粉，其组成采用如表1所示的多元纳米材料3和7相对应的组成，以相同的方式制备用于太阳能电池电极的组合物，并评价物理性能，来对比多元纳米材料取代玻璃粉在太阳能电池导电银浆的优势。需要表明的是表3中的实施例和对比例是为了突出一个或多个发明例的特点，而不是为限制本发明的范围，也不是说明对比例在本发明的范围之外。此外，发明主体并不局限于实施例和对比例中所描述的特定细节。
表3：
对比例4、5表明，与本发明的实施例相比，玻璃粉料采用与多元纳米材料相同的组成，制备的太阳能电极的拉伸强度相对较低，串联电阻相对较高，转化效率低。
表4中显示采用不同组成的多元纳米材料和微米玻璃粉制备的用于太阳能电池电极的组合物，并测量由其制得的太阳能电池在不同烧结峰值温度下的效率对比。
表4：
如表4所示，对比例4～5是用传统方法制备的微米级玻璃粉，其组成如表所示，并以与采用多元纳米材料相同的方式制备用于太阳能电池电极的组合物。与对比例4-5相比，使用实施例1-9中制备的多元纳米材料组合物的成份组成在本发明优选的范围内，由其制造的太阳能电池电极的最佳烧结温度明显较低。
发明实例表明，多元纳米材料替代玻璃粉，1.0～60.0mol％的纳米铅氧化物，1.0～65.0mol％的纳米TeO2和和0.1～50mol％的纳米Li2O制成的太阳能电池有更高的物理性能及较低的适合烧结温度。进一步的，多元纳米材料替代玻璃粉，1.0～50.0mol％的纳米铅氧化物，1.0～55.0mol％的纳米TeO2和和0.1～45mol％的纳米Li2O制成的太阳能电池有更加优异的性能。
从以上的实验结果中可以看出，通过本发明方法制备的纳米粒子的粒径，可以减小到用传统自上而下(top-down)的工艺制备的微米级玻璃粉的百分之一以下，并且粒径分布均一。由于多元纳米材料颗粒的粒径小，使其能够更均一的分散在电子银浆料中，特别是纳米粒子的熔点会显著低于其本体及微米材料。这样采用纳米粒子的导电银浆的最佳烧结温度可以明显低于采用传统玻璃粉的正银浆料烧结温度，从而在较低温度的烧结过程中能够在银-硅之间形成更均一和更薄的氧化层，得到更优的欧姆接触，从而降低串联电阻并使其分布更均匀。本发明的糊剂组合物，其在降低接触电阻的同时，能够降低其最佳烧结温度，适应较先进的电池工业，可以降低高表面电阻对p-n结的不利影响，从而提高太阳能电池效率，以及提高由其制造的电极的学性能。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (14)
1.一种用于制备太阳能电池电极的多元纳米材料，其特征在于，所述多元纳米材料包含1.0mol％～60.0mol％的纳米铅氧化物PbO，1.0mol％～65.0mol％的纳米碲氧化物TeO2。
2.根据权利要求1所述的多元纳米材料，其特征在于，所述多元纳米材料还包含0.1mol％～50mol％的纳米氧化锂Li2O。
3.根据权利要求1或2中所述的多元纳米材料，其特征在于，所述多元纳米材料还包含其它纳米材料，所述其它纳米材料选自由纳米氧化钠Na2O、纳米氧化钾K2O、纳米氧化镁MgO、纳米氧化钙CaO、纳米氧化锶SrO、纳米氧化钡BaO、纳米氧化铋Bi2O3、纳米氧化磷P2O5、纳米氧化硅SiO2、纳米氧化硼B2O3、纳米氧化锌ZnO、纳米氧化镍NiO、纳米氧化铜CuO、纳米氧化钨WO3、纳米氧化钼MoO3、纳米氧化钴CoO、纳米氧化钌RuO和纳米氧化钛TiO2组成的组中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的多元纳米材料，其特征在于，所述多元纳米材料包含1.0mol％～50.0mol％的纳米铅氧化物PbO，1.0mol％～55.0mol％的纳米碲氧化物TeO2和0.1mol％～45mol％的纳米氧化锂Li2O。
5.根据权利要求1或2或4中任一项所述的多元纳米材料，其特征在于，所述多元纳米材料中Pb与Te的mol比为0.05～20，优选为0.1～10。
6.根据权利要求3所述的多元纳米材料，其特征在于，所述多元纳米材料中Pb与Te的mol比为0.05～20，优选为0.1～10。
7.根据权利要求6所述的多元纳米材料，其特征在于，所述其它纳米材料的含量占所述多元纳米材料的1～25mol％。
8.根据权利要求1或2所述的多元纳米材料，其特征在于，采用自下而上bottom-up的工艺方法制备得到。
9.根据权利要求1或2所述的多元纳米材料，其特征在于，所述多元纳米材料的粒径包括1～100纳米、1～60纳米和5～50纳米三种粒径范围中的一种或多种。
10.一种用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物，其特征在于，包含60～95wt％的导电粉末、1.0～20wt％的有机载体、0.1～5wt％的如权利要求1至9中任一项所述多元纳米材料，以及余量的添加剂。
11.根据权利要求10所述的糊剂组合物，其特征在于，所述添加剂为选自由分散剂、触变剂、增塑剂、粘度稳定剂、消泡剂、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂和偶联剂组成的组中的一种或多种。
12.根据权利要求10所述的糊剂组合物，其特征在于，所述导电粉末为银粉。
13.一种太阳能电池电极，其特征在于，由权利要求10至12中任一项所述的糊剂组合物制备而成。
14.一种太阳能电池，包括电极，其特征在于，所述电极为如权利要求13所述的太阳能电池电极。
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