CN108492912A - 以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆及其制备方法，涉及太阳能电池正面银浆技术领域，以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，按重量份数计，包括以下原料：玻璃粉2‑5份，有机载体7‑15份，银粉A 80‑91份，所述银粉A为比表面积为0.45‑0.8m2/g的银粉；以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆的制备方法，包括玻璃粉制备、有机载体制备和正面银浆制备三个步骤。本发明能够通过制备出0.45—0.8m2/g比表面积的银粉，进而制备出来能够提高太阳能电池的光电转换效率，改善太阳能电池正面银浆的印刷性能，以及调节太阳能电池正面银浆的烧结性能的正面银浆。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池正面银浆技术领域，具体涉及以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆及其制备方法。
背景技术
近年来，随着石油、煤炭等不可再生资源的日益枯竭和价格的攀升，以及人们环保意识的增强，新能源的发展越来越受到人们的重视，尤其以开发利用太阳能成为热点。正面银浆是太阳能电池技术的研究重点。
太阳能电池正面银浆的组成成分包括：作为导电相的银粉、作为粘结相的玻璃粉、有机载体，而银粉在正面浆料中的质量比大于80％，对于电池的光电转换效率和浆料的印刷性能起着决定性作用。
首先，银粉作为导电相，受粒径、比表面积、振实密度等因素的影响，浆料中的银粉为球形银粉，银粉的粒径和比表面积之间存在反比例关系，粒径越小，比表面积越大。
银粉的比表面积越大，其表面能越大，烧结活性较高，可有效的降低烧结温度。
银粉的比表面积还与电池的电性能有关，如专利US7648730B2中，在一定范围内，随着银粉比表面积的减小，电池的电性能提升，具体为串联电阻减小，光电转换效率提高。原因是比表面积大的银粉粒径较小，银粉间的接触面积相对较小，电子在颗粒内部运行路程短，电子的隧穿次数显著增加，导致接触电阻和隧穿电阻比较大，因此电阻较大，导电性差。但是银粉的比表面积过小，粒径较大的银粉之间存在大且多的空隙，不能形成有效的接触，使接触面积减小，导电性也会变差。
银粉粒径的大小对浆料的印刷有一定的影响，粒径较大的银粉颗粒无法透过网版，也会影响浆料的粘度和触变性等。当银粉的比表面积增大时，银粉之间的距离减小，银粉颗粒在布朗运动时,颗粒间的距离小于载体高分子之间的距离，导致载体高分子无法通过间隙，产生间隙内外渗透压，使得间隙内溶剂减少，因此，银粉比表面积的增加会导致浆料浓度的增加。
其次，玻璃粉作为正面银浆中的高温粘结相，其作用主要是融透硅片表面的减反射层，使银粉与硅基板形成良好的欧姆接触。这一过程为，玻璃粉中的碱性或碱土金属氧化物能在烧结温度下与硅片表面的减反射层发生反应，金属离子能与银离子形成合金；其次玻璃的热膨胀系数与硅基板相同或相似，避免烧结过程中产生热应力；最后玻璃液中的氧化物能与硅发生反应，使浆料通过化学键牢固粘附于硅基板上。常见的正银玻璃粉有Te—Pb、Pb—Bi—Si、Te—Bi等，浆料的烧结温度大约在800℃左右，玻璃粉的软化温度大约在450℃—550℃，在浆料的烧结过程中,玻璃粉有充足的时间融化并使银粉与硅片形成良好的欧姆接触。
再者，有机载体是溶解于有机溶剂的聚合物溶液，是由有机溶剂、增稠剂、触变剂、表面活性剂以及流延性控制剂组成，它是银粉和玻璃粉的运载体，可控制浆料的流变性，以便于浆料印刷到基片上。常用的有机溶剂主要有二甘醇醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸三丁酯等；增稠剂主要有乙基纤维素、硝化纤维素和聚异丁烯等；常用的触变剂主要有皂土、硅酸钙、胶体氧化铝等；常见的流延控制剂有对苯二酸、糠酸等。丝网印刷要求浆料要有良好的触变性，同时良好的触变性有利于避免浆料放置过程中发生的微粒的沉降。因此有机载体要满足以下要求：溶剂在常温下不易挥发；对基体和金属微粒具有良好的浸润性，保证玻璃粉和银粉在载体中均匀分布；制备的浆料具有良好的流平性和触变性；溶剂在常温下不易挥发等特点。
所以，当前急需一种能够提高太阳能电池的电池性能，提高印刷性能以及烧结性能的太阳能电池正面银浆。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆及其制备方法。
技术方案如下：
以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，按重量份数计，包括以下原料：玻璃粉2-5份，有机载体7-15份，银粉A 80-91份，所述银粉A为比表面积为0.45-0.8m2/g的银粉。
作为优化，以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，按重量份数计，包括以下原料：玻璃粉2-5份，有机载体7-15份，银粉B 66.7份，银粉A 22.2份，所述银粉A为比表面积为0.45-0.8m2/g的银粉，所述银粉B为比表面积为1m2/g的银粉。
作为优化，所述玻璃粉为含铅玻璃粉，所述玻璃粉的组成成分及各组成成分的比例为：TeO2:32—52wt％，PbO:32—52wt％，Bi2O3:8-12wt％,SiO2:4-8wt％，上述原料配成100wt％。
作为优化，所述玻璃粉的粒径为1.25—2.25μm，所述玻璃粉的熔点为450—550℃。使用含铅玻璃粉，能够使银浆的刻蚀效果好、熔点低、串联电阻小、转换效率高、焊接拉力好。铅元素能显著降低玻璃粉的软化点，使得玻璃粉能提供较好的附着力，如果软化点高，则烧结温度也高，PbO会降低表面张力，降低表面张力可以提高润湿能力。
作为优化，所述有机载体的组成成分及各组成成分的比例为：松油醇:50—60wt％，丁基卡必醇:15—25％，邻苯二甲酸二丁酯:10—14wt％，乙基纤维素:9-12wt％,偶联剂KH570:0.5-1.5wt％，卵磷脂:0.1-0.5wt％，聚酰胺蜡0.1-0.5wt％，上述原料配成100wt％。
以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)玻璃粉的制备：所述玻璃粉的组成成分及各组成成分的比例为：TeO2:32—52wt％，PbO:32—52wt％，Bi2O3:8-12wt％,SiO2:4-8wt％，将称取的上述原料混合均匀后置于氧化铝坩埚中加热，温度控制900—1000℃，保温40min—60min，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用去离子水淬火，然后球磨过筛，取得到粒径为1.25—2.25μm的玻璃粉备用；
(2)有机载体的制备：所述有机载体的组成成分及各组成成分的比例为：松油醇:50—60wt％，丁基卡必醇:15—25％，邻苯二甲酸二丁酯:10—14wt％，乙基纤维素:9-12wt％,偶联剂KH570:0.5-1.5wt％，卵磷脂:0.1-0.5wt％，聚酰胺蜡0.1-0.5wt％，将称量的上述各组成成分全部置于烧杯中，放入水浴锅中90℃恒温加热，密闭搅拌至乙基纤维素全部溶解为止，保温1h后置于室温下冷却；
(3)正面银浆的制备：称取按照重量份数为：银粉A80-91份，玻璃粉2-5份，有机载体7-15份混合，采用分散机分散均匀，然后在三辊机上轧制6次，得到细度小于5的正面银浆。
作为优选，步骤(3)正面银浆的制备：或者称取按照重量份数为：银粉A22.2份，银粉B66.7份，玻璃粉2-5份，有机载体7-15份混合，采用分散机分散均匀，然后在三辊机上轧制6次，得到细度小于5的正面银浆。
以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆的应用，将制备成的以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，印刷在硅片上，在温度800℃下烧结2-3min。
本发明所具有有益效果：
本发明能够通过制备出0.45—0.8m2/g比表面积的银粉A，进而制备出来能够提高太阳能电池的光电转换效率、改善太阳能电池正面银浆的印刷性能，以及调节太阳能电池正面银浆的烧结性能的正面银浆。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述。
实施例1：
以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，按重量份数计，包括以下原料：银粉A89.9份，玻璃粉2.25份，有机载体7.85份，所述银粉A为比表面积为0.45m2/g的银粉。
其中，所述玻璃粉为含铅玻璃粉，所述玻璃粉的组成成分及各组成成分的比例为PbO:52wt％，TeO2:32wt％，Bi2O3:10wt％,SiO2:6wt％，所述玻璃粉的粒径为2μm，所述玻璃粉的熔点控制在450—550℃。
其中，所述有机载体的组成成分及各组成成分的比例为：松油醇:55wt％，丁基卡必醇:20％，邻苯二甲酸二丁酯:13.2％，乙基纤维素:10wt％,偶联剂KH570:1wt％，卵磷脂:0.3wt％，聚酰胺蜡0.5wt％。
以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆的制备方法，包括如下步骤：
(2)玻璃粉的制备：所述玻璃粉的组成成分及各组成成分的比例为：PbO:52wt％，TeO2:32wt％，Bi2O3:10wt％,SiO2:6wt％，将称好的上述原料混合均匀后置于氧化铝坩埚中加热，温度控制在1000℃，保温时间50min，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用去离子水淬火，然后球磨过筛，取得到粒径为2μm的玻璃粉备用；
(2)有机载体的制备：所述有机载体的组成成分及各组成成分的比例为：松油醇:55wt％，丁基卡必醇:20％，邻苯二甲酸二丁酯:13.2％，乙基纤维素:10wt％,偶联剂KH570:1wt％，卵磷脂:0.3wt％，聚酰胺蜡0.5wt％，将称量的上述各组成成分全部置于烧杯中，放入水浴锅中90℃恒温加热，密闭搅拌至乙基纤维素全部溶解为止，保温1h后置于室温下冷却；
(3)正面银浆的制备：称取按照重量份数为：银粉A89.9份，玻璃粉2.25份，有机载体7.85份混合，采用分散机在转速300转/min下，分散时间为10min，分散均匀；然后在三辊机上轧制6次，得到细度小于5μm的正面银浆；
以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆的应用，将制备成的以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，印刷在硅片上，在温度800℃下烧结2-3min。
实施例2：
与实施例1相同，除了以下不同：
所述银粉A是比表面积比表面积为0.45m2/g的银粉。
实施例3：
与实施例1相同，除了以下不同：
以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，按重量份数计，包括以下原料：银粉A22.2份，银粉B 66.7份，玻璃粉2.25份，有机载体7.85份，所述银粉A为比表面积为0.513m2/g的银粉，所述银粉B为比表面积为1m2/g的银粉。
在以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆的制备方法中，步骤(3)正面银浆的制备：称取按照重量份数为：银粉A22.2份，银粉B66.7份，玻璃粉2-5份，有机载体7-15份混合，采用分散机分散均匀，然后在三辊机上轧制6次，得到细度小于5的正面银浆。
实施例4：
与实施例3相同，除了以下不同：
所述银粉A为比表面积为0.6m2/g的银粉。
实施例5：
与实施例3相同，除了以下不同：
所述银粉A为比表面积为0.65m2/g的银粉。
实施例6：
与实施例1相同，除了以下不同：
所述银粉A为比表面积为0.7m2/g的银粉。
实施例7：
与实施例3相同，除了以下不同：
所述银粉A为比表面积为0.8m2/g的银粉。
球磨后的玻璃粉与银粉粒径尺寸和粒径分布相同或者相似。
实施例1-7制备的以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，进行太阳能电池的光电转换效率、串联电阻以及正面银浆的黏度测试。比表面积的测试通过比表面积测试仪测试，使用粘度计测试粘度。实施例1-7的测试结果如下表：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 光电转换效率(Eff) | 18.8 | 18.4 | 17.9 | 17.6 | 17.4 | 16.9 | 15.1 |
| 串联电镀(Rs) | 0.0039 | 0.0062 | 0.0065 | 0.0078 | 0.01 | 0.015 | 0.028 |
| 粘度(kps) | 229 | 237 | 241 | 250 | 280 | 300 | 350 |
由上述测试结果可知，当银粉粒径在0.45—0.8m2/g范围内时，随银粉比表面积的增加，太阳能电池的光电转换效率越来越小，串联电阻越来越大，正面银浆的粘度越来越大。综合考虑银粉的比表面积选择0.45—0.8m2/g，控制银粉的比表面积可以调节浆料的性能，改善浆料的印刷性能以及提高电池的电性能。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，其特征在于，按重量份数计，包括以下原料：玻璃粉2-5份，有机载体7-15份，银粉A 80-91份，所述银粉A为比表面积为0.45-0.8m2/g的银粉。
2.根据权利要求1所述的以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，其特征在于，或者还包括银粉B，所述银粉B为比表面积为1m2/g的银粉，按重量份数计，所述银粉B有66.7份，所述银粉A有22.2份。
3.根据权利要求1所述的以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述玻璃粉为含铅玻璃粉，所述玻璃粉的组成成分及各组成成分的比例为：TeO2:32—52wt％，PbO:32—52wt％，Bi2O3:8-12wt％,SiO2:4-8wt％，上述原料配成100wt％。
4.根据权利要求3所述的以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述玻璃粉的粒径为1.25-2.25μm，所述玻璃粉的熔点为450—550℃。
5.根据权利要求1所述的以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述有机载体的组成成分及各组成成分的比例为：松油醇:50—60wt％，丁基卡必醇:15—25％，邻苯二甲酸二丁酯:10—14wt％，乙基纤维素:9-12wt％,偶联剂KH570:0.5-1.5wt％，卵磷脂:0.1-0.5wt％，聚酰胺蜡0.1-0.5wt％，上述原料配成100wt％。
6.以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)玻璃粉的制备：所述玻璃粉的组成成分及各组成成分的比例为：TeO2:32—52wt％，PbO:32—52wt％，Bi2O3:8-12wt％,SiO2:4-8wt％，将称取的上述原料混合均匀后置于氧化铝坩埚中加热，温度控制900—1000℃，保温40min—60min，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用去离子水淬火，然后球磨过筛，取得到粒径为1.25—2.25μm的玻璃粉备用；
(2)有机载体的制备：所述有机载体的组成成分及各组成成分的比例为：松油醇:50—60wt％，丁基卡必醇:15—25％，邻苯二甲酸二丁酯:10—14wt％，乙基纤维素:9-12wt％,偶联剂KH570:0.5-1.5wt％，卵磷脂:0.1-0.5wt％，聚酰胺蜡0.1-0.5wt％，将称量的上述各组成成分全部置于烧杯中，放入水浴锅中90℃恒温加热，密闭搅拌至乙基纤维素全部溶解为止，保温1h后置于室温下冷却；
(3)正面银浆的制备：称取按照重量份数为：银粉A80-91份，玻璃粉2-5份，有机载体7-15份混合，采用分散机分散均匀，然后在三辊机上轧制6次，得到细度小于5的正面银浆。
7.根据权利要求6所述的以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆的制备方法，其特征在于，步骤(3)正面银浆的制备：称取按照重量份数为：银粉A22.2份，银粉B66.7份，玻璃粉2-5份，有机载体7-15份混合，采用分散机分散均匀，然后在三辊机上轧制6次，得到细度小于5的正面银浆。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆的应用，其特征在于，将所述以银粉比表面积控制的太阳能电池正面银浆，印刷在硅片上，在温度800℃下烧结2-3min。
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