CN109300573A - Perc太阳能电池用低银含高附着力背银浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，该背银浆料由以下质量百分含量的原料制成：45‑60%银粉，1‑5%玻璃粉，35‑50%有机载体，2‑5%有机添加剂。本发明的背银浆料印刷在背钝化PERC太阳能电池背面钝化膜上，经烘干箱烘干，并再由烧结炉烧结完毕后，该浆料不会对背场的钝化膜层造成损伤，既解决了背极浆料烧结后PERC太阳能电池附着力性能下降的缺点，又克服了背面电极浆料接触电阻率的问题，同时背银浆料由于银含量低，其所需生产成本低于市场所供同类产品，且制作步骤简单。本发明还公开了上述背银浆料的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池背面电极浆料技术领域，具体涉及PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料及制备方法。
背景技术
太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，也是清洁、不产生任何环境污染的能源。随着欧盟、北美等光伏市场的大批量投入使用，国内光伏市场的布局也是竞争激烈，在一个供大于求的需求经济时代，企业成功的关键就在于，是否能够在需求尚未形成之时，就牢牢地锁定并捕捉到它。那些成功的公司往往都会倾尽毕生的精华及资源搜寻产业的当前需求、潜在需求以及新的需求。
太阳能电池背银浆料，作为背面电极起着汇集电流，导出电流的重要作用，其性能好坏影响电池片的最终效率，直接导致组件的使用寿命缩短。而恰当的银粉选择，作为背面导电浆料的导电功能相，即时直接决定浆料导电性能的优劣，同时也是电池片生产中非硅成本的关键点之一。
随着晶体硅太阳能电池行业竞争的不断加剧，太阳能光伏市场应用将呈现宽领域、多样化的趋势，适应各种需求的光伏产品将不断问世，除了大型并网光伏电站外，与建筑相结合的光伏发电系统、小型光伏系统、离网光伏系统等也将快速兴起。太阳能电池及光伏系统的成本持续下降并逼近常规发电成本，仍将是光伏产业发展的主题，从硅料到组件以及配套部件等均将面临快速降价的市场压力，太阳能电池将不断向高效率、低成本方向发展。
目前，为了提高太阳能电池的转换效率和降低晶体硅成本，背钝化太阳能电池(PERC)因其优异的电化学性能，成为下一代高效电池的主流结构。
背钝化PERC（passivated emitter and rear cell）电池作为目前主流的高效太阳能电池，相较于传统太阳能电池，PERC太阳能电池在硅片背面进行钝化处理，同时利用激光进行开槽。钝化处理之后的表面膜可以降低载流子的复合，具有减反射、降低接触电阻的作用，同时还能提升转换效率。
由于PERC电池的特殊结构，直接应用常规背银浆已不能满足新技术的使用要求。主要是因为常规背电极银浆为了获得较高的附着力，往往需要腐蚀晶体硅的背表面，而PERC电池的背表面是一层起钝化作用，用来提高开压及效率的AlO/SiNx叠层薄膜；这层薄膜恰恰是不能破坏的。常规背银浆刷在背钝化晶硅PERC太阳能电池背面钝化膜上，经烘干烧结后，对背面钝化膜造成破坏，降低烧结的接触电阻率，引起背钝化晶硅PERC太阳能电池附着力下降。同时，现有背银浆料中银含量较高，相应的制备成本也较高。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，由以下质量百分含量的原料制成：45-60%银粉，1-5%玻璃粉，35-50%有机载体，2-5%有机添加剂；银粉为片状银粉、球状银粉、枝丫状银粉和微晶银粉中的一种或几种；玻璃粉由以下质量百分含量的成分组成：Bi2O340-55%，SiO215-25%，CuO15-25%，MnO23-8%，Al2O32-8%，Fe2O30.2-1%，CaO 0.1-1%，ZrO0.5-1.5%，TeO20.5-1%，软化点为430-530℃；有机载体由以下质量百分含量的原料制成：乙基纤维素10-15%，松油醇20-40%，丁基卡必醇25-40%，丁基卡必醇醋酸酯10-30%，丙二醇丁醚5-10%，改性松香0.5-2%；有机添加剂为润湿分散剂、触变剂、消泡剂、增稠剂、流平剂或增塑剂中的一种或几种。
所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，其特征在于，银粉45-50%，玻璃粉2-4%，有机载体45-50%，有机添加剂2-4%。
所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，其特征在于，银粉为片状银粉、球状银粉和微晶银粉的混合物。
所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，其特征在于，片状银粉的D50为0.5-3.0µm，振实密度为2-4g/cm3，球状银粉的D50为0.5-3.0µm，振实密度为3-5g/cm3，微晶银粉的D50为0.5-2.0µm，振实密度为4-5.5g/cm3。
所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，其特征在于，有机载体由以下方法制备获得：将乙基纤维素和改性松香加入到松油醇、丁基卡必醇、丙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯的混合溶剂中，在80-120℃水浴条件下，边加热边搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到透明均一状的载体，冷却至室温后待用。
所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按配方比例称取玻璃粉各原料并混匀，调节熔制温度为1150-1250℃熔融4-8小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到粒径为1-5µm的玻璃粉；
2）制备有机载体：按配方比例称取各原料并混合均匀，采取水浴加热至80-120℃，边加热边搅拌至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取银粉，按照配方比例称取玻璃粉、有机载体、有机助剂和银粉并预混分散，之后放入搅拌机中混合均匀，得到糊状物待用；
4）取膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料。
玻璃粉为无机功能相，其作用是作为一种无机粘结剂与润湿剂，使得各种无机颗粒相互紧靠烧结在一起，紧密结合在硅片背面并形成致密的结晶化的金属层，这是对电极附着力影响的关键步骤。
有机添加剂的作用是提供银浆良好内施加性能，包括给予无机颗粒稳定的分散性、对硅片的背面钝化膜层和无机颗粒间提供适当的润湿性、并且具有良好的烘干及烧结性能，同时提供优良的印刷性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）本发明中的背银浆料由于银含量低，其所需生产成本低于市场所供同类产品，且制作步骤简单；
2）将本发明中的背面浆料印刷在背钝化PERC太阳能电池背面钝化膜上，经烘干烧结后，该浆料对背面钝化膜没有烧穿损伤，在降低了生产成本的同时，解决了PERC太阳能电池背极浆料烧结后附着力性能下降的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施案例1
本实施例提供的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，由以下质量百分含量的原料制成：片状银粉20%，球形银粉13%，微晶银粉15%，玻璃粉4%，有机载体45%，有机添加剂3%。
有机添加剂为市面常用的润湿分散剂。
有机载体按以下质量百分含量的原料制成：陶氏乙基纤维素STD-300 3%，陶氏乙基纤维素STD-100 10%，松油醇31.5%，丁基卡必醇30%，丁基卡必醇醋酸酯20%，丙二醇丁醚5%，改性松香0.5%。
玻璃粉按以下质量百分含量的原料制成：Bi2O352%，SiO218%，CuO16%，MnO25%，Al2O36%，Fe2O30.4%，CaO0.4%，ZrO1.3%，TeO20.9%。
该PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按照配方称取各原料并混匀，调节熔制温度为1180℃熔融6小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到玻璃粉；
2）制备有机载体：将有机载体的各原料，按配方比例进行称取，混匀后进行加热，采取水浴加热至110℃，边加热边搅拌后至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取银粉，按照配方进行称取，将玻璃粉、有机载体、有机添加剂和银粉进行机械预混分散，在行星搅拌机里混合均匀，得到膏糊状物待用；
4）将膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到用于PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料。
该PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料的使用方法，包括以下步骤：
1）选取背钝化PERC太阳能电池硅片，所述的硅片的正面上是进行了氮化硅减反射膜层处理，且背面是经过AlOx/SiNx叠层薄膜钝化处理；
2）选取上面制备的背面电极浆料，印刷在晶硅电池硅片的背面，在该硅片的背面形成背电极图案；
3）将背面电极图案进行烘干和烧结处理，烘干时的温度为250-350℃，烧结时的温度为750-830℃，烘干后再烧结形成的背面电极浆料将不会烧穿损伤背面的钝化层。
将烧结后的电池片进行电性能测试、搭接电阻率测试及附着力测试。
搭接电阻率由直流低电阻测试仪测试相邻两个电极之间的电阻，数值由直流低电阻测试仪进行数显出来；附着力测试采取180度倒拉的方式进行，并由附着力测试器直接读取附着力数据。
实施案例2
本实施例提供的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，由以下质量百分含量的原料制成：片状银粉18%，球形银粉12%，微晶银粉18%，玻璃粉2%，有机载体46.5%，有机添加剂3.5%。
有机添加剂为市面常用的润湿分散剂和增塑剂，按8:2的质量百分比的原料制成。
有机载体按以下质量百分含量的原料制成：陶氏乙基纤维素STD-300 1%，陶氏乙基纤维素STD-100 12%，松油醇24.5%，丁基卡必醇28%，丁基卡必醇醋酸酯25%，丙二醇丁醚8%，改性松香1.5%。
玻璃粉按以下质量百分含量的原料制成：Bi2O349%，SiO221.5%，CuO18%，MnO24%，Al2O34.5%，Fe2O30.7%，CaO 0.6%，ZrO1.0%，TeO20.7%。
该PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按照配方称取各原料并混匀，调节熔制温度为1200℃熔融6小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到玻璃粉；
2）制备有机载体：将有机载体的各原料，按配方比例进行称取，混匀后进行加热，采取水浴加热至95℃，边加热边搅拌后至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取银粉，按照配方进行称取，将玻璃粉、有机载体、有机添加剂和银粉进行机械预混分散，在行星搅拌机里混合均匀，得到膏糊状物待用；
4）将膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料。
该背面电极浆料的使用方法同实施例1。
实施案例3
本实施例提供的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，由以下质量百分含量的原料制成：片状银粉22%，球形银粉9%，微晶银粉18%，玻璃粉3%，有机载体45.15%，有机添加剂2.85%。
有机添加剂为市面常用的润湿分散剂、增塑剂和触变剂，按4：3：3的质量百分比的原料制成。
有机载体按以下质量百分含量的原料制成：陶氏乙基纤维素STD-300 2%，陶氏乙基纤维素STD-100 9.5%，松油醇35.3%，丁基卡必醇32%，丁基卡必醇醋酸酯15%，丙二醇丁醚5%，改性松香1.2%。
玻璃粉按以下质量百分含量的原料制成：Bi2O345%，SiO220%，CuO21%，MnO27%，Al2O35%，Fe2O30.4%，CaO 0.5%，ZrO0.6%，TeO20.5%。
该PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按照配方称取各原料并混匀，调节温度为1160℃熔融5小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到玻璃粉；
2）制备有机载体：将有机载体的各原料，按配方比例进行称取，混匀后进行加热，采取水浴加热至85℃，边加热边搅拌后至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取银粉，按照配方进行称取，将玻璃粉、有机载体、有机添加剂和银粉进行机械预混分散，在行星搅拌机里混合均匀，得到膏糊状物待用；
4）将膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料。
该背面电极浆料的使用方法同实施例1。
测试结果对比：
| 样品类型 | 银含量/% | Eta | 搭接电阻/ mΩ | 附着力/N | Rs/mΩ |
| 实施例1 | 48 | 21.746% | 48.7 | 5.1 | 1.787 |
| 实施例2 | 48 | 21.745% | 49.1 | 4.9 | 1.791 |
| 实施例3 | 49 | 21.749% | 48.3 | 5.3 | 1.763 |
| 现有产品 | 58 | 21.742% | 51.9 | 4.7 | 1.832 |
其中，Eta为太阳能电池片电性能测试中的转换效率；Rs为太阳能电池片电性能测试中的串联电阻。
从对比结果可以看到，采用本发明技术的产品，在解决PERC背银浆低成本生产的基础上，不仅提升了电池片的附着力性能，其串阻和搭接的电阻率也有所降低。
以上具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，其特征在于，由以下质量百分含量的原料制成：45-60%银粉，1-5%玻璃粉，35-50%有机载体，2-5%有机添加剂；银粉为片状银粉、球状银粉、枝丫状银粉和微晶银粉中的一种或几种；玻璃粉由以下质量百分含量的成分组成：Bi2O340-55%，SiO215-25%，CuO15-25%，MnO23-8%，Al2O32-8%，Fe2O30.2-1%，CaO 0.1-1%，ZrO0.5-1.5%，TeO20.5-1%，玻璃粉软化点为430-530℃；有机载体由以下质量百分含量的原料制成：乙基纤维素10-15%，松油醇20-40%，丁基卡必醇25-40%，丁基卡必醇醋酸酯10-30%，丙二醇丁醚5-10%，改性松香0.5-2%；有机添加剂为润湿分散剂、触变剂、消泡剂、增稠剂、流平剂或增塑剂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，其特征在于，银粉45-50%，玻璃粉2-4%，有机载体45-50%，有机添加剂2-4%。
3.根据权利要求1或2所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，其特征在于，银粉为片状银粉、球状银粉和微晶银粉的混合物。
4.根据权利要求3所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，其特征在于，片状银粉的D50为0.5-3.0µm，振实密度为2-4g/cm3，球状银粉的D50为0.5-3.0µm，振实密度为3-5g/cm3，微晶银粉的D50为0.5-2.0µm，振实密度为4-5.5g/cm3。
5.根据权利要求1或2所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料，其特征在于，有机载体由以下方法制备获得：将乙基纤维素和改性松香加入到松油醇、丁基卡必醇、丙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯的混合溶剂中，在80-120℃水浴条件下，边加热边搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到透明均一状的载体，冷却至室温后待用。
6.根据权利要求1所述的PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按配方比例称取玻璃粉各原料并混匀，调节熔制温度为1150-1250℃熔融4-8小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到粒径为1-5µm的玻璃粉；
2）制备有机载体：按配方比例称取各原料并混合均匀，采取水浴加热至80-120℃，边加热边搅拌至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取银粉，按照配方比例称取玻璃粉、有机载体、有机助剂和银粉并预混分散，之后放入搅拌机中混合均匀，得到糊状物待用；
4）取膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到PERC太阳能电池用低银含高附着力背银浆料。
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