CN109659066A - 一种用于制备perc硅太阳能电池的正面银浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，解决针对双面氧化铝工艺制备的PERC硅太阳能电池，如何确保能在腐蚀正面的氧化铝层同时又不破坏PN结的问题。本发明包括银粉、玻璃粉、有机载体，其特征在于；所述银粉为86～90wt％，玻璃粉为2～4wt％，有机载体为8～12wt％；所述银粉包括氧化银粉和两种不同粒径的表面进行疏水处理的微米银粉和纳米银粉。本发明通过银粉配方的优化设计，在能刚好腐蚀正面的氧化铝层而不破坏PN结，实现欧姆接触，效果十分显著。

Description

一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池的银浆，具体涉及一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆。

背景技术

钝化发射区和背表面钝化电池(PERC)近两年已成硅太阳能电池的主流电池结构，与普通硅太阳能电池最大的区别之一在于其背表面用氧化铝、氮化硅等薄层作为钝化层，同时烧结峰值温度更低。

钝化层有多种制备工艺，目前比较常见的有PECVD和ALD，其中国产ALD设备制备的电池片不仅在背表面镀上了一层氧化铝，其正面也同时镀上了一层氧化铝。这种结构的电池片由于正面氧化铝层的存在，对正面银浆的性能提出了更高要求，即在满足普通PERC正面银浆应具有的性能之外，还应具备能腐蚀这层氧化铝层的功能，以实现银硅接触。

现有技术CN201710261383.1中公开了一种背钝化硅太阳能电池用正电极银浆及其制备方法，按质量百分比含量，包括3％～15％的有机载体，80％～95％的银粉和1％～5％的无机玻璃料；无机玻璃料由Pb-V-Te玻璃和Bi-W-Si玻璃复配得到；银粉由第一银粉和第二银粉复配得到。该现有技术通过引入纳米银粉，提高了银粉体系的烧结活性，改善低温烧结下银栅线的致密性；通过调整玻璃料的软化温度、粘度和表面张力，提高玻璃液的流动性和润湿能力，保证玻璃液对正面减反射层的刻蚀能力，也提高了对银粉的熔融和再析出能力，银纳米胶体粒子在硅片表面的析出有助于促进玻璃层与硅片形成良好的欧姆接触，提高转换效率；引入第二组分玻璃粉，增强玻璃层与硅基体的结合强度。

上述现有技术CN201710261383.1中针对的是单面氧化铝工艺制备的PERC硅太阳能电池，该电池的背面是氧化铝钝化膜，而正面只有SiNx钝化膜。因而，对于现有技术CN201710261383.1中的正面银浆而言，只需考虑烧结时能有效实现SiNx钝化膜蚀刻且能实现低温烧结并实现烧结窗口宽的目的即可。

然而，对于氧化铝钝化膜的蚀刻而言，现有技术CN201710261383.1中的正面银浆存在对氧化铝钝化膜蚀刻效果不佳，无法实现银硅之间欧姆接触的问题；因而，采用上述正面银浆烧结后形成的电池片的电性能并不能满足需求。而在现有技术中，能够有效对氧化铝钝化膜进行蚀刻的银浆基本都会在烧结过程中破坏PN结，进而导致烧结后制成的电池片性能不佳的情况发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对双面氧化铝工艺制备的PERC硅太阳能电池，如何确保能在腐蚀正面的氧化铝层同时又不破坏PN结的问题，本发明提供了解决上述问题的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，包括银粉、玻璃粉、有机载体；所述银粉为86～90wt％，玻璃粉为2～4wt％，有机载体为8～12wt％；

所述银粉包括氧化银粉和两种不同粒径的表面进行疏水处理的微米银粉和纳米银粉。

针对双面氧化铝工艺制备的PERC硅太阳能电池，正面银浆只有完全腐蚀氧化铝薄层后才能与PN结接触，同时还不能腐蚀过度破坏PN结，否则会影响银硅之间的欧姆接触，影响烧结制成的电池片的电学性能。

本发明不仅仅通过纳米银粉的添加银浆的烧结活性进行有效提高，降低烧结温度。同时，本发明还添加了氧化银粉，并对微米银粉和纳米银粉进行了表面疏水处理，通过上述处理后能有效避免玻璃粉对PN结过度腐蚀。具体理由如下：

氧化银粉通过高温烧结时会分解成单质和氧气，参与烧结过程中的高温化学反应，而且，释放出的氧气在烧结过程中能有效与银浆中的其他组分相互配合，有效避免玻璃粉对PN结过度腐蚀。因而，通过表面疏水处理的微米银粉和纳米银粉，与氧化银粉相互配合后，不仅仅能进一步提高烧结活性，降低烧结温度，并且还能有效达到腐蚀正面的氧化铝层而不破坏PN结的效果，更好地实现欧姆接触，满足双面氧化铝工艺制备的PERC硅太阳能电池作为正面银浆使用。

进一步，氧化银粉为1～12wt％，微米银粉为70～85wt％、纳米银粉为5～25wt％。所述微米银粉的比表面积为0.3～0.6m²/g，纳米银粉的比表面积为2.0～2.4m²/g。

进一步，所述氧化银粉的粒径分布为D10为0.5～0.8μm，D50为1.5～2.0μm，D90为2.8～3.5μm，D100为≤5μm。

所述微米银粉的振实密度为5～6g/cm³；微米银粉粒径分布D10为1.0～1.4μm，D50为1.8～2.2μm，D90为2.6～3.0μm，D100为≤7μm；烧损≤1.0％。

所述纳米银粉的振实密度为5～6g/cm³；纳米银粉粒径分布D10为0.1～0.2μm，D50为0.2～0.3μm，D90为0.3～0.4μm，D100为≤0.5μm；烧损≤1.0％。

进一步，所述玻璃粉由以下氧化物组成：

TeO₂-Bi₂O₃-SiO₂-TiO₂-B₂O₃-ZnO-CuO-WO₃-Sc₂O₃-V₂O₅。

其中，所述氧化物的摩尔百分比为：

TeO₂ 8～20％，Bi₂O₃ 20～30％，SiO₂ 5～10％，TiO₂ 8～20％，B₂O₃ 10～20％、ZnO5～10％、CuO 6～15％、WO₃ 1～3％、Sc₂O₃ 1～3％、V₂O₅ 10～20％。

进一步，所述玻璃粉的粒径分布为D100≤5μm，D90≤3μm，D10≥1μm。

常规的能有效对氧化铝钝化膜进行蚀刻的玻璃粉均能达到本发明的目的，但由于氧化铝钝化膜厚度只有几纳米，现有技术要么不能完全蚀刻氧化铝层导致串联电阻显著增加，要么在刻蚀氧化铝后继续破坏PN结导致开路电压明显下降。为了达到更佳的效果，本发明提供了上述一种玻璃粉的组成和配比，通过银粉的优选和搭配以及上述玻璃粉配方的设计，能有效使制备的正面银浆烧结后电极致密，能腐蚀掉正面的氧化铝层同时又不破坏PN结，实现银硅之间的欧姆接触，并具有低的烧结温度，更加适合用于双面氧化铝PERC硅电池。

进一步，所述有机载体包括溶剂、高聚物、添加剂。

进一步，所述溶剂由以下物质中的一种或多种组成：松油醇、二乙二醇二丁醚、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、柠檬酸三丁酯、乙二醇二丁醚、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、硬酯酸丁酯、油酸、油酸丁酯、二乙二醇二丁醚醋酸酯、醇酯12、二乙二醇丁醚、十六醇。

所述高聚物由以下物质中的一种或多种组成：乙基纤维素、丙烯酸树脂、醋酸纤维素、PVB树脂、ABS树脂、聚乙二醇、聚丙三醇、聚酰胺蜡、改性氢化蓖麻油。

所述添加剂由以下物质中的一种或多种组成：甲基硅油、卵磷脂、斯盘85、有机氟化物。

本发明通过溶剂、高聚物和添加剂的优选和搭配，制备的正面银浆具有良好的印刷性能，能有效适合20～30μm窄线宽印刷，同时具有较高的高宽比，效果十分显著。

本发明中正面银浆的制备方法为：使用双行星混合机将三种组分混合均匀后，再通过三辊研磨机将正面银浆分散至细度＜5μm，最后使用500目滤网过滤后制得。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明能腐蚀掉正面的氧化铝层同时又不破坏PN结，实现银硅之间的欧姆接触，并具有低的烧结温度，更加适合用于双面氧化铝PERC硅电池；

2、本发明能有效使制备的正面银浆烧结后电极致密，使制备的正面银浆具有良好的印刷性能，能有效适合20～30μm窄线宽印刷，同时具有较高的高宽比，更加适用于双面氧化铝PERC硅电池；

3、本发明的正面银浆中不含Pb，对环境友好，并且电性能和机械性能优异，效果十分显著。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，包括银粉、玻璃粉、有机载体三种组分，上述各组分的质量百分比分别为：88.8％、2.2％、9％。

本实施例中银粉的具体组成如表1所示。

表1

本实施例中玻璃粉由以下摩尔比的氧化物组成：TeO₂ 13.4％，Bi₂O₃ 19.6％，SiO₂5.8％，TiO₂ 8.3％，B₂O₃ 19.2％，ZnO 5.0％，CuO 14.7％，WO₃ 1.9％，Sc₂O₃ 2.1％，V₂O₅10.0％。

上述玻璃粉的制备方法为：

将所有氧化物混合均匀，在900℃下加热至熔融，骤冷形成固态混合物；将冷却后的固态混合物粉碎，研磨至D100≤5μm，D90≤3μm，D10≥1μm。

本实施例中有机载体由以下质量百分比的物质组成：松油醇3.5％，二乙二醇丁醚醋酸酯20％，己二酸二甲酯5％，醇酯-12 10％，二乙二醇二丁醚20％，十六醇10％，乙基纤维素Std100 1.5％，聚酰胺蜡5％，聚乙二醇800 10％，卵磷脂10％，甲基硅油100 5％。

上述有机载体的具体制备方法为：

将各组分加入容器中，50℃下2000rpm速率搅拌12小时，混合均匀后成为有机载体。

本发明中正面银浆的具体制备方法为：

将上述各组分按比例称量，使用双行星搅拌机分散均匀，然后用三辊研磨机反复碾压5-10次，之后使用400目丝网过滤，即制成本发明的正面银浆。

实施例2

一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，包括银粉、玻璃粉、有机载体三种组分，上述各组分的质量百分比分别为90％、2％、8％。

本实施例中银粉的具体组成如表2所示。

表2

本实施例中玻璃粉由以下摩尔比的氧化物组成：TeO₂ 15.8％，Bi₂O₃ 28.4％，SiO₂9.1％，TiO₂ 9.4％，B₂O₃ 10.3％，ZnO 5.9％，CuO 6.7％，WO₃ 1.6％，Sc₂O₃ 2.6％，V₂O₅10.2％。

上述玻璃粉的制备方法为：

将所有氧化物混合均匀，在1100℃下加热至熔融，骤冷形成固态混合物；将冷却后的固态混合物粉碎，研磨至D100≤5μm，D90≤3μm，D10≥1μm。

本实施例中有机载体由以下质量百分比的物质组成：松油醇20％，柠檬酸三丁酯5％，油酸10％，醇酯12 10％，二乙二醇丁醚15％，十六醇7.0％，丙烯酸树脂2.0％，ABS树脂1.0％，聚丙三醇500 8.0％，改性氢化蓖麻油12％，斯盘85 10％。

上述有机载体的具体制备方法为：

将各组分加入容器中，50℃下2000rpm速率搅拌12小时，混合均匀后成为有机载体。

本发明中正面银浆的具体制备方法为：

将上述各组分按比例称量，使用双行星搅拌机分散均匀，然后用三辊研磨机反复碾压5-10次，之后使用400目丝网过滤，即制成本发明的正面银浆。

实施例3

一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，包括银粉、玻璃粉、有机载体三种组分，上述各组分的质量百分比分别为：86％、3.5％、10.5％。

本实施例中银粉的具体组成如表3所示。

表3

本实施例中玻璃粉由以下摩尔比的氧化物组成：TeO₂ 9.9％，Bi₂O₃ 22.3％，SiO₂8.3％，TiO₂ 12.2％，B₂O₃ 12.5％，ZnO 7.8％，CuO 9.4％，WO₃ 2.8％，Sc₂O₃ 1.3％，V₂O₅13.5％。

上述玻璃粉的制备方法为：

将所有氧化物混合均匀，在1000℃下加热至熔融，骤冷形成固态混合物；将冷却后的固态混合物粉碎，研磨至D100≤5μm，D90≤3μm，D10≥1μm。

本实施例中有机载体由以下质量百分比的物质组成：二乙二醇丁醚35％，丁基卡必醇42.5％，乙基纤维素6.5％，ABS树脂4.5％，聚酰胺蜡1.5％，卵磷脂10％。

上述有机载体的具体制备方法为：

将各组分加入容器中，50℃下2000rpm速率搅拌12小时，混合均匀后成为有机载体。

本发明中正面银浆的具体制备方法为：

将上述各组分按比例称量，使用双行星搅拌机分散均匀，然后用三辊研磨机反复碾压5-10次，之后使用400目丝网过滤，即制成本发明的正面银浆。

实施例4

本实施例为实施例1的对比实施例，本实施例与实施例1的区别仅仅在于，本实施例中银粉的组成不同。

本实施例中的银粉仅仅只包括微米银粉和纳米银粉，不包括氧化银粉，且该微米银粉和纳米银粉不经过表面疏水处理。本实施例的具体组分和配比如下：

本实施例中该银粉由第一银粉和第二银粉构成，第一银粉D50 1-3μm，84％；第二银粉D50 100-300nm，16％。

实施例5

本实施例与实施例1的区别仅仅在于，本实施例中玻璃粉的组成不同，本实施例的具体组分和配比如表4所示，本实施例中的玻璃粉为对比文件CN201710261383.1中实施例3中公开的玻璃粉配比。

表4

本实施例是将玻璃粉1和玻璃粉2按照6:1的比例混合制成本实施例所需的现有玻璃粉，通过上述现有玻璃粉与实施例1中优化后玻璃粉分别制成银浆后，进行性能检测，通过检测结果对比可知：通过本发明优化后的玻璃粉配比，在低温烧结过程中，在双面氧化铝钝化的PERC电池片上具有更低的串联电阻，电池效率提高更加显著。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中的有机载体的物质组成不同，具体设置如下：

所述有机载体包括以下质量分数的物质：二乙二醇单丁醚45％，丁基卡必醇42.5％，乙基纤维素6.5％，聚酰胺蜡6％。

通过上述配比的有机载体的添加，能有效达到与实施例1相似的性能，差别仅仅在于，实施例仅仅只能达到30-40μm线宽印刷，并不能达到20-30μm窄线宽印刷，在窄线宽印刷时存在大量断栅。

将上述各实施例的银浆制成电池片，所用网版规格为430目13μm细栅开口26微米常规网版，烧结峰值温度为780℃，并对电池片进行检测，检测结果如表5所示。

表5

	Eta/％	Uoc/mV	Isc/A	Rs/mΩ	FF/％	细栅宽度/μm
							实施例1	22.40	683.0	10.03	1.15	80.34	34.8
实施例2	22.37	682.6	10.05	1.26	80.21	34.5
							实施例3	22.29	681.9	9.97	1.08	80.56	36.8
实施例4	21.52	680.9	9.94	2.94	78.12	35.9
							实施例5	20.12	680.1	10.01	6.48	72.61	35.1
实施例6	17.86	680.7	9.81	16.8	65.7	45.7

通过上述实验数据可知：本发明能刚好腐蚀正面的氧化铝层而不破坏PN结，实现欧姆接触，并具有低的烧结温度。本发明通过有机载体配方设计，所制备的正面银浆具有良好的印刷性能，适合20～30μm窄线宽印刷。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，包括银粉、玻璃粉、有机载体，其特征在于；所述银粉为86～90wt％，玻璃粉为2～4wt％，有机载体为8～12wt％；

所述银粉包括氧化银粉和两种不同粒径的且表面进行疏水处理的微米银粉和纳米银粉。

2.根据权利要求1所述的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，其特征在于，所述氧化银粉为1～12wt％，微米银粉为70～85wt％、纳米银粉为5～25wt％。

3.根据权利要求2所述的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，其特征在于，所述微米银粉的比表面积为0.3～0.6m²/g，纳米银粉的比表面积为2.0～2.4m²/g。

4.根据权利要求2所述的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，其特征在于，所述氧化银粉的粒径分布为D10为0.5～0.8μm，D50为1.5～2.0μm，D90为2.8～3.5μm，D100为≤5μm。

5.根据权利要求2所述的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，其特征在于，所述微米银粉的振实密度为5～6g/cm3，微米银粉粒径分布D10为1.0～1.4μm，D50为1.8～2.2μm，D90为2.6～3.0μm，D100为≤7μm，烧损≤1.0％；

所述纳米银粉的振实密度为5～6g/cm3，纳米银粉粒径分布D10为0.1～0.2μm，D50为0.2～0.3μm，D90为0.3～0.4μm，D100为≤0.5μm，烧损≤1.0％。

6.根据权利要求1所述的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，其特征在于，所述玻璃粉由以下氧化物组成：TeO₂-Bi₂O₃-SiO₂-TiO₂-B₂O₃-ZnO-CuO-WO₃-Sc₂O₃-V₂O₅。

7.根据权利要求6所述的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，其特征在于，所述氧化物的摩尔百分比为：

TeO₂ 8～20％，Bi₂O₃ 20～30％，SiO₂ 5～10％，TiO₂ 8～20％，B₂O₃ 10～20％、ZnO 5～10％、CuO 6～15％、WO₃ 1～3％、Sc₂O₃ 1～3％、V₂O₅ 10～20％。

8.根据权利要求6或7所述的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，其特征在于，所述玻璃粉的粒径分布为D100≤5μm，D90≤3μm，D10≥1μm。

9.根据权利要求1所述的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，其特征在于，所述有机载体包括溶剂、高聚物、添加剂；

所述溶剂由以下物质中的一种或多种组成：松油醇、二乙二醇二丁醚、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、柠檬酸三丁酯、乙二醇二丁醚、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、硬酯酸丁酯、油酸、油酸丁酯、二乙二醇二丁醚醋酸酯、醇酯-12、二乙二醇丁醚、十六醇；

所述高聚物由以下物质中的一种或多种组成：乙基纤维素、丙烯酸树脂、醋酸纤维素、PVB树脂、ABS树脂、聚乙二醇、聚丙三醇、聚酰胺蜡、改性氢化蓖麻油；

所述添加剂由以下物质中的一种或多种组成：甲基硅油、卵磷脂、斯盘85、有机氟化物。

10.根据权利要求1所述的一种用于制备PERC硅太阳能电池的正面银浆，其特征在于，所述正面银浆的细度＜5μm。