CN110061074A - 一种perc太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PERC太阳能电池，包括背面钝化处理的PERC太阳能电池硅片、背面电极以及正面电极，所述正面电极由PERC用正银浆料制备得到，所述PERC用正银浆料包括以下重量百分数的原料：银粉85~92%、玻璃粉1~3%、有机相载体7~15%；所述银粉由细银粉与粗银粉组成；银粉、玻璃粉、有机相载体的用量之和为100%。本发明提供了一种引入了粒度级配技术的PERC电池银浆，其印刷性能优异，且拥有较宽的烧结工艺窗口，制备的PERC太阳能电池光电转化率高。

Description

一种PERC太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种PERC电池的制造技术领域，尤其是涉及一种引入了银粉粒度级配技术，具有良好印刷性和宽烧结工艺窗口的银浆制备的PERC太阳能电池。
背景技术
P型背面钝化电池(PERC，Passivated Emitter and Rear Cell)，即钝化发射极和背面电池技术，最早在1983年由澳大利亚科学家Martin Green提出，目前正在成为太阳电池新一代的常规技术。PERC电池是一种发射极与背面双面钝化的太阳电池。通过原子层淀积(ALD)技术，在电池片背表面沉积一层Al2O3，然后再使用等离子化学气相沉积法(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)在背面镀一层Si3N4薄膜，对Al2O3起保护作用；同时，这层Si3N4薄膜还能提高少子寿命，增加对长波的反射，对光进行充分利用，增加硅片对长波的吸收，显著提高开路电压和短路电流，极大地提高了电池片效率。
PERC电池采用了钝化发射极和背面接触电池技术，利用Al2O3等介质在电池背面形成钝化层，不仅增加了电池长波光的吸收，还使电池背面载流子的复合率大幅降低。同时，通过在氧化铝膜上激光开孔，实现金属电极与基区的点接触连接，进一步降低了光生载流子的背表面复合速率，从而提升了电池的开路电压和短路电流，使开路电压提升幅度达到10～15mV。
PERC电池具有明显的性能和成本优势，它能与现有电池、组件的产线良好兼容，同时获得1％左右的效率提升，成为首个获得大规模商业化突破的高效电池技术。国内正大力推行的领跑者计划，对于 PERC技术也格外青睐，也正因为如此，越来越多的企业加入到研发、生产PERC电池的大军之中，希望在这一波大潮之中抢占自己的一席之地。行业实践表明，常规电池用的正面银浆虽然能满足PERC电池的基本使用效果，但由于烧结窗口整体偏向高温，低温烧结窗口不够宽，对钝化层带来了损伤，从而限制了PERC电池效率潜力的发挥。
对于PERC电池正面银浆而言，为了配合PERC技术获得更高的转换效率，除了提高接触性能，细线印刷降低栅线遮光面积等常规性能之外，还需要能够叠加双次印刷，分布印刷，多主栅技术等。同时，为了帮助PERC电池降低光致衰减效应，还要求PERC正银拥有宽的烧结工艺窗口，能够适应低温烧结。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明提供了一种引入了粒度级配技术的PERC电池银浆制备的PERC太阳能电池。本发明公开的银浆印刷性能优异，且拥有较宽的烧结工艺窗口。
本发明的技术方案如下：
一种PERC太阳能电池，包括背面钝化处理的PERC太阳能电池硅片、背面电极以及正面电极，所述正面电极由PERC用正银浆料制备得到，所述PERC用正银浆料包括以下重量百分数的原料：银粉 85～92％、玻璃粉1～3％、有机相载体7～15％；所述银粉由细银粉与粗银粉组成。银粉、玻璃粉、有机相载体的用量之和为100％。本发明中，背面钝化处理的PERC太阳能电池硅片、背面电极浆料为现有常规PERC太阳能电池原材料，正常市场采购即可，本发明的创造性在于基于粒径复配的PERC用正银浆料的使用。
上述PERC太阳能电池正面电极的制备方法为，将PERC用正银浆料印刷在背面钝化处理的PERC太阳能电池硅片正面，经过烘干与烧结，得到正面电极；所述烘干的温度为250-350℃，优选300℃，烧结的温度为700-800℃，优选740℃。本发明将粒度级配技术引入了PERC电池银浆的制备，该技术能够改善银粉的堆积效率，提升银粉的烧结活性，加大浆料的烧结工艺窗口，烧结峰温低于现有峰温大概40℃。
上述PERC用正银浆料的制备方法，包括以下步骤，混合玻璃粉与有机相载体，得到玻璃浆料；然后将银粉加入玻璃浆料中，得到 PERC用正银浆料，可用于PERC太阳能电池正面电极的制备。
优选的，所述银粉由两种粒径分布不同的银粉颗粒复配而来，为双峰配级技术，其中细银粉的D50在0.5～0.8μm，半峰宽为0.5～0.8μm，粗银粉的D50在2.0～2.5μm，半峰宽为2～3μm；细银粉、粗银粉的振实密度均为4.5～6.5g/ml；所述银粉中，粗银粉的质量百分数为 50～100％，不包括100％，优选为75～85％。
优选的，所述无机相玻璃粉D50粒径为0.5～1.5μm，Tg为 150～400℃。
本发明中，有机相载体由以下重量百分数的原料组成：固化剂 2～5％、增塑剂15～30％、乙基纤维素5～15％、触变剂1～10％、分散剂1～5％、流平剂3～15％，其余为溶剂。上述有机相载体的各原料用量相加为100％。
优选的，所述固化剂为脂肪胺固化剂、芳香胺固化剂、酰胺基胺固化剂中的一种或多种；更优选的，所述固化剂为SBN-70D、 MF-B60X、MF-K60X、E402-90T、E405-80T、AE700-100、A201H、 TPA-B80X中的一种或多种，所述固化剂为日本旭化成公司生产。
优选的，所述流平剂为有机硅型流平剂和/或丙烯酸酯型流平剂。更优选的，所述流平剂为BYK-378、BYK-349、BYK-333、BYK-354、 BYK-3521、BYK-371、BYK-3520中的一种或多种，所述流平剂为德国毕克公司生产。
优选的，所述增塑剂为多元醇酯增塑剂、磷酸酯增塑剂、邻苯二甲酸酯增塑剂、脂肪酸酯增塑剂中的一种或多种。
优选的，所述触变剂为氢化蓖麻油、聚酰胺改性氢化蓖麻油、聚酰胺蜡浆、聚乙烯蜡浆、气相法二氧化硅、膨润土中的一种或多种。
优选的，所述表面活性剂为非离子表面活性剂；更优选的，所述表面活性剂为吐温20、吐温80、失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种或多种。
优选的，所述乙基纤维素为N型和/或T型乙基纤维素；所述乙基纤维素中，乙氧基含量为45～50％。
优选的，所述溶剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、己二酸二甲酯、松油醇、煤油、混合二元酸酯及 DBE、异氟尔酮中的一种或多种。
本发明中，将乙基纤维素与固化剂、增塑剂、流平剂、偶联剂、分散剂、触变剂、溶剂均匀混合，在30～70℃下搅拌0.5～1h，得到有机相载体。
本发明中，玻璃浆料为膏状，细度小于5μm。
本发明中，PERC用正银浆料的细度小于5μm。
本发明公开的PERC用正银浆料的制备方法，具体步骤可如下：
(1)制备有机载体
将乙基纤维素与固化剂、增塑剂、流平剂、偶联剂、分散剂、触变剂、溶剂均匀混合，在30～70℃下加热搅拌0.5～1h，形成均一透明稳定的混合物，即为所制备的有机载体；
(2)玻璃浆料的制备
取步骤(1)中制备的有机载体，向其中加入一定量的玻璃粉，充分搅拌后，使用三辊机分散至细度小于5μm，且浆料呈现出膏状，即为所制备的玻璃浆料；
(3)银浆的制备
取步骤(2)中的玻璃浆料，向其中加入一定量两种粒径的银粉，经分散机充分分散后，使用三辊机分散至细度小于5μm，得到 PERC用正银浆料；放置24h后进行粘度测试，为270～320Pa.s。
上述PERC用正银浆料用于电池硅片正面电极的印刷，作为PERC 太阳能电池的正面电极，具体制备方法可以如下：
选取常规市售的背面经过钝化处理的PERC太阳能电池硅片，使用常规市售的PERC电池用背面电极浆料，在硅片背面制备背面电极；将上述PERC用正银浆料使用丝网印刷工艺在电池硅片的正面进行印刷，在硅片的正面形成电极图案；将正面电极图案进行烘干和烧结处理，烘干时的温度为300℃，烧结时的温度为740℃，即制得PERC 太阳能电池。
本发明有益的技术效果在于：
现有技术很少有专门针对PERC电池银浆用银粉进行相应的优化，无法有效地调整浆料的烧结窗口，大量的PERC电池片厂家使用的还是普通的硅电池片的银浆，导致电池片的烧结工艺窗口过窄，电池片的光衰较大，影响电池片的性能。而本发明将粒度级配技术引入了PERC电池银浆的制备，该技术能够改善银粉的堆积效率，提升银粉的烧结活性，加大浆料的烧结工艺窗口，使浆料更加适用于PERC 电池技术。
附图说明
图1为细银粉、粗银粉的粒径分布图；
图2为细银粉、粗银粉复配后的粒径分布图。
具体实施方式
本实施例中，固化剂为日本旭化成公司生产，流平剂为德国毕克公司生产；所述份为重量份；背面经过钝化处理的PERC太阳能电池硅片、PERC电池用背面电极浆料均为常规市售产品；PERC太阳能电池的结构与现有常规PERC太阳能电池一致。比如根据现有技术，选用p 型硅基底，用三氯氧磷(POCl3)作为磷扩散源在p型硅基底的的其中一面形成n型硅扩散薄层，并蚀刻除去多余的部分；然后采用等离子气相沉积工艺(PECVD)在n型扩散层上表面形成钝化层，钝化层的材料可以是SiNx、TiO2、Al2O3、SiOx或ITO，最常用的是Si3N4，钝化层有时也被称为减反射层；将背面电极浆料用丝网印刷的方式在p 型硅的背面印刷银栅线形成背场银栅线，并烘干，以便于后续封装工艺串焊连接，然后将背铝浆料用丝网印刷的方式在p型硅的背面印刷整面的铝背场并烘干；然后可以将PERC用正银浆料使用丝网印刷技术印刷在PERC电池的正面，经过烘干与烧结，即得PERC太阳能电池。
实施例1
制备PECR太阳能电池片，包括如下步骤：
(1)制备有机载体
N22乙基纤维素11份，SBN-70D固化剂5份，邻苯二甲酸二丁酯6份，BYK-378流平剂12份，聚酰胺蜡7份，5份吐温80，2,2,4- 三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯30份，己二酸二甲酯24份，在60℃条件下加热分散30min，制成均一混合液，即配制成有机相载体；
(2)制备玻璃浆料
取D50为1.0μm，Tg点为260℃的玻璃粉1份，与步骤(1)制备的有机相载体4.26份在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5μm以下，制得玻璃浆料；
(3)制备银浆
取D50为0.76μm，半峰宽为0.68μm，振实密度为6.0g/ml的细银粉A 17.6份，取D50为2.43μm，半峰宽为2.43μm，振实密度为 5.6g/ml的粗银粉B 70.4份，与步骤(2)制备的玻璃浆料12份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5μm以下，得到PERC 用正银浆料；放置24h，粘度为288Pa.s，最终银浆的性能数据如表1 所示，所用银粉的粒径分布见图1、图2。
(4)选取常规市售的背面经过钝化处理的PERC太阳能电池硅片，使用常规市售的PERC电池用背面电极浆料，使用丝网印刷工艺进行背面形成背电极图案的印刷；将背面电极图案进行烘干；取上述制备的PERC用正银浆料，使用丝网印刷工艺在电池硅片的正面进行常规方法印刷，在硅片的正面形成电极图案；将正面电极图案进行烘干和烧结处理，烘干时的温度为300℃，烧结时的温度为740℃，即制得PERC太阳能电池片；制备好的电池片使用I-V测试仪进行相关性能的测试。
对比例1
制备PECR太阳能电池片，包括如下步骤：
制备有机载体
N22乙基纤维素11份，SBN-70D固化剂5份，邻苯二甲酸二丁酯6份，BYK-378流平剂12份，聚酰胺蜡7份，5份吐温80，2,2,4- 三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯30份，己二酸二甲酯24份，在60℃条件下加热分散30min，制成均一混合液，即配制成有机相载体；
制备玻璃浆料
取D50为1.0μm，Tg点为260℃的玻璃粉1份，与步骤(1)制备的有机相载体4.26份在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5μm以下，制得玻璃浆料；
制备银浆
取D50为0.76μm，半峰宽为0.68μm，振实密度为6.0g/ml的细银粉A：88份；与步骤(2)制备的玻璃浆料12份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5μm以下，得到PERC用正银浆料；放置24h，粘度为309Pa.s，最终银浆的性能数据如表1所示。
选取常规市售的背面经过钝化处理的PERC太阳能电池硅片，使用常规市售的PERC电池用背面电极浆料，使用丝网印刷工艺进行背面形成背电极图案的印刷；将背面电极图案进行烘干；取上述制备的 PERC用正银浆料，使用丝网印刷工艺在电池硅片的正面进行常规方法印刷，在硅片的正面形成电极图案；将正面电极图案进行烘干和烧结处理，烘干时的温度为300℃，烧结时的温度为740℃，即制得PERC 太阳能电池片；制备好的电池片使用I-V测试仪进行相关性能的测试。
对比例2
使用传统单一银粉制备的浆料，制备方法包括如下步骤：
(1)制备有机载体
N22乙基纤维素11份，SBN-70D固化剂5份，邻苯二甲酸二丁酯6份，BYK-378流平剂12份，聚酰胺蜡7份，吐温80：5份，2,2,4- 三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯30份，己二酸二甲酯24份，在60℃条件下加热分散30min，制成均一混合液，即配制成有机相载体；
(2)制备玻璃浆料
取D50为1.0μm，Tg点为260℃的玻璃粉1份，与步骤(1)制备的有机相载体4.26份在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5μm以下，制得玻璃浆料；
(3)制备银浆
取D50为2.22μm，半峰宽为2.91μm，振实密度为5.7g/ml的银粉C 88份，与步骤(2)制备的玻璃浆料12份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5μm以下，所用银粉的粒径分布见图1；制备好的银浆放置24h，粘度292Pa.s，最终银浆的性能数据如表1 所示。
选取常规市售的背面经过钝化处理的PERC太阳能电池硅片，使用常规市售的PERC电池用背面电极浆料，使用丝网印刷工艺进行背面形成背电极图案的印刷；将背面电极图案进行烘干；取上述制备的银浆，使用丝网印刷工艺在电池硅片的正面进行常规方法印刷，在硅片的正面形成电极图案；将正面电极图案进行烘干和烧结处理，烘干时的温度为300℃，烧结时的温度为740℃，即制得PERC太阳能电池片；制备好的电池片使用I-V测试仪进行相关性能的测试。
对比例3
选取常规市售的背面经过钝化处理的PERC太阳能电池硅片，使用常规市售的PERC电池用背面电极浆料，使用丝网印刷工艺进行背面形成背电极图案的印刷；将背面电极图案进行烘干；取市售常规 PERC的正银浆料，使用丝网印刷工艺在电池硅片的正面进行常规方法印刷，在硅片的正面形成电极图案；将正面电极图案进行烘干和烧结处理，烘干时的温度为300℃，烧结时的温度为780℃，即制得PERC 太阳能电池片；制备好的电池片使用I-V测试仪进行相关性能的测试，性能数据如表1所示。
表1银浆的性能数据
实施例1 对比例1 对比例2 对比例3
浆料粘度/10rpm(Pa.s) 288 309 292 358
开路电压Mv 665.15 660.32 660.72 652.62
短路电流A 10.013 8.256 9.770 9.468
串联电阻mΩ 2.014 3.524 2.315 2.149
转化率％ 22.75 18.95 20.66 20.98
由上表可知，实施例1与对比例仅仅存在使用银粉的不同，实施例1印刷的电池片在开压与短路电流上均领先于对比例，并且银粉之间的紧密程度优于对比例，最终光电转化率明显增高；当实施例一中，银粉A与银粉B都为44份时，最终光电转化率为21.36％。
目前，现有技术没有针对PERC的正银浆料，目前大家还是使用的是针对普通晶硅电池使用的正银浆料。由于PERC电池技术需要正银浆料拥有较低的烧结温度以及宽的烧结工艺窗口，目前各个厂家使用的通常手段是使用低Tg点温度的玻璃粉，从而降低浆料的烧结温度，但是此方法会导致银浆中银粉的烧结存在问题，会导致银粉烧结不完全，银粉颗粒连接不紧密。本发明中，合理的粒度级配能够提升物料之间的紧密程度，使配料获得低气孔率，提升银粉的烧结活性，尤其是，双峰分布能够有效提升物料的堆积效率，提升浆料的性能。

Claims (10)

1.一种PERC太阳能电池，包括背面钝化处理的PERC太阳能电池硅片、背面电极以及正面电极，所述正面电极由PERC用正银浆料制备得到，其特征在于，所述PERC用正银浆料包括以下重量百分数的原料：银粉85~92%、玻璃粉1~3%、有机相载体7~15%；所述银粉由细银粉与粗银粉组成。
2.根据权利要求1所述PERC太阳能电池，其特征在于，所述细银粉的D50在0.5~0.8μm，半峰宽为0.5~0.8μm，粗银粉的D50在2.0~2.5μm，半峰宽为2~3μm；细银粉、粗银粉的振实密度均为4.5~6.5g/ml；所述银粉中，粗银粉的质量百分数为50~100%，不包括100%。
3.根据权利要求2所述PERC太阳能电池，其特征在于，所述银粉中，粗银粉的质量百分数为75~85%。
4.根据权利要求1所述PERC太阳能电池，其特征在于，所述玻璃粉的D50粒径为0.5~1.5μm，Tg为150~400℃。
5. 根据权利要求1所述PERC太阳能电池，其特征在于，所述有机相载体由以下重量百分数的原料组成：固化剂2~5%、增塑剂 15~30%、乙基纤维素5~15%、触变剂 1~10%、分散剂 1~5%、流平剂3~15%，其余为溶剂。
6.根据权利要求5所述PERC太阳能电池，其特征在于，所述固化剂为脂肪胺固化剂、芳香胺固化剂、酰胺基胺固化剂中的一种或多种；所述流平剂为有机硅型流平剂和/或丙烯酸酯型流平剂；所述增塑剂为多元醇酯增塑剂、磷酸酯增塑剂、邻苯二甲酸酯增塑剂、脂肪酸酯增塑剂中的一种或多种；所述触变剂为氢化蓖麻油、聚酰胺改性氢化蓖麻油、聚酰胺蜡浆、聚乙烯蜡浆、气相法二氧化硅、膨润土中的一种或多种；所述表面活性剂为非离子表面活性剂；更优选的，所述表面活性剂为吐温20、吐温80、失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种或多种；所述乙基纤维素为N型和/或T型乙基纤维素，所述乙基纤维素中，乙氧基含量为45~50%；所述溶剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、己二酸二甲酯、松油醇、煤油、混合二元酸酯及DBE、异氟尔酮中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述PERC太阳能电池，其特征在于，将乙基纤维素与固化剂、增塑剂、流平剂、偶联剂、分散剂、触变剂、溶剂均匀混合，在30~70℃下搅拌0.5~1h，得到有机相载体。
8.根据权利要求1所述PERC太阳能电池，其特征在于，所述PERC用正银浆料的细度小于5μm。
9.根据权利要求1所述PERC太阳能电池，其特征在于，将PERC用正银浆料印刷在背面钝化处理的PERC太阳能电池硅片正面，经过烘干与烧结，得到正面电极。
10.根据权利要求9所述PERC太阳能电池，其特征在于，所述烘干的温度为250-350℃，烧结的温度为700-800℃。
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