CN110111923B - 具有细线条高纵横比电极的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有细线条高纵横比电极的太阳能电池，包括太阳能电池硅片、背面电极以及正面电极，所述正面电极由正银浆料制备得到，混合有机载体与玻璃粉，得到玻璃浆料；然后将银粉加入玻璃浆料，得到具有细线条高纵横比的正银浆料。本发明公开的导电浆料拥有良好的下网性，优异的塑形性，能够适用于最低28μm开口的430/13有网结网版，同时能够适用于最低22μm开口的无网结网版印刷，印刷性优异，且印刷后的线条具有较高的纵横比。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于丝网印刷，特别是硅太阳能电池的导电银浆技术领域，尤其是一种可适用于细线条高纵横比的导电浆料制备的太阳能电池，具体涉及一种具有细线条高纵横比电极的太阳能电池。
技术背景
转化率是评价太阳能电池的最关键指标，转化率越高越好，在各种提高浆料和转化率的方案中，降低线条宽度、提高线条的高度即提高线条的纵横比（电极厚度/电极线宽）以降低电池片的串联电阻提升短路电流是主流的做法。更具体的说，当印刷的线条宽度降低，能够增大电池片的受光面积，同时线条的高度提升，能够降低电池片的串阻，保证电流有效流动，从而提升电池片的转化效率。
面对上述要求，太阳能电池片的生产厂商正在不断的降低印刷电池片时细栅的宽度，从35μm开口降低到28μm，以至于24μm开口。随着印刷网版开口的降低，对浆料的要求越来越高。更细的开口，要求浆料具有良好的下网性，否则会发生堵网现象，影响正常生产；要求浆料在高速印刷剪切下保持一定的粘度，过低的粘度会使得印刷的线条边缘发生扩散现象，影响转化率；要求浆料具有良好的塑形性以保证印刷的线条有足够的高度，从而降低浆料的串联电阻提升短路电流；同时还要求浆料有一定的流平性，保证在印刷完毕后，浆料的上表面能够自动流平，不会出现高低起伏的现象，以保证浆料的性能。
丝网印刷工艺是硅太阳能电池生产过程中的重要工艺，各个电极需要使用丝网印刷工艺将导电浆料印刷在硅片上并经过烧结工艺后制得。由于丝网印刷是流水线操作，这就要求所使用的浆料在连续以及长时间印刷中保持稳定的粘度、良好的下网性以及塑形性。而目前的导电浆料还无法全面满足上述要求，主要是浆料有机载体体系还存在一定的不足，大量的浆料使用的是不同系列、不同粘度的纤维素体系，导致浆料的粘度、塑形性以及下网性三者之间无法完美平衡。另外，现有技术中，氯醋树脂一般用在有卤低温固化型银浆中，这种银浆的使用工艺是150℃低温烘烤固化，而晶硅太阳能银浆的使用工艺是780℃高温烧结，这两种银浆有着本质的区别，低温固化银浆无法在太阳能电池生产中使用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明采用氯醋树脂作为树脂体系，提供了一种适用于细线条高纵横比丝网印刷的导电浆料并应用于太阳能电池的正面电极，从而得到具有细线条高纵横比电极的太阳能电池。本发明公开的导电浆料拥有良好的下网性，优异的塑形性，能够适用于最低28μm开口的430/13有网结网版，同时能够适用于最低22μm开口的无网结网版印刷，印刷性优异，且印刷后的线条具有较高的纵横比。
本发明的技术方案如下：
具有细线条高纵横比电极的太阳能电池，包括太阳能电池硅片、背面电极以及正面电极，所述正面电极由正银浆料制备得到，所述正银浆料包括以下重量百分比的原料：
银粉80~93%
玻璃粉0.1~5%
有机载体5~18%。
本发明中，导电相银粉、无机相玻璃粉、有机相有机载体的用量之和为100%。
优选的，正银浆料包括以下重量百分比的原料：
银粉85~91%
玻璃粉1.5~3.5%
有机载体7~11.5%。
本发明中，有机载体由以下重量百分比的原料组成：
固化剂0.5~3%
增塑剂 10~25%
氯醋树脂0.1~5%
触变剂 0.1~2%
分散剂 0.1~5%
流平剂 0.1~5%
其余为溶剂。
上述有机载体的各原料用量相加为100%。
优选的，有机载体由以下重量百分比的原料组成：
固化剂1~2%
增塑剂 18~22%
氯醋树脂2~4%
触变剂 0.2~0.8%
分散剂 1~3%
流平剂 4~5%
其余为溶剂。
优选的，所述银粉的D50粒径为0.8~2.5μm，振实密度为5.0~6.7g/ml。
优选的，所述玻璃粉的D50粒径为0.5~2.0μm，Tg为200~550℃。
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。
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、TEGO-425、TEGO-500 、TEGO-440 TEGO-450、DC29、DC51、DC57等中的一种或多种
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，所述分散剂为非离子表面活性剂；更优选为吐温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，所述氯醋树脂为脂溶性二元氯醋树脂、三元羧基改性氯醋树脂、三元羟基改性氯醋树脂中的一种或多种；更优选的，所述氯醋树脂选用MLC-20、MLC-14-40、MLC-14-55、YSZ-744、(M)VAM、VMA、VMC、MAVD、MVAH、MVOH中的一种或多种；优选氯醋树脂的醋酸乙烯含量为17，K值为32-34，平均分子量为15000。
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DBE、异氟尔酮中的一种或多种，优选2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯与己二酸二甲酯。
上述技术方案中，有机载体的制备方法为，将氯醋树脂、固化剂、增塑剂、流平剂、分散剂、触变剂、溶剂均匀混合，在30~70℃下搅拌0.5~1h，得到有机载体。
上述技术方案中，玻璃浆料的制备方法为，向有机载体中加入玻璃粉，经过搅拌、分散、三辊，得到玻璃浆料；优选玻璃浆料的细度小于5μm，玻璃浆料为膏状。
上述技术方案中，正银浆料的制备方法，包括以下步骤，混合有机载体与玻璃粉，得到玻璃浆料；然后将银粉加入玻璃浆料，得到用于太阳能电池的细线条高纵横比丝网印刷浆料。
本发明中，用于太阳能电池的细线条高纵横比丝网印刷正银浆料的粘度为270~320Pa.s，细度小于5μm。
上述具有细线条高纵横比电极的太阳能电池的制备方法可以如下步骤进行：
（1） 制备有机载体
将氯醋树脂与固化剂、增塑剂、流平剂、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，向其中加入一定量的银粉，充分混合后，使用三辊机分散至细度小于5μm，得到正银浆料，放置24h后进行粘度测试，为270~320Pa.s；
（4）将本发明的正银浆料通过丝网印刷工艺在太阳能电池硅片正面钝化层上印刷形成主栅和细栅，烘干后在红外隧道炉中烧结，得到具有细线条高纵横比电极的太阳能电池；烘干温度为300℃；烧结峰温770-780℃，其中高于700℃时间2-4s，高于600℃的时间5-7s；浆料中的溶剂在烘干阶段挥发，其他有机物在高温段分解烧除，浆料中的玻璃粉和银粉熔融板结，烧穿钝化层，与硅片的PN结形成良好的欧姆接触，最终制备形成太阳能电池片。
本发明中，太阳能电池硅片、背面电极为现有常规太阳能电池部件，正常市场采购即可，本发明的创造性在于采用氯醋树脂作为树脂体系，提供了一种适用于细线条高纵横比丝网印刷的导电浆料并应用于太阳能电池的正面电极，从而得到具有细线条高纵横比电极的太阳能电池。
本发明有益的技术效果在于：
常规的晶硅太阳能正银存在粘度、塑形性以及下网性三者之间无法平衡的问题，当浆料粘度较大，塑形性较好的时候，浆料的下网性不佳，容易出现虚印以及葫芦节等情况；如果降低浆料的粘度，提升浆料的下网性，则会导致浆料的塑形性不佳，线条高度不足，线宽增加，电池片的短路电流过低，转化率低等问题。
在低温固化有卤银浆中，常用氯醋树脂作为降低电阻和提升固化效果的成分而添加，但是从未有过氯醋树脂在晶硅太阳能电池正面银浆中使用的报道。而本发明创造性的采用氯醋树脂作为有机载体的重要组成部分，具有高内聚性和塑形特性，可以维持线条线宽，防止线条扩散和坍塌，制备的浆料有良好的下网性，受剪切后回复较好，与触变剂、流平剂配合使用，能够保证浆料的塑形性以及具有一定的润滑作用，能够提升浆料的下网性，并且保证浆料印刷后的上表面平整。与现有技术相比，本发明公开的导电浆料印刷后的栅线线条具有良好的塑形性，并提高烧结后银线的高宽比，减小了烧结后银线条的坍塌，进而减小所占受光面积，提高电池片的转化效率。
附图说明
图1为实施例印刷线条图；
图2为对比例印刷线条。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
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，氯醋树脂由潘高化工有限公司生产。本发明公开的基于氯醋树脂的有机载体具有高内聚性和塑形特性，可以维持线条线宽，防止线条扩散和坍塌，使其在高精细的晶硅太阳正银浆料中有了良好的应用性能，利用氯醋树脂制备的正银浆料具有良好的塑形和印刷特性，可以实现高精细印刷。
太阳能电池硅片、背面电极为现有常规太阳能电池部件，正常市场采购即可；比如可以根据现有技术选用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；将背银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；得到带有背面电极的太阳能电池硅片；然后将本发明的正银浆料通过丝网印刷工艺在带有背面电极的太阳能电池硅片正面钝化层上印刷形成主栅和细栅，烘干后在红外隧道炉中烧结，烧结峰温780℃，高于700℃时间3s，高于600℃的时间7s。浆料中的溶剂在烘干阶段挥发，其他有机物在高温段分解烧除，浆料中的玻璃粉和银粉熔融板结，烧穿钝化层，与硅片的PN结形成良好的欧姆接触，最终制备形成太阳能电池片。
实施例1
具有细线条高纵横比电极的太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
（1） 制备有机载体
按重量份，将3份VMA氯醋树脂（氯醋树脂的醋酸乙烯含量为17，K值为32-34，平均分子量为15000），1.5份SBN-70D固化剂，20份邻苯二甲酸二丁酯，BYK-378流平剂5份，聚酰胺蜡0.5份，2份吐温80，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯45份，己二酸二甲酯23份混合，在60℃条件下加热搅拌30min，制成均一透明的溶液，即配制成有机载体；
（2） 制备玻璃浆
按重量份，取D50为1.0μm，Tg点为300℃的玻璃粉1份，与步骤（1）制备的有机载体4.26份在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下，制得玻璃浆料；
（3） 制备银浆
按重量份，取D50为1.8μm，振实密度为5.7g/ml的银粉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5um以下，得到用于太阳能电池的正银浆料；制备好的银浆放置24h后进行粘度测试，为297Pa.s，最终银浆的性能数据如表1所示。
对比例1
使用传统的乙基纤维素树脂的导电浆料制备方法，包括如下步骤，
（1）制备有机载体
按重量份，将3份乙基纤维素N200，1.5份SBN-70D固化剂，20份邻苯二甲酸二丁酯，BYK-378流平剂5份，聚酰胺蜡0.5份，2份吐温80，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯45份，己二酸二甲酯23份混合，在60℃条件下加热搅拌30min，制成均一透明的溶液，即配制成有机载体；
（2）制备玻璃浆
按重量份，取D50为1.0μm，Tg点为300℃的玻璃粉1份，与步骤（1）制备的有机载体4.26份在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下，制得玻璃浆料；
（3）制备银浆
按重量份，取D50为1.8μm，振实密度为5.7g/ml的银粉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5um以下；制备好的银浆放置24h后进行粘度测试，为320Pa.s，最终银浆的性能数据如表1所示。
测试：
将本发明实施例以及对比例的正银浆料通过丝网印刷工艺在太阳能电池硅片正面钝化层上印刷形成主栅和细栅，300℃烘干后在红外隧道炉中烧结，烧结峰温780℃，高于700℃时间3s，高于600℃的时间7s，最终制备形成太阳能电池片。
将实施例1和对比例1配制好的银浆在流变仪（anton-paar/MCR102，25℃）上进行流变测试，并在丝网印刷机上进行常规丝网印刷制作成太阳能电池片，制成的电池片在I/V测试仪上进行电性能测试，并在激光显微镜下观察电池片的栅线线条情况；同时给出现有市售银浆对比；测试数据如表1所示。
表1 性能数据
由上表数据可知，实施例1与对比例1两者之间仅仅是所使用的的树脂不同，本发明配方能够提升浆料的塑形性，使浆料拥有更加立体饱满的线条，具体来说，实施例1中的短路电流明显高于对比例，且浆料的开压也稍高，最终的转化率明显高出对比例。通过激光电子显微镜对细栅进行3D扫描，发现实施例的线条明显更加饱满，线高更高，且线条的上表面较为平整，线型更好，见图1以及对比的图2。
本发明制备的导电浆料拥有良好的下网性，优异的塑形性，在430-13-28μm常规有网结网版上印刷时，下网性良好，无断线，线条上缘平整，线型好。在400-16-22μm无网结网版上印刷时也可以实现良好的印刷，无断栅，线型好，但是对比例在这种极限的印刷条件下已经无法过网，电池片细栅虚印严重，EL断栅极多。
Claims (5)
1.具有细线条高纵横比电极的太阳能电池，包括太阳能电池硅片、背面电极以及正面电极，所述正面电极由正银浆料制备得到，其特征在于，所述正银浆料包括以下重量百分比的原料：
银粉85~91%
玻璃粉1.5~3.5%
有机载体7~11.5%
有机载体由以下重量百分比的原料组成：
固化剂1~2%
增塑剂 18~22%
氯醋树脂2~4%
触变剂 0.2~0.8%
分散剂 1~3%
流平剂 4~5%
其余为溶剂；
所述氯醋树脂为脂溶性二元氯醋树脂、三元羧基改性氯醋树脂、三元羟基改性氯醋树脂中的一种或多种；
将氯醋树脂、固化剂、增塑剂、流平剂、分散剂、触变剂、溶剂均匀混合，在30~70℃下搅拌0.5~1h，得到有机载体。
2.根据权利要求1所述具有细线条高纵横比电极的太阳能电池，其特征在于，所述银粉的D50粒径为0.8~2.5μm，振实密度为5.0~6.7g/ml；所述玻璃粉的D50粒径为0.5~2.0μm，Tg为200~550℃。
3.根据权利要求1所述具有细线条高纵横比电极的太阳能电池，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；所述分散剂为非离子表面活性剂；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DBE、异氟尔酮中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述具有细线条高纵横比电极的太阳能电池，其特征在于，所述浆料的粘度为270~320Pa.s，细度小于5μm。
5.根据权利要求1所述具有细线条高纵横比电极的太阳能电池，其特征在于，将正银浆料印刷在太阳能电池硅片正面，经过烘干与烧结，得到正面电极。
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