CN110534227B - 一种应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆，包含重量百分含量为8～18％的有机载体和82～92％的无机组分；所述无机组分包含以下重量份的组分：银粉80～90份、玻璃粉1～6份、导电填充剂0.5～4份和金属氧化物0.5～2份；所述玻璃粉包含以下重量份的组分：TeO2 20～50份、PbO 10～40份、Li2O、Na2O和K2O的混合物0.5～10份、B2O3 5～25份、CaO 1～10份、Al2O3 1～5份、SiO2 2～12份和腐蚀助剂5～30份。本发明所述银浆选择高碲含量的玻璃粉结合导电填充剂和金属氧化物，能够适应于背面的多晶硅厚度低于100nm的背面钝化结构。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆。
背景技术
TOPCon技术是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，如图1所示。该结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化，超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流，转换效率可以超过24％。
TOPCon电池的背面电极与n+多晶硅接触，该多晶硅层是通过LPCVD的方式沉积非晶硅，再通过退火结晶为多晶硅，与铸锭成的多晶硅不同，传统的银浆与该层接触也较难形成良好的欧姆接触，需要开发专用的TOPCon电池背面电极浆料。
目前市面上的传统背面电极与N+层可形成良好接触性能，但烧结后其金属复合偏大，难以满足客户端的技术升级，如减少多晶硅的厚度(＜100nm)、更宽的烧结窗口(峰值温度750℃)。传统浆料的烘干窗口窄，N型电池的背面浆料，需要两次烘干，这是个重点也是难点，第一次烘的太干，之后会脱落；第一次烘不干，容易把正面的印刷台沾到银浆，出现栅线压塌、粗点等外观不良现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆，包含重量百分含量为8～18％的有机载体和82～92％的无机组分；
所述无机组分包含以下重量份的组分：银粉80～90份、玻璃粉1～6份、导电填充剂0.5～4份和金属氧化物0.5～2份；
所述玻璃粉包含以下重量份的组分：TeO2 20～50份、PbO 10～40份、Li2O、Na2O和K2O的混合物0.5～10份、B2O3 5～25份、CaO1～10份、Al2O3 1～5份、SiO2 2～12份和腐蚀助剂5～30份；
所述导电填充剂为石墨烯、碳纳米管、铜粉、钛粉、镍粉和磷粉中的至少一种；
所述金属氧化物为氧化铋、氧化铅、氧化锌、氧化锑和氧化铜中的至少一种。
本发明所述银浆选择高碲含量的玻璃粉结合导电填充剂和金属氧化物，能够适应于背面的多晶硅厚度低于100nm的背面钝化结构。银粉可以选用球形、类球形或线状银粉中的一种或者多种混合物，粒度规格介于200nm-3μm之间。金属氧化物为纳米级的金属氧化物(200～600nm)。所述腐蚀助剂为PbO、Al2O3，LiF、MnO2、PbF2和Ge2O3中的至少一种。
优选地，所述导电填充剂为镍粉；所述金属氧化物为氧化锌。导电填充剂和金属氧化物采用上述材料时，能与高碲含量的玻璃粉结合，平衡浆料的接触性能和金属复合。
优选地，所述玻璃粉、导电填充剂和金属氧化物的重量之比为：玻璃粉：导电填充剂：金属氧化物＝(7～9):(4～6):(1.5～3)。尤其是采用上述配比时，浆料的接触电阻率和金属复合能够更好地达到平衡，超出该范围，其综合效果均不如该配比好，比如玻璃粉含量低于该数值范围时，其接触电阻率偏大，氧化锌低于该范围时，金属复合偏大。
优选地，所述有机载体包含以下重量份的组分：溶剂70～95份、助剂4～20份和有机树脂1～10份。
优选地，所述助剂包含分散剂、增塑剂、流平剂、表面活性剂、消泡剂和流变助剂中的至少一种；所述分散剂为亲油性分散剂和/或亲水性分散剂；所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类、脂肪族二元酸类和磷酸酯类中的至少一种；所述流平剂为丙烯酸类流平剂、有机硅类流平剂和氟碳化合物类流平剂中的至少一种；所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂和高档脂肪醇硫酸酯类中的至少一种；所述消泡剂为聚醚类和/或有机硅氧烷类；所述流变助剂类为蓖麻油类衍生物、气相二氧化硅、改性聚脲化合物和聚烯烃微粒中的至少一种。
优选地，所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯中的至少一种。更优选地，所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的混合物，所述松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的质量之比为：松油醇：二乙二醇二甲基醚：二乙二醇丁醚醋酸酯＝25～55:10～30:15～65。
优选地，所述助剂为分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂；所述分散剂为亲油性分散剂和亲水性分散剂；所述增塑剂为脂肪族二元酸类；所述流变助剂为蓖麻油类衍生物；所述消泡剂为有机硅氧烷类。发明人通过研究发现，采用上述助剂体系时，能够改善浆料的印刷效果，满足连续印刷的情况下，能与绒面形成良好的表面物理接触。
优选地，所述分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂的重量之比为：(2.6～3.0):(2.0～2.4):(1.8～2.2):(2.8～3.2)。尤其是各助剂采用上述配比时，能让浆料与硅片的物理接触效果更好，浆料的印刷性能和与不同绒面接触的平整性能均最佳。
优选地，所述有机树脂为松香、乙基纤维素、热塑性树脂、丙烯酸树脂、碳酸乙烯酯、醋酸纤维树脂和丁酸纤维树脂中至少一种；所述热塑性树脂为PE-聚乙烯、PVB-聚乙烯缩丁醛、PS-聚苯乙烯和PC-聚碳酸酯中的至少一种。
优选地，所述有机树脂为松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯；所述小分子量丙烯酸树脂的粘度为1000～2000mPas，大分子量碳酸乙烯酯的粘度为200～300mPas。发明人发现采用上述复合的有机树脂时，浆料的烘干性能更好。
优选地，松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯的重量之比为：松香：小分子量的丙烯酸树脂：大分子量的碳酸乙烯酯＝(1.5～2.5):(2.5～3.5):(4.5～5.5)。尤其是采用上述配比时，浆料的烘干效果更佳，具有较宽的烘干窗口。
更优选地，松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯的重量之比为：松香：小分子量的丙烯酸树脂：大分子量的碳酸乙烯酯＝2：3：5。在该配比时浆料的烘干窗口最宽。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆，本发明所述银浆选择高碲含量的玻璃粉结合导电填充剂和金属氧化物，能够适应于背面的多晶硅厚度低于100nm的背面钝化结构。
附图说明
图1为N型双面TOPCon电池结构示意图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆的一种实施例，本实施例所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆包含重量百分含量为10％的有机载体和90％的无机组分；
所述无机组分包含以下重量份的组分：银粉89份、玻璃粉5.5份、导电填充剂3.5份和金属氧化物2份；银粉的粒度为0.5-3μm；
所述玻璃粉包含以下重量份的组分：TeO2 38份、PbO 26份、Li2O、Na2O和K2O的混合物4份、B2O3 15份、CaO 4份、Al2O3 2份、SiO2 3份和腐蚀助剂8份；所述腐蚀助剂为PbO；
所述导电填充剂为镍粉；所述金属氧化物为氧化锌；
所述玻璃粉、导电填充剂和金属氧化物的重量之比为：玻璃粉：导电填充剂：金属氧化物＝8:5:2；
所述有机载体包含以下重量份的组分：溶剂85份、助剂9份、有机树脂6份；所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的混合物；松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的重量之比为：松油醇：二乙二醇二甲基醚：二乙二醇丁醚醋酸酯＝40:20:40。
所述助剂为分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂；所述分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂的重量之比为：分散剂：增塑剂：流变助剂：消泡剂＝2.8：2.2：2：3；所述分散剂为亲油性分散剂和亲水性分散剂；所述增塑剂为脂肪族二元酸类；所述流变助剂为蓖麻油类衍生物；所述消泡剂为有机硅氧烷类；
所述分散剂为购买自上海毅克化学科技有限公司的1050，增塑剂为DOP，消泡剂为佛山市南海大田化学有限公司DT-270，流变助剂为毕克化学技术咨询(上海)有限公司的BYK-420。
所述有机树脂为松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯；所述小分子量丙烯酸树脂的粘度为1000～2000mPas，大分子量碳酸乙烯酯的粘度为200～300mPas；所述松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯的重量之比为：松香：小分子量的丙烯酸树脂：大分子量的碳酸乙烯酯＝2：3：5。
实施例2
本发明所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆的一种实施例，本实施例所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆包含重量百分含量为18％的有机载体和82％的无机组分；
所述无机组分包含以下重量份的组分：银粉80份、玻璃粉6份、导电填充剂4份和金属氧化物2份；
所述玻璃粉包含以下重量份的组分：TeO2 25.5份、PbO 40份、Li2O、Na2O和K2O的混合物0.5份、B2O3 25份、CaO 1份、Al2O3 1份、SiO2 2份和腐蚀助剂5份；所述腐蚀助剂为Al2O3；
所述导电填充剂为镍粉；所述金属氧化物为氧化锌；
所述玻璃粉、导电填充剂和金属氧化物的重量之比为：玻璃粉：导电填充剂：金属氧化物＝7:6:1.5；
所述有机载体包含以下重量份的组分：溶剂70份、助剂20份、有机树脂10份；所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的混合物；松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的重量之比为：松油醇：二乙二醇二甲基醚：二乙二醇丁醚醋酸酯＝40:20:40。
所述助剂为分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂；所述分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂的重量之比为：分散剂：增塑剂：流变助剂：消泡剂＝2.6:2.4:1.8:3.2；所述分散剂为亲油性分散剂和亲水性分散剂；所述增塑剂为脂肪族二元酸类；所述流变助剂为蓖麻油类衍生物；所述消泡剂为有机硅氧烷类。
所述分散剂为购买自上海毅克化学科技有限公司的1050，增塑剂为DOP，消泡剂为佛山市南海大田化学有限公司DT-270，流变助剂为毕克化学技术咨询(上海)有限公司的BYK-420。
所述有机树脂为松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯；所述小分子量丙烯酸树脂的粘度为1000～2000mPas，大分子量碳酸乙烯酯的粘度为200～300mPas。
所述松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯的重量之比为：松香：小分子量的丙烯酸树脂：大分子量的碳酸乙烯酯＝1.5：3.5：5。
实施例3
本发明所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆的一种实施例，本实施例所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆包含重量百分含量为8％的有机载体和92％的无机组分；
所述无机组分包含以下重量份的组分：银粉90份、玻璃粉1份、导电填充剂0.5份和金属氧化物0.5份；
所述玻璃粉包含以下重量份的组分：TeO2 50份、PbO 8份、Li2O、Na2O和K2O的混合物10份、B2O3 5份、CaO10份、Al2O3 5份、SiO2 5份和腐蚀助剂6份；所述腐蚀助剂为Ge2O3；
所述导电填充剂为镍粉；所述金属氧化物为氧化锌；
所述玻璃粉、导电填充剂和金属氧化物的重量之比为：玻璃粉：导电填充剂：金属氧化物＝7:4:3；
所述有机载体包含以下重量份的组分：溶剂95份、助剂4份、有机树脂1份；所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的混合物；松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的重量之比为：松油醇：二乙二醇二甲基醚：二乙二醇丁醚醋酸酯＝40:20:40。
所述助剂为分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂；所述分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂的重量之比为：分散剂：增塑剂：流变助剂：消泡剂＝3.0:2.0:2.2:2.8；所述分散剂为亲油性分散剂和亲水性分散剂；所述增塑剂为脂肪族二元酸类；所述流变助剂为蓖麻油类衍生物；所述消泡剂为有机硅氧烷类。
所述分散剂为购买自上海毅克化学科技有限公司的1050，增塑剂为DOP，消泡剂为佛山市南海大田化学有限公司DT-270，流变助剂为毕克化学技术咨询(上海)有限公司的BYK-420。
所述有机树脂为松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯；所述小分子量丙烯酸树脂的粘度为1000～2000mPas，大分子量碳酸乙烯酯的粘度为200～300mPas。
所述松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯的重量之比为：松香：小分子量的丙烯酸树脂：大分子量的碳酸乙烯酯＝2.5：3：4.5。
实施例4
本发明所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆的一种实施例，本实施例所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆包含重量百分含量为12％的有机载体和88％的无机组分；
所述无机组分包含以下重量份的组分：银粉90份、玻璃粉4份、导电填充剂4份和金属氧化物2份；
所述玻璃粉包含以下重量份的组分：TeO2 20份、PbO 10份、Li2O、Na2O和K2O的混合物8份、B2O3 10份、CaO 7份、Al2O33份、SiO2 12份和腐蚀助剂30份；所述腐蚀助剂为PbF2；
所述导电填充剂为镍粉；所述金属氧化物为氧化锌；
所述玻璃粉、导电填充剂和金属氧化物的重量之比为：玻璃粉：导电填充剂：金属氧化物＝8:5:2；
所述有机载体包含以下重量份的组分：溶剂82份、助剂12份、有机树脂6份；所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的混合物；松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯的重量之比为：松油醇：二乙二醇二甲基醚：二乙二醇丁醚醋酸酯＝40:20:40。
所述助剂为分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂；所述分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂的重量之比为：分散剂：增塑剂：流变助剂：消泡剂＝2.8：2.2：2：3；所述分散剂为亲油性分散剂和亲水性分散剂；所述增塑剂为脂肪族二元酸类；所述流变助剂为蓖麻油类衍生物；所述消泡剂为有机硅氧烷类。
所述分散剂为购买自上海毅克化学科技有限公司的1050，增塑剂为DOP，消泡剂为佛山市南海大田化学有限公司DT-270，流变助剂为毕克化学技术咨询(上海)有限公司的BYK-420。
所述有机树脂为松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯；所述小分子量丙烯酸树脂的粘度为1000～2000mPas，大分子量碳酸乙烯酯的粘度为200～300mPas。
所述松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯的重量之比为：松香：小分子量的丙烯酸树脂：大分子量的碳酸乙烯酯＝2：2.5：5.5。
实施例5
为了探究高锑体系玻璃粉、镍粉导电填充剂和纳米氧化锌的配比对银浆性能的影响，设置表1中的试验组1～5，试验组1～5所述银浆的组分与实施例1的区别之处仅在于玻璃粉、导电填充剂和金属氧化物的重量比的不同，测试试验组1～5、实施例1～4制得的浆料的接触电阻率和金属复合，测试方法为：接触电阻率根据TLM法则测试；金属复合采用SunsVoc测试仪测试。，测试结果见表1。
表1
从表1的结果可以看出，实施例1～4和试验组1的玻璃粉选择高锑体系玻璃粉、镍粉导电填充剂和纳米氧化锌，且三者的配比为(7～9):(4～6):(1.5～3)，其浆料的接触电阻率和金属复合可以达到一个平衡，能够适应于多晶硅厚度低于100nm的背面钝化结构。当三者的配比发生变化，其综合效果都存在些问题，如玻璃粉的含量较低时(试验组2、3、4)，会导致接触电阻率偏大，纳米氧化锌含量较低(试验组5、6)，会导致金属复合偏大。
实施例6
为了验证不同的助剂种类对银浆性能的影响，设置表2和表3中的试验组，试验组和实施例1的不同之处仅在于助剂的配比的不同，采用3D显微镜来测试印刷性能和平整性，测试结果见表2和表3。
表2
表3
从表2的测试结果看出，助剂添加总量相同的情况下，流变助剂的含量过低(试验组1、2)时，浆料印刷后的线宽过宽，流变助剂的含量过高(试验组3)时，浆料会出现偏干的现象；消泡剂的含量过高或过低(试验组4、5)均会导致浆料偏干的现象。从表3的测试结果可以看出，助剂添加总量相同的情况下，当分散剂的含量过高(试验组9)或过低(试验组6、7)时，浆料印刷后的平整性变差，与硅片的物理接触也变差。当分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂的重量之比在(2.6～3.0):(2.0～2.4):(1.8～2.2):(2.8～3.2)范围内时能够保证较好的印刷性能和平整性能，且浆料不容易发干。
实施例9
为了验证不同种类的有机树脂对烘干性能和粘度的影响，设置表4和表5中的试验组，试验组与实施例1的不同之处仅在于有机树脂的种类的不同，测试试验组和实施例1～4所述银浆的粘度和烘干效果，测试结果见表4和表5。
表4
表5
从表4的结果可以看出，在树脂总量添加一定时，不同的树脂配比能影响浆料的粘度，载体的粘度偏大(大于800mPa*s)会出现性能不稳定；浆料的粘度过大(大于35000mPa*s)，会出现发干的情况。松香添加量过高或过低均导致浆料的粘度会出现不稳定，且浆料容易出现发干的情况。
从表5的结果可以看出，在树脂总添加量一定时，树脂的种类影响其烘干性能，当小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯过高或过低时其浆料的烘干窗口将更窄，且容易出现栅线掉落、掉干粉的现象，比如当大分子量的EC的占比过低，浆料的耐高温烘干性能差，容易出现栅线掉落、掉干粉的现象，当大分子量的EC的占比过高，浆料的过墨性能变差；小分子量的丙烯酸树脂占比过低，其浆料的低温烘干效果差，小分子量的丙烯酸树脂占比过高，高温烘干性能变差，因此综合粘度的稳定性、烘干性能以及过墨性能等因素，当小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯的重量之比为：松香：小分子量的丙烯酸树脂：大分子量的碳酸乙烯酯＝(1.5～2.5):(2.5～3.5):(4.5～5.5)时最佳。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆，其特征在于，包含重量百分含量为8~18%的有机载体和82~92%的无机组分；
所述无机组分包含以下重量份的组分：银粉80~90份、玻璃粉1~6份、导电填充剂0.5~4份和金属氧化物0.5~2份，所述导电填充剂为镍粉；所述金属氧化物为氧化锌，所述玻璃粉、导电填充剂和金属氧化物的重量之比为：玻璃粉：导电填充剂：金属氧化物=（7~9）:（4~6）:（1.5~3）；
所述玻璃粉包含以下重量份的组分：TeO2 20~50份、PbO 10~40份、Li2O、Na2O和K2O的混合物0.5~10份、B2O3 5~25份、CaO1~10份、Al2O3 1~5份、SiO2 2~12份和腐蚀助剂5~30份；所述有机载体包含以下重量份的组分：溶剂70~95份、助剂4~20份和有机树脂1~10份；所述助剂为分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂；所述分散剂为亲油性分散剂和亲水性分散剂；所述增塑剂为脂肪族二元酸类；所述流变助剂为蓖麻油类衍生物；所述消泡剂为有机硅氧烷类；所述分散剂、增塑剂、流变助剂和消泡剂的重量之比为：分散剂：增塑剂：流变助剂：消泡剂=（2.6~3.0）:（2.0~2.4）:（1.8~2.2）:（2.8~3.2）。
2.如权利要求1所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆，其特征在于，所述有机树脂为松香、乙基纤维素、热塑性树脂、丙烯酸树脂、碳酸乙烯酯、醋酸纤维树脂和丁酸纤维树脂中至少一种；所述热塑性树脂为PE-聚乙烯、PVB-聚乙烯缩丁醛、PS-聚苯乙烯和PC-聚碳酸酯中的至少一种。
3.如权利要求1所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆，其特征在于，所述有机树脂为松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯；所述小分子量丙烯酸树脂的粘度为1000~2000mPas，所述大分子量碳酸乙烯酯的粘度为200~300mPas。
4.如权利要求3所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆，其特征在于，所述松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯的重量之比为：松香：小分子量的丙烯酸树脂：大分子量的碳酸乙烯酯=（1.5~2.5）:（2.5~3.5）:（4.5~5.5）。
5.如权利要求4所述应用于TOPCon电池N+层的高性能银浆，其特征在于，所述松香、小分子量的丙烯酸树脂和大分子量的碳酸乙烯酯的重量之比为：松香：小分子量的丙烯酸树脂：大分子量的碳酸乙烯酯=2：3：5。
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