CN111128436B - 一种适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的正银浆料适用于正极氧化铝‑氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池，本发明正银浆料包括：有机载体、银粉、玻璃粘结剂与无机添加剂，将以上各组分按照配比制备正银浆料，可适用于超细线网版印刷，印刷后电极栅线线型具有突出的高宽塑形，在高温烧结下，电极栅线材料与晶硅电池正面氧化铝‑氮化硅钝化叠层弱腐蚀反应，形成PN结发射极与正银栅线电极间良好的欧姆接触，极大化减少电池绒面的损伤，具有较高的短路电流、开路电压、填充因子和较低的串联电阻，电极栅线具有优异的电子收集能力和传导性能，电池片的光电转换效率高。可提升氧化铝‑氮化硅叠层钝化晶硅电池性能，制备出来的浆料中不含铅，对人体和环境危害性小，符合环保要求。

Description

一种适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池 正银浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能光伏电池技术领域，特别是涉及一种适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料及其。
背景技术
在清洁能源蓬勃发展潮流中，太阳能电池作为主要清洁长久的能源，其应用占比重越来越大，目前太阳能电池研究中主要焦点在于以新型钝化工艺的电池结构，来实现高电池光电转换效率，通过改变电池结构来增加电池性能，传统的正面银浆很难适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池，此类新型电池结构需要配合采用新型正面银浆。
传统常规太阳能电池由P型硅晶半导体衬底、N型扩散层、减反射膜、背面电极和正面电极组成，一般正面电极通过丝网印刷的方法将正面银浆印刷在电池正面减反射膜上，并经过500-900℃高温快速烧结形成，目前新型太阳能电池技术主要是采用背场钝化技术，主流的产品是通过在硅片背面沉积电介质膜的方式来进行背钝化，且大多采用多层膜结构来实现优良背钝化效果，其中新型电池正面也存在多层膜结构实现钝化提效效果，电介质膜一般可采用Al2O3膜、SixNy：H膜或SiC膜。多层膜结构的背钝化效果可以改善背电场和背面硅基体的优良接触，正面钝化可以优化电池片电性能衰减从而保证电池性能长期使用效果。
目前传统的正面银浆很难适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池，存在电池转换效率提升不明显、正面银浆烧结窗口小，造成电池转换效率波动大等技术限制。
发明内容
本发明提出了一种适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料，用于解决传统的正面银浆很难适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池，电池转换效率提升不明显、正面银浆烧结窗口小，及电池转换效率波动大等技术限制，本发明的正面银浆可优越的适应正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池结构。
本发明还提供了该正银浆料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料，所述浆料按重量份计包括：1-10份有机载体、88-93份银粉、1-5份玻璃粘结剂与0.01-1份无机添加剂。
作为优选，所述有机载体由溶剂、分散剂和高分子树脂材料构成，所述树脂高分子材料包括纤维素树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯树脂，醇酸树脂，酚醛树脂与聚酰胺酯中的一种或一种以上；所述溶剂包括二丙二醇甲醚，三丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、三丙二醇丁醚、乙二醇丙醚、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯与十二醇酯中的一种或一种以上；所述分散剂为聚醚磷酸酯、聚硅氧烷与卵磷脂中的一种或一种以上；其中有机载体中分散剂占正面银浆质量的0.1％～2％，高分子树脂占正面银浆质量的0.5％～3％，余量为溶剂部分，溶剂组分中溶剂沸点范围150℃～350℃。
更优选的是，分散剂占正面银浆0.5％～1％。高分子树脂占正面银浆1％～2％，溶剂沸点范围180℃～280℃。
作为优选，所述的银粉D50粒径范围为0.1～4μm，振实密度不小于4g/cm3，比表面积为0.35-0.7m2/g，所述银粉形貌为类球形不规则形貌。
更优选的是，所述银粉D50粒径范围为1.0～2.5μm振实密度不小于5g/cm3，比表面积为0.45-0.65m2/g，形貌为类球形不规则形貌。
作为优选，所述的银粉高结晶型类球形颗粒，银粉经过马弗炉500～700℃高温烧结后，银粉重量损失不大于1％。
作为优选，所述的玻璃粘结剂为微米级不规则形貌粉体，软化点范围为：350℃～600℃，平均粒径范围为0.5-4.0μm。
更优选的是，所述的玻璃粘结剂软化点范围为：450℃～550℃，平均粒径范围为1.0-2.5μm。
作为优选，所述的玻璃粘结剂包括TeO2、Bi2O3、MgO、SiO2、ZnO和微量组分，其中TeO2占玻璃粘结剂总重量的40-60％，Bi2O3占玻璃粘结剂总重量的5-20％，MgO占玻璃粘结剂总重量的2-10％，SiO2占玻璃粘结剂总重量的1-15％，ZnO占玻璃粘结剂总重量的1-5％，微量组分(占比不超过1％)包括PtO2、MoO、Li2O、Al2O3、Ag2O、ZrO2中的一种或一种以上。
作为优选，所述的无机添加剂包括硼粉、镓粉、铟粉与硅铝合金粉中的一种或一种以上，无机添加剂用量为0.01-1％。
更优选的是，所述无机添加剂含量为0.1-0.7％。
一种适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S01：将浆料各组分：有机载体部分、玻璃粘结剂与无机添加剂，按照配比称取，通过离心搅拌混合均匀后；
S02：按照配比称取银粉，加入S01的混合物中，通过离心搅拌混合均匀；
S03：将S02得到的混合物通过三辊研磨机研磨3～5遍，至浆料细度小于5μm，并调整浆料粘度至200～500Pa·s，即制得适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料。
本发明的有益效果是：本发明的正银浆料适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池，本发明正银浆料按重量份计包括：1-10份有机载体、88-93份银粉、1-5份玻璃粘结剂与0.01-1份无机添加剂。其中银粉D50粒径范围为0.1～4μm振实密度不小于4g/cm3，比表面积为0.35-0.7m2/g，玻璃粘结剂为无铅玻璃体系的多种氧化物混合物，平均粒径范围为0.5～4μm。有机载体为高分子树脂、中高沸点溶剂、低分子量分散剂中的一种或几种制备的混合物。将以上各组分按照配比制备正银浆料，可适用于超细线网版印刷，印刷后电极栅线线型具有突出的高宽塑形，在高温烧结下，电极栅线材料与晶硅电池正面氧化铝-氮化硅钝化叠层弱腐蚀反应，形成PN结发射极与正银栅线电极间良好的欧姆接触，极大化减少电池绒面的损伤，因而具有较高的短路电流、开路电压、填充因子和较低的串联电阻，电极栅线具有优异的电子收集能力和传导性能，电池片的光电转换效率高。本发明正面银浆可完美的提升氧化铝-氮化硅叠层钝化晶硅电池性能。本发明制备出来的浆料中不含铅，对人体和环境危害性小，符合环保要求。
附图说明
图1是本发明正面银浆制备方法的工艺流程示意图。
图2是氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅电池正电极结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明的实施方式，本技术领域人员可由本说明书所揭示的内容轻易地理解本发明的特征与优点，本发明也可以其它不同的方式予以实施，即：在不背离本发明所揭示的范畴下，能予以不同的修饰与改变。
实施例
本发明实施例1-5的太阳能电池导电银浆的特征细节及原料配比详见下表1：
表1(单位：重量份数)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
有机载体 8.2 8.4 8.3 1 10
玻璃粘结剂 2.5 2.25 2.1 5 1
无机添加剂 0.01 0.15 0.3 1 1
银粉 89.29 89.2 89.3 93 88
实施例1中，有机载体由溶剂、分散剂和高分子树脂材料构成，其中分散剂占浆料0.5％。高分子树脂占正面银浆1％，余量为溶剂部分，溶剂组分中溶剂沸点范围150℃～350℃。
高分子树脂为酚醛树脂，溶剂为体积比1∶1的二丙二醇甲醚与三丙二醇甲醚，分散剂为聚醚磷酸酯。
银粉D50粒径范围为1.0～2.5μm，振实密度不小于5g/cm3，比表面积为0.45-0.65m2/g，形貌为类球形不规则形貌。
玻璃粘结剂包括TeO2、Bi2O3、MgO、SiO2、ZnO和微量组分，其中TeO2占比玻璃组分40-60％，Bi2O3占比玻璃组分5-20％、MgO占比玻璃组分2-10％、SiO2占比玻璃组分1-15％、ZnO占比玻璃组分1-5％，微量组分(占比不超过1％)包括PtO2、MoO、Li2O、Al2O3、Ag2O、ZrO2等中的一种或一种以上。所述玻璃粘结剂为微米级不规则形貌粉体，软化点范围为：450℃～550℃，平均粒径范围为1.0-2.5μm。
无机添加剂为质量比为1∶2的硼粉与硅铝合金粉。
实施例2中，有机载体由溶剂、分散剂和高分子树脂材料构成，其中分散剂占浆料0.7％。高分子树脂占正面银浆1.2％，余量为溶剂部分，溶剂组分中溶剂沸点范围180℃～280℃。
高分子树脂为质量比2∶1的纤维素树脂与环氧树脂，溶剂为三丙二醇丁醚，分散剂为聚硅氧烷。
银粉D50粒径范围为1.0～2.5μ m，振实密度不小于5g/cm3，比表面积为0.45-0.65m2/g，形貌为类球形不规则形貌。
玻璃粘结剂包括TeO2、Bi2O3、MgO、SiO2、ZnO和微量组分，其中TeO2占比玻璃组分40-60％，Bi2O3占比玻璃组分5-20％、MgO占比玻璃组分2-10％、SiO2占比玻璃组分1-15％、ZnO占比玻璃组分1-5％，微量组分(占比不超过1％)包括PtO2、MoO、Li2O、Al2O3、Ag2O、ZrO2等中的一种或一种以上。所述玻璃粘结剂为微米级不规则形貌粉体，软化点范围为：450℃～550℃，平均粒径范围为1.0-2.5μm。
无机添加剂为质量比2∶3的镓粉与铟粉。
实施例3中，有机载体由溶剂、分散剂和高分子树脂材料构成，其中分散剂占浆料1％。高分子树脂占正面银浆2％，余量为溶剂部分，溶剂组分中溶剂沸点范围150℃～350℃。
高分子树脂为聚酰胺酯，溶剂为丁基卡必醇，分散剂为质量比1∶2的聚醚磷酸酯与聚硅氧烷。
银粉D50粒径范围为1.0～2.5μm，振实密度不小于5g/cm3，比表面积为0.45-0.65m2/g，形貌为类球形不规则形貌。
玻璃粘结剂包括TeO2、Bi2O3、MgO、SiO2、ZnO和微量组分，其中TeO2占比玻璃组分40-60％，Bi2O3占比玻璃组分5-20％、MgO占比玻璃组分2-10％、SiO2占比玻璃组分1-15％、ZnO占比玻璃组分1-5％，微量组分(占比不超过1％)包括PtO2、MoO、Li2O、Al2O3、Ag2O、ZrO2等中的一种或一种以上。所述玻璃粘结剂为微米级不规则形貌粉体，软化点范围为：450℃～550℃，平均粒径范围为1.0-2.5μm。
无机添加剂为质量比1∶1的铟粉与硅铝合金粉。
实施例4与实施例3相同，唯一不同见表1。
实施例5与实施例1相同，唯一不同见表1。
对比例1是对比组，选择市面上已商品化的常规正银浆料。
参照图1，将表1中实施例1-3的配方量通过以下步骤制成浆料：
S01：将浆料各组分：有机载体部分、玻璃粘结剂与无机添加剂，按照配比称取，通过离心搅拌混合均匀后；
S02：按照配比称取银粉，加入S01的混合物中，通过离心搅拌混合均匀；
S03：将S02得到的混合物通过三辊研磨机研磨3～5遍，至浆料细度小于5μm，并调整浆料粘度至200～500Pa·s，即制得正银浆料。
将实施例1-3正银浆料以及对比例1的常规正银浆料，用430目-13线径28开口网版印刷于单晶158.78mm*158.78mm、方阻100-130晶体硅电池片上(见图2)，经烘干烧结后，进行开路电压(Voc)、光电转换效率(EFF)、填充因子(FF)、并联电阻(Rsh)、串联电阻(Rs)、短路电流(Isc)等指标性能测试，测试结果详见表2，其各项指标的测试方法均为本领域常规方法，具体测试过程与条件均采用统一测试环节、测试条件。测试方法描述：测试环境通过冷却控制仪控制在24±1℃，综合电性能(包括开路电压Voc、光电转换效率EFF、填充因子FF、并联电阻Rsh、串联电阻Rs、短路电流Isc)是通过太阳模拟器或I-V测试仪测试所得数据。太阳模拟器或I-V测试仪所用光源光照强度需要通过“标片”(标准性能电池片)进行校准标定，测试时光照强度需通过标片调整为AM1.5G的光照强度(即1000Mw/cm2)
表2、测试结果
组别 Pmpp Voc/V Isc/A Rs/ohm Rsh/ohm FF/％ EFF/％
1 5.371 0.6767 9.754 0.0018 515 81.368 21.98
2 5.383 0.6770 9.781 0.0018 1338 81.298 22.03
3 5.414 0.6781 9.801 0.0017 328 81.467 22.16
4 5.389 0.6775 9.772 0.0017 494 81.397 22.06
由表2可见，本发明实施例1-3制备的正银浆料，与正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池结合良好，对比常规市面正面银浆，实施例1-3组别正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料其光电转换效率、开路电压、填充因子、串联电阻、短路电流性能均表现性能提升，尤其是开路电压，短路电流相比常规正面银浆可大幅度提升，表明此新款正银浆料与正极氧化铝-氮化硅叠层钝化硅层之间形成良好的欧姆接触，从而在光电转换效率等电性能方面表现出优异的性能提升。
以上所述为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料，其特征在于，所述浆料按重量份计包括：7-10份有机载体、88-93份银粉、1-5份玻璃粘结剂与0.01-1份无机添加剂；
所述的银粉为高结晶型类球形不规则形貌颗粒，D50粒径范围为1.0～2.5μm，振实密度不小于5g/cm3，比表面积为0.45-0.65㎡/g；
所述的玻璃粘结剂为微米级不规则形貌粉体，平均粒径范围为0.5-4.0μm，软化点范围为：450℃～600℃；
所述的无机添加剂包括硼粉、镓粉、铟粉与硅铝合金粉中的一种或一种以上；
所述的玻璃粘结剂包括TeO2、Bi2O3、MgO、SiO2、ZnO和微量组分，其中TeO2占玻璃粘结剂总重量的40-60％，Bi2O3占玻璃粘结剂总重量的5-20％，MgO占玻璃粘结剂总重量的2-10％，SiO2占玻璃粘结剂总重量的1-15％，ZnO占玻璃粘结剂总重量的1-5％。
2.根据权利要求1所述的一种适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料，其特征在于，所述有机载体由溶剂、分散剂和高分子树脂材料构成，所述树脂高分子材料包括纤维素树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯树脂，醇酸树脂，酚醛树脂与聚酰胺酯中的一种或一种以上；所述溶剂包括二丙二醇甲醚，三丙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、三丙二醇丁醚、乙二醇丙醚、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯与十二醇酯中的一种或一种以上；所述分散剂为聚醚磷酸酯、聚硅氧烷与卵磷脂中的一种或一种以上；其中有机载体中分散剂占正面银浆质量的0.1％～2％，高分子树脂占正面银浆质量的0.5％～3％，余量为溶剂部分，溶剂组分中溶剂沸点范围150℃～350℃。
3.根据权利要求1所述的一种适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料，其特征在于，所述的银粉经过马弗炉500～700℃高温烧结后，银粉重量损失不大于1％。
4.一种如权利要求1所述的适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S01：将浆料各组分：有机载体部分、玻璃粘结剂与无机添加剂，按照配比称取，通过离心搅拌混合均匀后；
S02：按照配比称取银粉，加入S01的混合物中，通过离心搅拌混合均匀；
S03：将S02得到的混合物通过三辊研磨机研磨3～5遍，至浆料细度小于5μm，并调整浆料粘度至200～500Pa·s，即制得适用于正极氧化铝-氮化硅叠层钝化晶体硅太阳能电池正银浆料。
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