CN111403077B - 一种perc单面双面电池通用背电极银浆及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶硅太阳能PERC单面双面电池通用背电极银浆及其制备方法，所述PERC单面双面电池通用背电极银浆按重量份计包括以下组分：银粉45‑60份，玻璃粉0.5‑3份，有机载体30‑55份与有机助剂0.5～2份。本发明的背面银浆采用含稀土元素的玻璃体系，实验发现玻璃中引入稀土元素有两方面作用，一方面是能减少银铝搭接处存在的空洞，加强银铝结合致密性，有效降低银铝之间的接触电阻率，减少复合，有助于效率的提升；另一方面是增强银层的致密性和结构强度，有助于提高附着力和抗老化性能。
Description
技术领域
本发明属于晶硅太阳能电池背面电极浆料技术领域，具体涉及一种PERC单面双面电池通用背电极银浆及制备方法。
背景技术
提效和降本是光伏行业永恒的主题，随着技术的发展，传统的铝背场单、多晶电池逐步减少，PERC技术已成为晶体硅电池行业高效量产的主流技术。
PERC(passivated emitter and rear cell)电池分为单面PERC电池和双面PERC电池，提效的核心均是在硅片背面制作叠层钝化膜(Al2O3+SiNx)，其中AlOx为主钝化膜，SiNx为保护膜，以起到钝化背表面的作用，钝化的背表面能提高少子寿命，增大开压；提高长波响应，增大短流，最终提高电池转化效率。PERC单面电池的背面为全Al层，背面入射光线无法穿透该全Al层，因此PERC单面电池只有正面可以吸收入射光进行光电转换。双面PERC电池技术主要是背面铝浆采用栅线网版印刷于激光刻槽处，铝浆仅填充线槽或孔洞与硅形成局域铝背场，因此PERC双面电池具有双面光电转换功能。
近年来，双面电池组件方案以其高发电量优势，业内对其研究越来越多。然而，对双面电池的背电极浆料和可靠性问题却鲜有研究。目前的大部分PERC背银技术使用工艺窗口窄，在PERC单面电池上性能尚可，但切换到PERC双面电池上，容易造成拉力偏低、银铝搭接处3M拉脱掉粉等，影响电池片质量。另外，目前的大部分PERC背银技术耐老化性能差，影响组件可靠性和使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有PERC背银技术使用工艺窗口窄，在PERC单面电池上性能尚可，但切换到PERC双面电池上，容易造成拉力偏低、银铝搭接处3M拉脱掉粉等，影响电池片质量，并且PERC背银技术耐老化性能差、影响组件可靠性和使用寿命的缺陷而提供一种通用于PERC单面双面电池，腐蚀性低，附着力强，老化拉力高，耐老化性能强，能降低制造和使用成本的PERC单面双面电池通用背电极银浆。
本发明另一个目的是为了提供该PERC单面双面电池通用背电极银浆的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种PERC单面双面电池通用背电极银浆，所述PERC单面双面电池通用背电极银浆按重量份计包括以下组分：银粉45-60份，玻璃粉0.5-3份，有机载体30-55份与有机助剂0.5～2份；银粉为片状银粉、纳米银粉、球状银粉和微晶银粉中的一种或几种；所述玻璃粉按重量份计包括以下组分：Bi2O3 35-50份，B2O3 1-10份，SiO2 10-30份，Al2O3 1-5份，CuO 5-25份，MnO2 5-25份，W3O2 0-10份，ZrO2 0-10份，Na2CO3 0-5份与稀土元素ROx 1-15份。
在本技术方案中，本发明里所用玻璃粉引入稀土元素，通过实验发现，玻璃中引入稀土元素有两方面作用，一方面是能减少银铝搭接处存在的空洞，加强银铝结合致密性，有效降低银铝之间的接触电阻率，减少复合，有助于效率的提升；另一方面是增强银层的致密性和结构强度，有助于提高附着力和抗老化性能。同时，也为稀土元素在光伏浆料的应用指出一个新方向。
作为优选，所述稀土元素ROx为Sc2O3、La2O3、CeO2、Y2O3中的一种或几种组成。
作为优选，银粉为纳米银粉、球形银粉和微晶银粉的混合物。球形银粉的烧结活性高，微晶银粉活性相对较低，纳米银粉可以填充球形银粉和微晶银粉之间的空隙，通过不同粒度的银粉合理搭配，有助于提高银层烧结后的致密性，增加银层导电通路，降低膜层方阻；不同活性的银粉搭配，则有助于提高银浆的烧温窗口。
作为优选，纳米银粉的D50为50-100nm，纯度大于99.5％，振实密度为3.0-6.5cm3；球形银粉的D50为0.5-2.0μm，纯度大于99.90％，振实密度为3.0-5.5g/cm3；微晶银粉的D50为0.5-2.0μm，纯度大于99.90％，振实密度为3.0-6.0g/cm3。
作为优选，所述有机载体的原料按重量份计分别为：乙基纤维素5-25份，松油醇20-60份，丁基卡必醇0-30份，丁基卡必醇醋酸酯5-30份与醇酯十二5-20份。
作为优选，有机载体的制备方法为：将乙基纤维素加入到松油醇、丁基卡必醇、醇酯十二与丁基卡必醇醋酸酯的混合溶剂中，在60-90℃水浴条件下，边加热边搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到均一的载体，冷却至室温后待用。
作为优选，纳米银粉、球形银粉和微晶银粉的重量比为1∶2∶5。
一种PERC单面双面电池通用背电极银浆的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1)制备玻璃粉：按玻璃粉配方比例称取各原料并混合均匀，之后放入1000-1500℃的马弗炉中熔融20min-60min，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理后得到玻璃粉，D50控制在0.1-1.5um，D90控制在2-10um；
2)制备有机载体：先按配方比例称取有机溶剂，置于60-90℃水浴条件下加热，再按配方比例称取树脂材料，边搅拌边加入有机溶剂中，充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3)选取银粉，按照配方比例称取步骤1)得到的玻璃粉、步骤2)得到的有机载体、有机助剂和银粉并预混分散，之后放入搅拌机中混合均匀，得到糊状物待用；
4)将步骤3)得到的糊状物在三辊机上分散研磨，不锈钢滤网过滤后，即得到PERC单面双面电池通用背电极银浆。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通用于PERC单面双面电池，腐蚀性低，且与市面主流单面和双面铝浆匹配性好，银铝搭接边缘平滑，3M拉脱不掉粉，效率增益在0.03-0.1％之间，有效提高电池片的质量。
(2)本发明附着力强，老化拉力高，耐老化性能强。现有技术产品烘箱150℃保温30min，热老化拉力能保持在3N/cm以上，但保温时间延长至1h，热老化拉力降低至0.5-1N/cm之间；本发明银浆烘箱150℃，保温0.5h，1h，2h，热老化拉力均能保持在3N/cm以上，耐老化性能强，有助于提高组件可靠性和使用年限。
(3)本发明不使用含铅的玻璃粉，创造性的引入稀土元素，来达到降腐蚀和提高附着力的功能，具有环保优势。
(4)本发明银含在60％以下，与现有大部分PERC背银技术银含大于60％相比能降低制造和使用成本。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的解释：
本发明中所用到的原料均可从市场购得。
本发明中所用到的设备，若非特指，为现有技术中的常用设备。
本发明中，有机助剂为市面上常用的分散剂和触变剂，分散剂例如脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类(乙撑基双硬脂酰胺)或者金属皂类(硬脂酸钡)或者低分子蜡类(氧化聚乙烯蜡)；触变剂例如气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土、高岭土、氢化蓖麻油或聚乙烯醇。
有机载体的制备方法为：将乙基纤维素加入到松油醇、丁基卡必醇、醇酯十二与丁基卡必醇醋酸酯的混合溶剂中，在60-90℃水浴条件下，边加热边搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到均一的载体，冷却至室温后待用。
实施例1
本实施例提供的PERC单面双面电池通用背电极银浆，按重量份计包括以下组分：纳米银粉10份，球形银粉20份，微晶银粉25份，玻璃粉2份，有机载体42份，有机助剂1份。
有机载体按重量份计包括以下组分：陶氏乙基纤维素STD-10010份，陶氏乙基纤维素STD-75份，松油醇45份，丁基卡必醇醋酸酯25份，醇酯十二15份。
玻璃粉按重量份计包括以下组分：Bi2O3 44份，B2O3 4份，SiO2 20份，Al2O3 2份，CuO 15份，MnO2 6份，ZrO2 2份，W2O3 1份，Na2CO3 0.5份，ROx 5.5份。
该PERC单面双面电池通用背电极银浆的制备方法，包括以下步骤：
1)制备玻璃粉：按配方比例称取各原料并混合均匀，之后放入1200℃马弗炉中熔融35min，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理后得到玻璃粉；
2)制备有机载体：先按配方比例称取有机溶剂，置于80℃水浴条件下加热，再按配方比例称取树脂材料，边搅拌边加入有机溶剂中，充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3)选取银粉，按照配方比例称取玻璃粉、有机载体、有机助剂和银粉并预混分散，之后放入搅拌机中混合均匀，得到糊状物待用；
4)将糊状物在三辊机上分散研磨后，不锈钢滤网过滤后，即得到PERC单面双面电池通用背电极银浆。
该PERC单面双面电池通用背电极银浆的使用方法，包括以下步骤：
1)在晶硅太阳能PERC单面或双面电池片上，丝网印刷上面制备的背面电极浆料，烘干，与PERC铝浆和PERC正银共烧，实际峰值烧结温度730-800℃，在硅片的背面形成背电极；
2)将烧结后的电池片进行电性能测试、附着力测试、老化拉力测试，银铝搭接电阻率测试和银铝搭接处掉粉情况测试。
附着力测试采取180度倒拉的方式进行，并由附着力测试器直接读取附着力数据；老化拉力测试将焊接好的片子放进150℃烘箱中保温特定时间后取出，再采取180度倒拉的方式进行，并由附着力测试器直接读取附着力数据；银铝搭接电阻率由直流低电阻测试仪测试相邻两个电极之间的电阻，数值由直流低电阻测试仪进行数显出来；银铝搭接处掉粉情况测试采用3M胶带拉脱测试。
实施例2
本实施例提供的PERC单面双面电池通用背电极银浆，按重量份计包括以下组分：纳米银粉6份，球形银粉33份，微晶银粉16份，玻璃粉2.5份，有机载体40.5份，有机助剂2份。
有机载体按重量份计包括以下组分：陶氏乙基纤维素STD-2003份，STD-1008份，陶氏乙基纤维素STD-74份，松油醇40份，丁基卡必醇10份，丁基卡必醇醋酸酯20份，醇酯十二15份。
玻璃粉按重量份计包括以下组分：Bi2O3 35份，B2O3 6份，SiO2 23份，Al2O3 2份，CuO 20份，MnO2 3份，ZrO2 0.5份，W2O3 1份，Na2CO3 0.5份，ROx 9份。
该PERC单面双面电池通用背银浆料制备方法，包括以下步骤：
1)制备玻璃粉：按照配方称取各原料并混匀，调节温度为1250℃熔融30min，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到玻璃粉；
2)制备有机载体：先按配方比例称取有机溶剂，置于90℃水浴条件下加热，再按配方比例称取树脂材料，边搅拌边加入有机溶剂中，充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3)选取银粉，按照配方进行称取，将玻璃粉、有机载体、有机助剂和银粉进行预混分散，在搅拌机里混合均匀，得到糊状物待用；
4)将糊状物在三辊机上进行分散研磨后，不锈钢滤网过滤后，即得到PERC单面双面电池通用背电极银浆。
该PERC单面双面电池通用背银浆料的使用方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供的PERC单面双面电池通用背电极银浆，按重量份计包括以下组分：纳米银粉15份，球形银粉10份，微晶银粉30份，玻璃粉1份，有机载体43.5份，有机助剂0.5份。
有机载体按重量份计包括以下组分：陶氏乙基纤维素STD-10012份，陶氏乙基纤维素STD-72份，松油醇40份，丁基卡必醇醋酸酯28份，醇酯十二18份。
玻璃粉按重量份计包括以下组分：Bi2O3 46份，B2O3 5份，SiO2 15份，Al2O3 2份，CuO 8份，MnO2 8份，ZrO2 2份，W2O3 1.5份，Na2CO3 0.5份，ROx 12份。
该PERC单面双面电池通用背银浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)制备玻璃粉：按照配方称取各原料并混匀，调节温度为1150℃熔融50min，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到玻璃粉；
2)制备有机载体：先按配方比例称取有机溶剂，置于70℃水浴条件下加热，再按配方比例称取树脂材料，边搅拌边加入有机溶剂中，充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3)选取银粉，按照配方进行称取，将玻璃粉、有机载体、有机助剂和银粉进行预混分散，在搅拌机里混合均匀，得到糊状物待用；
4)将糊状物在三辊机上进行分散研磨后，不锈钢滤网过滤后，即得到PERC单面双面电池通用背电极银浆。
该PERC单面双面电池通用背电极银浆的使用方法同实施例1。
测试结果见表1与表2。
表1、PERC单面电池测试结果
表2、PERC双面电池测试结果
以上为实施例1、2、3和现有产品在PERC单面电池和双面电池上的对比测试结果，其中，UOC为太阳能电池片电性能测试中的开路电压；Eta为太阳能电池片电性能测试中的转换效率。从对比结果可以看到，采用本发明技术的产品，无论在PERC单面电池上还是双面池上，都可以明显提升开路电压，降低银铝搭接的电阻率，提升效率和提升电池片的附着力性能及老化拉力。
Claims (4)
1.一种PERC单面双面电池通用背电极银浆，其特征在于，所述PERC单面双面电池通用背电极银浆按重量份计包括以下组分：纳米银粉10份，球形银粉20份，微晶银粉25份，玻璃粉2份，有机载体42份，有机助剂1份；
纳米银粉的D50为50-100nm，纯度大于99.5%，振实密度为3.0-6.5cm3；球形银粉的D50为0.5-2.0µm，纯度大于99.90%，振实密度为3.0-5.5g/cm3；微晶银粉的D50为0.5-2.0µm，纯度大于99.90%，振实密度为3.0-6.0g/cm3；
有机载体按重量份计包括以下组分：陶氏乙基纤维素STD-100 10份，陶氏乙基纤维素STD-7 5份，松油醇45份，丁基卡必醇醋酸酯25份，醇酯十二15份；
所述玻璃粉按重量份计包括以下组分：Bi2O3 44份，B2O3 4份，SiO2 20份，Al2O3 2份，CuO15份，MnO2 6份，ZrO2 2份，W2O3 1份，Na2CO3 0.5份，稀土元素 ROx 5.5份。
2.根据权利要求1所述的一种PERC单面双面电池通用背电极银浆，其特征在于，所述稀土元素ROx为Sc2O3、La2O3、CeO2、Y2O3中的一种或几种组成。
3.根据权利要求1所述的一种PERC单面双面电池通用背电极银浆，其特征在于，有机载体的制备方法为：将乙基纤维素加入到松油醇、丁基卡必醇、醇酯十二与丁基卡必醇醋酸酯的混合溶剂中，在60-90℃水浴条件下，边加热边搅拌至乙基纤维素完全溶解，得到均一的载体，冷却至室温后待用。
4.一种如权利要求1所述的PERC单面双面电池通用背电极银浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按玻璃粉配方比例称取各原料并混合均匀，之后放入1000-1500℃的马弗炉中熔融20min-60min，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理后得到玻璃粉，D50控制在0.1-1.5um，D90控制在2-10um；
2）制备有机载体：先按配方比例称取有机溶剂，置于60-90℃水浴条件下加热，再按配方比例称取树脂材料，边搅拌边加入有机溶剂中，充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取银粉，按照配方比例称取步骤1）得到的玻璃粉、步骤2）得到的有机载体、有机助剂和银粉并预混分散，之后放入搅拌机中混合均匀，得到糊状物待用；
4）将步骤3）得到的糊状物在三辊机上分散研磨，不锈钢滤网过滤后，即得到PERC单面双面电池通用背电极银浆。
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