CN111768890B

CN111768890B - 一种双面perc太阳能电池用背银浆料

Info

Publication number: CN111768890B
Application number: CN202010655305.1A
Authority: CN
Inventors: 王茂; 陈志鹏; 范宏圆
Original assignee: Jiangsu Guoci Hongyuan Optoelectronics Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Guoci Hongyuan Optoelectronics Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2040-07-09
Also published as: CN111768890A

Abstract

本发明公开了一种双面PERC太阳能电池用背银浆料，该浆料的组分及质量百分比为：35‑50％的一类球形银粉、5‑20％的二类球形银粉、0.5‑5％的玻璃粉、35‑50％的有机粘合剂、4‑10％的触变剂、0.5‑5％的助剂、0.01‑2％的无机添加剂，所述的无机添加剂为CaSiO₃、Al₂(SiO₃)₃、气相SiO₂、Al₂O₃、SiNx中的至少一种，且在制备所述浆料的过程中，先将无机添加剂与所述玻璃粉进行球磨混合、包覆，再与浆料的其他各组分进行混合制浆。本发明通过选用与硅片亲和力好的无机的粉末状的添加剂，在烧结时能够附着在硅片表面，对玻璃粉和硅片的接触具有一定的阻隔作用，减缓玻璃粉熔融过程中对硅片的侵蚀速度，提高开路电压；无机添加剂与玻璃粉提前混合，能够实现对玻璃粉的精准阻隔，提高无机添加剂的阻隔效率。

Description

一种双面PERC太阳能电池用背银浆料

技术领域

本发明涉及导电浆料技术领域，具体涉及一种双面PERC太阳能电池用背银浆料。

背景技术

近两年来，在光伏领域PERC电池逐渐超越传统结构的电池成为市场的主流产品，PERC（Passivated Emitter and Rear Cell）即钝化发射极和背面电池技术，其结构特点是，对电池片进行了双面钝化，背面电极采用局部接触的形式，有效地降低了背面的复合，提高了对长波的吸收，从而提高电池片的转换效率。

太阳能电池背面银浆主要由银粉、有机溶剂、无机粘合剂及添加剂组成。银粉作为浆料中的功能相,主要起到导电的作用。在太阳能组件生产过程中背电极需要与硅片接触，但是，现有的部分背银浆料在熔蚀背面硅片时，对与其搭接的铝浆层破坏面积大，导致没有被银浆层覆盖的部分硅片暴露，没有被铝浆层覆盖、保护，且部分银浆层与铝浆层接触的外边缘相容性差，导致铝浆层和银浆层的接触界面不稳定。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种双面PERC太阳能电池用背银浆料，该浆料有着良好的印刷性，触变特性，印刷烧结后形成的背电极银膜致密而均匀，对PERC硅片背面铝浆的腐蚀面积小，与背面铝浆的相容性优异。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种双面PERC太阳能电池用背银浆料，该浆料的组分及质量百分比为：35-50%的一类球形银粉、5-20%的二类球形银粉、0.5-5%的玻璃粉、15-30%的有机粘合剂、18-22%的触变剂、0.5-5%的助剂、0.01-2%的无机添加剂，所述的无机添加剂为CaSiO₃、Al₂(SiO₃)₃、气相SiO₂、Al₂O₃、SiNx中的至少一种，且在制备所述浆料的过程中，先将无机添加剂与所述玻璃粉进行球磨混合、包覆，再与浆料的其他各组分进行混合制浆。

一般在背银浆料中增加添加剂的主要作用是对浆料中的粉体进行表面处理，使各种粉体在浆料中能分散均匀，当浆料印刷在硅片表面进行烘干固定或者烧结升温的过程即挥发或者分解。本发明通过选用与硅片亲和力好的无机添加剂，在烧结时能够附着在硅片表面，对玻璃粉和硅片的接触具有一定的阻隔作用，减缓玻璃粉熔融过程中对硅片的侵蚀速度，提高开路电压；其次，无机添加剂与玻璃粉提前混合，能够实现对玻璃粉的精准阻隔，提高无机添加剂的阻隔效率；第三，无机添加剂与其他有机类添加剂相比，该无机添加剂在烧结的升温和保持温度的过程中能够在硅片上附着并持续存在较长时间，不会早早被烧结消失，能够分别对硅片和玻璃粉产生较长时间的阻隔作用；另外，无机添加剂的无机添加剂的比表面积较大，在背银浆料制备过程中先与玻璃粉进行球磨混合，使无机添加剂包覆在玻璃粉的表面，然后再与其他组分混合制备本发明的背银浆料，且无机添加剂与玻璃粉提前预混合，能够减小后续制浆的研磨过程中，玻璃粉在浆料中分散不均匀的情况。

优选的技术方案为，所述玻璃粉的粒径为5-10μm。增加玻璃粉的粒径，能够有效减缓烧结过程中，玻璃粉的熔融速度，进一步减缓玻璃粉对钝化层的腐蚀速率，变相的减小了玻璃粉对钝化层的腐蚀。

进一步优选的技术方案为，所述浆料中还包括0.5-1%的石墨粉；所述玻璃粉的组成及质量百分比为：30-40%的CuO、12-15%的Bi₂O₃、12-14%的SiO₂、10-20%的B₂O₃、10-15%的Sb₂O₃、6-9%的PbO、2-4%的Al₂O₃、2-4%的TiO₂、2-4%的Cr₂O₃、1-3%的NiO、1-3%的Li₂CO₃、1-3%的TeO₂、1-3%的WO₃。太阳能电池组件工作环境温度可达60℃左右，容易导致焊带中的锡和银层的相互迁移，容易造成背电极松动，从而使得焊点的接触变差，进一步造成的组件输出功率减少每年可达0.5％；通过对玻璃粉的配方进行优化设计，与普通的玻璃粉的配方相比，提高了氧化硼、氧化铜的含量，并新添加了两性氧化物-氧化铋、氧化锑的组分，同时在浆料中添加了石墨粉，背银浆料在高温烧结的过程中，石墨粉中碳的还原作用将玻璃粉中的氧化铜、氧化铋、氧化锑还原成金属铜、金属铋、金属锑，增加了低银浆料烧结后的背银层的导电粒子，提高背银层的导电性能；氧化硼在高温烧结和碳的还原作用，部分氧化硼变成碳化硼，进一步提高背银层的电传导率，另一部分未被碳还原的氧化硼和玻璃粉中的其他组分高温烧结后，变成黏性很大的液体，能有效浸润银粉粒子，烧结成型后可对背电极银层形成良好的包覆，该包覆层两端的银粉和其他的金属铜、金属铋、金属锑可以通过隧道效应导通，不会对电性能有影响，却能有效阻止电极中银与焊带中锡的相互扩散，极大提高了太阳能组件在长期使用过程中的稳定性与可靠性。

进一步优选的技术方案为，所述的一类球形银粉的平均粒径为0.6μm-1.2μm，振实密度3.0-4.5g/cm³；二类球形银粉的平均粒径为0.2μm-0.5μm，粒径小于1μm的银粉，业内也称为纳米银粉，振实密度≥4.0g/cm³。本发明的浆料还通过对银粉混合物的形貌，粒径以及配比进行配伍调整，粒径较大的球状银粉在烧结过程中形成骨架结构，二类球形银粉填充在空隙中，通过不同烧结活性的银粉在浆料中的排列使得烧制成型的背面银浆附着在硅片上的银层更加致密、均匀，有利于降低串阻，使背银层具有良好的导电性，附着力强，能与硅基板形成良好的欧姆接触。

进一步优选的技术方案为，所述触变剂是流变助剂MAX和松油醇的混合物，其中，MAX与松油醇按重量比例为1:8-12进行混合。MAX是海明斯THIXATROL MAX流变助剂；在浆料中加入高比例的触变剂，可以使背银浆料在印刷完成后具有一定的塑形效果，避免背银浆料在硅片表面过度流动，从而减小浆料和硅片的接触面积，减小腐蚀。

进一步优选的技术方案为，所述有机粘合剂按重量计，包括4-20%的有机树脂和80-96%的有机溶剂；其中，有机树脂选自乙基纤维素、铵链烷磺基内酯接枝改性乙基纤维素、醋酸丁基纤维素，丙烯酸树脂中的一种或几种。有机溶剂选自丙酮、松油醇、松节油、醇酯十二、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、柠檬酸三丁酯中的一种或几种。

进一步优选的技术方案为，所述有机树脂为铵链烷磺基内酯接枝改性乙基纤维素。有机树脂选用铵链烷磺基内酯接枝改性乙基纤维素，使乙基纤维素具有了铵链烷磺基内酯的两性特征，有效地改善了传统的乙基纤维素的稳定性，具有更好的湿润性能，更易附着在银粉颗粒的表面；另外其能够与阴、阳离子、非离子表面活性剂并用，配伍性能良好，具有优良的增稠性、柔软性，进一步调节银浆的粘度。

进一步优选的技术方案为，所述助剂包括分散剂、消泡剂、表面活性剂和附着力促进剂，所述消泡剂为十二烷基磺酸钠、2-乙基-4-甲基咪唑、4，4-二氨基二苯甲烷中的一种或几种；所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、乳酸单甘油酯、Tween-50 中的一种或几种；所述附着力促进剂为含有反应性环氧丙氧基和甲氧基团的硅烷偶联剂。所述硅烷偶联剂为A171(乙烯基三甲氧基硅烷)、A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)、A187、KH560等。

本发明还提供了一种双面PERC太阳能电池用背银浆料的制备方法，包括以下步骤：（1）有机粘合剂的制备，按质量份称取有机树脂和有机溶剂混合后大分散机上800rmp转速分散搅拌，同时电加热升温到75℃并持续保温，分散1-2h，待充分混合、溶解均匀后，降温冷却，用200目丝网过滤混合物，得到有机粘合剂备用；（2）玻璃粉的制备，按质量称取玻璃粉的各组分，在三维混合机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于1200℃温度下熔融各组分，熔融时间为1-2h，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，80rpm转速的球磨机球磨20-30h，经500目筛网过筛，150℃下烘干后制得玻璃粉备用；（3）玻璃粉与无机添加剂、石墨粉按比例称量，置于球磨罐中，加入无水乙醇，在转速80rpm的球磨机上研磨2h，静置1h后，将上层清液倒掉，取下层悬浊液用500目丝网过筛，在150℃下烘干后备用；（4）触变剂的制备，将流变助剂MAX和松油醇按比例加入容器中，2000rpm转速搅拌混合，搅拌至MAX完全溶解后制成触变剂备用；（5）背银浆料的混配，按质量称取一类球形银粉、二类球形银粉、混合了无机添加剂和石墨粉的玻璃粉、有机粘合剂，触变剂、助剂，采用分散机在500rpm转速下，分散50min，然后在三辊研磨机上研磨10遍，控制粒径小于15微米，制得背银浆料。

本发明的优点和有益效果在于：本发明通过选用与硅片亲和力好的无机的粉末状的添加剂，在烧结时能够附着在硅片表面，对玻璃粉和硅片的接触具有一定的阻隔作用，减缓玻璃粉熔融过程中对硅片的侵蚀速度，提高开路电压；另外，无机添加剂与玻璃粉提前混合，能够实现对玻璃粉的精准阻隔，提高无机添加剂的阻隔效率；且无机添加剂与玻璃粉提前预混合，能够减小后续制浆的研磨过程中，玻璃粉在浆料中分散不均匀的情况；通过对玻璃粉的配方进行优化设计，能有效浸润银粉粒子，烧结成型后可对背电极银层形成良好的包覆，能有效阻止电极中银与焊带中锡的相互扩散，极大提高了太阳能组件在长期使用过程中的稳定性与可靠性；同时在浆料中添加了石墨粉，增加了烧结后的背银层的导电粒子，提高低银浆料的背银层的导电性能。通过对银粉混合物的形貌，粒径以及配比进行配伍调整，粒径较大的球状银粉在烧结过程中形成骨架结构，二类球形银粉填充在空隙中，通过不同烧结活性的银粉在浆料中的排列使得烧制成型的背面银浆附着在硅片上的银层更加致密、均匀，有利于降低串阻，使背银层具有良好的导电性，附着力强，能与硅基板形成良好的欧姆接触；本发明提供的背银浆料的制备方法能够使得背面银浆各组分得到均匀的分散，整个制备过程简单易行，操作方便。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明是一种双面PERC太阳能电池用背银浆料，该浆料的组分及质量百分比为：42.5%的一类球形银粉、10%的二类球形银粉、2.5%的玻璃粉、22%的有机粘合剂、20%的触变剂、0.5%的司班85、0.5%的十二烷基磺酸钠、0.5%的聚乙烯吡咯烷酮、0.5%的A171（乙烯基三甲氧基硅烷）、1%的CaSiO3。

所述的一类球形银粉的平均粒径为 0.6μm-1.2μm，振实密度3.0-4.5g/cm³；二类球形银粉的平均粒径为0.2μm-0.5μm，振实密度≥4.0g/cm³。

以上背银浆料的制备方法如下：（1）有机粘合剂的制备，按质量份称取10%的乙基纤维素和90%的丁基卡必醇混合后大分散机上800rmp转速分散搅拌，同时电加热升温到75℃并持续保温，分散1-2h，待充分混合、溶解均匀后，降温冷却，用200目丝网过滤混合物，得到有机粘合剂备用；（2）玻璃粉的制备，按质量称取玻璃粉的各组分，在三维混合机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于1200℃温度下熔融各组分，熔融时间为1-2h，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，80rpm转速的球磨机球磨20-30h，经500目筛网过筛，150℃下烘干后制得玻璃粉备用；（3）按组分所需用量分别称取玻璃粉与CaSiO₃、石墨粉，置于球磨罐中，加入无水乙醇，在转速80rpm的球磨机上研磨2h，静置1h后，将上层清液倒掉，取下层悬浊液用500目丝网过筛，在150℃下烘干后备用；（4）触变剂的制备，将流变助剂MAX和松油醇按1:10的比例加入容器中，2000rpm转速搅拌混合，搅拌至MAX完全溶解后制成触变剂备用；（5）背银浆料的混配，按质量称取一类球形银粉、二类球形银粉、有机粘合剂，触变剂、助剂，并加入混合了CaSiO₃和石墨粉的玻璃粉，采用分散机在500rpm转速下，分散50min，然后在三辊研磨机上研磨10遍，控制粒径小于15μm，制得背银浆料。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，所述玻璃粉的粒径为9μm。

实施例3

实施例3与实施例2的区别在于，所述浆料的组分及质量百分比为：43.7%的一类球形银粉、10%的二类球形银粉、2.5%的玻璃粉、20%的有机粘合剂、20%的触变剂、0.5%的司班85、0.5%的十二烷基磺酸钠、0.5%的聚乙烯吡咯烷酮、0.5%的A171（乙烯基三甲氧基硅烷）、1%的CaSiO3、0.8%的石墨粉。其中，所述玻璃粉的组成及质量百分比为：33%的CuO、13%的Bi₂O₃、12%的SiO₂、15%的B₂O₃、11%的Sb₂O₃、6%的PbO、2%的Al₂O₃、2%的TiO₂、2%的Cr₂O₃、1%的NiO、1%的Li₂CO₃、1%的TeO₂、1%的WO₃；所述无机添加剂为Al₂O₃和气相SiO₂，且两者的重量比为2:1。

实施例4

实施例4与实施例3的区别在于，所述有机树脂为铵链烷磺基内酯接枝改性乙基纤维素。

对比例1

对比例1与实施例3的区别在于，背银浆料中不含有无机添加剂CaSiO₃和大比例剂量的触变剂。

对比例2

对比例2与对比例1的区别在于，玻璃粉的组成及质量百分比为：40%的CuO、14%的SiO₂、15%的B₂O₃、9%的PbO、4%的Al₂O₃、4%的TiO₂、4%的Cr₂O₃、3%的NiO、3%的Li₂CO₃、2%的TeO₂、2%的WO₃，且不含有石墨粉、不含有无机添加剂。

对以上实施例1-4和对比例1、2制备的背银浆料印刷烧结后，进行电性能测试，测试结果如下：

从上表可看出，本发明实施例1至实施例4的背银浆料制备的双面PERC电池片的正面、背面的光电转化效率与对比例1、2的背银浆料制备的电池片相比，具有明显的提高；实施例1与对比例1、2相比较，加入无机添加剂和大比例触变剂，提高了开路电压和填充因子FF；实施例3、4加入了两种不同无机添加剂，并加入大比例剂量的触变剂，且采用大粒径玻璃粉并对玻璃粉配方进行优化，同时浆料中加入的石墨粉与优化的玻璃粉的还原作用，几种优化方案共同作用，使浆料对背钝化层的腐蚀很小，开压提升明显，正面背面效率都有明显提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种双面PERC太阳能电池用背银浆料，其特征在于，该浆料的组分及质量百分比为：35-50%的一类球形银粉、5-20%的二类球形银粉、0.5-5%的玻璃粉、0.5-1%的石墨粉、15-30%的有机粘合剂、18-22%的触变剂、0.5-5%的助剂、0.01-2%的无机添加剂，所述的无机添加剂为CaSiO₃、Al₂(SiO₃)₃、气相SiO₂、Al₂O₃、SiNx中的至少一种，且在制备所述浆料的过程中，先将无机添加剂与所述玻璃粉进行球磨混合、包覆，再与浆料的其他各组分进行混合制浆；

所述一类球形银粉的平均粒径为0.6μm-1.2μm，振实密度3.0-4.5g/cm³；二类球形银粉的平均粒径为0.2μm-0.5μm，振实密度≥4.0g/cm³；

所述有机粘合剂按重量计，包括4-20%的有机树脂和80-96%的有机溶剂；

所述触变剂是流变助剂MAX和松油醇的混合物；

所述助剂包括分散剂、消泡剂、表面活性剂和附着力促进剂，所述消泡剂为十二烷基磺酸钠、2-乙基-4-甲基咪唑、4，4-二氨基二苯甲烷中的一种或几种，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、乳酸单甘油酯、Tween-50 中的一种或几种，所述附着力促进剂为硅烷偶联剂；

所述双面PERC太阳能电池用背银浆料的制备方法，包括以下步骤：（1）有机粘合剂的制备，按质量份称取有机树脂和有机溶剂混合后大分散机上800rmp转速分散搅拌，同时电加热升温到75℃并持续保温，分散1-2h，待充分混合、溶解均匀后，降温冷却，用200目丝网过滤混合物，得到有机粘合剂备用；（2）玻璃粉的制备，按质量称取玻璃粉的各组分，在三维混合机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于1200℃温度下熔融各组分，熔融时间为1-2h，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，80rpm转速的球磨机球磨20-30h，经500目筛网过筛，150℃下烘干后制得玻璃粉备用；（3）玻璃粉与无机添加剂、石墨粉按比例称量，置于球磨罐中，加入无水乙醇，在转速80rpm的球磨机上研磨2h，静置1h后，将上层清液倒掉，取下层悬浊液用500目丝网过筛，在150℃下烘干后备用；（4）触变剂的制备，将流变助剂MAX和松油醇按比例加入容器中，2000rpm转速搅拌混合，搅拌至MAX完全溶解后制成触变剂备用；（5）背银浆料的混配，按质量称取一类球形银粉、二类球形银粉、混合了无机添加剂和石墨粉的玻璃粉、有机粘合剂，触变剂、助剂，采用分散机在500rpm转速下，分散50min，然后在三辊研磨机上研磨10遍，控制粒径小于15μm，制得背银浆料。

2.根据权利要求1所述的双面PERC太阳能电池用背银浆料，其特征在于，所述玻璃粉的粒径为5-10μm。

3.根据权利要求2所述的双面PERC太阳能电池用背银浆料，其特征在于，所述触变剂中的MAX与松油醇的重量比例为1:8-12。

4.根据权利要求3所述的双面PERC太阳能电池用背银浆料，其特征在于，所述玻璃粉的组成及质量百分比为：30-40%的CuO、12-15%的Bi₂O₃、12-14%的SiO₂、10-20%的B₂O₃、10-15%的Sb₂O₃、6-9%的PbO、2-4%的Al₂O₃、2-4%的TiO₂、2-4%的Cr₂O₃、1-3%的NiO、1-3%的Li₂CO₃、1-3%的TeO₂、1-3%的WO₃。

5.根据权利要求4所述的双面PERC太阳能电池用背银浆料，其特征在于，所述有机树脂选自乙基纤维素、铵链烷磺基内酯接枝改性乙基纤维素、醋酸丁基纤维素，丙烯酸树脂中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的双面PERC太阳能电池用背银浆料，其特征在于，所述有机树脂为铵链烷磺基内酯接枝改性乙基纤维素。