CN112585765B - 用于半导体元件的导电浆料及其制备方法和perc太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
一种用于半导体元件的导电浆料及其制备方法和太阳能电池。按重量为100份计,该导电浆料包括如下原料组分:金属粉80.0~93.0份;有机载体6.0~15.0份;氧化物刻蚀剂0.5~5.0份;氧化物刻蚀剂含有Fe2O3、SiO2和Na2O;以氧化物刻蚀剂摩尔份为100计,Fe2O3:SiO2=0.1:40~25:10;Na2O:SiO2=0.1:40~10:10。该导电浆料≤700℃的温度烧结时表现出优异的刻蚀性能,使金属粉与PERC晶硅太阳能电池表面的硅形成良好的欧姆接触,从而降低正面电极的电阻,获得接触电阻低、导电性能好、附着力强的正面电极。由此得到的PERC晶硅太阳能电池性能有大幅度提高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域,特别涉及一种用于半导体元件的导电浆料及其制备方法和PERC太阳能电池。
背景技术
太阳能是一种取之不尽,用之不竭的清洁型能源。随着煤炭、石油等不可再生能源的日益枯竭,开发并利用太阳能成为大热点。基于这种思路开发的太阳能电池就是利用太阳能的一种重要手段。目前,实现产业化的晶硅太阳能电池已经成为太阳能电池应用的典范。
电池片作为晶硅太阳能电池的核心组成部分,为了将光照下产生的电流收集并导出,需要在电池片的正面及背面上分别制作一个电极。制造电极的方法多种多样,其中丝网印刷及共烧是目前最为普遍的一种生产工艺。如正面电极的制造中,采用丝网印刷的方式将导电浆料涂覆于硅片上,并通过烧结在硅片正面上形成正面电极。烧结后的晶硅太阳能电池正面电极需要在硅片上附着牢固,栅线窄而高,遮光面积小,易于焊接,硅太阳能电池正面电极用导电浆料要具备在烧结过程中穿透氮化硅减反射膜的能力,与硅电池片形成良好的欧姆接触。
常见的晶硅太阳能电池正面导电浆料由银粉、玻璃粉、有机载体组成,导电浆料被使用丝网印刷的方式印刷到电池片表面。在烧结过程中,导电浆料中的玻璃粉刻蚀并穿透晶硅太阳能电池正面或光照面的减反射绝缘层如氮化硅、氧化铝、氧化硅、氧化硅或者氧化钛,使银粉与晶硅太阳能电池基体接触,形成正面电极。
钝化发射极及背局域接触电池(Passivated Emitter and Rear Cell,简称:PERC),最早由澳大利亚科学家Martin Green在1983年提出。PERC电池近年来效率记录不断被刷新,将成为未来最具性价比的太阳能电池技术。其PERC单晶电池的转化效率已经达到21.9%,比常规多晶电池效率(18.7%左右)大幅提高,使太阳能电池的生产成本大幅下降。PERC技术通过在电池的背面添加一个电介质钝化层和激光开槽以及高方阻来提高转换效率。PERC电池最大化跨越了P-N结的电势梯度,这使得电子更稳定的流动,减少电子重组,以及更高的效率水平。常规晶硅电池片在大约780℃温度下烧结制备电极,由于PERC单晶电池独特的结构使其电池片更为脆弱,必须在比常规晶硅电池更低的温度下烧结,加之其比常规电池片增加了一层Al2O3钝化层(见图3和图4的301),要求其正面导电浆料不仅必须具备在较低温烧结的性能,同时要与硅片有更好的接触性能和更好的附着力性能。传统的正面导电浆料以及使用的玻璃粉在低温烧结时不能很好的刻蚀PERC单晶电池片表面的减反射绝缘层和钝化层,其形成的正面电极与硅片表面接触电阻高,附着力低,从而影响了PERC电池片的光电转化效率和可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种用于半导体元件的导电浆料及其制备方法,以解决现有正面导电浆料存在的在低温烧结环境下不能有效对PERC单晶电池片的表面的钝化层进行刻蚀,从而导致正面电极与硅片表面接触的电阻值升高以及附着力降低,最终使得电池片光电转化效率低和可靠性低等问题。
进一步地,本发明还提供一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法及PERC太阳能电池。
为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种用于半导体元件的导电浆料,按照总重量为100份计,包括如下原料组分:
金属粉 80.0~93.0份;
有机载体 6.0~15.0份;
氧化物刻蚀剂 0.5~5.0份;
其中,所述氧化物刻蚀剂至少含有Fe2O3、SiO2和Na2O;
以所述氧化物刻蚀剂摩尔份为100计,所述Fe2O3与SiO2的摩尔比例为0.1:40~25:10;所述Na2O与SiO2的摩尔比例为0.1:40~10:10。
相应地,一种用于半导体元件的导电浆料的制备方法,包括以下步骤:
步骤S01.将氧化物刻蚀剂原料组分进行熔融得到氧化物刻蚀剂熔液,对所述氧化物刻蚀剂熔液进行骤冷处理,得到氧化物刻蚀剂颗粒,经破碎获得粒径在(0.1~5.0)μm的氧化物刻蚀剂粉末;
步骤S02.将有机载体原料置于(40~100)℃环境中进行混合处理,得到有机载体;
步骤S03.将金属粉与步骤S01得到的氧化物刻蚀剂粉末、步骤S02得到的有机载体三者进行混料破碎处理,获得PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料。
相应地,一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,包括以下步骤:
提供表面具有绝缘膜的PERC晶硅半导体元件;
以丝网印刷的方式将上述用于半导体元件的导电浆料印制于所述晶体硅导电元件的绝缘膜表面,随后依次进行干燥、烧结、冷却处理,得到晶硅太阳能电池正面电极。
以及,一种PERC晶硅太阳能电池,所述PERC晶硅太阳能电池的正面电极为如上所述的PERC晶硅太阳能电池正面电极。
有益效果
相对于现有技术,本发明提供的用于半导体元件的导电浆料,由于氧化物刻蚀剂中至少含有Fe2O3、SiO2、和Na2O,而且所述氧化物刻蚀剂中Fe2O3与SiO2的摩尔比例为0.1:40~25:10、Na2O与SiO2的摩尔比例为0.1:40~10:10,这些特定比例的组分能使其氧化物刻蚀剂在低于700℃的温度烧结时表现出优异的刻蚀性能,使得氧化物刻蚀剂在低温烧结过程中能够溶解足够的银,溶解了银的所述氧化物刻蚀剂熔液一部分用于润湿金属粉并促使其烧结,另一部分则流动至PERC晶硅太阳能电池表面与减反射层反应,能够有效的刻蚀PERC晶硅太阳能电池的减反射层,在冷却过程中溶解在氧化物刻蚀剂熔液中的银析出形成微小的纳米银颗粒,使金属粉与硅形成良好的欧姆接触,极大的降低正面电极的电阻,最终获得接触电阻低、导电性能好、附着力强的正面电极。
本发明提供的PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料的制备方法,工艺条件简单,获得的正面导电浆料组分均匀且性能良好,适用于工业大规模生产。
本发明提供的PERC晶硅太阳能电池,由于采用了上述的PERC晶硅太阳能电池正面电极结构,PERC晶硅太阳能电池结构表现出良好的附着力,同时银电极和硅片具有良好的欧姆接触,使得太阳能电池的转换效率得到提高,PERC晶硅太阳能电池的可靠性也大幅度提高。
附图说明
为更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的用于半导体元件的导电浆料的制备方法工艺流程示意图;
图2为本发明提供的PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法工艺流程示意图;
图3为本发明提供的在表面具有绝缘膜和钝化层的PERC晶硅半导体元件上印刷了本发明所述的正面导电浆料的示意图;
图4为本发明图3中印刷了正面和背面正面导电浆料的PERC晶硅半导体元件烧结后的示意图;
图5为180°拉伸测试示意图;
其中,100-晶体硅电池片;200-P/N结(磷掺杂层);300-绝缘膜,301-Al2O3钝化层;400-印刷的正面导电浆料,401-金属粉,402-有机载体,403-氧化物刻蚀剂;500-印刷的背面银浆;600-印刷的背面铝浆;700-正面电极;800-焊带;900-拉伸机;901-拉伸机样品第一固定螺栓;902-拉伸机样品第二固定螺栓;F-拉力方向。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明中,晶体硅、硅晶均表示相同的意思。
本发明采用的技术方案如下:
一种用于半导体元件的导电浆料,按照总重量为100份计,包括如下原料组分:
金属粉 80.0~93.0份;
有机载体 6.0~15.0份;
氧化物刻蚀剂 0.5~5.0份;
其中,所述氧化物刻蚀剂至少含有Fe2O3、SiO2和Na2O;以所述氧化物刻蚀剂摩尔份为100计,所述Fe2O3与SiO2的摩尔比例为0.1:40~25:10;所述Na2O与SiO2的摩尔比例为0.1:40~10:10。
更为具体地,以所述氧化物刻蚀剂摩尔总量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
此外,所述氧化物刻蚀剂中还含有添加元素的氧化物,其含量为0~10.0%。
优选地,添加元素的氧化物中添加元素为钛、铝、银、铬、钪、铜、铌、钒、钽、锶、溴、钴、铪、镧、钇、镱、钡、锰、镍、锡、砷、锆、钾、铊、磷、铟、镓、锗、锌等中的一种或者两种及以上。
本发明氧化物刻蚀剂的原料不仅包括使用化学方法制成的氧化物和经过高温处理后得到的氧化物,还包括其含有阳离子的碳酸盐、磷酸盐、氟化物等,例如所述Li2O的原料包括Li2O和Li2CO3等,所述的原料Fe2O3包括FeO、FeO2、Fe2O3、Fe3O4和RxFeO3等,其中RxFeO3中的R是元素Li、Na、K、Ru、Cs、Be、Mg、Ca、Sr和Ba中的一种,Rx中的x是元素数量;锌的氧化物作为添加元素的氧化物时,该添加元素的氧化物的原料包括ZnO和Zn3(PO4)2等。
优选地,氧化物刻蚀剂可以为晶体、非晶体或者非晶体与晶体的混合物。
上述氧化物刻蚀剂中,优选地,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~40.0%;B2O3 0.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O30.1~0.4%;Na2O 0.1~10.0%,Fe2O3摩尔含量在0.1~0.4%范围内得到的PERC晶硅太阳能电池中,其正面电极的结合力达到3.0N以上。
另一优选方案,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~40.0%;B2O3 0.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O32.0~5.0%;Na2O 0.1~10.0%,Fe2O3摩尔含量在2.0~5.0%范围内得到的PERC晶硅太阳能电池中,其正面电极的结合力达到3.0N以上。
又一优选方案中,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~40.0%;B2O3 0.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O323~25%;Na2O 0.1~10.0%,Fe2O3摩尔含量在23~25%范围内得到的PERC晶硅太阳能电池中,正面电极的串联电阻低至2.13mΩ及以下,其正面电极的结合力达到3.0N以上。
又一优选方案中,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~40.0%;B2O3 0.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O32.0~5.0%;Na2O 0.1~0.5%,Fe2O3和Na2O的摩尔含量同时在2.0~5.0%、0.1~0.5%范围内得到的PERC晶硅太阳能电池中,正面电极的附着力达到3.29N及以上,且串联电阻低至2.18mΩ及以下,太阳能电池的转换效率达到22.123%以上。
又一优选方案中,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~15.0%;B2O3 0.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O38.0~12%;Na2O 0.1~0.5%,SiO2、Fe2O3和Na2O的摩尔含量同时在10.0~15.0%、2.0~5.0%、0.1~0.5%范围内得到的PERC晶硅太阳能电池中,正面电极的附着力达到3.21N及以上,且串联电阻低至2.14mΩ及以下,太阳能电池的转换效率达到22.105%以上。
优选地,所述金属粉为银、金、铂、铜、铁、镍、锌、钛、钴、铬、铝、锰、钯、铑中的至少一种。
进一步优选地,所述金属粉为银包覆的铜、铁、镍、锌、钛、钴、铬、铝、锰中的至少一种,其中,银包覆层的厚度为(10~50)nm。
优选地,所述金属粉为非银包覆的金属粉和银包覆的金属粉的混合体,其中,所述非银包覆的金属粉与银包覆的金属粉的重量比为5/95~95/5,非银包覆的金属粉为银、金、铂、铜、铁、镍、锌、钛、钴、铬、铝、锰、钯、铑中的至少一种;银包覆的金属粉为铜、铁、镍、锌、钛、钴、铬、铝、锰中的至少一种,所述银包覆层的厚度为(10~200)nm。
本发明中所述有机载体包括有机溶剂、聚合物、润湿分散剂、触变剂及其他功能助剂等。
以所述有机载体重量为100份计,包括以下组分:
有机溶剂50~95份;聚合物1~40份;润湿分散剂0.1~10份;触变剂1~20份;其他功能助剂0.1~25。
其中,所述有机溶剂选自松油醇、乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、十二醇酯、二乙二醇丁醚、三乙二醇丁醚、三丙二醇甲醚、萜烯类等高沸点溶剂中的至少一种。
所述润湿分散剂选自脂肪酸(油酸、硬酯酸等)、脂肪酸的酰胺衍生物(油酸酰胺、硬脂酰胺等)、脂肪酸的酯类衍生物、聚乙烯蜡、聚乙二醇中的一种或者两种以上,主要用于帮助氧化物刻蚀剂和金属粉等在有机载体中的分散。
所述触变剂选自氢化蓖麻油衍生物、聚酰胺蜡、聚脲、气相二氧化硅中的一种或者两种以上,主要用于提高浆料在印刷过程中的触变性,使导电浆料在印刷过程中受到剪切时,稠度变小,容易丝网印刷,停止剪切时,稠度又增加,以保证正面电极有优异的高宽比。
进一步地,所述其他功能助剂选自聚甲基苯基硅氧烷、聚苯基硅氧烷、邻苯二甲酸酯类(如邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯等)、微晶蜡、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷、有机聚硅氮烷中的一种或者两种以上。所述功能助剂可根据需要选择添加,如加入微晶蜡等以降低表面张力;加入邻苯二甲酸二丁酯(DBP)等以改善浆料的柔韧性;加入聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等改善黏附力;加入有机聚硅氮烷可以改善浆料的印刷性能,使其在更窄开口的网版上印刷出更细的副栅。优选地,加入的机聚硅氮烷重量份为0.1~20份。
相应地,本发明还提供用于半导体元件的导电浆料的制备方法。
如图1所示,在一个实施例中,用于半导体元件的导电浆料的制备方法包括以下步骤:
步骤S01.将氧化物刻蚀剂原料组分进行熔融得到氧化物刻蚀剂熔液,对所述氧化物刻蚀剂熔液进行骤冷处理,得到氧化物刻蚀剂颗粒,经破碎获得粒径在(0.1~5.0)μm的氧化物刻蚀剂粉末;
步骤S02.将有机载体原料置于(40~100)℃环境中进行混合处理,得到有机载体;
步骤S03.将金属粉与步骤S01得到的氧化物刻蚀剂粉末、步骤S02得到的有机载体三者进行混料破碎处理,获得PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料。
下面对所述晶硅太阳能电池正面导电银浆的制备方法做更加详细的解释说明。
其中,氧化物刻蚀剂原料的熔融方法为将氧化物刻蚀剂原料混匀后,加热至(900~1200)℃,保温(60~180)min,随后进行冷却处理,得到氧化物刻蚀颗粒,并将其置于(60~80)℃中进行烘干,再破碎处理。破碎时可以使用球磨方式进行研磨,也可以使用其他可以使得氧化物刻蚀颗粒破碎至粒径为(0.1~5.0)μm的粉料,破碎后将氧化物刻蚀剂粉料置于(80~100)℃中进行干燥处理。
上述氧化物刻蚀剂熔液的骤冷处理方式为可以是在(5~25)℃的去离子水中快速冷却,也可以在流动的空气中冷却,空气的温度不高于25℃。
本发明所述用于半导体元件的导电浆料的制备方法还有如下替换方法:
在一个实施方案中,先将氧化物刻蚀剂和金属粉进行混合,得到第一混合物,再将该第一混合物与有机载体进行混合、研磨处理,得到用于半导体元件的导电浆料。
在另一个实施方案中,先将上述氧化物刻蚀剂和有机载体进行混合,得到第一混合物,再往该第一混合物中加入金属粉,混料、研磨处理,得到用于半导体元件的导电浆料。
在又一个实施方案中,先将金属粉和有机载体进行混合,得到第一混合物,再向该第一混合物中加入氧化物刻蚀剂,混料、研磨处理,得到用于半导体元件的导电浆料。
在再一个实施方案中,先按照配方比例分别称取重量份的金属粉、有机载体、氧化物刻蚀剂,随后按照称取的金属粉、有机载体、氧化物刻蚀剂各自按照重量份为100计,先将20~60重量份的金属粉和20~60重量份的有机载体进行混合,得到第一混合物;再将40~80重量份氧化物刻蚀剂和部分的有机载体进行混合,得到第二混合物,然后再将该第一混合物和第二混合物进行混合,研磨处理,得到用于半导体元件的导电浆料。上述制备方法得到的用于半导体元件的导电浆料即为PERC晶硅太阳能电池正面浆料。
请参考图2、图3及图4,本发明还提供一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法。
所述制作方法涉及表面叠设有绝缘膜和Al2O3钝化层的PERC晶硅半导体元件。
所述PERC晶硅半导体元件的结构如图3所示,100为具有相对第一表面和第二表面的晶体硅电池片,在第一表面叠设有P/N结200,在P/N结200表面叠设有绝缘膜300,在绝缘膜300表面叠设有Al2O3钝化层301;在第二表面上印刷有背面银浆500和绝缘膜300,且绝缘膜300表面叠设有Al2O3钝化层301,并且所述Al2O3钝化层301表面叠设有背面铝浆600,其中,绝缘膜300,和Al2O3钝化层301,绝缘膜300可以是氮化硅膜、氧化钛膜、氧化铝膜、氧化硅膜中的至少一种。
具体地,所述PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,包括以下步骤:
步骤S04.提供表面叠设有绝缘膜300和Al2O3钝化层301的PERC晶硅半导体元件PERC单晶电池;
步骤S05.通过丝网印刷的方式将如上任一种方案所述的PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料400(其中,401为金属粉、402为有机载体、403为氧化物刻蚀剂)印制于第一表面一侧的所述绝缘膜300表面或者Al2O3钝化层301;
步骤S06.对步骤S05处理后的晶硅半导体元件PERC单晶电池依次进行干燥、烧结、冷却处理,得到PERC晶硅太阳能电池正面电极700,具体如图4所示。
具体地,干燥温度为80~400℃,烧结温度不高于700℃,冷却条件为自然冷却。
本发明还进一步地提供一种PERC晶硅太阳能电池,所述PERC晶硅太阳能电池的正面电极为上所述的PERC晶硅太阳能电池正面电极。
为了更好的说明本发明实施例提供的用于半导体元件的导电浆料及其制备方法,下面通过多个实施例进一步解释说明。
实施例1
一种用于半导体元件的导电浆料及正面电极和PERC晶硅太阳能电池。
以该用于半导体元件的导电浆料总重量为100份计算,包括如下比例的原料组分:银粉88.5份;有机载体9.0份;氧化物刻蚀剂2.5份。
其中,以所述氧化物刻蚀剂摩尔总量为100%计,包括以下原料组分:
PbO 24%、TeO2 15%、Li2O 10%、SiO2 21%、B2O3 6%、Bi2O3 5%、ZnO 5%、WO310%、Fe2O3 3.5%、Na2O 0.4%、Al2O3 0.1%。
所述氧化物刻蚀剂的制备方法为:按照以上所述的摩尔含量称取氧化物刻蚀剂原料并混匀;将混匀的所述氧化物刻蚀剂原料置于加热炉加热至1000℃,并在1000℃下保温120min,得到氧化物刻蚀剂熔液;将所述氧化物刻蚀剂熔液倒入25℃的水中冷却得到氧化物刻蚀剂颗粒;将所述氧化物刻蚀剂颗粒置于干燥箱中在80℃烘干,随后置于球磨机中进行研磨、过筛得到粒径为0.1~5.0μm的氧化物刻蚀剂粉,然后置于干燥箱中100℃烘干得到干燥的氧化物刻蚀剂粉。
其中,以所述有机载体重量总量为100%计,包括以下重量组分:
所述有机载体含有以下组分:松油醇、十二醇酯、萜烯三者的混合物65%;乙基纤维素10%、甲基硅油5%、松香树脂15%、聚酰胺蜡5%、有机聚硅氮烷5%。
所述有机载体的制备方法为:按照以上所述的比例称取有机载体原料,在60℃混合搅拌100min,得到有机载体。
所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料的制备方法包括以下步骤:
按照以上所述配方重量比例称取银粉88.5份,有机载体9.0份和所述氧化物刻蚀剂粉2.5份,混匀并研磨处理,得到所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料。
一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,包括以下步骤:
通过丝网印制的方式,将实施例1中PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料印制在具有绝缘膜和Al2O3钝化膜的PERC单晶硅太阳能电池正面,其太阳能电池背面丝网印制了背银和背铝,然后于695℃进行烧结,得到PERC晶硅太阳能电池正面电极。
对上述正面电极性能和得到的电池片效率进行测试,结果汇总在表2中。
实施例2
一种用于半导体元件的导电浆料及正面电极和PERC晶硅太阳能电池。
以该用于半导体元件的导电浆料总重量为100份计算,包括如下比例的原料组分:银粉88.5份;有机载体9.0份;氧化物刻蚀剂2.5份。
其中,以所述氧化物刻蚀剂摩尔总量为100%计,包括以下原料组分:
PbO 17%、TeO2 20%、Li2O 12%、SiO2 12%、B2O3 0.1%、Bi2O3 6%、ZnO 3.1%、WO3 3%、Fe2O3 24.1%、Na2O 2.2%、TiO2 0.5%。
所述氧化物刻蚀剂的制备方法为:按照以上所述的摩尔含量称取氧化物刻蚀剂原料并混匀;将混匀的所述氧化物刻蚀剂原料置于加热炉加热至1000℃,并在1000℃下保温120min,得到氧化物刻蚀剂熔液;将所述氧化物刻蚀剂熔液倒入25℃的水中冷却得到氧化物刻蚀剂颗粒;将所述氧化物刻蚀剂颗粒置于干燥箱中在80℃烘干,随后置于球磨机中进行研磨、过筛得到粒径为0.1~5.0μm的氧化物刻蚀剂粉,然后置于干燥箱中100℃烘干得到干燥的氧化物刻蚀剂粉。
其中,以所述有机载体重量总量为100%计,包括以下重量组分:
所述有机载体含有以下组分:松油醇、十二醇酯、萜烯三者的混合物65%;乙基纤维素10%、甲基硅油5%、松香树脂15%、聚酰胺蜡5%、有机聚硅氮烷5%。
所述有机载体的制备方法为:按照以上所述的比例称取有机载体原料,在60℃下混合搅拌100min,得到有机载体。
所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料的制备方法包括以下步骤:
按照以上所述配方重量比例称取银粉88.5份,有机载体9.0份和所述氧化物刻蚀剂粉2.5份,混匀并研磨处理,得到所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料。
一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,包括以下步骤:
通过丝网印制的方式,将实施例2中PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料印制在具有绝缘膜和Al2O3钝化膜的PERC单晶硅太阳能电池正面,其太阳能电池背面丝网印制了背银和背铝,然后于695℃进行烧结,得到PERC晶硅太阳能电池正面电极。
对上述正面电极性能和得到的电池片效率进行测试,结果汇总在表2中。
实施例3
一种用于半导体元件的导电浆料及正面电极和PERC晶硅太阳能电池。
以该用于半导体元件的导电浆料总重量为100份计算,包括如下比例的原料组分:银粉88.5份;有机载体9.0份;氧化物刻蚀剂2.5份。
其中,以所述氧化物刻蚀剂摩尔总量为100%计,包括以下原料组分:
PbO 11.1%、TeO2 16%、Li2O 12%、SiO2 40%、B2O3 2%、Bi2O3 8%、ZnO 4.5%、WO3 1%、Fe2O3 0.3%、Na2O 5%、Cr2O3 0.1%。
所述氧化物刻蚀剂的制备方法为:按照以上所述的摩尔含量称取氧化物刻蚀剂原料并混匀;将混匀的所述氧化物刻蚀剂原料置于加热炉加热至1000℃,并在1000℃下保温120min,得到氧化物刻蚀剂熔液;将所述氧化物刻蚀剂熔液倒入25℃的水中冷却得到氧化物刻蚀剂颗粒;将所述氧化物刻蚀剂颗粒置于干燥箱中在80℃烘干,随后置于球磨机中进行研磨、过筛得到粒径为0.1~5.0μm的氧化物刻蚀剂粉,然后置于干燥箱中100℃烘干得到干燥的氧化物刻蚀剂粉。
其中,以所述有机载体重量总量为100%计,包括以下重量组分:
所述有机载体含有以下组分:松油醇、十二醇酯、萜烯三者的混合物65%;乙基纤维素10%、甲基硅油5%、松香树脂15%、聚酰胺蜡5%、有机聚硅氮烷5%。
所述有机载体的制备方法为:按照以上所述的比例称取有机载体原料,在60℃混合搅拌100min,得到有机载体。
所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料的制备方法包括以下步骤:
按照以上所述配方重量比例称取银粉88.5份,有机载体9.0份和所述氧化物刻蚀剂粉2.5份,混匀并研磨处理,得到所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料。
一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,包括以下步骤:
通过丝网印制的方式,将实施例3中PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料印制在具有绝缘膜和Al2O3钝化膜的PERC单晶硅太阳能电池正面,其太阳能电池背面丝网印制了背银和背铝,然后于695℃进行烧结,得到PERC晶硅太阳能电池正面电极。
对上述正面电极性能和得到的电池片效率进行测试,结果汇总在表2中。
实施例4
一种用于半导体元件的导电浆料及正面电极和PERC晶硅太阳能电池。
以该用于半导体元件的导电浆料总重量为100份计算,包括如下比例的原料组分:银粉88.5份;有机载体9.0份;氧化物刻蚀剂2.5份。
其中,以所述氧化物刻蚀剂摩尔总量为100%计,包括以下原料组分:
PbO 16%、TeO2 32%、Li2O 22.2%、SiO2 10%、B2O3 0.3%、Bi2O3 6.1%、ZnO0.2%、WO3 3%、Fe2O3 10%、Na2O 0.2%。
所述氧化物刻蚀剂的制备方法为:按照以上所述的摩尔含量称取氧化物刻蚀剂原料并混匀;将混匀的所述氧化物刻蚀剂原料置于加热炉加热至1000℃,并在1000℃下保温120min,得到氧化物刻蚀剂熔液;将所述氧化物刻蚀剂熔液倒入25℃的水中冷却得到氧化物刻蚀剂颗粒;将所述氧化物刻蚀剂颗粒置于干燥箱中在80℃烘干,随后置于球磨机中进行研磨、过筛得到粒径为0.1~5.0μm的氧化物刻蚀剂粉,然后置于干燥箱中100℃烘干得到干燥的氧化物刻蚀剂粉。
其中,以所述有机载体重量总量为100%计,包括以下重量组分:
所述有机载体含有以下组分:松油醇、十二醇酯、萜烯三者的混合物65%;乙基纤维素10%、甲基硅油5%、松香树脂15%、聚酰胺蜡5%、有机聚硅氮烷5%。
所述有机载体的制备方法为:按照以上所述的比例称取有机载体原料,在60℃混合搅拌100min,得到有机载体。
所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料的制备方法包括以下步骤:
按照以上所述配方重量比例称取银粉88.5份,有机载体9.0份和所述氧化物刻蚀剂粉2.5份,混匀并研磨处理,得到所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料。
一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,包括以下步骤:
通过丝网印制的方式,将实施例4中PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料印制在具有绝缘膜和Al2O3钝化膜的PERC单晶硅太阳能电池正面,其太阳能电池背面丝网印制了背银和背铝,然后于695℃进行烧结,得到PERC晶硅太阳能电池正面电极。
对上述正面电极性能和得到的电池片效率进行测试,结果汇总在表2中。
实施例5
一种用于半导体元件的导电浆料及正面电极和PERC晶硅太阳能电池。
以该用于半导体元件的导电浆料总重量为100份计算,包括如下比例的原料组分:银粉88.5份;有机载体9.0份;氧化物刻蚀剂2.5份。
其中,以所述氧化物刻蚀剂摩尔总量为100%计,包括以下原料组分:
PbO 16%、TeO2 16%、Li2O 22.2%、SiO2 11.1%、B2O3 0.3%、Bi2O3 6.1%、ZnO0.2%、WO3 3%、Na2O 0.1%、Fe2O3 25%。
所述氧化物刻蚀剂的制备方法为:按照以上所述的摩尔含量称取氧化物刻蚀剂原料并混匀;将混匀的所述氧化物刻蚀剂原料置于加热炉加热至1000℃,并在1000℃下保温120min,得到氧化物刻蚀剂熔液;将所述氧化物刻蚀剂熔液倒入25℃的水中冷却得到氧化物刻蚀剂颗粒;将所述氧化物刻蚀剂颗粒置于干燥箱中在80℃烘干,随后置于球磨机中进行研磨、过筛得到粒径为0.1~5.0μm的氧化物刻蚀剂粉,然后置于干燥箱中100℃烘干得到干燥的氧化物刻蚀剂粉。
其中,以所述有机载体重量总量为100%计,包括以下重量组分:
所述有机载体含有以下组分:松油醇、十二醇酯、萜烯三者的混合物65%;乙基纤维素10%、甲基硅油5%、松香树脂15%、聚酰胺蜡5%、有机聚硅氮烷5%。
所述有机载体的制备方法为:按照以上所述的比例称取有机载体原料,在60℃下混合搅拌100min,得到有机载体。
所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料的制备方法包括以下步骤:
按照以上所述配方重量比例称取银粉88.5份,有机载体9.0份和所述氧化物刻蚀剂粉2.5份,混匀并研磨处理,得到所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料。
一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,包括以下步骤:
通过丝网印制的方式,将实施例5中PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料印制在具有绝缘膜和Al2O3钝化膜的PERC单晶硅太阳能电池正面,其太阳能电池背面丝网印制了背银和背铝,然后于695℃进行烧结,得到PERC晶硅太阳能电池正面电极。
对上述正面电极性能和得到的电池片效率进行测试,结果汇总在表2中。
实施例6
一种用于半导体元件的导电浆料及正面电极和PERC晶硅太阳能电池。
以该用于半导体元件的导电浆料总重量为100份计算,包括如下比例的原料组分:银粉88.5份;有机载体9.0份;氧化物刻蚀剂2.5份。
其中,以所述氧化物刻蚀剂摩尔总量为100%计,包括以下原料组分:
PbO 16%、TeO2 32%、Li2O 122.2%、SiO2 10.1%、B2O3 0.3%、Bi2O3 6.1%、ZnO0.2%、WO3 3%、Fe2O3 0.1%、Na2O 10%。
所述氧化物刻蚀剂的制备方法为:按照以上所述的摩尔含量称取氧化物刻蚀剂原料并混匀;将混匀的所述氧化物刻蚀剂原料置于加热炉加热至1000℃,并在1000℃下保温120min,得到氧化物刻蚀剂熔液;将所述氧化物刻蚀剂熔液倒入25℃的水中冷却得到氧化物刻蚀剂颗粒;将所述氧化物刻蚀剂颗粒置于干燥箱中在80℃烘干,随后置于球磨机中进行研磨、过筛得到粒径为0.1~5.0μm的氧化物刻蚀剂粉,然后置于干燥箱中100℃烘干得到干燥的氧化物刻蚀剂粉。
其中,以所述有机载体重量总量为100%计,包括以下重量组分:
所述有机载体含有以下组分:松油醇、十二醇酯、萜烯三者的混合物65%;乙基纤维素10%、甲基硅油5%、松香树脂15%、聚酰胺蜡5%、有机聚硅氮烷5%。
所述有机载体的制备方法为:按照以上所述的比例称取有机载体原料,在60℃下混合搅拌100min,得到有机载体。
所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料的制备方法包括以下步骤:
按照以上所述配方重量比例称取银粉88.5份,有机载体9.0份和所述氧化物刻蚀剂粉2.5份,混匀并研磨处理,得到所述PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料。
一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,包括以下步骤:
通过丝网印制的方式,将实施例6中PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料印制在具有绝缘膜和Al2O3钝化膜的PERC单晶硅太阳能电池正面,其太阳能电池背面丝网印制了背银和背铝,然后于695℃进行烧结,得到PERC晶硅太阳能电池正面电极。
对上述正面电极性能和得到的电池片效率进行测试,结果汇总在表2中。
实施例7~15
为节约篇幅将实施例7~15提供的用于半导体元件的导电浆料及正面电极和PERC晶硅太阳能电池中涉及的氧化物刻蚀剂列于表1中,导电浆料的组分和制备方法、对应的正面电极及PERC晶硅太阳能电池的制备方法也与实施例1~5相同。
表1实施例7~15的氧化物刻蚀剂组分统计(摩尔含量%)
组分 | PbO | TeO<sub>2</sub> | Li<sub>2</sub>O | SiO<sub>2</sub> | B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | ZnO | WO<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Na<sub>2</sub>O |
例7 | 17 | 20 | 16.6 | 9.54 | 0.1 | 5 | 3.2 | 3 | 25.5 | 10.7 |
例8 | 10 | 15 | 10 | 40.44 | 2 | 6 | 4.5 | 1.3 | 0.06 | 10.7 |
例9 | 17 | 20 | 16.6 | 9.12 | 0.1 | 5 | 3.2 | 3 | 25.9 | 0.08 |
例10 | 17 | 20 | 16.6 | 9.35 | 0.1 | 5 | 3.2 | 3 | 25.7 | 0.05 |
例11 | 10 | 15 | 10 | 40.25 | 2 | 6 | 4.5 | 1.3 | 0.05 | 10.9 |
例12 | 10 | 15 | 10 | 40.61 | 2 | 6 | 4.5 | 1.3 | 0.09 | 10.5 |
例13 | 16 | 16 | 22.2 | 9.2 | 0.3 | 5.1 | 0.2 | 3 | 20 | 8 |
例14 | 12 | 15 | 20 | 10.5 | 0.3 | 5.2 | 0.2 | 3.3 | 25.5 | 8 |
例15 | 12 | 18 | 19.6 | 10.5 | 0.3 | 5.1 | 0.2 | 3.3 | 20 | 11 |
对上述正面电极性能和得到的电池片效率进行测试,结果汇总在表2中。
对比例
一种晶硅太阳能电池正面导电浆料9651A,丝网印制在和实施例具有完全相同的绝缘膜和Al2O3钝化膜的PERC单晶硅太阳能电池正面,其太阳能电池背面丝网印制了背银和背铝,然后加热到695℃进行烧结。对上述正面电极性能和得到的电池片效率进行测试,结果汇总在表2中。
表2实施例1~15及对比例获得的晶硅太阳能电池性能测试数据统计
性能测试:
(1)I-V测试
将实施例1~15的电池片和对比例的电池片在HALM IV测试仪上进行了I-V测试,测试结果如表2所示。
(2)拉力测试
将焊带焊接到主栅上180°拉伸测试拉力,主栅宽度是0.7mm,将0.9mm宽的焊带焊接到主栅上,焊带宽度为0.9mm,厚度为0.23mm,焊带材料是96.5%Sn3.5%Ag。图5是180°拉伸测试示意图,具体是先将焊带800焊接于主栅表面,焊机的设置温度是340℃,然后通过第一固定螺栓901和第二固定螺栓902将晶体硅电池片100固定于拉伸机900上,按照拉力F的方向进行拉力测试。拉力测试结果如表2所示。
表2实施例1~15及对比例的正面电极及PERC晶硅太阳能电池测试数据统计
从表2可以看出与对比例相比较,实施例1-6的太阳能电池片具有转化率高,Rs低,拉力高的优点,说明实施例1-6使用的氧化物刻蚀剂具有优越的刻蚀性能,它不但有效的润湿烧结了银粉,而且有效的刻蚀掉了PERC晶硅太阳能电池片表面的绝缘膜,使银电极和太阳能电池片表面形成良好的欧姆接触,从而使太阳能电池片具有转换效率高,接触电阻Rs低,拉力高的特点。实施例1-6使用的氧化物刻蚀刻剂中含有Fe2O3、SiO2、Na2O,Li2O,并且Fe2O3和SiO2的摩尔比例为0.1:40~25:10,Na2O和SiO2的摩尔比例为0.1:40~10:10,所述Fe2O3和Li2O的摩尔比例0.1:30~25:10;所述Na2O和Li2O的摩尔比例0.1:30~10:10,在这独特的氧化物组分比例使得其氧化物刻蚀剂在695℃的温度烧结过程中能够溶解足够的银,能够充分刻蚀透电池片表面的绝缘层但是又不过分腐蚀PERC晶硅电池片,使得银电极和硅片不但形成很好的欧姆接触,同时具有很好的附着力。实施例7-12的PERC晶硅太阳能电池片转换率低于实施例1-6的转换率,其串联电阻(RS)明显高于实施例1-6,这是因为其使用的氧化物刻蚀剂成分比例不同导致,实施例7-12的氧化物刻蚀剂中Fe2O3、SiO2和Na2O氧化物的含量均不在本发明的最佳浓度范围内;同样地,实施例13-15的氧化物刻蚀剂中,由于Fe2O3、SiO2和Na2O氧化物中有一种氧化物不在本发明的特定范围内,其附着力、转换效率均小于本发明的对应性能,而串联电阻(RS)则大于本发明的串联电阻。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
2.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~40.0%;B2O30.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O3 0.1~0.4%;Na2O 0.1~10.0%。
3.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~40.0%;B2O30.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O3 2.0~5.0%;Na2O 0.1~10.0%。
4.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~40.0%;B2O30.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O3 23~25%;Na2O0.1~10.0%。
5.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~40.0%;B2O30.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O3 2.0~5.0%;Na2O 0.1~0.5%。
6.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,以氧化物刻蚀剂摩尔量为100%计,所述氧化物刻蚀剂包括以下组分:
PbO 10.0~25.0%;TeO2 15.0~35.0%;Li2O 10.0~30.0%;SiO2 10.0~15.0%;B2O30.1~6.0%;Bi2O3 5.0~10.0%;ZnO 0.1~5.0%;WO3 2.0~10.0%;Fe2O3 8.0~12%;Na2O 0.1~0.5%。
7.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,所述氧化物刻蚀剂为晶体、非晶体或者晶体和非晶体的混合物。
8.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,所述金属粉为银、金、铂、铜、铁、镍、锌、钛、钴、铬、铝、锰、钯、铑中的至少一种。
9.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,所述金属粉为银包覆的铜、铁、镍、锌、钛、钴、铬、铝、锰中的至少一种,其中,银包覆层的厚度为10~50nm。
10.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,所述金属粉为非银包覆的金属粉和银包覆的金属粉的混合体,其中,所述非银包覆的金属粉与银包覆的金属粉的重量比为5/95~95/5,非银包覆的金属粉为银、金、铂、铜、铁、镍、锌、钛、钴、铬、铝、锰、钯、铑中的至少一种;银包覆的金属粉为铜、铁、镍、锌、钛、钴、铬、铝、锰中的至少一种,银包覆层的厚度为10~200nm。
11.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,以所述有机载体重量为100份计,包括以下组分:
有机溶剂50~95份;聚合物1~40份;润湿分散剂0.1~10份;触变剂1~20份;其他功能助剂0.1~25。
12.如权利要求11所述的用于半导体元件的导电浆料,其特征在于,所述有机溶剂选自松油醇、乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、十二醇酯、二乙二醇丁醚、三乙二醇丁醚、三丙二醇甲醚、萜烯类中的至少一种;
所述润湿分散剂选自脂肪酸、脂肪酸的酰胺衍生物、脂肪酸的酯类衍生物、聚乙烯蜡、聚乙二醇中的一种或者两种以上;
所述触变剂选自氢化蓖麻油衍生物、聚酰胺蜡、聚脲、气相二氧化硅中的一种或者两种以上;
所述其他功能助剂选自聚甲基苯基硅氧烷、聚苯基硅氧烷、邻苯二甲酸酯类、微晶蜡、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇缩丁醛、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷、有机聚硅氮烷中的一种或者两种以上。
13.如权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S01.将氧化物刻蚀剂原料组分进行熔融得到氧化物刻蚀剂熔液,对所述氧化物刻蚀剂熔液进行骤冷处理,得到氧化物刻蚀剂颗粒,经破碎获得粒径在0.1~5.0μm的氧化物刻蚀剂粉末;
步骤S02.将有机载体原料置于40~100℃环境中进行混合处理,得到有机载体;
步骤S03.将金属粉与步骤S01得到的氧化物刻蚀剂粉末、步骤S02得到的有机载体三者进行混料破碎处理,获得PERC晶硅太阳能电池正面导电浆料。
14.如权利要求13所述的用于半导体元件的导电浆料的制备方法,其特征在于,所述骤冷处理为水冷处理或者冷空气处理。
15.一种PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供表面具有绝缘膜的PERC晶硅半导体元件;
以丝网印刷的方式将权利要求1所述的用于半导体元件的导电浆料印制于所述晶硅半导体元件的绝缘膜表面,随后依次进行干燥、烧结、冷却处理,得到晶硅太阳能电池正面电极。
16.如权利要求15所述的PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,其特征在于,所述烧结温度低于700℃;和/或所述干燥温度为80~400℃。
17.如权利要求15所述的PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法,其特征在于,所述绝缘膜选自氮化硅膜、氧化钛膜、氧化铝膜、氧化硅膜中的至少一种。
18.一种PERC晶硅太阳能电池,其特征在于,所述PERC晶硅太阳能电池的正面电极为权利要求15所述的PERC晶硅太阳能电池正面电极的制作方法制作得到的正面电极。
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