CN114464346A - 应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，各组分及重量百分比如下：铜粉80～90％；有机载体5～10％；玻璃粉3～8％；表面活性剂0.1～1％；粘结剂0.1～1％；所述有机载体包括如下组分：有机溶剂70～95％；有机树脂2～10％；助剂2～20％。其中助剂中包含防止铜浆氧化的抗氧化剂以及防止铜粉团聚的分散剂此外铜浆中还包括促使铜粉与硅基粘结的粘结剂。本发明还公开了上述铜浆的制备方法。本发明提供的应用于晶硅太阳电池的正面铜浆料，可以与太阳电池正面晶硅形成稳定的接触结构，实现电池的长使用寿命，维持稳定的短路电流和开路电压，从而保持填充因子的稳定，实现电池转换效率的稳定。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆及其制备方法。
背景技术
能源是人类社会经济发展的基础，太阳能是化石能源的源头，而直接利用太阳能可以提高能源的利用效率。虽然已经出现了许多新型的太阳能电池设备，但从材料制备工艺成熟度来考虑，晶体硅基太阳能电池仍是太阳能电池发展的重要方向。随着太阳能电池技术的飞速发展，不仅要求晶体硅电池的转换效率不断提高，而且要求制造成本不断降低。目前，太阳能背电极用导电浆料主要有正面电极用银浆。虽然银浆在导电性、可焊性、附着力等方面性能优异，但是由于世界上银的矿藏量有限，这几年又过度开发，造成了贵金属银这几年价格的猛增，使企业生产成本的增加。所以，需寻找一种价格便宜且导电性好的金属来代替金属银，用这种金属浆料应用于晶体硅太阳能电池的电极上。
相比于昂贵的正面银浆，廉价的铜浆既可以维持高转换效率甚至提高效率，还可以降低太阳能电池的制造成本。
发明内容
针对上述问题情况，本发明提供一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆及其制备方法，解决正面银浆比较昂贵等技术问题，在不损失晶硅电池转换效率的前提下，提供了一种廉价且质优的正面铜浆料。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，各组分及重量百分比如下：
铜粉80～90％；
有机载体5～10％；
玻璃粉3～8％；
表面活性剂0.1～1％；
粘结剂0.1～1％；
所述有机载体的组成组分及其占有机载体的重量百分比如下：
有机溶剂70～95％；
有机树脂2～10％；
助剂2～20％。
作为进一步的技术方案，所述助剂的组成成分及其占有机载体的重量百分比如下：
触变剂0.5～5％；
抗氧化剂1～10％；
分散剂0.5～5％。
进一步的，所述有机溶剂包含丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、油酸、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、己二酸二甲酯中的一种或者至少两种。
进一步的，所述有机树脂包含乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚酰胺、环氧树脂、聚乙二醇、聚甲醛中的一种或者两种及以上。
进一步的，所述触变剂包含聚酰胺蜡、气相二氧化硅、氢化蓖麻油、LBCB-1中的一种或者两种及以上；所述抗氧化剂包括聚乙二醇、抗坏血酸、葡萄糖、聚甲醛中的一种或者两种及以上；所述分散剂包括Duomeen TDO表面活性剂、山梨糖醇酐三油酸酯、卵磷脂、丙三醇单油酸酯、三乙醇胺、聚二甲基硅氧烷中的一种或者两种及以上。
进一步的，所述玻璃粉的组成包括：PbO、SiO2、Al2O3、ZnO、TeO2。
进一步的，表面活性剂包括Duomeen TDO表面活性剂、丙三醇单油酸酯、三乙醇胺、氨基硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷中的一种或者两种及以上。
进一步的，粘结剂包括聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、环聚二甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷、聚醚聚硅氧烷共聚物等中的一种或者两种及以上。
进一步的，铜浆的最大细度小于10μm，平均细度为5-6μm，固含量为75～95％，铜浆的粘度为30～600kcP，烧结温度为700～1000℃，所述铜浆适应15～50μm线宽丝网印刷网板。
本发明还公开了如上所述的应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆的制备方法，包括如下工艺步骤：
(1)制备有机载体；
(2)称取5～10％的步骤(1)制备的有机载体，加入0.1～1％表面活性剂，0.1～1％粘结剂，3～8％的玻璃粉和80～90％的铜粉；
(3)将步骤(2)配置的浆料在行星式搅拌器里混合搅拌，先以100-150RPM转速搅拌15-20分钟，然后将行星式搅拌器内未搅拌均匀的溅料刮进浆料中，保持同样的转速，再进一步搅拌25-35分钟，全程保持20～25℃恒温水浴；
(4)将步骤(3)搅拌均匀的浆料，用三辊机分散至10μm以下，便配制好所述的应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆。
作为进一步的技术方案，步骤(1)中制备有机载体，具体包括如下工艺步骤：
S1:配置有机溶剂，按配方称重质量比70％～95％有机溶剂，在室温下以转速为300-350RPM搅拌10-15分钟混合均匀；
S2:添加有机树脂，按配方称取质量比2％～10％有机树脂倒入步骤S1中配置的有机溶剂中，在室温下以600-650RPM转速搅拌10-15分钟混合均匀；
S3:添加助剂至步骤S2中混合均匀的浆液中，升温至65～85℃以2000RPM转速搅拌3小时，即可制得，所述助剂包括触变剂、抗氧化剂以及分散剂。
铜浆料的稳定性，是铜浆性能的重要指标，包括两个方面：铜浆的抗氧化性和铜粉的分散性。本发明解决的是铜浆易氧化成铜离子和铜粉不易分散的问题，具体方案为通过助剂添加抗氧化剂和分散剂以及铜浆料的制备工艺和流程。助剂中包含防止铜浆氧化的抗氧化剂，防止铜粉团聚的分散剂。
在有机载体中，抗氧化剂主要针对的是铜粉易被氧化的问题，为防止铜粉团聚，需要分散剂分散铜粉。因此，这两者在铜浆料中必不可少。
与现有技术相比，本发明技术方案具有如下有益效果：
相比于昂贵的正面银浆，廉价的铜浆不仅降低太阳能电池的制造成本，还能维持高转换效率甚至提高效率。制备的正面铜浆料可以与太阳电池正面晶硅形成稳定牢固的接触结构，实现电池的长使用寿命，维持稳定的短路电流和开路电压，从而保持填充因子的稳定，实现电池转换效率的稳定。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，各组分及重量百分比如下：铜粉80～90％；有机载体5～10％；玻璃粉3～8％；表面活性剂0.1～1％；粘结剂0.1～1％；所述有机载体的组成组分及重量百分比如下：有机溶剂70～95％；有机树脂2～10％；助剂2～20％；所述助剂的组成成分及其占有机载体的重量百分比如下：触变剂0.5～5％；抗氧化剂1～10％；分散剂0.5～5％。
实施例1
本实施例中，有机载体的组成及重量比为：丁基卡必醇醋酸酯50％、柠檬酸三丁酯20％、己二酸二甲酯12％、三乙醇胺5％、聚酰胺蜡5％、聚甲醛4％、乙基纤维素2％、聚乙二醇2％。
有机载体制备工艺如下：
S1:配置有机溶剂，称取丁基卡必醇醋酸酯50％、柠檬酸三丁酯20％、己二酸二甲酯12％，在室温下以转速为300RPM搅拌15分钟混合均匀；
S2:添加有机树脂，称取乙基纤维素2％倒入步骤S1中配置的有机溶剂中，在室温下以600RPM转速搅拌15分钟混合均匀；
S3:添加三乙醇胺5％、聚酰胺蜡5％、聚甲醛4％、聚乙二醇2％至步骤S2中混合均匀的浆液中，升温至70℃以2000RPM转速搅拌3小时，即可制得有机载体。
本实施例中，正面铜浆的组成及重量比为：铜粉84.5％、有机载体8％、玻璃粉5.55％、表面活性剂丙三醇单油酸酯0.5％、粘结剂聚二甲基硅氧烷0.45％。
正面铜浆的制备工艺流程：
第一步，称取8％上述配制的有机载体，加入0.5％丙三醇单油酸酯，0.45％聚二甲基硅氧烷，6.55％的玻璃粉和84.5％的铜粉；
第二步，将上一步配置的浆料在行星式搅拌器里混合搅拌，先以100RPM转速搅拌20分钟，然后将搅拌器内未搅拌均匀的溅料刮进浆料中，保持同样的转速，再进一步搅拌30分钟，全程保持25℃恒温水浴；
第三步，将上一步搅拌均匀的浆料，用三辊机分散至10μm以下，便配制好所述的晶体硅基太阳能电池正面铜浆。此铜浆适用于25μm的线宽网板印刷，测试的晶体硅片电池数量为2.5万片，对比同类型的正面银浆印刷的测试结果如表1所示。
实施例2
本实施例中，有机载体的组成及重量比为：邻苯二甲酸二丁酯45％、柠檬酸三乙酯30％、三乙醇胺5％、氢化蓖麻油5％、聚甲醛3％、乙基纤维素2％、聚乙烯醇缩丁醛7％、抗坏血酸3％。
有机载体制备工艺如下：
S1:配置有机溶剂，称取邻苯二甲酸二丁酯45％、柠檬酸三乙酯30％，在室温下以转速为350RPM搅拌10分钟混合均匀；
S2:添加有机树脂，称取乙基纤维素2％、聚乙烯醇缩丁醛7％倒入步骤S1中配置的有机溶剂中，在室温下以650RPM转速搅拌10分钟混合均匀；
S3:添加三乙醇胺5％、氢化蓖麻油5％、聚甲醛3％、抗坏血酸3％至步骤S2中混合均匀的浆液中，升温至80℃以2000RPM转速搅拌3小时，即可制得有机载体。
本实施例中，正面铜浆的组成及重量比为：铜粉85.5％、有机载体5％、玻璃粉8％、表面活性剂丙三醇单油酸酯1％、粘结剂聚二甲基硅氧烷0.5％。
正面铜浆的制备工艺流程：
第一步，称取5％上述配制的有机载体，加入1％丙三醇单油酸酯，0.5％聚二甲基硅氧烷，8％的玻璃粉和85.5％的铜粉；
第二步，将上一步配置的浆料在行星式搅拌器里混合搅拌，先以150RPM转速搅拌15分钟，然后将搅拌器内未搅拌均匀的溅料刮进浆料中，保持同样的转速，再进一步搅拌35分钟，全程保持20℃恒温水浴；
第三步，将上一步搅拌均匀的浆料，用三辊机分散至10μm以下，便配制好所述的晶体硅基太阳能电池正面铜浆。此铜浆适用于20μm的线宽网板印刷，测试的晶体硅片电池数量为2.5万片，对比同类型的正面银浆印刷的测试结果如表1所示。
表1实施例和同类型正面银浆印刷电池性能
由上表可知，实施例1和实施例2制备的铜浆应用在晶体硅基太阳电池正面栅线电极上的转换效率与正面银浆的持平，有理由相信随着工艺的不断改进将有机会获得更大的突破。同样的情况是，在开路电压、短路电流、填充因子、串联电阻、并联电阻和平均焊接拉力上相比于正面银浆都有持平的表现。而且相比于更稀有更昂贵的银粉来说，正面铜浆所应用的铜粉价格低廉，产量高，因此成本大大降低。另外，在老化实验上铜浆也表现出比银浆更优异的性能。
Claims (10)
1.一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，其特征在于，
各组分及重量百分比如下：
铜粉80～90％；
有机载体5～10％；
玻璃粉3～8％；
表面活性剂0.1～1％；
粘结剂0.1～1％；
所述有机载体的组成组分及其占有机载体的重量百分比如下：
有机溶剂70～95％；
有机树脂2～10％；
助剂2～20％。
2.根据权利要求1所述的一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，其特征在于，所述助剂的组成成分及其占有机载体的重量百分比如下：
触变剂0.5～5％；
抗氧化剂1～10％；
分散剂0.5～5％。
3.根据权利要求1所述的一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，其特征在于，所述有机溶剂包含丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、油酸、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、柠檬酸三丁酯、柠檬酸三乙酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、己二酸二甲酯中的一种或者至少两种。
4.根据权利要求1所述的一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，其特征在于，所述有机树脂包含乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚酰胺、环氧树脂、聚乙二醇、聚甲醛中的一种或者两种及以上。
5.根据权利要求2所述的一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，其特征在于，所述触变剂包含聚酰胺蜡、气相二氧化硅、氢化蓖麻油、LBCB-1中的一种或者两种及以上；所述抗氧化剂包括聚乙二醇、抗坏血酸、葡萄糖、聚甲醛中的一种或者两种及以上；所述分散剂包括Duomeen TDO表面活性剂、山梨糖醇酐三油酸酯、卵磷脂、丙三醇单油酸酯、三乙醇胺、聚二甲基硅氧烷中的一种或者两种及以上。
6.根据权利要求1所述的一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，其特征在于，所述玻璃粉的组成包括：PbO、SiO2、Al2O3、ZnO、TeO2。
7.根据权利要求1所述的一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，其特征在于，所述表面活性剂包括Duomeen TDO表面活性剂、丙三醇单油酸酯、三乙醇胺、氨基硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷中的一种或者两种及以上，所述粘结剂包括聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、环聚二甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷、聚醚聚硅氧烷共聚物中的一种或者两种及以上。
8.根据权利要求1所述的一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆，其特征在于，铜浆的最大细度小于10μm，平均细度为5-6μm，固含量为75～95％，铜浆的粘度为30～600kcP，烧结温度为700～1000℃，所述铜浆适应15～50μm线宽丝网印刷网板。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)制备有机载体；
(2)称取5～10％的步骤(1)制备的有机载体，加入0.1～1％表面活性剂，0.1～1％粘结剂，3～8％的玻璃粉和80～90％的铜粉；
(3)将步骤(2)配置的浆料在行星式搅拌器里混合搅拌，先以100-150RPM转速搅拌15-20分钟，然后将行星式搅拌器内未搅拌均匀的溅料刮进浆料中，保持同样的转速，再进一步搅拌25-35分钟，全程保持20～25℃恒温水浴；
(4)将步骤(3)搅拌均匀的浆料，用三辊机分散至10μm以下，便配制好所述的应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆。
10.根据权利要求9所述的一种应用于晶体硅太阳能电池栅线电极的铜浆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中制备有机载体，具体包括如下工艺步骤：
S1:配置有机溶剂，按配方称重质量比70％～95％有机溶剂，在室温下以转速为300-350RPM搅拌10-15分钟混合均匀；
S2:添加有机树脂，按配方称取质量比2％～10％有机树脂倒入步骤S1中配置的有机溶剂中，在室温下以600-650RPM转速搅拌10-15分钟混合均匀；
S3:添加助剂至步骤S2中混合均匀的浆液中，升温至65～85℃以2000RPM转速搅拌3小时，即可制得，所述助剂包括触变剂、抗氧化剂以及分散剂。
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