CN114530277A - 背电极银浆组合物及其制备方法、以及太阳能电池片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供背电极银浆组合物及其制备方法、以及太阳能电池片，该背电极银浆组合物含有混合银粉和载体，所述混合银粉含有平均粒径为0.1～0.9μm的第一银粉以及粒径大于所述第一银粉的第二银粉；所述载体含有乙基纤维素以及溶剂。根据本发明实施例的背电极银浆组合物，通过将粒径较小的第一银粉与粒径较大的第二银粉进行混合，减少了银粉的团聚，得到了振实密度高、流动性好、有利于有效提高银硅接触面积的混合银粉，从而有利于提高背电极的机械性能并提高可焊性。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池片制造技术领域，具体涉及一种背电极银浆组合物及其制备方法、以及太阳能电池片。
背景技术
太阳能电极导电银浆通过丝网印刷、低温烘干、高温烧结工艺制成太阳能电池的电极，导电银浆是生产硅太阳能光伏电池的关键基础材料，是太阳能电池生产中的一个非常关键的技术要点。
导电银浆主要由银粉、玻璃粉、有机载体等原料按一定的比例组成。其中银粉为导电介质，银粉的大小、形貌及粒度分布等因素对电池电极的电性能有很大影响，而对于电池片印刷的工艺而言，银粉颗粒的形状、大小、团聚性都影响着太阳能电池片的质量。
现有配方的背电极浆料应用于常规网版时，最终可以获得较佳品质的太阳能电池片，但是由于48纱厚背电极网版相对常规网版而言，其网纱厚度小，网纱孔径小，将现有配方的背电极浆料应用于48纱厚背电极网版时，易造成印虚、组件焊接不良等问题。由此，目前已有的背电极银浆无法满足48纱厚背电极网版的印刷要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够进一步提高背电极网版印刷性能的背电极银浆组合物。
本发明还提供一种背电极银浆组合物的制备方法。
本发明还提供一种太阳能电池片。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
根据本发明第一方面实施例的背电极银浆组合物，含有：
混合银粉，所述混合银粉含有平均粒径为0.1～0.9μm的第一银粉以及粒径大于所述第一银粉的第二银粉；
载体，所述载体含有乙基纤维素以及溶剂。
进一步地，所述背电极银浆组合物含有65～75质量份的所述混合银粉；及22～35质量份的所述载体。
进一步地，以所述混合银粉的总量计，所述第一银粉的含量为65～85wt％且所述第二银粉的含量为15～35wt％；
所述第二银粉的平均粒径大于0.9μm且为2.5μm以下；
所述第一银粉和第二银粉均为球状银粉。
进一步地，其中，所述乙基纤维素的含量为3～4质量份，所述溶剂的含量为18～30质量份，且所述乙基纤维素具有的乙氧基含量为44.0％～51.0％，布氏粘度为6～9Pa·s。
进一步地，所述溶剂包含13～22质量份的二乙二醇丁醚醋酸酯、2.2～3.5质量份的松油醇和2.8～4.5质量份的二价酸酯。
进一步地，所述载体还含有0.5～1.5质量份的触变剂，所述触变剂包含0.1～0.2质量份的聚酰胺蜡和0.8～0.9质量份的二乙二醇丁醚醋酸酯。
进一步地，所述载体还含有0.1～0.3质量份的分散剂，所述分散剂为丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、乙基纤维素、松香、酚醛树脂中的任意一种或多种。
进一步地，所述背电极银浆组合物中还含有1～3质量份的无机填料，所述无机填料为选自三氧化二硼、二氧化硅、三氧化二铋、氧化钙、二氧化钛中的一种或多种。
根据本发明第二方面实施例的背电极银浆组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供原料，所述原料包括混合银粉和载体，所述混合银粉含有平均粒径为0.1～0.9μm的第一银粉以及粒径大于所述第一银粉的第二银粉，所述载体含有乙基纤维素以及溶剂；
S2，将所述原料混合搅拌，并用轧浆机轧制，得到所述背电极银浆组合物。
根据本发明第三方面实施例的太阳能电池片，包括：背电极，所述背电极由根据上述任一项所述的背电极银浆组合物形成。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
根据本发明实施例的背电极银浆组合物，通过将粒径较小的第一银粉与粒径较大的第二银粉进行混合，减少了银粉的团聚，得到了振实密度高、流动性好、有利于有效提高银硅接触面积的混合银粉，从而有利于提高背电极的机械性能并提高可焊性；
进一步地，本发明通过在载体中选用布氏粘度为6～9Pa·s的乙基纤维素，由于该乙基纤维素的聚合度低，得到的背电极银浆组合物的粘度稳定、透墨性好，使得背电极银浆组合物获得足够的银互连层厚度，且印刷得到的背电极平整，没有坑挖孔洞，提高了背电极银浆的附着力和焊锡性，拓宽了焊接窗口，适用于网纱孔径较小的网版例如48纱厚背电极网版上的印刷。
附图说明
图1为利用本发明实施例1制备的背电极银浆印刷在48纱厚背电极网版上的效果图；
图2为利用本发明对比例1制备的背电极银浆印刷在48纱厚背电极网版上的效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
下面首先结合具体描述根据本发明实施例的背电极银浆组合物。
根据本发明实施例的背电极银浆组合物，该背电极银浆组合物含有混合银粉和载体；
其中，混合银粉含有平均粒径(D50)为0.1～0.9μm的第一银粉以及粒径大于第一银粉的第二银粉，载体中含有乙基纤维素和溶剂。
根据本发明实施例的背电极银浆组合物，通过将粒径较小的第一银粉与粒径较大的第二银粉进行混合，可以减少银粉的团聚。也就是说，较大粒径的第二银粉可作为第一银粉的载体，而消除粒径较小的银粉因表面能高导致的团聚的问题，最终得到具有适宜的振实密度合适的混合银粉。其中，第一银粉的平均粒径(D50)可选择为0.1～0.9μm(例如0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm等)。当第一银粉的平均粒径小于0.1μm，则难以保证背电极银浆中银粒子的紧密性；当第一银粉的平均粒径大于0.9μm，则可能因银粉粒径过大而造成堵网，不利于背电极银浆的印刷性。
此外，第一银粉与第二银粉混合后得到粒径分布均匀的混合银粉，再将乙基纤维素作为载体与混合银粉混合，来调节背电极银浆的粘度，使得背电极银浆获得足够的银互连层厚度，提高了背电极银浆的附着力和焊锡性，拓宽了焊接窗口。
可选地，背电极银浆组合物含有65～75质量份的混合银粉；及22～35质量份的载体。也就是说，可选择65～75质量份(例如66质量份、68质量份、70质量份、72质量份、74质量份)的混合银粉与22～35质量份(例如24质量份、25质量份、26质量份、28质量份、30质量份、32质量份、34质量份等)的载体复配，从而得到粒径均匀分布、粘度适宜的背电极银浆。也就是说，该复配比例下的载体与混合银粉混合后，可获得适宜的银互连层厚度，从而提高了太阳能电池片的焊锡性。换言之，若混合银粉的含量过低，则印刷的银互连层在烧结后会变薄，从而导致背侧互连层的电阻增加，使得太阳能电池片的焊锡性退化；若混合银粉的含量过高，则印刷的浆厚度会变得过大，从而造成晶圆弯曲。
进一步地，以混合银粉的总量计，第一银粉的含量为65～85wt％且第二银粉的含量为15～35wt％(也即，余量份为第二银粉)，第二银粉的平均粒径(D50)大于0.9μm且为2.5μm以下(例如1.0μm、1.2μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.8μm、2.0μm、2.2μm、2.4μm等)。也就是说，通过筛选上述不同的平均粒径的第一银粉和第二银粉，再以上述配比将第一银粉和第二银粉进行混合，得到的分散度好的混合银粉，该混合银粉的粒径分布均匀，背电极银浆中银粒子的紧密性好，印刷性好。另外，优选地，第一银粉和第二银粉均为球状银粉。这是由于相对片状银粉而言，球状银粉在印刷时不易造成堵网，有利于背电极银浆在网纱孔径较小的网版例如48纱厚背电极网版上的印刷。
在可能的实现方式中，第二银粉的平均粒径是第一银粉平均粒径的2.5～3.5倍(例如3倍)，第一银粉的重量是第二银粉重量的2.5～3.5倍(例如3倍)。在这个比例范围内，可以获得性能更好的背电极银浆。
进一步地，就载体而言，乙基纤维素的含量为3～4质量份，溶剂的含量为18～30质量份，且乙基纤维素具有的乙氧基含量为44.0％～51.0％，布氏粘度为6～9Pa·s。由于上述乙氧基含量的乙基纤维素，具有纤维素聚合度低、粘度低的特点。也就是说，将乙氧基含量为44.0％～51.0％，布氏粘度为6～9Pa·s的乙基纤维素作为载体加入背电极银浆中，可形成具有粘度适当且稳定的浆料，避免浆料沉淀和分层。一方面有利于混合银粉在载体中的充分分散，另一方面有利于提高背电极银浆组合物的粘度稳定性、透墨性，有助于获得足够的银互连层厚度，提高背电极银浆的附着力和焊锡性，拓宽焊接窗口。当乙基纤维素的乙氧基含量过低、布氏粘度过小6Pa·s，则会导致浆料的粘度下降，降低银互连层的厚度，从而影响背电极银浆的附着力和焊锡性；当乙基纤维素的乙氧基含量过高、布氏粘度大于9Pa·s，则会导致浆料的粘度过高，不仅不利于混合银粉的分散，且浆料的流变性能变差，影响浆料在48纱厚背电极网版上的印刷效率和精度。
进一步地，作为溶剂而言，例如可以包含13～22质量份的二乙二醇丁醚醋酸酯、2.2～3.5质量份的松油醇和2.8～4.5质量份的二价酸酯。也就是说，该溶剂包含二乙二醇丁醚醋酸酯、松油醇和二价酸酯，该溶剂一方面可以使得乙氧基纤维素得到充分分散，另一方面与混合银粉之间也具有很好的亲和性，有助于提高银浆的均匀性、稳定性。
进一步地，载体例如还可以含有0.5～1.5质量份的触变剂。在载体中引入触变剂，有利于提高背电极银浆组合物的整体的触变性能，提高浆料的稳定性，从而进一步提高浆料的印刷性能，有助于获得机械性能好的电池片。
进一步地，触变剂例如可以包含0.1～0.2质量份的聚酰胺蜡和0.8～0.9质量份的二乙二醇丁醚醋酸酯。也就是说，以聚酰胺蜡和二乙二醇丁醚醋酸酯复配得到最佳效果的触变剂配方，触变剂中的聚酰胺蜡和二乙二醇丁醚醋酸酯可以调节背电极银浆的粘度，提高了背电极导电银浆的流变性和印刷性。
进一步地，载体中还可以含有0.1～0.3质量份的分散剂，分散剂为丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、乙基纤维素、松香、酚醛树脂中的任意一种或多种。通过引入分散剂，有利于提高银粉的分散性能，进一步降低其团聚性，提高浆料的稳定性。优选地，分散剂为丙烯酸树脂。
进一步地，背电极银浆组合物中还可以含有1～3质量份的无机填料，无机填料为选自三氧化二硼、二氧化硅、三氧化二铋、氧化钙、二氧化钛中的一种或多种。
作为一个示例，以氧化物计，例如无机填料中可以包含0.1～1.8质量份的三氧化二硼、0.025～0.3质量份的二氧化硅、0.3～2.25质量份的三氧化二铋、0.001～0.15质量份的氧化钠、0.001～0.09质量份的氧化钙、0.005～0.3质量份的氧化锶、0.045质量份的二氧化钛。也就是说，在含有混合银粉和载体的背电极银浆中加入无机填料，无机填料用于通过熔化来提供银互连层与晶圆层间的粘着。换言之，若无机填料的含量过低，则使得太阳能电池片的银互连层及p型基板间的黏着在烧结后减少；若无机填料的含量过高，则使得背电极银浆的电阻增加，从而降低太阳能电池片的效率。在此需要说明的是，上述含量是换算成各元素的氧化物进行计算的，作为引入各元素的具体原料可以是其硫酸盐、硝酸盐等。例如，作为具体引入钠离子的原料，例如可以使用硝酸钠、硫酸钠等，本申请对此不作具体限定。
其中，三氧化二硼和二氧化硅可以形成具有增强作用的网络结构，以提高背电极的强度。三氧化二铋有利于改善无机填料对硅片表面的过度腐蚀，改善背电极的综合性能。钠离子化合物、氧化钙有利于调节无机填料的热膨胀系数和高温粘度。锶离子化合物有利于控制无机填料的转变温度，并且，由于锶具有大的离子半径，其抑制了热稳定性差所导致的相关问题，改善焊锡性并增加太阳能电池片的效率。
根据本发明实施例的背电极银浆组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供原料，原料包括混合银粉和载体，混合银粉含有平均粒径为0.1～0.9μm的第一银粉以及粒径大于第一银粉的第二银粉，载体含有乙基纤维素以及溶剂；
S2，将原料混合搅拌，并用轧浆机轧制，得到背电极银浆组合物。
关于原料性能以及各组分的配比，参考上述背电极银浆组合物中的记载，在此省略其详细说明。
也就是说，按照上述背电极银浆组合物中记载的各组分及其配比，准备好各原料之后，通过轧浆机轧制也即混炼，即可得到上述背电极银浆组合物。
根据本发明实施例的太阳能电池片，包括：背电极，背电极由根据上述任一项的背电极银浆组合物形成。
下面，通过具体实施例进一步详细说明根据本发明的背电极银浆组合物。
各实施例及对比例的背电极银浆组合物的成分表如表1所示。
表1各实施例及对比例的背电极银浆组合物的成分表
其中，实施例1中的乙基纤维素为新型N7乙基纤维素，其它性能参数为：乙氧基含量48％，干燥湿重≥3.0％，炽灼残渣≥0.4％，重金属≥10ppm，氯化物≥0.1％，砷≥0.0003％。
对比例1中的乙基纤维素为N5乙基纤维素，其它性能参数为：乙氧基含量50％，干燥湿重≥3.0％，炽灼残渣≥0.4％，重金属≥10ppm，氯化物≥0.1％，砷≥0.0003％。
溶剂：20wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯、3.5wt％的松油醇和4.4wt％的二价酸酯；
触变剂：0.15wt％的聚酰胺蜡和0.85wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯；
无机填料(以氧化物计)：0.5wt％的三氧化二硼、0.025％wt％的二氧化硅、0.735wt％的三氧化二铋、0.05wt％的氧化钠、0.05wt％的氧化钙、0.01％wt％的氧化锶、0.03wt％的二氧化钛。
具体地，钠通过硝酸钠形式引入。
性能测试：
测试例(1)：背电极银浆的印刷性能评估
分别按照上表中的成分配比，将混合银粉、载体和无机填料混合搅拌，用轧浆机轧制，得到实施例1和对比例1的背电极银浆组合物；分别将上述实施例1和对比例1制备得到的背电极银浆组合物印刷于48纱厚背电极网版(325～350目)上，观察实施例1和对比例1制备得到的背电极银浆组合物印刷于48纱厚背电极网版(325～350目)上后的印刷效果。
具体的，图1示出了利用本发明实施例1制备的背电极银浆印刷在48纱厚背电极网版上的效果图；图2示出了利用本发明对比例1制备的背电极银浆印刷在48纱厚背电极网版上的效果图。从图1中可以看出，实施例1中48纱厚背电极网版上的背电极浆料印刷均匀、平整，无孔隙；对比例1中48纱厚背电极网版上的背电极浆料出现了团聚现象，孔隙较多，印刷质量差。
另取两块规格相同的高效单晶硅片，分别将实施例1和对比例1的背电极银浆组合物印刷于硅片上，用电子天平称量印刷前和印刷后的高效单晶硅片重量，计算印刷前和印刷后的高效单晶硅片重量得到浆料的消耗量，评估结果如表2所示。
表2实施例1与对比例1对应的浆料消耗量评价结果
| 测试项目 | 浆料消耗量/g |
| 实施例1 | 0.020 |
| 对比例1 | 0.027 |
从表2中可以看出，采用本发明实施例的背电极银浆制备太阳能背电极，可以减少背电极银浆的消耗量。
测试例(2)：太阳能电池片的性能评估
焊锡性能
将本发明实施例1和对比例1制备的背电极银浆印刷在48纱厚背电极网版上后，分别在860℃的烧结峰值温度下烧结，得到太阳能电池背电极；分别使用0.3mm的表面涂锡的铜焊带焊接到实施例1和对比例1制备得到的太阳能背电极上，得到太阳能电池片，所制造得到的太阳能电池片称为制造例1及对比制造例1。
其中，焊接工艺参数如下：
铜焊带组分为铜：79～81％，锡：12～13.23％，铅：7～7.77％；
焊锡温度为380℃，焊锡时间6s；
使用的助焊剂为深圳市唯特偶新材料股份有限公司生产的PV105A型助焊剂。
分别以15mm/s的速度对制造例1及对比制造例1进行拉力测试，焊锡性能比较如表3所示。
表3制造例1及对比制造例1的焊锡性能比较
| 测试项目 | 拉力/N |
| 制造例1 | 4.7 |
| 对比制造例1 | 4.0 |
从表3中可以看出，本发明制造例1的太阳能电池片的焊锡性优于制造对比例1的太阳能电池片，根据本发明实施例的背电极银浆组合物，可以提高背电极银浆的附着力和焊锡性，拓宽了焊接窗口。
电性能
测试结果见表4。
表4制造例1及对比制造例1的电性能测试结果
| 测试项目 | Isc/A | Uoc/V | FF | Eta/％ | IRev2/mA | Rs/mΩ | Rsh/Ω |
| 制造例1 | 13.654 | 0.6876 | 82.04 | 23.33 | 0.08 | 0.00081 | 588 |
| 对比制造例1 | 13.6687 | 0.6874 | 81.99 | 23.34 | 0.08 | 0.000823 | 585 |
从表4中可以看出，本发明制造例1的太阳能电池片的电性能与对比例1的太阳能电池片的电性能相当，根据本发明实施例的背电极银浆组合物，可以获得的太阳能电池片符合现有的产品要求。
此外，根据本实施例2和实施例3得到的背电极银浆组合物，经实验结果显示，同样可以有效减少银浆的消耗量，提高银浆的印刷性能，根据本实施例2和实施例3制备的背电极银浆印刷在48纱厚背电极网版上后，分别在860℃的烧结峰值温度下烧结，得到太阳能电池背电极，经实验结果显示，同样可以有效提高焊锡性和附着力，且可以得到电性能相当的太阳能电池片。在此省略其详细数据。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种背电极银浆组合物，其特征在于，含有：
混合银粉，所述混合银粉含有平均粒径为0.1～0.9μm的第一银粉以及粒径大于所述第一银粉的第二银粉；
载体，所述载体含有乙基纤维素以及溶剂。
2.根据权利要求1所述的背电极银浆组合物，其特征在于，所述背电极银浆组合物含有65～75质量份的所述混合银粉；及22～35质量份的所述载体。
3.根据权利要求1所述的背电极银浆组合物，其特征在于，以所述混合银粉的总量计，所述第一银粉的含量为65～85wt％且所述第二银粉的含量为15～35wt％；
所述第二银粉的平均粒径大于0.9μm且为2.5μm以下；
所述第一银粉和第二银粉均为球状银粉。
4.根据权利要求1所述的背电极银浆组合物，其特征在于，其中，所述乙基纤维素的含量为3～4质量份，所述溶剂的含量为18～30质量份，且所述乙基纤维素具有的乙氧基含量为44.0％～51.0％，布氏粘度为6～9Pa·s。
5.根据权利要求4所述的背电极银浆组合物，其特征在于，所述溶剂包含13～22质量份的二乙二醇丁醚醋酸酯、2.2～3.5质量份的松油醇和2.8～4.5质量份的二价酸酯。
6.根据权利要求4所述的背电极银浆组合物，其特征在于，所述载体还含有0.5～1.5质量份的触变剂，所述触变剂包含0.1～0.2质量份的聚酰胺蜡和0.8～0.9质量份的二乙二醇丁醚醋酸酯。
7.根据权利要求5所述的背电极银浆组合物，其特征在于，所述载体还含有0.1～0.3质量份的分散剂，所述分散剂为丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、乙基纤维素、松香、酚醛树脂中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1所述的背电极银浆组合物，其特征在于，所述背电极银浆组合物中还含有1～3质量份的无机填料，所述无机填料为选自三氧化二硼、二氧化硅、三氧化二铋、氧化钙、二氧化钛中的一种或多种。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的背电极银浆组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，提供原料，所述原料包括混合银粉和载体，所述混合银粉含有平均粒径为0.1～0.9μm的第一银粉以及粒径大于所述第一银粉的第二银粉，所述载体含有乙基纤维素以及溶剂；
S2，将所述原料混合搅拌，并用轧浆机轧制，得到所述背电极银浆组合物。
10.一种太阳能电池片，其特征在于，包括：背电极，所述背电极由根据权利要求1-8任一项所述的背电极银浆组合物形成。
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