CN115985549B - 一种电极浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池领域，公开了一种电极浆料及其制备方法。本发明所述电极浆料，由如下重量百分含量的各成分组成：银粉68‑85％，有机载体10‑30％，无机粘合剂0.6‑3.5％，其他功能助剂0～5.0％；其中，所述银粉D50粒度为400nm～1.5μm。本发明所述电极浆料相较于市面的电极浆料固体含量低，成本低，应用窗口宽，适应低温烧结，烧结后的电极电阻小、耐焊性好，与银细栅或是铝细栅搭界，都有小的接触电阻和复合。本发明所述电极浆料可以用于晶硅太阳能电池部件，包括但不限于应用于正面的PERC主栅线，正背面的TOPCon主栅线和IBC及类电池主栅线。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，涉及太阳能电池用电极浆料及其制备方法。
背景技术
太阳能是一种绿色能源，因其无污染、取之不竭、不受地域资源限制等优点而越来越受到人们的关注，所以太阳能电池应用而生。太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的半导体器件。按照太阳能电池基体材料的不同可以将太阳能电池分为硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池、新型太阳能电池三类，其中硅基太阳能电池主要以单晶硅、多晶硅材料为基础，是最先发展的太阳能电池，这类电池拥有着成熟的工艺、完整的产业链、先进的制造规模和水平，因而具有稳定、使用寿命长和效率高的显著特点。
通常晶硅太阳能电池制备最后都采用丝网印刷印刷栅线前电极和背电极，来达到收集并导出电流的目的。在光照条件下太阳能电池会产生电流，通过栅线和电极将电能收集起来并传输出去。丝网印刷工艺是将提前制备好的一定量的电极浆料按照事先制备好的图形模具印刷于硅片上(正面和反面)。电池片在丝网印刷后，需要马上进行烧结，将溶剂挥发，然后利用高温使电极浆料中的金属颗粒与硅产生金属化和好的欧姆接触，保证电子传输顺畅。
现有的硅基太阳能电池用电极浆料主要是由功能相粉体、无机粘合剂和有机载体组成的。功能相粉体主要成分为银粉，包括纳米银粉、片状银粉、球形银粉等。无机粘合剂是组成浆料的关键成分，包括含铅玻璃和无铅玻璃，也可以分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃及重金属氧化物玻璃等。有机载体主要由树脂、溶剂、触变剂、分散剂或表面活性剂等组成。
目前常用的电极浆料耐焊性能较差，浆料的固含量较高，成本较高。且目前的电极浆料需要较高温度烧结，而高温烧结后的降温导致拉力明显下降。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电极浆料及其制备方法。
为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种电极浆料，由如下重量百分含量的各成分组成：
其中，所述银粉D50粒度为400nm～1.5μm。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述银粉可以选用类球形、球形、片状或纳米银粉中的一种或者多种混合物。
在一些实施方案中，按重量百分含量计，所述银粉组成如下：
球形或类球形银粉60-99.9％
不规则银粉0.1-40％。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述有机载体由如下重量百分含量的各成分组成：
其中，所述的有机载体中所述溶剂选自醇酯十二、丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二甲酯、二乙二醇乙醚醋酸酯中至少一种。
作为优选，所述溶剂由醇酯十二、丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、中至少两种的混合及己二酸二甲酯、二乙二醇乙醚醋酸酯组成；
在一些实施方案中，按重量百分含量计，所述二乙二醇乙醚醋酸酯与己二酸二甲酯的混合占溶剂10-60％，余量为醇酯十二、丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇中至少两种的混合。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述有机载体的树脂为乙基纤维素，醋酸纤维素、聚乙稀醇缩丁醛、环氧树脂中至少一种。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述有机载体的触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中至少一种。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述有机载体的分散助剂为高沸点的司班或扩散泵油。
作为优选，本发明所述电极浆料中，所述无机粘合剂由如下重量百分含量的各成分组成：
所述其它组分为ZnO、CuO、MnO2中任两种组合。
在一些实施方案中，所述无机粘合剂中其它组分为ZnO和CuO，所述ZnO占所述无机粘合剂的重量百分含量为1-10％，所述CuO占所述无机粘合剂的重量百分含量为1-15％。
作为优选，本发明所述电极浆料中，所述其他功能助剂为流平剂、防沉降助剂、附着力促进剂中至少一种。
本发明还提供了所述电极浆料的制备方法，将有机载体、无机粘结剂、银粉及其他功能助剂混合，采用三辊轧机进行轧制分散。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种电极浆料，由如下重量百分含量的各成分组成：银粉68-85％，有机载体10-30％，无机粘合剂0.6-3.5％，其他功能助剂0～5.0％；其中，所述银粉D50粒度为400nm～1.5μm。本发明所述电极浆料相较于市面的电极浆料固体含量低，成本低，应用窗口宽，适应低温烧结，烧结后的电极电阻小、耐焊性好，与银细栅或是铝细栅搭界，都有小的接触电阻和复合。本发明所述电极浆料可以用于晶硅太阳能电池部件，包括但不限于应用于正面的PERC主栅线，正背面的TOPCon主栅线和IBC及类电池主栅线。
具体实施方式
本发明提供了一种电极浆料，由如下重量百分含量的各成分组成：
其中，所述银粉D50粒度为400nm～1.5μm。
本发明通过调节银粉的颗粒大小来控制粉体的烧结活性，使得浆料在烧结后的致密度提升，孔隙减少，进而提升电极的耐焊性能和降低电阻；本发明所述电极银浆对溶剂的缓释性更好，在烘干后印刷银或铝细栅时，能够形成良好的物理接触和搭接，在烧结过程中，银银反应和银铝反应后电阻小和复合能达到较好的状态。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述银粉可以选用类球形、球形、片状或纳米银粉中的一种或者多种混合物。
在一些实施方案中，按重量百分含量计，所述银粉组成如下：
球形或类球形银粉60-99.9％
不规则银粉0.1-40％。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述有机载体由如下重量百分含量的各成分组成：
其中，所述的有机载体中所述溶剂选自醇酯十二、丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二甲酯、二乙二醇乙醚醋酸酯中至少一种。
作为优选，所述溶剂由醇酯十二、丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二甲酯、二乙二醇乙醚醋酸酯组成；
在一些实施方案中，按重量百分含量计，所述二乙二醇乙醚醋酸酯与己二酸二甲酯的混合占溶剂10-60％，余量为醇酯十二、丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇中至少两种的混合。乙二醇乙醚醋酸酯与己二酸二甲酯混合使用，调节了粉体的排列，使浆料在印刷过程中，触变更好，抑制线形外拓。醇酯十二、丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇的至少两种混合，保证了有机溶剂对粉体的良好的润湿性能。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述有机载体的树脂为乙基纤维素、醋酸纤维素、聚乙稀醇缩丁醛、环氧树脂中至少一种。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述有机载体的触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中至少一种。更优选的，所述触变剂为聚酰胺蜡。
作为优选，本发明所述电极浆料中所述有机载体的分散助剂为高沸点的司班或扩散泵油，有利于银粉润湿和有序排列。除了润湿粉体之外，还可以参与抑制烧结过程中有机溶剂的过度挥发，增加浆料对溶剂的缓释性，避免电极与基底接触变差甚至脱落。
作为优选，本发明所述电极浆料中，所述无机粘合剂由如下重量百分含量的各成分组成：
所述其它组分为ZnO、CuO、MnO2中任两种组合。
本发明所述无机粘合剂的软化点更低，在低温烧结时对银粉的驱动作用更好，使得电极烧结更致密；腐蚀性更小，对氮化硅膜的损伤小；但与氮化硅的反应后附着力更好；结构更稳定，刚性更强，稳定性更好，使电极更耐焊。
在一些实施方案中，所述无机粘合剂中其它组分为ZnO和CuO，所述ZnO占所述无机粘合剂的重量百分含量为1-10％，所述CuO占所述无机粘合剂的重量百分含量为1-15％。
作为优选，本发明所述电极浆料中，所述其他功能助剂为流平剂、防沉降助剂、附着力促进剂中至少一种。
本发明还提供了所述电极浆料的制备方法将有机载体、无机粘结剂、银粉及其他功能助剂混合，采用三辊轧机进行轧制分散。
本发明所述电极浆料通过银粉的特定选择提升了浆料的耐焊性能、拓宽烧结窗口，通过有机载体的特定配方改善了浆料线形外拓，通过助剂的特定使用，避免烧结过程中过度挥发导致电极物理接触变差甚至脱落，提升耐焊性。本发明所述电极浆料可以减小电阻和与细栅线的搭界电阻与复合导致的电流损失。
下面将对本发明公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域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，都属于本公开保护的范围。
下面详细描述本发明公开的具体实施方式。如无特殊说明，本发明所述百分含量为重量百分含量。其中，线宽测试：采用3D显微镜，测量线形宽度；接触电阻为银和铝接触电阻，采用万用电表测试电阻。
实施例1：本发明所述电极浆料及制备方法
银粉85％
(球形75％，非球形10％，银粉D50粒度为400nm～1.5μm)
无机粘合剂2.8％
有机载体12.2％；
其中，无机粘合剂各成分组成如下：
有机载体各成分组成如下：
制备方法具体为将有机载体、无机粘结剂、银粉及其他功能助剂混合，采用三辊轧机进行轧制分散。
实施例2：本发明所述电极浆料及制备方法
银粉68％
(球形60％，非球形8％，银粉D50粒度为400nm～1.5μm)
无机粘合剂 3％
有机载体 29％；
其中，无机粘合剂各成分组成如下：
有机载体各成分组成如下：
制备方法具体为将有机载体、无机粘结剂、银粉及其他功能助剂混合，采用三辊轧机进行轧制分散。
实施例3：本发明所述电极浆料及制备方法
银粉76％
(球形68％，非球形8％，银粉D50粒度为400nm～1.5μm)
无机粘合剂 1％
有机载体 23％；
其中，无机粘合剂各成分组成如下：
有机载体各成分组成如下：
制备方法具体为将有机载体、无机粘结剂、银粉及其他功能助剂混合，采用三辊轧机进行轧制分散。
实验例1：烧结窗口检测
对实施例1-3制得的电极浆料进行烧结窗口检测。具体方法为：将浆料印刷成相应的图形，在不同的温度下烧结，得到相应的电极，测试不同温度下对应的拉脱力。拉脱力的测试方法为将焊带覆于电极表面，将电焊头调至一设定的温度，均匀地从焊带表面划过，使电极与焊带之间形成粘附力。结果如表1。
表1烧结窗口检测结果数据
随着银含量降低，会造成拉力一定程度的下降。由上表结果可见，通过玻璃的调整，与银粉的匹配，增加银粉的烧结致密度，使浆料在制成电极后，维持较好的拉力并保证一定的焊接窗口。
实验例2：电极浆料测试
表2实施例1-3制得的电极浆料的测试结果
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 栅线电阻/Ω | 2.5 | 3.3 | 2.8 |
| 线宽/um | 79 | 74 | 82 |
| 接触电阻/Ω | 0.03 | 0.05 | 0.06 |
以上对本发明所提供的一种电极浆料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种电极浆料，其特征在于，由如下重量百分含量的各成分组成：
银粉 68-85%
有机载体 10-30%
无机粘合剂 0.6-3.5%
其他功能助剂 0~5.0%；
其中，所述银粉D50粒度为400nm~1.5μm；
所述有机载体由如下重量百分含量的各成分组成：
溶剂 60-88%
树脂 5-30 %
触变剂 2-8wt%
分散助剂 余量；
所述溶剂由醇酯十二、丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇中至少两种的混合及己二酸二甲酯、二乙二醇乙醚醋酸酯组成；按重量百分含量计，所述二乙二醇乙醚醋酸酯与己二酸二甲酯的混合占溶剂10-60%，余量为醇酯十二、丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇中至少两种的混合。
2.根据权利要求1所述的电极浆料，其特征在于，按重量百分含量计，所述银粉组成如下：
球形或类球形银粉 60-99.9%
不规则银粉 0.1-40%。
3.根据权利要求1所述的电极浆料，其特征在于，所述树脂为乙基纤维素，醋酸纤维素、聚乙稀醇缩丁醛、环氧树脂中至少一种；所述触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中至少一种；所述分散助剂为高沸点的司班或扩散泵油。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的电极浆料，其特征在于，所述无机粘合剂由如下重量百分含量的各成分组成：
PbO 30-60%
SiO2 10-30%
B2O3 5-15%
其它组分 2-25%；
所述其它组分为ZnO、CuO、MnO2中任两种组合。
5.根据权利要求4所述的电极浆料，其特征在于，所述无机粘合剂中其它组分为ZnO和CuO，所述ZnO占所述无机粘合剂的重量百分含量为1-10%，所述CuO占所述无机粘合剂的重量百分含量为1-15%。
6.根据权利要求4所述的电极浆料，其特征在于，所述其他功能助剂为流平剂、防沉降助剂、附着力促进剂中至少一种。
7.根据权利要求1或2或3或5任意一项所述的电极浆料，其特征在于，所述其他功能助剂为流平剂、防沉降助剂、附着力促进剂中至少一种。
8.权利要求1-6任意一项所述电极浆料的制备方法，其特征在于，将有机载体、无机粘结剂、银粉及其他功能助剂混合，采用三辊轧机进行轧制分散。
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