CN117038145A - TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏电子浆料技术领域，尤其涉及IPCH01B1/22领域，更具体的，涉及一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆及其制备方法与应用。按百分比计，组分包括：85‑91wt％导电银粉，1.5‑4wt％含镧铅碲玻璃粉，0.2‑5wt％助剂，有机载体补足余量。含镧玻璃粉可用于制备TOPCon电池背面与n‑poly Si接触的背面细栅银浆，以改善背面细栅银电极和n‑poly Si多晶硅膜之间的接触电阻，减少n‑poly Si的腐蚀深度，减少对隧道氧化层的腐蚀，提升开路电压，同时可适应更宽的烧结温度，有利于提升太阳电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电子浆料技术领域，尤其涉及IPCH01B1/22领域，更具体的，涉及一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆及其制备方法与应用。
背景技术
TOPCon电池是N型晶体硅太阳电池的一种，最先于Fronhofure太阳能研究所开发，它结合了热氧化膜钝化+多晶硅薄膜接触等新技术，具备高开压、大电流、高FF、光衰小、双面率高等特性，成为近两年来国内大型光伏电池公司/研究机构研究的重要课题，预计2023年TOPCon电池产能将超过100GW，成为PERC电池后的下一代主要高效太阳电池产品。
然而，N-TOPCon晶体硅太阳电池背面采用的是隧道氧化层+多晶硅薄膜n-polySi结构，产业化的n-poly膜的厚度一般为100～120nm，表面掺杂浓度为1～8E20/cm3，方阻为30～80Ω。随着技术的发展，电池厂家希望Poly多晶硅膜的厚度能降低至50～80nm，以减少红外寄生吸收效应，减少短流损失。因而有效制备出适应薄Poly多晶硅膜、转换效率高的TOPCon晶体硅太阳电池的背面细栅银浆是TOPCon电池是目前亟需解决的技术难题。
CN113979641A公开了一种玻璃粉及其制备方法及一种应用窗口宽的电池银浆，针对TOPCon太阳电池抛光面开发适合的背面银浆，能够解决在TOPCon电池的背面上会出现接触窗口窄、EL出现云雾甚至发黑等问题，但未针对薄Si-poly结构进行详细描述。
发明内容
本发明第一方面提供了一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，按百分比计，组分包括：85-91wt％导电银粉，1.5-4wt％含镧铅碲玻璃粉，0.2-5wt％助剂，有机载体补足余量。
所述导电银粉的平均粒径为0.5～2.5μm，振实密度为4.0～7.0g/cm3，比表面积为0.1～2.0cm2/g。
所述有机载体包括有机溶剂、树脂。
所述树脂包括乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛酯、醋酸纤维素、丙烯酸树脂、醛酮树脂、聚乙烯醇缩丁醛、松香树脂中的至少一种。
优选的，所述树脂包括丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛，所述丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛重量比为(1-2)：(2-4)：(4-7)。
进一步优选的，所述树脂包括丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛，所述丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛重量比为2：3：6。
优选的，所述乙基纤维素购自广州晋凯化工有限公司，型号：EC N4。
优选的，所述聚乙烯醇缩丁醛购自日本可乐丽化工，型号：PVB 16H。
所述有机溶剂包括二乙二醇二丁醚醋酸酯、醇酯十二、二乙二醇二丁醚、二乙二醇二乙醚、己二酸二甲酯、三乙酸甘油酯、邻苯二甲酸二甲酯、松油醇、苯甲酸卞酯、柠檬酸三丁酯、醇酯十六中的至少一种。
优选的，所述有机溶剂包括二乙二醇二丁醚醋酸酯、醇酯十二、二乙二醇二丁醚、己二酸二甲酯，所述二乙二醇二丁醚醋酸酯、醇酯十二、二乙二醇二丁醚、己二酸二甲酯重量比为(40-55)：(10-20)：(5-12)：(7-15)。
进一步优选的，所述有机溶剂包括二乙二醇二丁醚醋酸酯、醇酯十二、二乙二醇二丁醚、己二酸二甲酯，所述二乙二醇二丁醚醋酸酯、醇酯十二、二乙二醇二丁醚、己二酸二甲酯重量比为50：15：10：11。
所述有机载体的制备方法，包括以下步骤：称取有机溶剂、树脂，使用高速分散机进行加热搅拌，即得。
所述助剂包括触变剂、爽滑剂、分散剂。
所述分散剂包括含胺基官能团、含脂肪酸官能团中的一种或多种组合；所述爽滑剂包括硅油、油酸酰胺和芥酸酰胺中的一种或多种组合；所述触变剂包括氢化蓖麻油、聚酰胺蜡和聚脲中的一种或多种组合。
所述助剂还包括流平剂、有机硅消泡剂、硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂中中的一种或多种。
所述含镧铅碲玻璃粉，按百分比计，包括如下组分：10-50wt％PbO，10-60wt％TeO2，5-30wt％Bi2O3，0.1-5wt％La2O3，0.5-10wt％ZnO，0.5-10wt％SiO2、0.5-15wt％WO3，1-10wt％碱金属氧化物，改性氧化物补足余量。
本申请人研究发现，PbO、TeO2和La2O3重量比为(15-40)：(20-50)：(0.5-6)，可有效改善玻璃的光学性能以及电性能，氧化铅(PbO)作为网络骨架，具有良好的助熔性、成玻能力，具有较低的玻璃软化温度，能够有效提升银粉氧化后的溶解性，从而促进体系的分散性能，但存在粘度过高的问题，氧化碲(TeO2)在光伏银浆玻璃体系中，可以降低玻璃软化温度和玻璃高温粘度，提高玻璃流动性，同时作为变价的氧化物，进一步促进银粉的溶解，提高玻璃溶银能力和析银能力，改善银电极与硅衬底的欧姆接触特性，但对衬底的腐蚀深度作用不够明显，氧化镧(La2O3)作为一种稀土氧化物，应用于玻璃中可提高玻璃的化学稳定性和寿命，也可增加玻璃的硬度和软化温度。尤其是应用于TOPCon晶体硅太阳电池中，可有效改善背面细栅银电极和n-poly Si多晶硅膜之间的接触电阻，减少n-poly Si的腐蚀深度，减少对隧道氧化层的腐蚀，提升开路电压，同时可适应更宽的烧结温度，从而提升太阳电池的光电转换效率。
所述PbO、TeO2和La2O3重量比为(15-40)：(20-50)：(0.5-6)。
优选的，所述PbO、TeO2和La2O3重量比为(20-30)：(25-35)：(1-3)。
所述WO3、SiO2和ZnO重量比为(1-7)：(2-8)：(2-7)，可平衡玻璃软化温度、高温流动性、表面润湿性、溶银能力、耐化学腐蚀性、耐候性，二氧化硅属于网络形成体，可以使玻璃具有良好的成玻能力，提升玻璃高温粘度和表面张力，控制玻璃流动性。氧化锌属于偏碱性氧化物，可以控制整个玻璃的酸碱平衡性，并使玻璃具有很好的高温稳定性和耐化学腐蚀性。碱金属氧化物可以有效降低玻璃粉软化点，与WO3、SiO2共同提升玻璃成玻范围，改善银电极与硅沉底的接触性能。
所述WO3、SiO2和ZnO重量比为(1-7)：(2-8)：(2-7)。
优选的，所述WO3、SiO2和ZnO重量比为(2-5)：(4-6)：(3-6)。
所述碱金属氧化物包括Li2O、Na2O、K2O中一种或多种组合。
所述改性氧化物包括Al2O3、Ga2O3、Ag2O、CuO、MoO3、V2O5、CeO2、Y2O5、MgO、Tl2O3、Fe2O3、Nb2O5中一种或多种组合。
所述含镧铅碲玻璃粉的平均粒径小于10μm。
优选的，所述含镧铅碲玻璃粉的平均粒径为0.5-5μm。
进一步优选的，所述含镧铅碲玻璃粉的平均粒径为1-2μm。
优选的，所述含镧铅碲玻璃粉的软化温度为250～400℃
所述含镧铅碲玻璃粉的制备，包括以下步骤：
S1，将各原料按配方比例称量，混合均匀，装入坩埚中，在900～1300℃熔炼炉中熔制30～120min，得到玻璃熔体；
S2，将玻璃熔体进行淬冷处理，得到玻璃渣；
S3，将玻璃渣粉碎处理至目标粒径、干燥，即得。
优选的，所述混合采用高速粉碎机或三维混料机中的一种。
优选的，所述淬冷处理采用去离子水淬冷或铁板淬冷中的一种。
优选的，所述粉碎处理包括酒精球磨、溶剂球磨、气流磨中的一种。
本发明第二方面提供了一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照配比，称取导电银粉、含镧铅碲玻璃粉、有机载体、助剂，并进行混合搅拌，得到混合物1；
步骤2：采用三辊研磨机对混合物1进行研磨分散，刮板细度小于10μm后，即得。
本发明第三方面提供了一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆的的应用，其特征在于，应用于制备TOPCon晶体硅太阳电池。
经烘干烧结工艺后，晶体硅太阳电池背面细栅银浆的有机挥发或燃烧裂解，玻璃粉软化流平，润湿银粉或其它无机粉体。所述背面烧结的温度为720～800℃时，晶体硅太阳电池背面细栅银浆的玻璃粉在高温下熔解背面氮化硅介质膜，同时少量导电银粉氧化溶解进玻璃层中，冷却时，玻璃中的银体发生重结晶，形成纳米银胶体，同时Si-poly界面会生长出银微晶，促进银与衬底、超薄玻璃膜与衬底形成良好的欧姆接触，降低接触电阻率。
优选的，所述TOPCon晶体硅太阳电池包括烧结工艺，所述背面烧结的温度为720～760℃。
有益效果：
1.含镧玻璃粉可用于制备TOPCon电池背面与n-poly Si接触的背面细栅银浆，以改善背面细栅银电极和n-poly Si多晶硅膜之间的接触电阻，减少n-poly Si的腐蚀深度，减少对隧道氧化层的腐蚀，提升开路电压，同时可适应更宽的烧结温度，有利于提升太阳电池的光电转换效率。
2.所述导电银粉的平均粒径为0.5～2.5μm，振实密度为4.0～7.0g/cm3，比表面积为0.1～2.0cm2/g，具有良好的导电性，同时它在高温下氧化、溶解到特殊的玻璃液中，提高与玻璃粉的分散性能，同时冷却时会有银体的析出，又能提高玻璃的导电性能。
3.引入适量其它氧化物如Mo2O3、Tl2O3，可进一步降低含镧玻璃粉的软化温度，提升玻璃粉高温流平性，拓宽烧结窗口，具有较好的开路电压和较高的转换效率。
具体实施方式
有机载体制备
实施例1-8及对比例1-2所用有机载体的组分以及含量(重量百分比)如表4所示。所述有机载体的制备为以下步骤：称取有机溶剂、树脂、触变剂，使用高速分散机进行搅拌，搅拌速度2000r/min，加热温度60℃，持续60分钟，即得。
玻璃粉制备
对比例1-2所用铅碲玻璃粉BL1～BL2的组分及含量(重量百分比)如表2所示。对比例1-2所用所述铅碲玻璃粉BL1～BL2的制备，包括以下步骤：(1)将各原料按表3比例称量，使用高速粉碎机混合均匀，装入氧化铝坩埚中；(2)在900℃熔炼炉中熔制120min，得到玻璃熔体；(3)将玻璃熔体进行水冷处理，得到玻璃渣；(4)将玻璃渣放入含酒精、锆珠的球磨罐中球磨，经过过滤干燥后得到平均粒度D50为1.5～2.0μm的玻璃粉。
实施例1-8所用含镧铅碲玻璃粉GF-1～GF-8的组分及含量(重量百分比)如表3所示。
实施例1-2所述铅碲玻璃粉GF-1～GF-2的制备工艺与对比例1-2所用铅碲玻璃粉BL1～BL2的一致。
实施例3-5所述含镧铅碲玻璃粉GF-3～GF-5的制备，包括以下步骤：(1)将各原料按表3比例称量，使用高速粉碎机混合均匀，装入铂金坩埚中；(2)在900℃熔炼炉中熔制60min，得到玻璃熔体；(3)将玻璃熔体进行不锈钢对辊机淬火处理，得到玻璃渣；(4)将玻璃渣放入球磨罐中干磨；(5)干磨后的粗玻璃粉经过气流磨设备气流磨后，得到平均粒度D50为1.0～1.5μm的玻璃粉。
实施例6-8所述含镧铅碲玻璃粉GF-6～GF-8的制备，包括以下步骤：(1)将各原料按表3比例称量，使用高速粉碎机混合均匀，装入铂金坩埚中；(2)在1200℃熔炼炉中熔制30min，得到玻璃熔体；(3)将玻璃熔体进行不锈钢对辊机淬火处理，得到玻璃渣；(4)将玻璃渣放入球磨罐中干磨；(5)干磨后的粗玻璃粉经过气流磨设备气流磨并分级后，得到平均粒度D50为2.0～3.0μm的玻璃粉。
浆料制备
实施例1-8，对比例1-2：
一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，表1为对比例1-2、实施例1-8的组分重量百分比含量。
所述导电银粉的平均粒径D50为1.0～2.0μm，振实密度为5.0～6.5g/cm3，比表面积为0.2～0.6cm2/g，购置日本DOWA。
实施例1～2，对比例1～2所用爽滑剂为日本信越硅油500cPs，有机分散剂市售型号为BYK 110。
实施例3～4中玻璃粉包含铅碲玻璃粉和含镧铅碲玻璃粉，爽滑剂为芥酸酰胺，有机分散剂市售型号为Tego 655，消泡剂为有机硅消泡剂。
实施例5～8所用爽滑剂为日本信越硅油1000cPs，有机分散剂市售型号为美国阿克苏诺贝尔TDO。
实施例1-8、对比例1-2，一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆的制备方法，为以下步骤：
步骤1：按照配比，称取导电银粉、铅碲玻璃粉或含镧铅碲玻璃粉、有机载体、助剂，并进行混合搅拌，得到混合物1；
步骤2：采用三辊研磨机对混合物1进行研磨分散，刮板细度小于10μm后，即得。
表1
表2
表3
表4
性能测试方法
将实施例和对比例制备的得到的TOPCon晶体硅太阳电池的背面细栅银浆应用于TOPCon晶体硅太阳电池上，具体TOPCon晶硅太阳电池制备步骤如下：
对N型晶体硅片进行前清洗、制绒、后清洗，然后通过高温扩散或等离子掺杂工艺形成正面p+层，再通过氧化工艺使背面形成约1.5nm左右的隧道氧化层，LPCVD设备沉积形成背面多晶硅薄膜(Si-poly)，其中分别制备出2种厚度60nm、100nm的Si-poly。
经过ALD/LPCVD工艺对硅片正面沉积分别3～5nm/85～91nm厚的Al2O3/SiNx，对背面进行沉积80～90nm SiNx，形成正背面钝化介质膜，得到TOPCon半成品蓝膜片。通过丝网印刷的方式将晶体硅太阳电池银铝浆印刷在TOPCon半成品蓝膜片正面，将背面细栅银浆印刷在TOPCon半成品蓝膜片背面。经烘干烧结(烧结峰值温度为740～750℃)工艺后，形成TOPCon晶体硅太阳电池。
采用太阳电池常用的电流电压电性测试仪(IV测试仪)评估不同TOPCon背面细栅银浆应用在不同厚度Si-poly上的TOPCon电池的电性能以及转换效率，Voc为开路电压，Isc为短路电流，FF为填充因子，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻，Eta为转化效率，Irev2为饱和漏电流。
性能测试数据
实施例1-8、对比例1-2应用在120nm Si-poly结构上的TOPCon电池的电性能以及转换效率数据如表5，实施例1-8、对比例1-2应用在60nm Si-poly结构上的TOPCon电池的电性能以及转换效率数据如表6。
表5
表6
根据以上各实施例和对比例的数据信息和检测结果分析说明：
1、分析实施例1和对比例1、实施例2和对比例2，在120nm Si-Poly厚度的TOPCon背面结构上，实施例1、实施例2的转换效率分别与对比例1、对比例2相当。然而，在60nm Si-Poly厚度的TOPCon背面结构上，实施例1的转换效率明显优于对比例1，主要体现在开路电压Voc和短路电流Isc有较大提升；同样的，实施例2的转换效率明显优于对比例2，主要体现在开路电压Voc和短路电流Is有较大提升。说明玻璃中氧化镧的加入，能够有效降低对Si-poly的腐蚀深度和减少隧道二氧化硅钝化层的破坏，提升开路电压。同时，由于薄Si-poly可以降低红外寄生吸收，提升短路电流密度，更有利于提升整体电性。
2、分析对比例1、对比例2、实施例3、实施例4，实施例3是实施例1中部分加入不分含镧铅碲玻璃粉，实施例4是实施例2中部分加入含镧铅碲玻璃粉，部分引入含镧玻璃粉同样有利于有效降低对Si-poly的腐蚀深度和减少隧道二氧化硅钝化层的破坏，提升开路电压。同时，由于薄Si-poly可以降低红外寄生吸收，提升短路电流密度，更有利于提升整体电性。
3、分析对比例1、实施例5、实施例7，引入过量其它氧化物如Mo2O3、Tl2O3，可进一步降低含镧玻璃粉的软化温度，提升玻璃粉高温流平性，拓宽烧结窗口，具有较好的开路电压和较高的转换效率；实施例6中引入2份过量的Y2O5，提升玻璃粉软化温度，导致溶银能力降低，虽然还有较低的poly膜的腐蚀性，但串联电阻明显提升，不利于提升太阳电池转换效率。
4、分析对比例1、实施例8，实施例8玻璃粉含量增加4份时，玻璃层厚度过大，不利于玻璃银体的生长，导致玻璃层电阻率过大，串联电阻明显增加；同时poly膜会被过量的玻璃溶解，破坏隧道二氧化硅钝化层，开压电压明显下降，故太阳电池转换效率明显下降。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，其特征在于，按百分比计，组分包括：85-91wt％导电银粉，1.5-4wt％含镧铅碲玻璃粉，0.2-5wt％助剂，有机载体补足余量。
2.根据权利要求1所述的一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，其特征在于，所述导电银粉的平均粒径为0.5～2.5μm。
3.根据权利要求2所述的一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，其特征在于，所述有机载体包括有机溶剂、树脂。
4.根据权利要求3所述的一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，其特征在于，所述助剂包括触变剂、爽滑剂、分散剂。
5.根据权利要求4所述的一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，其特征在于，所述含镧铅碲玻璃粉，按百分比计，包括如下组分：10-50wt％PbO，
10-60wt％TeO2，5-30wt％Bi2O3，0.1-5wt％La2O3，0.5-10wt％ZnO，0.5-10wt％SiO2、0.5-15wt％WO3，1-10wt％碱金属氧化物，改性氧化物补足余量。
6.根据权利要求5所述的一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，其特征在于，所述碱金属氧化物包括Li2O、Na2O、K2O中一种或多种组合。
7.根据权利要求6所述的一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，其特征在于，所述改性氧化物包括Al2O3、Ga2O3、Ag2O、CuO、MoO3、V2O5、CeO2、Y2O5、MgO、Tl2O3、Fe2O3、Nb2O5中一种或多种组合。
8.根据权利要求7所述的一种TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆，其特征在于，所述含镧铅碲玻璃粉的平均粒径小于10μm。
9.一种根据权利要求1所述TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照配比，称取导电银粉、含镧铅碲玻璃粉、有机载体、助剂，并进行混合搅拌，得到混合物1；
步骤2：采用三辊研磨机对混合物1进行研磨分散，刮板细度小于10μm后，即得。
10.一种根据权利要求1所述TOPCon晶体硅太阳电池用背面细栅银浆的的应用，其特征在于，应用于制备TOPCon晶体硅太阳电池。
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| CN118335379A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-07-12 | 江苏日御光伏新材料股份有限公司 | 一种TOPCon电池背面含导电助剂的银浆及其制备和应用 |
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2023
- 2023-07-28 CN CN202310936299.0A patent/CN117038145A/zh active Pending
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