CN117095852A - 一种导电浆料与太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种导电浆料与太阳能电池及其制备方法。所述导电浆料以质量百分比计，包括如下组分：铝粉0％～3％、玻璃粉0.5％～6％、银粉80％～90％以及有机载体5％～15％；所述玻璃粉以质量百分比计，包括如下组分：氧化铅50％～85％、氧化硼5％～20％、二氧化硅1％～15％、氧化锌1％～15％、氧化铝5％～20％、碳酸锂0％～5％、碳酸钠0％～5％以及氧化镁0％～5％。上述导电浆料为一种非烧穿或半烧穿型导电浆料，通过合理配伍玻璃粉的组成和比例，能够极大地保护SiN膜层的降低载流子复合的作用，提升电池的开压，进一步配合激光处理之后，能够提高电池效率。如此实现较高的开压和较高的电池效率。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种导电浆料与太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着化石能源的短缺和人们对二氧化碳排放的关注，太阳能发电技术得到了跳跃式的发展。而晶体硅太阳能电池技术作为太阳能发电技术的主体，一直备受人们的关注。太阳能电池的优劣除取决于所使用的晶硅材料中的载流子浓度、分布和迁移率，还受到电池正负极电极性能的影响。其中正面电极(负极)直接影响着串联电阻、分流电阻、填充因子和光电转换效率，因此正面电极导电浆料的质量决定了太阳能电池的性能。
TOPCON(隧穿氧化层钝化)电池技术已经逐渐成为目前主流的高效电池工艺，TOPCON与目前的PERC(背钝化)电池不同，主要采用N型硅片制备，因此其正面电极导电浆料采用的是银铝浆，铝的掺入是为了提升导电浆料在正面的欧姆接触。但是由于铝在熔化重结晶过程中极易形成铝刺，加重载流子复合，降低电池的开路电压，甚至会刺破PN结，破坏电池结构，降低电池转换效率。
另外，在太阳能电池结构中，为提高光透过率，需要在表面制备一层SiN减反增透层，SiN减反增透层同时还可以起到降低表面载流子复合的作用。然而，由于SiN膜属于绝缘体，阻隔了载流子从电池表面向银栅线的移动，即阻碍了银硅间欧姆接触的形成。为了形成良好的欧姆接触，传统方法均采用烧穿型银铝浆对SiN膜层进行腐蚀，且往往进行过腐蚀以保证形成较好的欧姆接触。但该方法增加了硅表面的载流子复合，使开压降低。
发明内容
基于此，本申请提供一种能够兼顾较高开压和较高电池转换效率的导电浆料，包含该导电浆料的正面电极、太阳能电池及其制备方法。
本申请的第一方面，提供一种导电浆料，以质量百分比计，包括如下组分：
所述玻璃粉以质量百分比计，包括如下组分：
在其中一些实施例中，所述玻璃粉以质量百分比计，包括如下组分：
在其中一些实施例中，所述银粉的平均粒度为1μm～8μm。
在其中一些实施例中，所述铝粉的平均粒度为0.5μm～10μm。
在其中一些实施例中，所述有机载体包括树脂、溶剂、增塑剂和表面活性剂中的一种或多种。
进一步地，所述树脂包括乙基纤维素树脂、松香树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种；
进一步地，所述溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、丁基卡必醇、乙二醇单丁醚醋酸酯、石油醚和醚类中的一种或多种。
在其中一些实施例中，所述有机载体以质量百分比计，包括如下组分：
本申请的第二方面，提供一种正面电极，包括极片基体以及设置于所述极片基体的导电层，所述导电层通过第一方面所述的导电浆料成膜而成。
本申请的第三方面，提供一种正面电极的制备方法，包括如下步骤：
将第一方面所述的导电浆料施加至极片基体的表面，烧结，制备中间体膜；
对所述中间体膜进行激光处理，制备导电层。
可选地，烧结的条件包括：设置温度为820℃～840℃；
可选地，激光处理的条件包括：激光功率密度为500W/cm2～200000W/cm2，激光波长为400nm～1500nm。
本申请的第四方面，提供一种太阳能电池，包括第二方面所述的正面电极或第三方面所述的制备方法制备得到的正面电极。
在其中一些实施例中，所述太阳能电池为隧穿氧化层钝化(TOPCON)太阳能电池。
上述导电浆料为一种非烧穿或半烧穿型导电浆料，通过合理配伍玻璃粉的组成和比例，能够控制将SiN膜层腐蚀至极薄达到纳米级，或者仅仅部分的腐蚀掉SiN膜层，从而极大地保护SiN膜层的降低载流子复合的作用，提升电池的开压，进一步配合激光处理之后，增强银硅之间的界面扩散，并能够在银硅间形成了纳米级微小导电通道，具有良好的欧姆接触，降低串阻，从而提高了电池效率。如此上述导电浆料能够综合实现较高的开压和较高的电池效率。
此外，由于上述导电浆料制备的正面电极的欧姆接触可以由激光激发的银硅扩散形成，铝的作用极大的降低，因此可以降低浆料中的铝粉含量甚至实现无铝化，从而减小铝刺形成的机会，进一步提升开压。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请的导电浆料与太阳能电池及其制备方法作进一步详细的说明。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
本文中，“一种或多种”指所列项目的任一种、任两种或任两种以上。
本申请中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。
本申请中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本申请中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本申请中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比，对于液相-液相混合指体积百分比。
本申请中涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
本申请中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
本申请中的室温一般指4℃～30℃，较佳地指20±5℃。
本申请的一些示例中提供一种导电浆料，以质量百分比计，包括如下组分：
所述玻璃粉以质量百分比计，包括如下组分：
上述导电浆料为一种非烧穿或半烧穿型导电浆料，通过合理配伍玻璃粉的组成和比例，能够控制将SiN膜层腐蚀至极薄达到纳米级，或者仅仅部分的腐蚀掉SiN膜层，从而极大地保护SiN膜层的降低载流子复合的作用，提升电池的开压，进一步配合激光处理之后，增强银硅之间的界面扩散，并能够在银硅间形成了纳米级微小导电通道，具有良好的欧姆接触，降低串阻，从而提高了电池效率。如此上述导电浆料能够综合实现较高的开压和较高的电池效率。
此外，由于上述导电浆料制备的正面电极的欧姆接触可以由激光激发的银硅扩散形成，铝的作用极大的降低，因此可以降低浆料中的铝粉含量甚至实现无铝化，从而减小铝刺形成的机会，进一步提升开压。
具体地，铝粉的质量百分比包括但不限于：0％、0.2％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、2％、2.5％、3％或任两者之间的范围。
具体地，玻璃粉的质量百分比包括但不限于：0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％或任两者之间的范围。
具体地，银粉的质量百分比包括但不限于：80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％或任两者之间的范围。
具体地，有机载体的质量百分比包括但不限于：5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％或任两者之间的范围。
具体地，所述玻璃粉中，氧化铅的质量百分比包括但不限于：50％、55％、57％、60％、62％、65％、67％、70％、72％、75％、77％、80％、82％、84％、85％或任两者之间的范围。
具体地，所述玻璃粉中，氧化硼的质量百分比包括但不限于：5％、7％、10％、11％、12％、13％、15％、16％、18％、19％、20％或任两者之间的范围。
具体地，所述玻璃粉中，二氧化硅的质量百分比包括但不限于：1％、2％、3％、4.5％、5％、7％、10％、12％、15％或任两者之间的范围。
具体地，所述玻璃粉中，氧化锌的质量百分比包括但不限于：1％、2.5％、3％、4％、4.5％、5％、5.5％、7％、8％、10％、12％、15％或任两者之间的范围。
具体地，所述玻璃粉中，氧化铝的质量百分比包括但不限于：5％、6％、9％、10％、12％、14％、16％、18％、20％或任两者之间的范围。
具体地，所述玻璃粉中，碳酸锂的质量百分比包括但不限于：0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％或任两者之间的范围。
具体地，所述玻璃粉中，碳酸钠的质量百分比包括但不限于：0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％或任两者之间的范围。
具体地，所述玻璃粉中，氧化镁的质量百分比包括但不限于：0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％或任两者之间的范围。
在其中一些示例中，所述玻璃粉以质量百分比计，包括如下组分：
在其中一些示例中，所述玻璃粉以质量百分比计，包括如下组分：
在其中一些示例中，所述银粉的平均粒度为1μm～8μm。进一步地，所述银粉的平均粒度为1μm～3μm。不作限制地，所述银粉的纯度为99.9％～99.999％，另外，所述银粉的形貌没有具体的要求，可以是球状或鳞片状，较优选的形貌应为球形或接近球形。
在其中一些示例中，所述铝粉的平均粒度为0.5μm～10μm。进一步地，所述铝粉的平均粒度为1μm～5μm。不作限制地，所述铝粉的纯度为99.9％～99.999％，另外，所述铝粉的形貌没有具体的要求，可以是球状或鳞片状，较优选的形貌应为球形或接近球形。
在其中一些示例中，所述玻璃粉的平均粒度为0.5μm～3μm。
另外，在其中一些示例中，所述有机载体包括树脂、溶剂、增塑剂和表面活性剂中的一种或多种。
不作限制地，所述树脂包括乙基纤维素树脂、松香树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种。进一步地，所述树脂为乙基纤维素树脂、松香树脂和丙烯酸树脂的组合。
不作限制地，所述溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、丁基卡必醇、乙二醇单丁醚醋酸酯、石油醚中的一种或多种。
在其中一些示例中，所述有机载体以质量百分比计，包括如下组分：
具体地，乙基纤维素树脂的质量百分比包括但不限于：5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％或任两者之间的范围。
具体地，松香树脂的质量百分比包括但不限于：2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％或任两者之间的范围。
具体地，丙烯酸树脂的质量百分比包括但不限于：2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％或任两者之间的范围。
具体地，溶剂的质量百分比包括但不限于：60％、65％、70％、72％、74％、75％、76％、80％、85％、90％或任两者之间的范围。
不作限制地，所述导电浆料可以按照本领域的传统方法进行制备。
本申请的另外一些示例中提供一种正面电极，包括极片基体以及设置于所述极片基体的导电层，所述导电层通过如上所述的导电浆料成膜而成。进一步地，所述导电层通过如上所述的导电浆料经烧结以及激光处理制备得到。
本申请的另外一些示例中提供一种正面电极的制备方法，包括如下步骤：
将如上所述的导电浆料施加至极片基体的表面，烧结，制备中间体膜；
对所述中间体膜进行激光处理，制备导电层。
在其中一些示例中，烧结的条件包括：设置温度为820℃～840℃。
在其中一些示例中，激光处理的条件包括：激光功率密度为500W/cm2～200000W/cm2，激光波长为400nm～1500nm。
具体地，功率密度包括但不限于：500W/cm2、1000W/cm2、2000W/cm2、5000W/cm2、10000W/cm2、30000W/cm2、40000W/cm2、50000W/cm2、60000W/cm2、70000W/cm2、80000W/cm2、90000W/cm2、100000W/cm2、110000W/cm2、120000W/cm2、130000W/cm2、140000W/cm2、150000W/cm2、170000W/cm2、200000W/cm2或任两者之间的范围。
具体地，波长包括但不限于：400nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1100nm、1200nm、1300nm、1400nm、1500nm或任两者之间的范围。
本申请的另外一些示例中提供一种太阳能电池，包括如上所述的正面电极或如上所述的制备方法制备得到的正面电极。
在其中一些示例中，所述太阳能电池为隧穿氧化层钝化太阳能电池。
以下为具体的实施例，如无特别说明，实施例中采用的原料均为市售产品。
实施例中采用的银粉的平均粒度为1μm～2μm，纯度为99.99％，球形。
实施例中采用的铝粉的平均粒度为1μm～3μm，纯度为99.99％，球形。
实施例中采用的乙基纤维素树脂购自陶氏化学，N200型。
实施例中采用的松香树脂购自广州松宝化工有限公司，SBR140型。
实施例中采用的丙烯酸树脂购自三菱化学，BR-116型。
实施例1
本实施例提供一种导电浆料，以质量百分比计组成如下：
所述玻璃粉以质量百分比计，包括如下组分：
上述导电浆料的制备方法，步骤如下：
1)制备有机载体：取质量百分比为10％乙基纤维素树脂，质量百分比为5％松香树脂，质量百分比为10％丙烯酸树脂混合，加入质量百分比为75％溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，在100℃的温度下搅拌使物料溶解，约搅拌1小时后得到均匀透明的有机载体。
2)制备玻璃粉：将称量好的上述玻璃粉原料经混料机混合均匀后在置于高温马弗炉内，温度控制在1200℃，保温1小时，使物料熔化。将熔化后的玻璃熔浆倒入去离子水中淬火后，球磨至平均粒度约0.5μm～3μm，再经400目筛网过筛去除杂物，得到玻璃粉备用。
3)银铝浆混合：取质量百分比为88.3％的银粉、质量百分比为1.2％的铝粉，质量百分比为8％的第1)步中的有机载体、质量百分比为2.5％的第2)步中的玻璃粉混合搅拌均匀。
4)银铝浆分散：将第3)步中搅拌均匀后的原料放入三辊研磨机内充分研磨3次，研磨至外观细腻，均匀无明显颗粒，即得。用刮板细度剂测量细度<10μm。
实施例2～7和对比例1-2导电浆料的制备方法同实施例1，主要区别为组成不同，具体如表1所示。
表1
应用例1
本应用例提供一种TOPCON太阳能电池，其制备方法如下：
选取完成TOPCON前道工艺处理的N型硅片，采用丝网印刷的方式，先后将TOPCON的背面主栅、背面副栅以及正面主栅印刷在硅片上，经过烘干后，再将实施例1制备得到的导电浆料作为正面副栅(即正面电极)印刷到硅片表面，经过链式高温快烧炉烧结完成，高温区设置为840℃。烧结完成后的电池片，再经过光注入处理。
将上述电池片，通过传送装置装入激光微导处理设备，经过激光设备以激光功率密度为100000W/cm2，激光波长为600nm处理之后，电池从设备后部流出，收集，封装待检测性能。
按照上述制备方法，分别采用实施例2～7和对比例1-2的导电浆料制作TOPCON太阳能电池。
测试例
测试方法：采用德国HALM IV测试仪对制作得到的TOPCON太阳能电池在标准测试条件(STC)下进行测试，获得其开路电压、短路电流、串联电阻、并联电阻、填充因数及电池效率。标准测试条件(STC)为：地面平均照度：AM1.5；太阳辐射功率为1000W/m2；电池工作温度为25℃。
测试结果如下表2所示：
表2
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，便于具体和详细地理解本申请的技术方案，但并不能因此而理解为对申请专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本申请提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本申请所附权利要求的保护范围内。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种导电浆料，其特征在于，以质量百分比计，包括如下组分：
所述玻璃粉以质量百分比计，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的导电浆料，其特征在于，所述玻璃粉以质量百分比计，包括如下组分：
3.根据权利要求1或2所述的导电浆料，其特征在于，所述银粉的平均粒度为1μm～8μm。
4.根据权利要求1或2所述的导电浆料，其特征在于，所述铝粉的平均粒度为0.5μm～10μm。
5.根据权利要求1或2所述的导电浆料，其特征在于，所述有机载体包括树脂、溶剂、增塑剂和表面活性剂中的一种或多种；
可选地，所述树脂包括乙基纤维素树脂、松香树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种；
可选地，所述溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、丁基卡必醇、乙二醇单丁醚醋酸酯、石油醚中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的导电浆料，其特征在于，所述有机载体以质量百分比计，包括如下组分：
7.一种正面电极，其特征在于，包括极片基体以及设置于所述极片基体的导电层，所述导电层通过权利要求1～6任一项所述的导电浆料成膜而成。
8.一种正面电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将权利要求1～6任一项所述的导电浆料施加至极片基体的表面，烧结，制备中间体膜；
对所述中间体膜进行激光处理，制备导电层；
可选地，烧结的条件包括：设置温度为820℃～840℃；
可选地，激光处理的条件包括：激光功率密度为500W/cm2～200000W/cm2，激光波长为400nm～1500nm。
9.一种太阳能电池，其特征在于，包括权利要求7所述的正面电极或权利要求8所述的制备方法制备得到的正面电极。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为隧穿氧化层钝化太阳能电池。
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