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CN106803441A - 硅太阳能电池用背电极银浆及其制备方法 - Google Patents

硅太阳能电池用背电极银浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种硅太阳能电池用背电极银浆，按质量百分含量包括39％～60％的银粉、1％～5％的无机玻璃相、以及35％～60％的有机载体，所述无机玻璃相包括主玻璃相以及无机添加剂。主玻璃相包括氧化铋、氧化铝和氧化硅，主玻璃相各组分在无机玻璃相中的质量百分含量为：氧化铋10％～40％、氧化铝20％～60％、氧化硅10％～30％。无机添加剂选自氧化铜、氧化锌、二氧化钛、二氧化锰、氧化锑、氧化镁、氧化锡、氧化锂以及氧化镍中的至少两种。本发明还提供一种硅太阳能电池用背电极银浆的制备方法。

Description

硅太阳能电池用背电极银浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种硅太阳能电池用背电极银浆及其制备方法。
背景技术
作为重要的清洁能源，近年来硅太阳能电池呈现快速增长趋势，而硅太阳能电池的重要耗材之一的导电浆料需求也日益增长。硅太阳能电池用导电浆料主要包括正电极银浆、背电极银浆和背电极铝浆三部份，其中背电极银浆由银粉、无机玻璃相和有机载体经辊压而成。通常采用丝网印刷技术将背电极银浆涂覆于硅电池片的背面，再经隧道炉快速热处理(RTP，Rapid Temperature Process)在太阳能电池硅片的背面形成背面银电极。该背面银电极在热处理过程中形成的硅-银层可消除硅片与背面银电极之间的肖特基势垒，实现良好的欧姆接触，减少接触电阻，从而提高硅太阳能电池的转换效率。
其中，背面银电极作为导电焊接部位，将硅电池片产生的电流传导至外部电路。因此，对形成背面银电极的背电极银浆的焊接拉力有较高的要求。然而，现有的背电极银浆通常都存在焊接拉力不足(最高通常仅为3牛顿)的情况。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种有效解决上述问题的背电极银浆。
另外，还有必要提供一种上述背电极银浆的制备方法。
一种硅太阳能电池用背电极银浆，包括质量百分含量为39％～60％的银粉、质量百分含量为1％～5％的无机玻璃相、以及质量百分含量为35％～60％的有机载体，所述无机玻璃相包括主玻璃相以及无机添加剂，所述主玻璃相包括氧化铋、氧化铝和氧化硅，所述主玻璃相各组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量为：氧化铋10％～40％、氧化铝20％～60％、氧化硅10％～30％，所述无机添加剂选自氧化铜、氧化锌、二氧化钛、二氧化锰、氧化锑、氧化镁、氧化锡、氧化锂以及氧化镍中的至少两种，所述无机添加剂各组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量为：氧化铜0％～10％、氧化锌0％～40％、二氧化钛0％～5％、二氧化锰0％～10％、氧化锑0％～1％、氧化镁0％～5％、氧化锡0％～5％、氧化锂0％～5％、氧化镍0％～5％。
一种硅太阳能电池用背电极银浆的制备方法，其包括如下步骤：按银粉的质量百分含量为39％～60％、无机玻璃相的质量百分含量为1％～5％以及有机载体的质量百分含量为35％～60％的比例将银粉、无机玻璃相以及有机载体进行混合以制得混合物，其中所述无机玻璃相包括主玻璃相以及无机添加剂，所述主玻璃相包括氧化铋、氧化铝和氧化硅，所述主玻璃相各组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量为：氧化铋10％～40％、氧化铝20％～60％、氧化硅10％～30％，所述无机添加剂选自氧化铜、氧化锌、二氧化钛、二氧化锰、氧化锑、氧化镁、氧化锡、氧化锂以及氧化镍中的至少两种，所述无机添加剂各组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量为：氧化铜0％～10％、氧化锌0％～40％、二氧化钛0％～5％、二氧化锰0％～10％、氧化锑0％～1％、氧化镁0％～5％、氧化锡0％～5％、氧化锂0％～5％、氧化镍0％～5％；以及将上述混合物搅拌均匀并使用三辊研磨机进行研磨，三辊研磨机的辊距为40～100μm，研磨次数为5～10次，从而得到所述硅太阳能电池用背电极银浆。
上述硅太阳能电池用背电极银浆添加有无机添加剂，所述无机添加剂能够提高所述背电极银浆的焊接拉力。
具体实施方式
本发明较佳实施例的硅太阳能电池用背电极银浆，其包括质量百分含量为39％～60％的银粉、质量百分含量为1％～5％的无机玻璃相以及质量百分含量为35％～60％的有机载体。其中，所述银粉在该背电极银浆中主要起导电作用。所述无机玻璃相作为无机粘合剂，其用于在所述背电极银浆的热处理过程中熔融并润湿银粉和硅电池片的接触界面，从而使形成的背面银电极和硅电池片之间形成足够的粘结强度。所述无机载体用于使所述银粉以及无机玻璃相能够均匀地悬浮在所述背电极银浆中。
(1)银粉
所述银粉为片状银粉或球形银粉。在本实施方式中，所述银粉为片状银粉，其粒径分布分为两个区间段，每一区间段的银粉占总银粉质量的质量百分含量为：
粒径区间1：0.1～1μm，质量百分含量：10％～30％；
粒径区间2：1～5μm，质量百分含量：70％～90％。
(2)无机玻璃相
所述无机玻璃相包括主玻璃相以及无机添加剂。所述主玻璃相为铋-铝-硅系玻璃相，其包括氧化铋、氧化铝和氧化硅。所述主玻璃相的每一组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量如下：
氧化铋(Bi2O3)：10％～40％；
氧化铝(Al2O3)：20％～60％；
氧化硅(SiO2)：10％～30％。
所述无机添加剂选自氧化铜、氧化锌、二氧化钛、二氧化锰、氧化锑、氧化镁、氧化锡、氧化锂以及氧化镍中的至少两种。所述无机添加剂用于提高所述背电极银浆的焊接拉力。所述无机添加剂的每一组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量如下：
氧化铜(CuO)：0％～10％；
氧化锌(ZnO)：0％～40％；
二氧化钛(TiO2)：0％～5％；
二氧化锰(MnO2)：0％～10％；
氧化锑(Sb2O3)：0％～1％；
氧化镁(MgO)：0％～5％；
氧化锡(SnO)：0％～5％；
氧化锂(Li2O)：0％～5％；
氧化镍(NiO)：0％～5％。
(3)有机载体
所述有机载体包括有机树脂、溶剂、消泡剂、增塑剂、表面活性剂及触变剂，其中各组分在所述有机载体中的质量百分含量如下：
有机树脂：8％～30％；
溶剂：60％～85％；
消泡剂：0.5％～1％；
增塑剂：1％～5％；
表面活性剂：0.5％～2％；
触变剂：0.5％～2％。
其中，所述有机树脂可选自乙基纤维素、醋丁纤维素、酚醛树脂及酚醛环氧树脂中的一种或几种。
所述溶剂可选自松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一种或几种。
所述消泡剂可选自硅油及改性聚醚类中的一种或几种。所述消泡剂可降低有机载体的表面张力，减少丝网印刷时气泡的产生。
所述增塑剂可选自柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种。所述增塑剂可增加有机载体的粘附力。
所述表面活性剂可选自卵磷脂、司盘及聚醚类物质中的一种或几种。所述表面活性剂可促进银粉在有机载体中分散。
所述触变剂可选自聚酰胺蜡及氢化蓖麻油中的一种或几种。所述触变剂可使背电极银浆的受力变稀，静置变稠，提高所述背电极银浆的印刷性。
本发明较佳实施例的硅太阳能电池用背电极银浆的制备，其包括如下步骤：
(a)有机载体的制备
按上述成份和配比关系制备有机载体原料，混合后加热至温度为80～120℃，搅拌直至树脂溶解，溶液成为均匀液体，从而得到所述有机载体。
(b)背电极银浆的制备
将银粉、无机玻璃相以及有机载体按上述成分以及配比关系进行混合搅拌，然后使用三辊研磨机进行研磨，辊距为40～100μm，研磨次数为5～10次，得到均匀分散的背电极银浆。其中，该背电极银浆的细度<10μm，粘度为20000～50000mpa·s。
使用290目的丝网将所述背电极银浆印刷于156mm×156mm的多晶硅片，再经隧道炉快速热处理(热处理温度为500～940℃)后形成背面银电极，从而得到多晶硅太阳电池。测试得该多晶硅太阳电池的平均光电转换效率＞18％。此外，将焊带焊接在背面银电极上，用万能试验机测试其焊接拉力＞5牛顿。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
(1)有机载体的制备：
乙基纤维素：15％；
松油醇：77％；
硅油：1％；
二乙二醇丁醚醋酸酯：5％；
司盘：1％；
聚酰胺蜡：1％。
将上述成份和质量百分含量的有机载体原料混合后加热至80～120℃，搅拌直至树脂溶解形成均匀的溶液，得到有机载体。
(2)背电极的银浆的制备：
配置包含质量百分含量为27％的Bi2O3、质量百分含量为38％的Al2O3、质量百分含量为20％的SiO2、质量百分含量为12％的ZnO、以及质量百分含量为3％的MnO2的无机玻璃相。称取质量百分含量为50％的银粉、质量百分含量3％的上述无机玻璃相、以及质量百分含量为47％的有机载体进行混合并搅拌均匀，然后在三辊研磨机中进行研磨，辊距调整为40μm，研磨5次后得到均匀分散的背电极银浆。
(3)背电极银浆的性能测试：
所述银浆的细度＜15μm，粘度(25℃)为30000～50000mpa·s。
使用290目的丝网将所述背电极银浆印刷于156mm×156mm的多晶硅片上，再经隧道炉快速热处理(热处理温度为500～940℃)后形成背面银电极，从而得到多晶硅太阳电池。测试得该多晶硅太阳电池的平均光电转换效率为18.04％。然后将焊带焊接在背面银电极上，用万能试验机测试其焊接拉力为5.9牛顿。
实施例2
(1)有机载体的制备：
乙基纤维素：17％；
二乙二醇丁醚：74.5％；
硅油：1％；
柠檬酸三丁酯：5％；
卵磷脂：0.5％；
氢化蓖麻油：2％。
将上述成份和质量百分含量的有机载体原料混合后加热至80～120℃，搅拌直至树脂溶解形成均匀的溶液，得到有机载体。
(2)背电极的银浆的制备：
配置包含质量百分含量为24％的Bi2O3、质量百分含量为38％的Al2O3、质量百分含量为20％的SiO2、质量百分含量为17％的ZnO、以及质量百分含量为1％的SbO2的无机玻璃相。称取质量百分含量为55％的银粉、质量百分含量3.5％的上述无机玻璃相、以及质量百分含量为41.5％的有机载体进行混合以制得混合物，将该混合物搅拌均匀，然后在三辊研磨机中进行研磨，辊距调整为40μm，研磨5次后得到均匀分散的背电极银浆。
(3)背电极银浆的性能测试：
所述银浆的细度＜15μm，粘度(25℃)为30000～50000mpa·s。
使用290目的丝网将所述背电极银浆印刷于156mm×156mm的多晶硅片上，再经隧道炉快速热处理(热处理温度为500～940℃)后形成背面银电极，从而得到多晶硅太阳电池。测试得该多晶硅太阳电池的平均光电转换效率为18.06％。然后将焊带焊接在背面银电极上，用万能试验机测试其焊接拉力为6.2牛顿。
另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种硅太阳能电池用背电极银浆，其特征在于，包括质量百分含量为39％～60％的银粉、质量百分含量为1％～5％的无机玻璃相、以及质量百分含量为35％～60％的有机载体，所述无机玻璃相包括主玻璃相以及无机添加剂，所述主玻璃相包括氧化铋、氧化铝和氧化硅，所述主玻璃相各组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量为：氧化铋10％～40％、氧化铝20％～60％、氧化硅10％～30％，所述无机添加剂选自氧化铜、氧化锌、二氧化钛、二氧化锰、氧化锑、氧化镁、氧化锡、氧化锂以及氧化镍中的至少两种，所述无机添加剂各组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量为：氧化铜0％～10％、氧化锌0％～40％、二氧化钛0％～5％、二氧化锰0％～10％、氧化锑0％～1％、氧化镁0％～5％、氧化锡0％～5％、氧化锂0％～5％、氧化镍0％～5％。
2.如权利要求1所述的硅太阳能电池用背电极银浆，其特征在于：该银粉的粒径分布分为两个区间段，每一区间段的银粉的质量百分含量为：0.1～1μm的银粉占总银粉质量的质量百分含量为10％～30％；1～5μm的银粉占总银粉质量的质量百分含量为70％～90％。
3.如权利要求1所述的硅太阳能电池用背电极银浆，其特征在于：该有机载体包括有机树脂、溶剂、消泡剂、增塑剂、表面活性剂及触变剂，其中各组分在所述有机载体中的质量百分含量为：有机树脂8％～30％、溶剂60％～85％、消泡剂0.5％～1％、增塑剂1％～5％、表面活性剂0.5％～2％、触变剂0.5％～2％。
4.如权利要求3所述的硅太阳能电池用背电极银浆，其特征在于：该有机树脂选自乙基纤维素、醋丁纤维素、酚醛树脂及酚醛环氧树脂中的一种或几种；该溶剂选自松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一种或几种；该消泡剂选自硅油及改性聚醚类中的一种或几种；该增塑剂选自柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种；该表面活性剂选自卵磷脂、司盘及聚醚类物质中的一种或几种；该触变剂选自聚酰胺蜡及氢化蓖麻油中的一种或几种。
5.一种硅太阳能电池用背电极银浆的制备方法，其包括如下步骤：
按银粉的质量百分含量为39％～60％、无机玻璃相的质量百分含量为1％～5％以及有机载体的质量百分含量为35％～60％的比例将银粉、无机玻璃相以及有机载体进行混合以制得混合物，其中所述无机玻璃相包括主玻璃相以及无机添加剂，所述主玻璃相包括氧化铋、氧化铝和氧化硅，所述主玻璃相各组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量为：氧化铋10％～40％、氧化铝20％～60％、氧化硅10％～30％，所述无机添加剂选自氧化铜、氧化锌、二氧化钛、二氧化锰、氧化锑、氧化镁、氧化锡、氧化锂以及氧化镍中的至少两种，所述无机添加剂各组分在所述无机玻璃相中的质量百分含量为：氧化铜0％～10％、氧化锌0％～40％、二氧化钛0％～5％、二氧化锰0％～10％、氧化锑0％～1％、氧化镁0％～5％、氧化锡0％～5％、氧化锂0％～5％、氧化镍0％～5％；以及
将上述混合物搅拌均匀并使用三辊研磨机进行研磨，三辊研磨机的辊距为40～100μm，研磨次数为5～10次，从而得到所述硅太阳能电池用背电极银浆。
6.如权利要求5所述的硅太阳能电池用背电极银浆的制备方法，其特征在于：该银粉的粒径分布分为两个区间段，每一区间段的银粉占总银粉质量的质量百分含量为：0.1～1μm的银粉的质量百分含量为10％～30％；1～5μm的银粉占总银粉质量的质量百分含量为70％～90％。
7.如权利要求5所述的硅太阳能电池用背电极银浆的制备方法，其特征在于：所述有机载体包括有机树脂、溶剂、消泡剂、增塑剂、表面活性剂及触变剂，其中各组分在所述有机载体中的质量百分含量为：有机树脂8％～30％、溶剂60％～85％、消泡剂0.5％～1％、增塑剂1％～5％、表面活性剂0.5％～2％、触变剂0.5％～2％；按上述成份和配比关系将有机载体各组分混合后搅拌并保持温度为80～120℃，搅拌直至树脂溶解，溶液成为均匀液体，从而得到所述有机载体。
8.如权利要求6所述的硅太阳能电池用背电极银浆的制备方法，其特征在于：该有机树脂选自为乙基纤维素、醋丁纤维素、酚醛树脂及酚醛环氧树脂中的一种或几种；该溶剂选自为松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一种或几种；该消泡剂选自选用硅油及改性聚醚类中的一种或几种；该增塑剂选自为柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种；该表面活性剂选自为卵磷脂、司盘及聚醚类物质中的一种或几种；该触变剂选自为聚酰胺蜡及氢化蓖麻油中的一种或几种。
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