CN109004043B - 一种太阳能电池背面电极的制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池背面电极的制备方法与应用，该方法包括两部分，背电极阻隔层及搭配使用背面银浆。背电极阻隔层按照重量份数包括如下组分：金属氮化物粉体、氮硅化合物粉体、氧化物粉体或低熔点金属粉体共20～80份，无铅玻璃粉0.5～5份、有机载体10～40份，有机助剂0.1～1份。背银浆料按照重量份数包括如下：特殊要求银粉10～80份，无铅玻璃粉0.5～5份、有机粘结剂15～50份、有机助剂0.01～1份。本发明保证其具有可观的焊接拉力及老化拉力，避免银与硅片或铝浆直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，提高晶硅电池的光电转换效率，并且可以调节背电极宽度及印刷图形，降低背电极浆料成本。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池背面电极的制备方法与应用。
背景技术
目前太阳能电池背面银浆主要作用是为太阳能电池背面提供焊接点，因此对它的可焊性、耐焊性、附着力、提效以及降低成本等方面具有较高要求。好的背银浆料，应当具备以下优点，低活性，减少玻璃粉与钝化膜的反应，避免银浆与硅片或铝浆接触部分形成大量复合中心，提高电池片开路电压，较宽的工艺窗口，适应低温烧结工艺，优秀的附着力及老化拉力。良好的印刷性能及较低的银含量。
在PERC电池中，背银浆料主要作用是单纯的汇流及焊接点，并不承担与硅的接触。将背银浆料直接印刷在铝浆上，可能会造成两种问题，首先，银铝的互相接触会影响背电极的焊接性能；其次，背电极边缘需要被铝背场覆盖，增加了背电极宽度，增加了背电极浆料成本。
因此，在制作背电极时，减少银铝合金的形成及银与硅片的接触成为研究课题。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种太阳能电池背面电极的制备方法及其应用。
技术方案：一种太阳能电池背面电极的制备方法，在背面铝浆上印刷或喷涂一层导电阻隔层浆料，阻隔层浆料直接印刷在背铝电极上，烘干后，在其上印刷搭配使用的背银浆料，经过烘干，烧结后形成背电极。
作为优化：所述的阻隔层浆料按照重量份数包括如下：金属氮化物粉体、氮硅化合物粉体、氧化物粉体或低熔点金属粉体共20～80份，无铅玻璃粉0.5～5份，有机粘结剂10～40份，有机助剂0.1～1份。
作为优化：所述搭配使用的背银浆料按照重量份数包括如下：纯度大于99.99％的特殊要求的空心球形银粉5-60份，片状银粉5～30份，无铅玻璃粉0.5～5份，有机粘结剂10～50份，有机助剂0.1～1份；其中，所述的空心球形银粉粒径D50为5～20μm，片状银粉粒径D50为2～30μm。
作为优化：所述的金属氮化物粉体包括ZrN、TiN、TaN、MoN、CaN中的一种或几种，粒径D50为0.1～10μm；
所述的氮硅化合物粉体包括SiNx、BNx、VNx中的一种或几种粒径D50为0.3～15μm；
所述的氧化物粉体包括Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO、SnO2、MoO2、CaO、NiO中的一种或几种，粒径D50为0.3～15μm。
作为优化：所述的无铅玻璃粉按照重量份数包括如下：Bi2O3、B2O3、ZnO、TeO2、SiO2、MnO2、CaO、Al2O3、CuO、SrO、BaO中的几种熔制而成，粒径D50控制在0.7～5μm，软化点在500～700℃范围内可调。
作为优化：所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂1～30份，有机溶剂50～90份，有机助剂0.5～10份。
作为优化：所述的无铅玻璃粉由Bi2O3、B2O3、SiO2、Na2O、MnO2、CaO、、Al2O3、CuO、ZnO、SrO、BaO、TeO2中的几种熔制而成，粒径D50控制在0.3～3μm，软化点在400～600℃范围内可调。
作为优化：所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂0.5～20份，有机溶剂40～90份，有机助剂0.5～10份。
作为优化：所述的阻隔层浆料可以直接喷涂或印刷在铝浆上，并且可以随意调节背电极宽度及印刷图形，厚度约为1～5μm；所述阻隔层具有双向阻隔的作用，既可以阻止铝与银的互相扩散，也可以阻止银与硅的互相扩散。
一种所述的阻隔层的制备方法的应用，所述太阳能电池背面电极的制备方法可以但不限于应用在PERC电池背电极，对全铝背场或背面钝化程度较高的电池片同样适用，可以应用于比较敏感且较薄，容易被破坏的的钝化层，对SiNx、Al2O3、SiO2等主流钝化层均试用。
有益效果：本发明的具体优势如下：
1、本发明的太阳能电池背电极的应用中，可以随意调节背电极宽度及印刷图形，从而降低背电极浆料成本。为降低单耗，减小复合，所述背银浆料的印刷图形可以为镂空状、条形镂空或点状镂空，遮挡比例为25～50％。
2、本发明通过二次或多次印刷的方式实现银铝与银硅的阻隔，该背电极制备方法适用于全铝背场或背面钝化程度较强的太阳能电池中。该阻隔层的应用，可以减少银铝合金的形成，从而提高浆料的可焊性与耐焊性，提高背电极焊接拉力。
3、本发明中选取不同粒径与形状的银粉互相配合使用，提高导电膜的堆积密度，增加银颗粒间的接触面积，降低导电膜的收缩力，提高浆料的导电能力。
4、本发明的背银浆料及阻隔层浆料使用无铅玻璃粉，避免含铅玻璃粉的使用，更符合环保的要求，同时调整玻璃粉为适当的活性，使玻璃粉与银粉具有合适的浸润性，使浆料具有合适的烧结温度，从而整体提高浆料的性能。
5、本发明的背电极的制备方法，保证其具有可观的焊接拉力及老化拉力，同时避免银与硅片或铝浆直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，从而提高晶硅电池的光电转换效率。
附图说明
图1是本发明的片状银粉示意图；
图2是本发明的微米级空心球形银粉示意图；
图3是本发明的微米级球形氮硅化物粉体示意图；
图4是印刷了阻隔层的背电极截面SEM图；
图5是本发明的电池结构示意图；其中①、PERC背场铝浆，②③、防反射膜钝化层(SiNx/Al2O3等)，④、P-型硅半导体基底，⑤、N型杂质层，⑥、防反射膜钝化层，⑦、栅型正电极，⑧、阻隔层，⑨、背银。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施例1
一种太阳能电池背面电极的制备方法，在背面铝浆上印刷或喷涂一层导电阻隔层浆料，阻隔层浆料直接印刷在背铝电极上，烘干后，在其上印刷搭配使用的背银浆料，经过烘干，烧结后形成背电极。
所述的阻隔层浆料按照重量份数包括如下：金属氮化物粉体、氮硅化合物粉体、金属氧化物粉体或低熔点金属粉体共67份，无铅玻璃粉3份，有机粘结剂29.8份，有机助剂0.2份。
所述搭配使用的背银浆料按照重量份数包括如下：纯度大于99.99％的特殊要求的空心球形银粉42份，片状银粉15份，无铅玻璃粉2.5份，有机粘结剂40.1份，有机助剂0.4份；其中，所述的空心球形银粉粒径D50为1μm，片状银粉粒径D50为6μm。
所述的金属氮化物粉体包括ZrN、TiN、TaN、MoN、CaN中的一种或几种，粒径D50为0.1μm。
所述的氮硅化合物粉体包括SiNx、BNx、VNx中的一种或几种粒径D50为0.3μm。
所述的氧化物粉体包括Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO、SnO2、MoO2、CaO、NiO中的一种或几种，粒径D50为0.3μm。
所述的无铅玻璃粉按照重量份数包括如下：Bi2O3、B2O3、ZnO、TeO2、SiO2、MnO2、CaO、Al2O3、CuO、SrO、BaO中的几种熔制而成，粒径D50控制在0.7μm，软化点在500℃范围内可调。
所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂17份，有机溶剂80份，有机助剂3份。
所述的无铅玻璃粉由Bi2O3、B2O3、SiO2、Na2O、MnO2、CaO、、Al2O3、CuO、ZnO、SrO、BaO、TeO2中的几种熔制而成，粒径D50控制在0.3μm，软化点在400℃范围内可调。
所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂21份，有机溶剂75份，有机助剂4份。
所述的阻隔层浆料可以直接喷涂或印刷在铝浆上，并且可以随意调节背电极宽度及印刷图形，厚度约为4.5μm；所述阻隔层具有双向阻隔的作用，既可以阻止铝与银的互相扩散，也可以阻止银与硅的互相扩散。
一种所述的阻隔层的制备方法的应用，所述太阳能电池背面电极的制备方法可以但不限于应用在PERC电池背电极，对全铝背场或背面钝化程度较高的电池片同样适用，可以应用于比较敏感且较薄，容易被破坏的的钝化层，对SiNx、Al2O3、SiO2等主流钝化层均试用。
其中，所述的阻隔层浆料及搭配使用的背银浆料的具体操作如下：
(1)将粉体使用分散剂单独分散均匀备用。
(2)有机粘结剂的制备：将有机树脂与有机助剂分别用有机溶剂浸泡，有机树脂在加热搅拌下浸泡，温度约为90℃，时间为1小时，触变剂在加热搅拌下浸泡，温度约为40℃，时间为1小时；随后与其他有机助剂和有机溶剂按一定比例混合，得到透明均一的有机粘结剂。
(3)无机粘结剂的制备：将各种原材料按质量百分比称重后，在V型混料机干混，混合均匀后，在200℃左右的恒温干燥箱内干燥2小时；取出后在900℃马弗炉中烧结熔炼1小时，熔炼时采用高温氮气真空保护烧结技术，该技术的使用可以克服低熔点、价态稳定玻璃粉制备技术难题；将马弗炉取出的玻璃经过冷辊冷却后进行球磨，烘干，筛取后即为背银浆料用无机粘结剂。
(4)所述背银浆料的制备方法：将银粉，有机粘结剂、无机粘结剂、有机助剂，按一定比例分散混合后，使用三辊研磨机研磨6遍，使之分散均匀，至细度<15μm，即为制备的搭配使用的背银浆料。
(5)所述阻隔层浆料的制备方法：将预先分散好的金属氮化物及氧化物粉体，有机粘结剂、无机粘结剂、有机助剂，按一定比例分散混合后，使用三辊研磨机研磨6遍，使之分散均匀，至细度<15μm，即为制备的阻隔层浆料。
具体实施例2
一种太阳能电池背面电极的制备方法，在背面铝浆上印刷或喷涂一层导电阻隔层浆料，阻隔层浆料直接印刷在背铝电极上，烘干后，在其上印刷搭配使用的背银浆料，经过烘干，烧结后形成背电极。
所述的阻隔层浆料按照重量份数包括如下：金属氮化物粉体、氮硅化合物粉体、氧化物粉体或低熔点金属粉体共60份，无铅玻璃粉5份，有机粘结剂34份，有机助剂1份。
所述搭配使用的背银浆料按照重量份数包括如下：纯度大于99.99％的特殊要求的空心球形银粉40份，片状银粉20份，无铅玻璃粉4份，有机粘结剂35份，有机助剂1份；其中，所述的空心球形银粉粒径D50为3μm，片状银粉粒径D50为5μm。
所述的金属氮化物粉体包括ZrN、TiN、TaN、MoN、CaN中的一种或几种，粒径D50为0.5μm。
所述的氮硅化合物粉体包括SiNx、BNx、VNx中的一种或几种粒径D50为0.7μm。
所述的金属氧化物粉体包括Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO、SnO2、MoO2、CaO、NiO中的一种或几种，粒径D50为0.6μm。
所述的无铅玻璃粉按照重量份数包括如下：Bi2O3、B2O3、ZnO、TeO2、SiO2、MnO2、CaO、Al2O3、CuO、SrO、BaO中的几种熔制而成，粒径D50控制在1μm，软化点在700℃范围内可调。
所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂20份，有机溶剂70份，有机助剂10份。
所述的无铅玻璃粉由Bi2O3、B2O3、SiO2、Na2O、MnO2、CaO、、Al2O3、CuO、ZnO、SrO、BaO、TeO2中的几种熔制而成，粒径D50控制在3μm，软化点在600℃范围内可调。
所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂15份，有机溶剂75份，有机助剂10份。
所述的阻隔层浆料可以直接喷涂或印刷在铝浆上，并且可以随意调节背电极宽度及印刷图形，厚度约为5μm；所述阻隔层具有双向阻隔的作用，既可以阻止铝与银的互相扩散，也可以阻止银与硅的互相扩散。
一种所述的阻隔层的制备方法的应用，所述太阳能电池背面电极的制备方法可以但不限于应用在PERC电池背电极，对全铝背场或背面钝化程度较高的电池片同样适用，可以应用于比较敏感且较薄，容易被破坏的的钝化层，对SiNx、Al2O3、SiO2等主流钝化层均试用。
其中，所述的阻隔层浆料及搭配使用的背银浆料的具体操作如下：
(1)将金属粉体使用分散剂单独分散均匀备用。
(2)有机粘结剂的制备：将有机树脂与有机助剂分别用有机溶剂浸泡，有机树脂在加热搅拌下浸泡，温度约为90℃，时间为3小时，触变剂在加热搅拌下浸泡，温度约为40℃，时间为2小时；随后与其他有机助剂和有机溶剂按一定比例混合，得到透明均一的有机粘结剂。
(3)无机粘结剂的制备：将各种原材料按质量百分比称重后，在V型混料机干混，混合均匀后，在200℃左右的恒温干燥箱内干燥5小时；取出后在1100℃马弗炉中烧结熔炼2小时，熔炼时采用高温氮气真空保护烧结技术，该技术的使用可以克服低熔点、价态稳定玻璃粉制备技术难题；将马弗炉取出的玻璃经过冷辊冷却后进行球磨，烘干，筛取后即为全铝背场背银用无机粘结剂。
(4)所述背银浆料的制备方法：将银粉，有机粘结剂、无机粘结剂、有机助剂，按一定比例分散混合后，使用三辊研磨机研磨8遍，使之分散均匀，至细度<15μm，即为制备的搭配使用的背银浆料。
(5)所述阻隔层浆料的制备方法：将预先分散好的金属氮化物及氧化物粉体，有机粘结剂、无机粘结剂、有机助剂，按一定比例分散混合后，使用三辊研磨机研磨8遍，使之分散均匀，至细度<15μm，即为制备的阻隔层浆料。
具体实施例3
一种太阳能电池背面电极的制备方法，在背面铝浆上印刷或喷涂一层导电阻隔层浆料，阻隔层浆料直接印刷在背铝电极上，烘干后，在其上印刷搭配使用的背银浆料，经过烘干，烧结后形成背电极。
所述的阻隔层浆料按照重量份数包括如下：金属氮化物粉体、氮硅化合物粉体、金属氧化物粉体或低熔点金属粉体共58份，无铅玻璃粉3.5份，有机粘结剂37.8份，有机助剂0.7份。
所述搭配使用的背银浆料按照重量份数包括如下：纯度大于99.99％的特殊要求的空心球形银粉45份，片状银粉18份，无铅玻璃粉3份，有机粘结剂33.4份，有机助剂0.6份；其中，所述的空心球形银粉粒径D50为1.2μm，片状银粉粒径D50为4.5μm。
所述的金属氮化物粉体包括ZrN、TiN、TaN、MoN、CaN中的一种或几种，粒径D50为0.6μm。
所述的氮硅化合物粉体包括SiNx、BNx、VNx中的一种或几种粒径D50为0.2μm。
所述的金属氧化物粉体包括Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO、SnO2、MoO2、CaO、NiO中的一种或几种，粒径D50为0.9μm。
所述的无铅玻璃粉按照重量份数包括如下：Bi2O3、B2O3、ZnO、TeO2、SiO2、MnO2、CaO、Al2O3、CuO、SrO、BaO中的几种熔制而成，粒径D50控制在2.7μm，软化点在600℃范围内可调。
所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂20份，有机溶剂75份，有机助剂5份。
所述的无铅玻璃粉由Bi2O3、B2O3、SiO2、Na2O、MnO2、CaO、、Al2O3、CuO、ZnO、SrO、BaO、TeO2中的几种熔制而成，粒径D50控制在2.2μm，软化点在500℃范围内可调。
所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂16份，有机溶剂80份，有机助剂4份。
所述的阻隔层浆料可以直接喷涂或印刷在铝浆上，并且可以随意调节背电极宽度及印刷图形，厚度约为3μm；所述阻隔层具有双向阻隔的作用，既可以阻止铝与银的互相扩散，也可以阻止银与硅的互相扩散。
一种所述的阻隔层的制备方法的应用，所述太阳能电池背面电极的制备方法可以但不限于应用在PERC电池背电极，对全铝背场或背面钝化程度较高的电池片同样适用，可以应用于比较敏感且较薄，容易被破坏的的钝化层，对SiNx、Al2O3、SiO2等主流钝化层均试用。
其中，所述的阻隔层浆料及搭配使用的背银浆料的具体操作如下：
(1)将纳米低熔点金属粉体使用分散剂单独分散均匀备用。
(2)有机粘结剂的制备：将有机树脂与有机助剂分别用有机溶剂浸泡，有机树脂在加热搅拌下浸泡，温度约为90℃，时间为2小时，触变剂在加热搅拌下浸泡，温度约为40℃，时间为1.5小时；随后与其他有机助剂和有机溶剂按一定比例混合，得到透明均一的有机粘结剂。
(3)无机粘结剂的制备：将各种原材料按质量百分比称重后，在V型混料机干混，混合均匀后，在200℃左右的恒温干燥箱内干燥3小时；取出后在1000℃马弗炉中烧结熔炼1.5小时，熔炼时采用高温氮气真空保护烧结技术，该技术的使用可以克服低熔点、价态稳定玻璃粉制备技术难题；将马弗炉取出的玻璃经过冷辊冷却后进行球磨，烘干，筛取后即为全铝背场背银用无机粘结剂。
(4)所述背银浆料的制备方法：将银粉，有机粘结剂、无机粘结剂、有机助剂，按一定比例分散混合后，使用三辊研磨机研磨7遍，使之分散均匀，至细度<15μm，即为制备的搭配使用的背银浆料。
(5)所述阻隔层浆料的制备方法：将预先分散好的金属氮化物及氧化物粉体，有机粘结剂、无机粘结剂、有机助剂，按一定比例分散混合后，使用三辊研磨机研磨6～8遍，使之分散均匀，至细度<15μm，即为制备的阻隔层浆料。
本发明进行了具体的实验测试，测试结果：表1背电极电性能测试结果、表2背电极可靠性测试结果，电镜图如图1-4所示，本发明的电池结构示意图如图5所示。
表1背电极电性能测试结果(PERC电池)
表2背电极可靠性测试结果(PERC电池)
本发明的太阳能电池背电极的应用中，可以随意调节背电极宽度及印刷图形，从而降低背电极浆料成本。为降低单耗，减小复合，所述背银浆料的印刷图形可以为镂空状、条形镂空或点状镂空，遮挡比例为25～50％。
本发明通过二次或多次印刷的方式实现银铝与银硅的阻隔，该背电极制备方法适用于全铝背场或背面钝化程度较强的太阳能电池中。该阻隔层的应用，可以减少银铝合金的形成，从而提高浆料的可焊性与耐焊性，提高背电极焊接拉力。
本发明中选取不同粒径与形状的银粉互相配合使用，提高导电膜的堆积密度，增加银颗粒间的接触面积，降低导电膜的收缩力，提高浆料的导电能力。
本发明的背银浆料及阻隔层浆料使用无铅玻璃粉，避免含铅玻璃粉的使用，更符合环保的要求，同时调整玻璃粉为适当的活性，使玻璃粉与银粉具有合适的浸润性，使浆料具有合适的烧结温度，从而整体提高浆料的性能。
本发明的背电极的制备方法，保证其具有可观的焊接拉力及老化拉力，同时避免银与硅片或铝浆直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，从而提高晶硅电池的光电转换效率。
Claims (7)
1.一种太阳能电池背面电极的制备方法，其特征在于：在背面铝浆上印刷或喷涂一层导电阻隔层浆料，阻隔层浆料直接印刷在背铝电极上，烘干后，在其上印刷搭配使用的背银浆料，经过烘干，烧结后形成背电极；
所述的阻隔层浆料按照重量份数包括如下：金属氮化物粉体、氮硅化合物粉体、氧化物粉体或低熔点金属粉体共20～80份，无铅玻璃粉0.5～5份，有机粘结剂10～40份，有机助剂0.1～1份；
所述的金属氮化物粉体包括ZrN、TiN、TaN、MoN、CaN中的一种或几种，粒径D50为0.1～10μm；
所述的氮硅化合物粉体包括SiNx、BNx、VNx中的一种或几种粒径D50为0.3～15μm；
所述的氧化物粉体包括Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO、SnO2、MoO2、CaO、NiO中的一种或几种，粒径D50为0.3～15μm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背面电极的制备方法，其特征在于：所述搭配使用的背银浆料按照重量份数包括如下：纯度大于99.99％的空心球形银粉5-60份，片状银粉5～30份，无铅玻璃粉0.5～5份，有机粘结剂10～50份，有机助剂0.1～1份；其中，所述的空心球形银粉粒径D50为5～20μm，片状银粉粒径D50为2～30μm。
3.根据权利要求1的太阳能电池背面电极的制备方法，其特征在于：所述的无铅玻璃粉由Bi2O3、B2O3、ZnO、TeO2、SiO2、MnO2、CaO、Al2O3、CuO、SrO、BaO中的几种熔制而成，粒径D50控制在0.7～5μm，软化点在500～700℃范围内可调。
4.根据权利要求1的太阳能电池背面电极的制备方法，其特征在于：所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂1～30份，有机溶剂50～90份，有机助剂0.5～10份。
5.根据权利要求1的太阳能电池背面电极的制备方法，其特征在于：所述的无铅玻璃粉由Bi2O3、B2O3、SiO2、Na2O、MnO2、CaO、Al2O3、CuO、ZnO、SrO、BaO、TeO2中的几种熔制而成，粒径D50控制在0.3～3μm，软化点在400～600℃范围内可调。
6.根据权利要求1的太阳能电池背面电极的制备方法，其特征在于：所述的有机粘结剂按照重量份数包括如下：有机树脂0.5～20份，有机溶剂40～90份，有机助剂0.5～10份。
7.一种根据权利要求1所述的阻隔层的制备方法，其特征在于：所述的阻隔层浆料可以直接喷涂或印刷在铝浆上，并且可以随意调节背电极宽度及印刷图形，厚度为1～5μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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