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CN109215836B - 一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆及其制备方法 - Google Patents

一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆,该浆料由以下重量份数的各组分组成:银锡铜混合粉45‑62份;无机玻璃粉3‑10份;有机载体30‑45份;无机耐热老化助剂1‑4份;其它助剂1份;上述各组分含量之和为100份,本发明能够提高晶硅太阳能电池背电极的耐热老化性能,具有较高的附着力,可提高太阳能电池的使用寿命,可用于太阳能电池中。

Description

一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种银浆,特别涉及一种太阳能电池用背面银浆。
背景技术
随着化石能源(石油、煤炭、天然气等)的过度开采和消耗,能源枯竭危机和温室效应日益严重,迫使人类急需寻求可替代的新型清洁能源,太阳能利用是其中最有潜力也是目前世界各国大力发展的清洁能源。太阳能发电直接将太阳能辐射转换为电能,是对太阳能转换环节最少、利用最直接的方式。
光伏组件(也叫太阳能电池),是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中最重要的部分。据统计,2017年我国光伏组件产量为75GW,占全球总产量的73%以上,预计这一比例还将持续增长。其中尤以晶硅(单晶硅和多晶硅)太阳能电池为主要品种。
晶硅光伏组件,其制作流程需经过正面单焊接、串接、叠层、层压、边框及接线盒安装、测试、包装等多道工序。其中层压工艺是组件生产的关键一步,其主要是在高温状态下进行,层压温度和层压时间根据EVA的性质决定,通常采用的固化工艺为固化温度135-150oC,固化时间30分钟,但随着对产能效率提升的要求越来越高,目前已有厂家将固化温度提高至170oC,从而缩短固化时间至15-20分钟左右。现有的晶硅太阳能电池,其背面银浆烧结后的银电极的银层致密度不够,导致银电极的耐热老化性能较差,附着力偏低,当层压温度提升至170oC时,极易导致电极与焊带之间的焊接失效,导致产品成片良率降低,组件使用寿命下降,电站长期运营隐患加剧。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆及其制备方法,能够提高晶硅太阳能电池背电极的耐热老化性能,具有较高的附着力,可提高太阳能电池的使用寿命。
本发明的目的是这样实现的:一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆及其制备方法,该浆料由以下重量份数的各组分组成:
银锡铜混合粉 45-62份;
无机玻璃粉 3-10份;
有机载体 30-45份;
无机耐热老化助剂 1-4份;
其它助剂 1份;
上述各组分含量之和为100份;
所述制备方法为:将各种原料按照上述配方比例配好原料,先使用带有自转和公转功能的行星式搅拌器混合均匀后,再在三辊研磨机上研磨成细度小于8μm、黏度为40±15Pa.S的外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,进一步经250目丝网过滤后包装。
作为本发明的进一步限定,所述银锡铜混合粉为不规则形状银粉、球状锡粉和球状铜粉的混合物,其中银锡铜比例为:银:锡:铜=90%:(2-5%):(5-8%)。
作为本发明的进一步限定,所述银锡铜混合粉的平均粒径为D50为0.5-1.5μm。
作为本发明的进一步限定,所述的无机玻璃粉软化点300-520℃。
作为本发明的进一步限定,所述的有机载体选用一般在太阳能电池背面银浆中使用的有机载体,无特殊要求。
作为本发明的进一步限定,所述的无机耐热老化助剂为二氧化碲和二氧化锆的混合物,且二氧化锆在银浆中的重量百分比含量为0.5%-2%。
作为本发明的进一步限定,所述的其它助剂为分散剂、流平剂、润湿剂中的一种或几种。
本发明的理论基础是:经过分析,发现导致背银电极发生热老化失效的原因主要有:1,经焊接形成的银锡合金,其热膨胀系数与背面银电极的银基体热膨胀系数存在差异,因而在层压加热-冷却过程中,易在焊接处形成细微裂缝;2,在加热过程中,银电极易被空气中的氧气缓慢氧化,且随着加热温度的提高,氧化速度加快,生成的黑色氧化银不具有拉力强度。
基于上述理论分析,本发明通过以下技术手段实现本发明技术目的:1,在银粉中掺入一定量的锡粉,使银浆在烧结形成电极的过程中生成银锡合金,从而不仅可有效消除银电极基体与焊接形成的银锡合金的热膨胀系数差异,且烧结而成的电极更易于与涂锡铜带进行焊接,能够大幅提高焊接拉力;2,使用不规则形状银粉,可增加银颗粒之间的互锁程度,并增加烧结形成的银电极的表面粗糙度,有利于后续焊接过程,能够有效提高银电极与涂锡铜带的焊接拉力;3,在不规则形状银粉中辅以小粒径球形锡粉和球形铜粉,能够进一步填充银颗粒间形成的缝隙,从而提高烧结后银电极银层的致密度;4,在银浆中使用二氧化碲作为抗老化助剂,利用锑元素的可变价特性,在与氧气接触时,其可优先与氧气反应生成三氧化碲,能够保护银在层压加热过程中不被空气中的氧气所氧化;5,在银浆中添加二氧化锆,可增加烧结后形成的银电极的韧性,有利于提高银电极的抗撕拉断裂强度,增强银电极的抗老化性能。
与现有技术相比,本发明具有如下显著的技术优势和有益效果:
1)使用本发明耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆制作的晶硅太阳能电池片具有较高的光电转化效率,其烧结形成的背面银电极具有致密度高、韧性好、可焊性好、耐热老化性好、初始拉力和老化拉力高的优点;
2)本发明银浆采用廉价锡粉和铜粉取代部分银粉,不仅能够提高制备的银浆性能,还有益于降低银浆生产成本,从而进一步降低光伏发电成本,利于光伏发电实现平价上网;
3)使用本发明银浆制作的电池片能够耐受更高层压温度,可大幅降低层压时间,提高产能效率,降低生产成本。所生产的电池组件成品焊接老化失效率低,成品良率高,可靠性好。组件使用寿命有保证,能满足电站长期运营需求。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式,所述的实施例是为了进一步描述本发明,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域人员理解,并不因此将本发明限制在所述的实施例发明中。
实施例1
按质量份取粒径D50为1.5μm的不规则银粉40.5份,D50为0.5μm的球形锡粉0.9份,D50为1.0μm的球形铜粉3.6份,软化点为300℃的市售背银无机玻璃粉10份,背银用有机载体40份,无机耐热老化助剂二氧化碲2份,二氧化锆2份,其它市售分散剂、流平剂、润湿剂等助剂合计1份,将上述物料依次投入带有自转和公转功能的行星式搅拌器混合均匀后,再将混合均匀的物料转移至三辊研磨机上进行研磨分散至细度<8μm,外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,经测试,其黏度为28Pa.S。进一步经250目丝网过滤后包装备用。
将上述浆料在晶体硅太阳能电池片产线上用360目丝网印刷于前段工序制成的156mm*156mm厚度为180μm方阻为90Ω/□的单晶硅片上,按太阳能电池的生产工艺流程制成电池片后,测试其平均光电转换效率为20.32%。
将上述单晶硅太阳能电池片按以下方法进行焊接附着力测试:将烧结后的电池片平放,背银电极朝上,将经助焊剂处理的光伏焊带平铺在背电极上方,平行紧贴在背电极中央,其中一端超出硅片边缘。用已预热至350oC的电洛铁焊咀按压并缓慢滑过焊带,将超出硅片边缘端的焊带反向180o弯折,使用卧式电池片拉力测试机,将硅片固定在夹具中,将折起端焊带固定在测试机夹头上,以100mm/min恒速、180o反向撕拉测试。
热老化测试为测试在150oC和170oC烘箱中经1h和2h热处理后的电池片拉力变化情况。
以上测试每组测试3片电池片,测试结果取其平均值。
测试结果列于表1。
实施例2
按质量份取粒径D50为1.2μm的不规则银粉55.8份,D50为0.6μm的球形锡粉1.86份,D50为0.8μm的球形铜粉4.34份,软化点为350oC的市售背银无机玻璃粉3份,背银用有机载体33份,无机耐热老化助剂二氧化碲0.5份,二氧化锆0.5份,其它市售分散剂、流平剂、润湿剂等助剂合计1份,将上述物料按照实施例1所述浆料制备工艺流程制得外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,经测试,其黏度为51Pa.S。进一步经250目丝网过滤后包装备用。
将上述浆料按实施例1所述工艺流程制成电池片后,测试其平均光电转换效率为20.28%。
按实施例1所述流程对制得电池片进行焊接附着力及热老化测试,测试结果列于表1。
实施例3
按质量份取粒径D50为1.4μm的不规则银粉41.4份,D50为0.5μm的球形锡粉2.1份,D50为1.0μm的球形铜粉2.5份,软化点为520oC的市售背银无机玻璃粉5.5份,背银用有机载体45份,无机耐热老化助剂二氧化碲1.5份,二氧化锆1.0份,其它市售分散剂、流平剂、润湿剂等助剂合计1份,将上述物料按照实施例1所述浆料制备工艺流程制得外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,经测试,其黏度为26Pa.S。进一步经250目丝网过滤后包装备用。
将上述浆料按实施例1所述工艺流程制成电池片后,测试其平均光电转换效率为20.35%。
按实施例1所述流程对制得电池片进行焊接附着力及热老化测试,测试结果列于表1。
实施例4
按质量份取粒径D50为1.3μm的不规则银粉52.2份,D50为0.9μm的球形锡粉2.44份,D50为0.6μm的球形铜粉3.36份,软化点为423oC的市售背银无机玻璃粉5.4份,背银用有机载体32.6份,无机耐热老化助剂二氧化碲2.2份,二氧化锆0.8份,其它市售分散剂、流平剂、润湿剂等助剂合计1份,将上述物料按照实施例1所述浆料制备工艺流程制得外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,经测试,其黏度为53Pa.S。进一步经250目丝网过滤后包装备用。
将上述浆料按实施例1所述工艺流程制成电池片后,测试其平均光电转换效率为20.29%。
按实施例1所述流程对制得电池片进行焊接附着力及热老化测试,测试结果列于表1。
实施例5
按质量份取粒径D50为1.5μm的不规则银粉46.8份,D50为0.8μm的球形锡粉1.66份,D50为1.2μm的球形铜粉3.54份,软化点为389oC的市售背银无机玻璃粉8.2份,背银用有机载体35.8份,无机耐热老化助剂二氧化碲1.6份,二氧化锆1.4份,其它市售分散剂、流平剂、润湿剂等助剂合计1份,将上述物料按照实施例1所述浆料制备工艺流程制得外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,经测试,其黏度为49Pa.S。进一步经250目丝网过滤后包装备用。
将上述浆料按实施例1所述工艺流程制成电池片后,测试其平均光电转换效率为20.33%。
按实施例1所述流程对制得电池片进行焊接附着力及热老化测试,测试结果列于表1。
实施例6
按质量份取粒径D50为1.4μm的不规则银粉54份,D50为1.1μm的球形锡粉3.0份,D50为0.5μm的球形铜粉3.0份,软化点为476oC的市售背银无机玻璃粉5.2份,背银用有机载体30份,无机耐热老化助剂二氧化碲2.0份,二氧化锆1.8份,其它市售分散剂、流平剂、润湿剂等助剂合计1份,将上述物料按照实施例1所述浆料制备工艺流程制得外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,经测试,其黏度为54Pa.S。进一步经250目丝网过滤后包 装备用。
将上述浆料按实施例1所述工艺流程制成电池片后,测试其平均光电转换效率为20.30%。
按实施例1所述流程对制得电池片进行焊接附着力及热老化测试,测试结果列于表1。
对比例1
按质量份取粒径D50为1.4μm的不规则银粉58份,软化点为476oC的市售背银无机玻璃粉8份,背银用有机载体33份,其它市售分散剂、流平剂、润湿剂等助剂合计1份,将上述物料按照实施例1所述浆料制备工艺流程制得外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,经测试,其黏度为52Pa.S。进一步经250目丝网过滤后包装备用。
将上述浆料按实施例1所述工艺流程制成电池片后,测试其平均光电转换效率为20.21%。
按实施例1所述流程对制得电池片进行焊接附着力及热老化测试,测试结果列于表1。
对比例2
按质量份取粒径D50为1.5μm的不规则银粉58份,软化点为476oC的市售背银无机玻璃粉8份,背银用有机载体32份,无机耐热老化助剂二氧化锆1份,其它市售分散剂、流平剂、润湿剂等助剂合计1份,将上述物料按照实施例1所述浆料制备工艺流程制得外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,经测试,其黏度为48Pa.S。进一步经250目丝网过滤后包装备用。
将上述浆料按实施例1所述工艺流程制成电池片后,测试其平均光电转换效率为20.25%。
按实施例1所述流程对制得电池片进行焊接附着力及热老化测试,测试结果列于表1。
对比例3
按质量份取粒径D50为1.2μm的不规则银粉58份,软化点为476oC的市售背银无机玻璃粉8份,背银用有机载体31份,无机耐热老化助剂二氧化碲2份,其它市售分散剂、流平剂、润湿剂等助剂合计1份,将上述物料按照实施例1所述浆料制备工艺流程制得外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,经测试,其黏度为46Pa.S。进一步经250目丝网过滤后包装备用。
将上述浆料按实施例1所述工艺流程制成电池片后,测试其平均光电转换效率为20.23%。
按实施例1所述流程对制得电池片进行焊接附着力及热老化测试,测试结果列于表1。
表1 电池片性能数据汇总
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1为各实施例及对比例测得的电池片性能数据汇总。对其进行对比分析可知,相对不采用本发明技术方案的对比例而言,本发明实施例所制备的电池片具有更高的电池转化效率和优异的耐热老化性能。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的本领域人员能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰,均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆,其特征在于,该浆料由以下重量份数的各组分组成:
银锡铜混合粉 45-62份;
无机玻璃粉 3-10份;
有机载体 30-45份;
无机耐热老化助剂 1-4份;
其它助剂 1份;
上述各组分含量之和为100份;
所述银锡铜混合粉为不规则形状银粉、球状锡粉和球状铜粉的混合物,其中银锡铜比例为:银:锡:铜=90%:(2-5%):(5-8%);
所述的无机耐热老化助剂为二氧化碲和二氧化锆的混合物,且二氧化锆在银浆中的重量百分比含量为0.5%-2%。
2.根据权利要求1所述一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆,其特征在于,所述银锡铜混合粉的平均粒径为D50为0.5-1.5μm。
3.根据权利要求1所述一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆,其特征在于,所述的无机玻璃粉软化点300-520℃。
4.根据权利要求1所述一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆,其特征在于,所述的其它助剂为分散剂、流平剂、润湿剂中的一种或几种。
5.一种耐热老化晶硅太阳能电池用背面银浆制备方法,其特征在于,将各种原料按照权利要求1所述配方比例配好原料,先使用带有自转和公转功能的行星式搅拌器混合均匀后,再在三辊研磨机上研磨成细度小于8μm、黏度为40±15Pa.S的外观细腻均匀无粗大颗粒的晶硅太阳能电池背面电极用银浆,进一步经250目丝网过滤后包装。
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