TWI600170B - 矽太陽能電池用背電極銀漿及其製備方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種矽太陽能電池用背電極銀漿及其製備方法。
作為重要的清潔能源，近年來矽太陽能電池呈現快速增長趨勢，而矽太陽能電池的重要耗材之一的導電漿料需求也日益增長。矽太陽能電池用導電漿料主要包括正電極銀漿、背電極銀漿和背電極鋁漿三部份，其中背電極銀漿由銀粉、無機玻璃相和有機載體經輥壓而成。通常採用絲網印刷技術將背電極銀漿塗覆於矽電池片的背面，再經隧道爐快速熱處理(RTP，Rapid Temperature Process)在太陽能電池矽片的背面形成背面銀電極。該背面銀電極在熱處理過程中形成的矽-銀層可消除矽片與背面銀電極之間的肖特基勢壘，實現良好的歐姆接觸，減少接觸電阻，從而提高矽太陽能電池的轉換效率。
其中，背面銀電極作為導電焊接部位，將矽電池片產生的電流傳導至外部電路。因此，對形成背面銀電極的背電極銀漿的焊接拉力有較高的要求。然而，現有的背電極銀漿通常都存在焊接拉力不足(最高通常僅為3牛頓)的情況。
有鑑於此，有必要提供一種有效解決上述問題的背電極銀漿。
另外，還有必要提供一種上述背電極銀漿的製備方法。
一種矽太陽能電池用背電極銀漿，包括重量百分含量為39%~60%的銀粉、重量百分含量為1%~5%的無機玻璃相、以及重量百分含量為35%~60%的有機載體，所述無機玻璃相包括主玻璃相以及無機添加劑，所述主玻璃相包括氧化鉍、氧化鋁和氧化矽，所述主玻璃相各組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量為：氧化鉍10%~40%、氧化鋁20%~60%、氧化矽10%~30%，所述無機添加劑選自氧化銅、氧化鋅、二氧化鈦、二氧化錳、氧化銻、氧化鎂、氧化錫、氧化鋰以及氧化鎳中的至少兩種，所述無機添加劑各組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量為：氧化銅0%~10%、氧化鋅0%~40%、二氧化鈦0%~5%、二氧化錳0%~10%、氧化銻0%~1%、氧化鎂0%~5%、氧化錫0%~5%、氧化鋰0%~5%、氧化鎳0%~5%。
一種矽太陽能電池用背電極銀漿的製備方法，其包括如下步驟：按銀粉的重量百分含量為39%~60%、無機玻璃相的重量百分含量為1%~5%以及有機載體的重量百分含量為35%~60%的比例將銀粉、無機玻璃相以及有機載體進行混合以制得混合物，其中所述無機玻璃相包括主玻璃相以及無機添加劑，所述主玻璃相包括氧化鉍、氧化鋁和氧化矽，所述主玻璃相各組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量為：氧化鉍10%~40%、氧化鋁20%~60%、氧化矽10%~30%，所述無機添加劑選自氧化銅、氧化鋅、二氧化鈦、二氧化錳、氧化銻、氧化鎂、氧化錫、氧化鋰以及氧化鎳中的至少兩種，所述無機添加劑各組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量為：氧化銅0%~10%、氧化鋅0%~40%、二氧化鈦0%~5%、二氧化錳0%~10%、氧化銻0%~1%、氧化鎂0%~5%、氧化錫0%~5%、氧化鋰0%~5%、氧化鎳0%~5%；以及將上述混合物攪拌均勻並使用三輥研磨機進行研磨，三輥研磨機的輥距為40~100μm，研磨次數為5~10次，從而得到所述矽太陽能電池用背電極銀漿。
上述矽太陽能電池用背電極銀漿添加有無機添加劑，所述無機添加劑能夠提高所述背電極銀漿的焊接拉力。
本發明較佳實施例的矽太陽能電池用背電極銀漿，其包括重量百分含量為39%~60%的銀粉、重量百分含量為1%~5%的無機玻璃相以及重量百分含量為35%~60%的有機載體。其中，所述銀粉在該背電極銀漿中主要起導電作用。所述無機玻璃相作為無機粘合劑，其用於在所述背電極銀漿的熱處理過程中熔融並潤濕銀粉和矽電池片的接觸介面，從而使形成的背面銀電極和矽電池片之間形成足夠的粘結強度。所述無機載體用於使所述銀粉以及無機玻璃相能夠均勻地懸浮在所述背電極銀漿中。
(1)銀粉
所述銀粉為片狀銀粉或球形銀粉。在本實施方式中，所述銀粉為片狀銀粉，其粒徑分佈分為兩個區間段，每一區間段的銀粉占總銀粉重量的重量百分含量為：粒徑區間1：0.1~1μm，重量百分含量：10%~30%；粒徑區間2：1~5μm，重量百分含量：70%~90%。
(2)無機玻璃相
所述無機玻璃相包括主玻璃相以及無機添加劑。所述主玻璃相為鉍-鋁-矽系玻璃相，其包括氧化鉍、氧化鋁和氧化矽。所述主玻璃相的每一組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量如下：氧化鉍(Bi2O3)：10%~40%；氧化鋁(Al2O3)：20%~60%；氧化矽(SiO2)：10%~30%。
所述無機添加劑選自氧化銅、氧化鋅、二氧化鈦、二氧化錳、氧化銻、氧化鎂、氧化錫、氧化鋰以及氧化鎳中的至少兩種。所述無機添加劑用於提高所述背電極銀漿的焊接拉力。所述無機添加劑的每一組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量如下：氧化銅(CuO)：0%~10%；氧化鋅(ZnO)：0%~40%；
二氧化鈦(TiO2)：0%~5%；二氧化錳(MnO2)：0%~10%；氧化銻(Sb2O3)：0%~1%；氧化鎂(MgO)：0%~5%；氧化錫(SnO)：0%~5%；氧化鋰(Li2O)：0%~5%；氧化鎳(NiO)：0%~5%。
(3)有機載體
所述有機載體包括有機樹脂、溶劑、消泡劑、增塑劑、表面活性劑及觸變劑，其中各組分在所述有機載體中的重量百分含量如下：有機樹脂：8%~30%；溶劑：60%~85%；消泡劑：0.5%~1%；增塑劑：1%~5%：表面活性劑：0.5%~2%；觸變劑：0.5%~2%。
其中，所述有機樹脂可選自乙基纖維素、醋丁纖維素、酚醛樹脂及酚醛環氧樹脂中的一種或幾種。
所述溶劑可選自松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一種或幾種。
所述消泡劑可選自矽油及改性聚醚類中的一種或幾種。所述消泡劑可降低有機載體的表面張力，減少絲網印刷時氣泡的產生。
所述增塑劑可選自檸檬酸三丁酯、鄰苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一種或幾種。所述增塑劑可增加有機載體的粘附力。
所述表面活性劑可選自卵磷脂、司盤及聚醚類物質中的一種或幾種。所述表面活性劑可促進銀粉在有機載體中分散。
所述觸變劑可選自聚醯胺蠟及氫化蓖麻油中的一種或幾種。所述觸變劑可使背電極銀漿的受力變稀，靜置變稠，提高所述背電極銀漿的印刷性。
本發明較佳實施例的矽太陽能電池用背電極銀漿的製備，其包括如下步驟：
(a)有機載體的製備
按上述成份和配比關係製備有機載體原料，混合後加熱至溫度為80~120℃，攪拌直至樹脂溶解，溶液成為均勻液體，從而得到所述有機載體。
(b)背電極銀漿的製備
將銀粉、無機玻璃相以及有機載體按上述成分以及配比關係進行混合攪拌，然後使用三輥研磨機進行研磨，輥距為40~100μm，研磨次數為5~10次，得到均勻分散的背電極銀漿。其中，該背電極銀漿的細度<10μm，粘度為20000~50000mpa．s。
使用290目的絲網將所述背電極銀漿印刷於156mm×156mm的多晶矽片，再經隧道爐快速熱處理(熱處理溫度為500~940℃)後形成背面銀電極，從而得到多晶矽太陽電池。測試得該多晶矽太陽電池的平均光電轉換效率>18%。此外，將焊帶焊接在背面銀電極上，用萬能試驗機測試其焊接拉力>5牛頓。
下面藉由實施例來對本發明進行具體說明。
實施例1
(1)有機載體的製備：
乙基纖維素：15%；松油醇：77%；矽油：1%；二乙二醇丁醚醋酸酯：5%；司盤：1%；聚醯胺蠟：1%。
將上述成份和重量百分含量的有機載體原料混合後加熱至80~120℃，攪拌直至樹脂溶解形成均勻的溶液，得到有機載體。
(2)背電極的銀漿的製備：
配置包含重量百分含量為27%的Bi2O3、重量百分含量為38%的Al2O3、重量百分含量為20%的SiO2、重量百分含量為12%的ZnO、以及重量百
分含量為3%的MnO2的無機玻璃相。稱取重量百分含量為50%的銀粉、重量百分含量3%的上述無機玻璃相、以及重量百分含量為47%的有機載體進行混合並攪拌均勻，然後在三輥研磨機中進行研磨，輥距調整為40μm，研磨5次後得到均勻分散的背電極銀漿。
(3)背電極銀漿的性能測試：
所述銀漿的細度<15μm，粘度(25℃)為30000~50000mpa．s。
使用290目的絲網將所述背電極銀漿印刷於156mm×156mm的多晶矽片上，再經隧道爐快速熱處理(熱處理溫度為500~940℃)後形成背面銀電極，從而得到多晶矽太陽電池。測試得該多晶矽太陽電池的平均光電轉換效率為18.04%。然後將焊帶焊接在背面銀電極上，用萬能試驗機測試其焊接拉力為5.9牛頓。
實施例2
(1)有機載體的製備：
乙基纖維素：17%；二乙二醇丁醚：74.5%；矽油：1%；檸檬酸三丁酯：5%；卵磷脂：0.5%；氫化蓖麻油：2%。
將上述成份和重量百分含量的有機載體原料混合後加熱至80~120℃，攪拌直至樹脂溶解形成均勻的溶液，得到有機載體。
(2)背電極的銀漿的製備：
配置包含重量百分含量為24%的Bi2O3、重量百分含量為38%的Al2O3、重量百分含量為20%的SiO2、重量百分含量為17%的ZnO、以及重量百分含量為1%的SbO2的無機玻璃相。稱取重量百分含量為55%的銀粉、重量百分含量3.5%的上述無機玻璃相、以及重量百分含量為41.5%的有機載體進行混合以制得混合物，將該混合物攪拌均勻，然後在三輥研磨機中進行研磨，輥距調整為40μm，研磨5次後得到均勻分散的背電極銀漿。
(3)背電極銀漿的性能測試：
所述銀漿的細度<15μm，粘度(25℃)為30000~50000mpa．s。
使用290目的絲網將所述背電極銀漿印刷於156mm×156mm的多晶矽片上，再經隧道爐快速熱處理(熱處理溫度為500~940℃)後形成背面銀電極，從而得到多晶矽太陽電池。測試得該多晶矽太陽電池的平均光電轉換效率為18.06%。然後將焊帶焊接在背面銀電極上，用萬能試驗機測試其焊接拉力為6.2牛頓。
另外，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其它各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。
Claims (8)
- 一種矽太陽能電池用背電極銀漿，其改良在於，包括重量百分含量為39%~60%的銀粉、重量百分含量為1%~5%的無機玻璃相、以及重量百分含量為35%~60%的有機載體，所述無機玻璃相包括主玻璃相以及無機添加劑，所述主玻璃相包括氧化鉍、氧化鋁和氧化矽，所述主玻璃相各組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量為：氧化鉍10%~40%、氧化鋁20%~60%、氧化矽10%~30%，所述無機添加劑選自氧化銅、氧化鋅、二氧化鈦、二氧化錳、氧化銻、氧化鎂、氧化錫、氧化鋰以及氧化鎳中的至少兩種，所述無機添加劑各組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量為：氧化銅0%~10%、氧化鋅0%~40%、二氧化鈦0%~5%、二氧化錳0%~10%、氧化銻0%~1%、氧化鎂0%~5%、氧化錫0%~5%、氧化鋰0%~5%、氧化鎳0%~5%。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽太陽能電池用背電極銀漿，其中，該銀粉的粒徑分佈分為兩個區間段，每一區間段的銀粉的重量百分含量為：0.1~1μm的銀粉占總銀粉重量的重量百分含量為10%~30%；1~5μm的銀粉占總銀粉重量的重量百分含量為70%~90%。
- 如申請專利範圍第1項所述的矽太陽能電池用背電極銀漿，其中，該有機載體包括有機樹脂、溶劑、消泡劑、增塑劑、表面活性劑及觸變劑，其中各組分在所述有機載體中的重量百分含量為：有機樹脂8%~30%、溶劑60%~85%、消泡劑0.5%~1%、增塑劑1%~5%、表面活性劑0.5%~2%、觸變劑0.5%~2%。
- 如申請專利範圍第3項所述的矽太陽能電池用背電極銀漿，其中，該有機樹脂選自乙基纖維素、醋丁纖維素、酚醛樹脂及酚醛環氧樹脂中的一種或幾種；該溶劑選自松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一種或幾種；該消泡劑選自矽油及改性聚醚類中的一種或幾種；該增塑劑選自檸檬酸三丁酯、鄰苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一種或幾種；該表面活性劑選自卵磷脂、司盤及聚醚類物質中的一種或幾種；該觸變劑選自聚醯胺蠟及氫化蓖麻油中的一種或幾種。
- 一種矽太陽能電池用背電極銀漿的製備方法，其包括如下步驟：按銀粉的重量百分含量為39%~60%、無機玻璃相的重量百分含量為1%~5%以及 有機載體的重量百分含量為35%~60%的比例將銀粉、無機玻璃相以及有機載體進行混合以制得混合物，其中所述無機玻璃相包括主玻璃相以及無機添加劑，所述主玻璃相包括氧化鉍、氧化鋁和氧化矽，所述主玻璃相各組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量為：氧化鉍10%~40%、氧化鋁20%~60%、氧化矽10%~30%，所述無機添加劑選自氧化銅、氧化鋅、二氧化鈦、二氧化錳、氧化銻、氧化鎂、氧化錫、氧化鋰以及氧化鎳中的至少兩種，所述無機添加劑各組分在所述無機玻璃相中的重量百分含量為：氧化銅0%~10%、氧化鋅0%~40%、二氧化鈦0%~5%、二氧化錳0%~10%、氧化銻0%~1%、氧化鎂0%~5%、氧化錫0%~5%、氧化鋰0%~5%、氧化鎳0%~5%；以及將上述混合物攪拌均勻並使用三輥研磨機進行研磨，三輥研磨機的輥距為40~100μm，研磨次數為5~10次，從而得到所述矽太陽能電池用背電極銀漿。
- 如申請專利範圍第5項所述的矽太陽能電池用背電極銀漿的製備方法，其中，該銀粉的粒徑分佈分為兩個區間段，每一區間段的銀粉占總銀粉重量的重量百分含量為：0.1~1μm的銀粉的重量百分含量為10%~30%；1~5μm的銀粉占總銀粉重量的重量百分含量為70%~90%。
- 如申請專利範圍第5項所述的矽太陽能電池用背電極銀漿的製備方法，其中，所述有機載體包括有機樹脂、溶劑、消泡劑、增塑劑、表面活性劑及觸變劑，其中各組分在所述有機載體中的重量百分含量為：有機樹脂8%~30%、溶劑60%~85%、消泡劑0.5%~1%、增塑劑1%~5%、表面活性劑0.5%~2%、觸變劑0.5%~2%；按上述成份和配比關係將有機載體各組分混合後攪拌並保持溫度為80~120℃，攪拌直至樹脂溶解，溶液成為均勻液體，從而得到所述有機載體。
- 如申請專利範圍第6項所述的矽太陽能電池用背電極銀漿的製備方法，其中，該有機樹脂選自為乙基纖維素、醋丁纖維素、酚醛樹脂及酚醛環氧樹脂中的一種或幾種；該溶劑選自為松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一種或幾種；該消泡劑選自選用矽油及改性聚醚類中的一種或幾種；該增塑劑選自為檸檬酸三丁酯、鄰苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一種或幾 種；該表面活性劑選自為卵磷脂、司盤及聚醚類物質中的一種或幾種；該觸變劑選自為聚醯胺蠟及氫化蓖麻油中的一種或幾種。
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