CN103366854A - 一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料。光伏电池正面金属化主要是通过丝网印刷导电浆料的方式来实现，此工艺严重影响和制约了光伏电池效率的提升。本发明提供一种完全不同于银浆的用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，使电池片转换效率提高，还能降低生产成本。为实现本发明目的，本发明的技术方案是：一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，由处于电极材料芯部的导电芯和处于导电芯表层的连接层组成，连接层是由均匀涂覆在导电芯表面的导电膏体经烘干固化而成。本发明是一种新型的复合电极材料，将原来电极的接触作用和导电作用分开，改进了其导电性能。使用本发明制备的光伏电池正面电极遮光更少、导电率更高。

Description

一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料

技术领域

本发明属于光伏电池领域，具体涉及一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料。

背景技术

光伏电池正面金属化目前主要是通过丝网印刷导电浆料的方式来实现，此工艺制作的正面电极高宽比小，电极宽度大、宽度不均匀且边缘塌陷严重，电极高度小且高度不均匀。对于光伏电池来说，电极宽度大和塌陷严重意味着正面遮光面积大，电极高度低且不均匀意味着电极电阻大、电池内阻大，这些都严重地影响和制约了光伏电池效率的提升。

光伏电池正面电极主要有两方面的作用：一方面是电极下部与电池正表面的相接界面处形成合金结合和欧姆接触，起电气连接的作用；另一方面是电极主体传导电流，起到导体的作用。对于电气连接的作用，目前的银浆可以起到比较好的效果，达到比较低的接触电阻，但是对于导体的作用，由于银浆本身是由银粉构成，由其制备的电极也是一种多孔的结构，其导电性能比纯金属的致密导体要差很多，这些也限制了电极导电性能的提高，从而制约了光伏电池效率的提高。

另外，目前用于光伏电池正面金属化丝网印刷的导电浆料主要是银浆，银浆中银的含量占到90％左右，由于银的贵金属特性，目前的光伏电池正面金属化材料也严重地制约了光伏电池制造成本的进一步下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种完全不同于银浆的用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，不仅能使电池片转换效率提高，还能降低生产成本。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，该复合电极材料由处于电极材料芯部的导电芯和处于导电芯表层的连接层组成，所述连接层是由均匀涂覆在导电芯表面的导电膏体经烘干固化而成。

上述导电芯选自金丝、银丝、铜丝、铝丝、硅铝丝等金属丝，也可以是聚合物纤维或碳纤维等导电纤维。

上述导电芯的直径为5微米到50微米。

上述连接层的厚度为3微米到20微米。

上述导电膏体选自银膏、铜膏、镍膏等由金属粉制成的膏体。

上述导电膏体的烘干固化温度为50℃-200℃。

上述导电膏体包括金属粉末、金属或非金属氧化物、有机溶剂、有机粘合剂及添加剂。

上述的导电膏体的组分和重量百分比含量包括：

上述复合电极材料在用于制作正面电极时，温度达到100℃-500℃，烘干固化后的连接层此时具有粘性。

上述复合电极材料用于制备光伏电池正面电极。

上述金属粉末的颗粒大小范围为0.1-2μm，形态为球形或准球形。

上述金属或非金属氧化物为铅、铋、钙、镁、锌、铂、钽、铑、镍、铬、钯、硼、磷等氧化物中的一种或几种混合而成。

上述有机粘合剂选自乙基纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素、酚醛树脂及它们的混合物。

上述有机溶剂选自松油醇、卡必醇、二乙二醇乙醚及它们的混合物。

上述添加剂包括表面活性剂、触变剂、消泡剂、分散剂、烧结抑制剂、氧化抑制剂和膨胀抑制剂。

本复合电极材料由功能不同的两部分构成：第一部分是处于电极材料芯部的导电芯，主要起到传导电流的作用；第二部分是处于导电芯表层的连接层，该连接层在后续复合电极的使用过程中将依次地起到两种连接的作用：第一种连接作用是将复合电极材料在后续工艺的粘接处理过程中粘结固定在电池片正表面上的特定位置，初步形成所需要的电极图形和结构；第二种连接作用是使复合电极在后续工艺的键合处理过程中与电池片正表面形成牢固的合金化接触，同时形成具有优良欧姆性能的电气接触。

与现有的导电银浆比较，本发明所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，具有如下优点：

1)导电效果好

由于银浆本身是由银粉构成，由其制备的电极也是一种多孔的结构，其导电性能比纯金属的致密导体要差很多，由于本发明的复合电极材料的导电芯为金属丝或导电纤维，使用的金属丝或导电纤维起到传导电流的作用，导电性能相比银浆制备的电极大大提高。

2)粘结附着性高

本发明的复合电极材料的连接层是由金属粉制成的导电膏体经均匀涂覆在导电芯表面，在一定温度具有一定粘性，以使电极材料本身能够牢固地附着在基体表面。避免了在后续使用过程中存在的翘线问题。

3)成本低

目前的光伏电池正面电极通过丝网印刷工艺完成，导电浆料的主要成分是银浆，银浆中银的含量占到90％左右，本发明由于是导电膏体均匀涂覆在导电芯表面再烘干固化而成，在制作电极时，可大量降低银的使用量，从而降低了太阳能电池片的电极制作成本。

4)效率高

本发明的复合电极材料用于制备太阳能电池片正面电极时，较大地降低了太阳能电池正面细栅线的宽度，可以制备出宽度达到20-60微米的精细栅线，同时高度可以达到15-40微米，电极高宽比大；细栅线的导电率比传统银浆栅线可以提高20％以上，使电极电阻小、电池内阻小，从而提升了光伏电池的转换效率。

附图说明

图1为本发明的复合电极材料截面的示意图。

具体实施方式

实施方案举例：

实施例一：

一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，由处于电极材料芯部的导电芯1和处于导电芯1表层的连接层2组成，连接层2是由均匀涂覆在导电芯1表面的导电银膏经烘干固化而成，烘干固化温度为50℃-200℃。导电芯为10-20微米的铜丝，导电银膏中按导电银膏的重量百分比，金属或非金属氧化物占5％，有机粘合剂占5％，有机溶剂占5％，添加剂占1％，其余为银粉末。银粉末的颗粒大小范围为0.1-2μm，形态为球形或准球形。连接层的厚度为5-10微米。金属或非金属氧化物为铅、铋、钙、镁、锌、铂、钽、铑、镍、铬、钯、硼、磷等氧化物中的一种或几种混合而成。有机粘合剂为乙基纤维素。有机溶剂为二乙二醇乙醚。添加剂包括表面活性剂、触变剂、消泡剂、分散剂、烧结抑制剂、氧化抑制剂、膨胀抑制剂。所述复合电极材料在用于制作正面电极时，温度达到100℃-500℃，烘干固化后的连接层此时具有粘性。

实施例二：

一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，由处于电极材料芯部的导电芯1和处于导电芯1表层的连接层2组成，连接层2是由均匀涂覆在导电芯1表面的导电银膏经烘干固化而成，烘干固化温度为50℃-200℃。导电芯为10-20微米的银丝，导电银膏中按导电银膏的重量百分比，金属或非金属氧化物占8％，有机粘合剂占5％，有机溶剂占5％，添加剂占2％，其余为银粉末。银粉末的颗粒大小范围为0.1-2μm，形态为球形或准球形。连接层的厚度为5-10微米。金属或非金属氧化物为铅、铋、钙、镁、锌、铂、钽、铑、镍、铬、钯、硼、磷等氧化物中的一种或几种混合而成。有机粘合剂为乙基纤维素。有机溶剂为二乙二醇乙醚。添加剂包括表面活性剂、触变剂、消泡剂、分散剂、烧结抑制剂、氧化抑制剂、膨胀抑制剂。所述复合电极材料在用于制作正面电极时，温度达到100℃-500℃，烘干固化后的连接层此时具有粘性。

实施例三：

一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，由处于电极材料芯部的导电芯1和处于导电芯1表层的连接层2组成，连接层2是由均匀涂覆在导电芯1表面的导电银膏经烘干固化而成，烘干固化温度为50℃-200℃。导电芯1为10-20微米的铝丝，导电银膏中按导电银膏的重量百分比，金属或非金属氧化物占10％，有机粘合剂占1％，有机溶剂占1％，添加剂占1％，其余为银粉末。银粉末的颗粒大小范围为0.1-2μm，形态为球形或准球形。连接层的厚度为5-10微米。金属或非金属氧化物为铅、铋、钙、镁、锌、铂、钽、铑、镍、铬、钯、硼、磷等氧化物中的一种或几种混合而成。有机粘合剂为乙基纤维素。有机溶剂为二乙二醇乙醚。添加剂包括表面活性剂、触变剂、消泡剂、分散剂、烧结抑制剂、氧化抑制剂、膨胀抑制剂。所述复合电极材料在用于制作正面电极时，温度达到100℃-500℃，烘干固化后的连接层此时具有粘性。

实施例四：

一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，由处于电极材料芯部的导电芯1和处于导电芯1表层的连接层2组成，连接层2是由均匀涂覆在导电芯1表面的导电膏体经烘干固化而成，导电膏体为导电镍银混合膏，烘干固化温度为50℃-200℃。导电芯1为10-20微米的铜丝，导电银膏中按导电膏体的重量百分比，金属或非金属氧化物占8％，有机粘合剂占3％，有机溶剂占3％，添加剂占3％，其余为银粉末和镍粉末的混合物，银粉末和镍粉末的重量比为7∶1。银粉末和镍粉末的颗粒大小范围为0.1-2μm，形态为球形或准球形。连接层的厚度为5-10微米。金属或非金属氧化物为铅、铋、钙、镁、锌、铂、钽、铑、镍、铬、钯、硼、磷等氧化物中的一种或几种混合而成。有机粘合剂为乙基纤维素。有机溶剂为卡必醇。添加剂包括表面活性剂、触变剂、消泡剂、分散剂、烧结抑制剂、氧化抑制剂、膨胀抑制剂。所述复合电极材料在用于制作正面电极时，温度达到100℃-500℃，烘干固化后的连接层此时具有粘性。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

以实施例1为例，本发明所述的复合电极材料在制备时，首先通过金属拉拔工艺拉制一定直径的导电金属丝，再对导电丝表面进行净化处理，将导电膏体放置于膏体槽中，膏体槽内设置有滚轴，转动滚轴，使滚轴包覆一层导电膏体，再使导电丝经过滚轴表面，从而使导电丝表面也涂覆上一层膏体，再使导电丝经过烘箱，使膏体中的有机溶剂挥发固化，与导电丝牢牢地附着在一起，从而完成本电极材料的制备。

本复合电极材料使用简便：将其按照设计的正面电极图型等间距地铺设并粘结附着在电池片正面上，再通过红外或超声的方式对其进进行键合处理，使复合电极材料的粘接层与电池片正面形成牢固的合金结合和优良的电学连通，即可完成正面细电极的制作。铺设并粘结附着在电池片正面时，还能避免丝网印刷存在的施加压力，导致硅片碎裂的问题。

本发明使用到的膏体由于其特殊的配方，是一种具有特殊流体性能的导电膏，本膏体具有优良的涂覆效果，能稳定、均匀地包覆在导电芯表面。导电膏体中不同的成份一方面能促使此膏体能方便地均匀可调地涂覆在导电芯表层，另一方面在后续的工艺使用过程中既能促进其对基片和导电丝的粘结强度，也能优化其与基片间的电学接触性能。并且连接层在烘干固化后，在一定温度下又具有一定粘性，以使电极本身能够牢固地附着在器件表面。

本复合电极材料相比于丝网印刷的银浆料，制作出的电池正面电极，一方面形貌、塑性更好，遮光更少，另一方面导电率也更高。另外，由于本复合电极材料对其本身功能的细分，更利于进一步分别从导电性能和粘接接触性能两方面进行性能改进和提升。

Claims (15)

1.一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述复合电极材料由处于电极材料芯部的导电芯(1)和处于导电芯表层的连接层(2)组成，所述连接层(2)是由均匀涂覆在导电芯(1)表面的导电膏体经烘干固化而成。

2.根据权利要求1所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述导电芯(1)选自金丝、银丝、铜丝、铝丝、硅铝丝等金属丝，也可以是聚合物纤维或碳纤维等导电纤维。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述导电芯(1)的直径为5微米到50微米。

4.根据权利要求1所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述连接层(2)的厚度为3微米到20微米。

5.根据权利要求1所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述导电膏体选自银膏、铜膏、镍膏等由金属粉制成的膏体。

6.根据权利要求1或5所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述导电膏体的烘干固化温度为50℃-200℃。

7.根据权利要求1所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述导电膏体包括金属粉末、金属或非金属氧化物、有机溶剂、有机粘合剂及添加剂。

8.根据权利要求1所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述的导电膏体的组分和重量百分比含量包括：

9.根据权利要求1所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述复合电极材料在用于制作正面电极时，温度达到100℃-500℃，烘干固化后的连接层此时具有粘性。

10.根据权利要求1所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述复合电极材料用于制备光伏电池正面电极。

11.根据权利要求7或8所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述金属粉末的颗粒大小范围为0.1-2μm，形态为球形或准球形。

12.根据权利要求7或8所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述金属或非金属氧化物为铅、铋、钙、镁、锌、铂、钽、铑、镍、铬、钯、硼、磷等氧化物中的一种或几种混合而成。

13.根据权利要求7或8所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述有机粘合剂选自乙基纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素、酚醛树脂及它们的混合物。

14.根据权利要求7或8所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述有机溶剂选自松油醇、卡必醇、二乙二醇乙醚及它们的混合物。

15.根据权利要求7或8所述的一种用于光伏电池正面电极制备的复合电极材料，其特征在于：所述添加剂包括表面活性剂、触变剂、消泡剂、分散剂、烧结抑制剂、氧化抑制剂和膨胀抑制剂。

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