CN104575669A - 一种太阳能电池背面银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池背面电极银浆的配方及其制备方法，该银浆用作生产太阳能电池的背面电极，其银浆组成和质量百分比为：45-60wt%的导电金属粉，如银粉、铜粉、铝粉和镍粉等，31-46？wt%有机粘合剂，1-6wt%的无铅铋酸盐玻璃粉及0-3？wt%的添加剂；该银浆的制备方法包括无铅铋酸盐玻璃粉的配制，有机结合剂的制备，添加剂的制备以及浆料的加工工艺。本发明制备的含有添加剂的背面电极银浆，其烧结后银层致密，与硅片形成很好的欧姆接触，具有低的串联电阻和优异的导电性，同时改善背面电极与硅片之间的附着力，光电转化效率高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池用浆料的技术领域，尤其是一种太阳能电池背面银浆及其制备方法。
背景技术
随着环境污染的日益严重，低碳环保观念的日益深入，安全、清洁、高效的能源越来越受人们的青睐。其中晶体硅太阳能电池技术作为太阳能技术发展的主流，一直备受关注，通过对太阳能电池技术的不断研究，电池片的转换效率不断提高。
太阳能电池是通过光电效应把光能转化成电能的装置。光电效应太阳能电池的工作原理：当太阳光照射在晶体硅半导体p～n结上，形成新的空穴～电子对，在p～n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。
为了将太阳能电池产生的电流引出，需在太阳能电池的表面制作出正负电极，其负面电极是由太阳能电池导电浆料经印刷烧结制成背面主栅，起到将铝背场收集到的电流汇流导出的作用。背面电极在匹配正面电极导电银浆进一步提高细线密栅高方阻电池片的光电转化效率上起着重要的作用。
太阳能电池背面电极浆料主要由导电金属粉（如银粉）、有机载体、玻璃粉以及添加剂等组成。其中银粉为导电介质，玻璃粉在高温烧结时融化，在银粉和半导体硅基底之间形成欧姆接触；有机载体则起到将银粉颗粒分散和包裹的作用，使得导电银浆中的银粉不易沉淀和氧化；为了提高印刷效果，通常会在浆料中添加一定剂量的助剂，提高浆料的防沉性和防流挂性，增加银浆的流动性，保持适度稳定的流动性可以保证丝网印刷的质量，得一个比较理想的高宽比的主栅；然而，除了背面电极浆料的成分、印刷性、附着力、耗量、焊接性等性能指标外，背面电极浆料辅助降低太阳能电池的串联电阻（Rs）的性能也越来越成为电池片厂家考察背面电极浆料的一个关键指标。然而，现有技术中的背面银浆的这种低接触电阻性能仍有待提高。此外，现有技术中的太阳能电池导电银浆所用的玻璃粉通常是含铅的混合粉末，该玻璃粉虽然软化温度低、电性能稳定性好，但含铅量高，对环境污染严重，不符合环保要求。
发明内容
发明目的在于：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种太阳能电池背面银浆，该浆料具有无铅含量、环保安全卫生且接触电阻小导电性佳的优点。另一个发明目的是提供了一种制造上述太阳能电池背面银浆的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种太阳能电池背面银浆，其特征在于：包括45～60wt%金属粉、1～6wt%的无铅铋酸盐玻璃粉和31～46wt%有机粘合剂，0%～3wt%助剂，所述金属粉包括银粉、所述无铅铋酸盐玻璃粉包括50～85wt%的Bi2O3，1～25wt%的ZnO，1～10wt%的B2O3，1～5wt%的Al2O3，1～5wt%的BaO，1～3wt%的SiO2，0～2wt%的Sb2O3，所述有机粘合剂包括1～15wt%有机载体和5～98wt%有机溶剂，所述助剂为氧化锌，氧化钛、氧化镍、硒化镍和碲化镍中的至少一种。
优选的方案为，所述硒化镍为h-NiSe，r-NiSe，Ni2Se3，Ni0.85Se，NiSe2中的至少一种。
优选的方案为，所述立方NiSe2粒径分布在3~5μm或0.5～1μm或100nm～200nm。
优选的方案为，所述助剂的粒径小于5μm。
优选的方案为，所述金属粉还包括铜粉、铝粉和镍粉中的至少一种。
优选的方案为，所述有机载体为丙烯酸树脂、乙基纤维素、丁基纤维素中的至少一种。
优选的方案为，所述有机溶剂为蓖麻油、松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、山梨糖醇酐单硬脂酸酯的至少一种。
优选的方案为，所述有机溶剂还包括1～10wt%的有机添加剂，该有机添加剂为触变剂、增塑剂、表面活性剂中的至少一种。
优选的方案为，所述玻璃粉平均粒径≤3μm。
发明的另一个技术方案是：提供了一种太阳能电池背面银浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按比例称取无铅铋酸盐玻璃粉，将无铅铋酸盐玻璃粉升温至900～1300℃，保温30～50min，水淬后球磨40～50h，经200目筛网过滤并在80～110℃下烘干，得到平均粒径≤3um的玻璃粉；
（2）按比例称取有机载体和有机溶剂进行通水循环升温并进行搅拌混合，保持搅拌温度为50～100℃，溶解3～10h后加入表面活性剂，保温5～15min，过滤后存放；
（3）太阳能电池背面银浆的制备:按比例称取导电金属粉，将步骤（1）中的无铅铋酸盐玻璃粉以及步骤（2）中的有机粘合剂和导电金属粉混合，并加入助剂进行混合搅拌，用三辊轧机轧制研磨至粒度≤5μm,粘度为290～380Pa·S，得到浆料。
采用上述方案，本发明具有以下技术效果：由于晶硅太阳能电池用背面电极银浆是通过丝网印刷而均匀地附着于多晶硅的背面，并同印刷在多晶硅背面的铝浆，通过烘干、红外快速烧结后分别形成致密银层的背面电极和背电场。本发明利用的优选的助剂：氧化锌，氧化钛、氧化镍、硒化镍和碲化镍，这些氧化物能有效减低玻璃粉的熔点，使玻璃粉能够在高温烧结条件下迅速均匀的与硅形成良好接触，达到改善金属与硅半导体的接触，使背银与硅片形成很好的欧姆接触，同时改善背银与硅片之间的附着力，有效的降低了电池片地串联电阻，获得更高的光电转化效率。此外，通过调节无铅铋酸盐玻璃粉中氧化物的配比及粒径匹配，实现更好的粒度级配，烧结后更致密，可以实现无铅铋酸盐玻璃粉的软化点及物理化学特性的可控，优化玻璃粉的稳定性、烧结流散特性以及电性能。由此制备的太阳能电池背面电极银浆烧结后银层致密，与硅片形成很好的欧姆接触，电池片具有很低的串联电阻和优异的导电性能，同时背面电极与硅片之间的附着力得到改善，进而能够提高太阳能电池的光电转化效率。此外，本发明中的玻璃粉为无铅玻璃粉，更加环保安全。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明具体实施例ZnSe2 1#纳米正八面体粉体粒径为100nm～200nm 左右的典型SEM照片；
附图2为本发明具体实施例ZnSe2 2#纳米正八面体粉体粒径为0.5～1μm左右的典型SEM照片；
附图3为本发明具体实施例ZnSe2 3#微米正八面体粉体粒径为3～5μm左右的典型SEM照片。
具体实施方式
本发明的具体实施例是太阳能电池背面银浆，其成分和重量百分比如下：45～60wt%金属粉、1～6wt%的无铅铋酸盐玻璃粉和31～46wt%有机粘合剂，0%～3wt%助剂，金属粉主要有银粉，其次还可以有铜粉、铝粉和镍粉中的至少一种，无铅铋酸盐玻璃粉包括50～85wt%的Bi2O3，1～25wt%的ZnO，1～10wt%的B2O3，1～5wt%的Al2O3，1～5wt%的BaO，1～3wt%的SiO2，0～2wt%的Sb2O3，有机粘合剂包括1～15wt%有机载体和5～98wt%有机溶剂，有机载体为丙烯酸树脂、乙基纤维素、丁基纤维素中的至少一种；有机溶剂为蓖麻油、松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、山梨糖醇酐单硬脂酸酯的至少一种；助剂为氧化锌，氧化钛、氧化镍、硒化镍和碲化镍中的至少一种。助剂的粒径小于5μm，玻璃粉平均粒径2.8μm。
上述硒化镍为h-NiSe，r-NiSe，Ni2Se3，Ni0.85Se，NiSe2中的至少一种。NiSe2为正八面体结构，其粒径分布在3~5μm或0.5～1μm或100nm～200nm。该NiSe2可以采用溶剂热法制备，用氯化镍（NiCl2·6H2O）和硒粉（Se）在水合肼体系下反应，通过选择性物相控制合成了不同粒径的正八面体二硒化镍，粒径为100nm～200nm 左右的（见图1）NiSe2正八面体粉体，粒径为0.5～1μm左右的（见图2）NiSe2正八面体粉体，粒径为3～5μm左右的（见图3）NiSe2正八面体粉体。
上述有机溶剂还包括1～10wt%的有机添加剂，该有机添加剂为触变剂、增塑剂、表面活性剂中的至少一种。
一种制备上述太阳能电池背面银浆的方法，其包括以下步骤：（1）按比例称取无铅铋酸盐玻璃粉，混匀，装入刚玉坩埚中，转移到硅碳棒电阻炉中，升温至900～1300℃，保温30～50min，水淬后转入球磨罐中，球磨40～50h，经200目筛网过滤并在80～110℃下烘干，得到平均粒径2.8um的玻璃粉；
（2）按比例称取有机载体和有机溶剂放入搅拌桶中，进行通水循环升温并进行搅拌混合，保持搅拌桶内温度为50～100℃，溶解3～10h后加入表面活性剂司班85，保温5～15min，过滤后存放；
（3）太阳能电池背面银浆的制备:按比例称取导电金属粉，将步骤（1）中的无铅铋酸盐玻璃粉以及步骤（2）中的有机粘合剂和导电金属粉混合，并加入助剂进行混合搅拌，用三辊轧机轧制研磨至粒度4.5μm,粘度为290～380Pa·S，得到浆料。该浆料使得背银与硅片可以形成很好的欧姆接触，同时能够改善背银与硅片之间的附着力，有效的降低了电池片的串联电阻，获得更高的光电转化效率。
以下参照具体实施例进一步说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。
实施例①～⑥
本发明公开的太阳能电池正面金属化银浆是由金属粉、玻璃粉、有机粘合剂、助剂组成，具体配比见表1。
表1-太阳能电池浆料配比
（1）玻璃粉：按表1中配比称取六种氧化物，装入刚玉坩锅，放入电阻炉中，升温至1200℃，保温40分钟，水淬后入球磨罐，球磨48小时后，在100℃烘干，得到平均粒径2.8um的玻璃粉。
（2） 金属粉末：称取金属粉，其具体成分和重量百分比为36%银粉、2%铜粉、5%铝粉、2%镍粉。
（3） 有机粘合剂：称取乙基纤维素4%、丙烯酸树脂2%、松油醇30%、蓖麻油4%、二乙二醇丁醚45%、二乙二醇丁醚醋酸酯15%放入搅拌桶中，通水循环，升温，保持搅拌桶内温度为80℃，溶解时间5小时；加入表面活性剂司班85，保温10分钟，过滤后存放。
（4） 助剂：称取氧化锌，氧化钛、氧化镍、硒化镍和碲化镍。
（5） 浆料制备：将上述银粉、玻璃粉以及有机粘合剂和助剂按比例混合，用三辊轧机轧制研磨至粒度达4.5μm,粘度为60～120Pa·S，得到太阳能电池背面银浆。
（6） 性能测试：将晶体硅太阳能电池用高效率的背面银浆（实施例①）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能结果如下：
表2-实施例①浆料烧结后电性能参数
本发明浆料的湿重0.026g，焊接后拉力大于6.2N。
将晶体硅太阳能电池用高效率的背面银浆（实施例②）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能结果如下：
表3-实施例②浆料烧结后电性能参数
本发明浆料的湿重0.026g，焊接后拉力大于6.5N。
将晶体硅太阳能电池用高效率的背面银浆（实施例③）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能结果如下：
表4-实施例③浆料烧结后电性能参数
本发明浆料的湿重0.026g，焊接后拉力大于6.7N。
将晶体硅太阳能电池用高效率的背面银浆（实施例④）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能结果如下：
表5-实施例④浆料烧结后电性能参数
本发明浆料的湿重0.026g，焊接后拉力大于6.3N。
将晶体硅太阳能电池用高效率的背面银浆（实施例⑤）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能结果如下：
表6-实施例⑤浆料烧结后电性能参数
本发明浆料的湿重0.026g，焊接后拉力大于6.3N。
将晶体硅太阳能电池用高效率的背面银浆（实施例⑥）与背面电极银浆、背电场电极铝浆高温快速一次共烧。经测试，电池性能结果如下：
表7-实施例⑥浆料烧结后电性能参数
本发明浆料的湿重0.026g，焊接后拉力大于6.4N。
从表2、3、4、5、6、7可知，助剂的添加使得浆料烧结后的各个电性能参数有了显著的提升。
Claims (10)
1.一种太阳能电池背面银浆，其特征在于：包括45～60wt%金属粉、1～6wt%的无铅铋酸盐玻璃粉和31～46wt%有机粘合剂，0%～3wt%助剂，所述金属粉包括银粉、所述无铅铋酸盐玻璃粉包括50～85wt%的Bi2O3，1～25wt%的ZnO，1～10wt%的B2O3，1～5wt%的Al2O3，1～5wt%的BaO，1～3wt%的SiO2，0～2wt%的Sb2O3，所述有机粘合剂包括1～15wt%有机载体和5～98wt%有机溶剂，所述助剂为氧化锌，氧化钛、氧化镍、硒化镍和碲化镍中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述硒化镍为h-NiSe，r-NiSe，Ni2Se3，Ni0.85Se，NiSe2中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述立方NiSe2粒径分布在3~5μm或0.5～1μm或100nm～200nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述助剂的粒径小于5μm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述金属粉还包括铜粉、铝粉和镍粉中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述有机载体为丙烯酸树脂、乙基纤维素、丁基纤维素中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述有机溶剂为蓖麻油、松油醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、山梨糖醇酐单硬脂酸酯的至少一种。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述有机溶剂还包括1～10wt%的有机添加剂，该有机添加剂为触变剂、增塑剂、表面活性剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池背面银浆，其特征在于：所述玻璃粉平均粒径≤3μm。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的太阳能电池背面银浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按比例称取无铅铋酸盐玻璃粉，将无铅铋酸盐玻璃粉升温至900～1300℃，保温30～50min，水淬后球磨40～50h，经200目筛网过滤并在80～110℃下烘干，得到平均粒径≤3um的玻璃粉；
（2）按比例称取有机载体和有机溶剂进行通水循环升温并进行搅拌混合，保持搅拌温度为50～100℃，溶解3～10h后加入表面活性剂，保温5～15min，过滤后存放；
（3）太阳能电池背面银浆的制备:按比例称取导电金属粉，将步骤（1）中的无铅铋酸盐玻璃粉以及步骤（2）中的有机粘合剂和导电金属粉混合，并加入助剂进行混合搅拌，用三辊轧机轧制研磨至粒度≤5μm,粘度为290～380Pa·S，得到浆料。
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