CN102831950B - 混有铜铝粉无铅太阳能电池导电银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混有铜铝粉无铅太阳能电池导电银浆及其制备方法，其由A、B两部分浆料等比例混合球磨而成。本发明制备出来的银浆中不含铅，对人体和环境危害性小，完全符合环保要求；本发明在银浆中选用了同粒径的银粉与其它导电粒子填充银粉间的间隙，提高了膜层的堆积密度，增加粒子间的接触面积，降低了膜层的收缩力，从而提高了银浆的导电能力；本发明在导电浆料中添加了铝粉和铜粉能够有助于降低银浆生产成本，同时改善银浆的导电性能，从而达到了降低太阳能电池制造成本的目的，取得了良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种混有铜铝粉无铅太阳能电池导电银浆及其制备方法，属于太阳能电池导电浆料制备技术领域。
背景技术
太阳能电池的导电银浆由银粉、玻璃粘合剂、有机溶剂等原材料按不同配比制备而成，其中银粉作为导电介质；玻璃粘合剂在高温烧结时熔化，在银粉和硅基底之间形成欧姆接触；有机溶剂主要起分散和包裹的作用，将银粉颗粒均匀的
包裹起来，使得导电银浆中的银粉不容易产生沉淀和氧化。
目前太阳能电池导电银浆所采用的玻璃粘结剂是一种Bi-Si-Pb玻璃混合粉末，这种玻璃粉虽然具有软化温度低，电性能稳定等优点，但是该体系含铅比例较高，对环境的污染较大，不符合环保要求。在太阳能电池日益普及的情况下，含铅太阳能电池导电银浆的使用已受到限制，不久将逐渐淘汰，必须研制高导电性能的环保导电银浆，以满足大规模太阳能电池生产需求。目前技术银浆中的银粉的含量高于70%以上，生产成本比较高，降低银浆成本是银浆是降低太阳能电池片成本的一个重要环节，也能够让太阳能电池更具有市场优势；另外在现有的银浆中使用银粉的粒径基本上是一致的，这样若银粉粒径过大，丝网印刷会出现裂纹，而且会增大接触电阻，若银粉粒径过小，银粉会出现团聚问题，影响银粉分布的均匀性，因此有必要对银粉的粒径进行有效调控。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种混有铜铝粉无铅太阳能电池导电银浆及其制备方法，在满足太阳能电池电性能的前提下，使太阳能电池符合国际市场对太阳能电池的环保环保要求，同时降低银浆生产成本，使太阳能电池更具有市场优势。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
混有铜铝粉无铅太阳能电池导电银浆由A、B两部分浆料等比例混合球磨而成，其两部分组成原料的重量份为：
A浆料：
1-5μm银粉40-50、30-60nm银粉10-15、61-90nm铜粉10-15、玻璃粉A 8-12、有机载体A 15-20，所述的玻璃粉A由下列重量份的原料制成：B2O3 20-40、SiO2 10-20、ZnO 5-10、CaO 2-8、TiO2 2-5、BaO 1-5、Na2O 1-5，所述的有机载体A由下列重量份的原料制成：丙二醇单丁醚30-40、丁基卡必醇15-20、三乙醇胺10-20、羟并集纤维素5-10、甲酸银2-5、添加剂1-5；
B浆料：
1-5μm铝粉5-10、61-90nm铜粉 5-10、玻璃粉B 3-6、有机载体B 5-10,所述的玻璃粉B由下列重量份的原料制成：SiO2 10-20、B2O3 5-10、BaO5-8、MgO 2-5、AgO2 2-5、Y2O3 1-5、Co2O3 1-3，所述的有机载体B由下列重量份的原料制成：苯甲醇10-20、柠檬酸单丁酯5-10、石油醚5-10、聚丙烯酸酯2-5、添加剂0-3。
混有铜铝粉无铅太阳能电池导电银浆的制备方法，包括以下步骤：
（1）玻璃粉A的制备
按配方配比称取各原料，混合均匀后放于1000-1300℃高温马弗炉中进行烧结，保温30-50 min，然后用去离水淬火后研磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6小时，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉，10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
按配方配比称取各原料，混合均匀后放于1000-1200℃高温马弗炉中进行烧结，保温30-40 min，然后用去离水淬火后研磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6小时，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉、5-10μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
按配方配比将丙二醇单丁醚、丁基卡必醇、三乙醇胺混匀，在80-110℃下，依次加入羟并集纤维素、甲酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
按配方配比将丁基卡必醇、柠檬酸单丁酯、三乙醇胺混匀，在80-110℃下，依次加入聚丙烯酸酯、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
将步骤（1)所制得的不同粒径的玻璃粉A加入步骤（3）所制得的有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm银粉、30-60nm银粉、61-90nm铜粉，混和2-3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
将步骤（2)所制得的不同粒径的玻璃粉B加入步骤（4）所制得的有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm铝粉、61-90nm铜粉，混和2-3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为120-200Pa·s，即得本发明太阳能电池导电银浆。
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：邻苯二甲酸二甲酯2-5、硬脂酸单甘油酯0.5-1、卵磷脂2-5、乳化硅油0.5-1、改性氢化蓖麻油2-5、甲基三甲氧基硅烷1-3、聚丙烯酸丁酯2-4。
本发明的有益效果如下：
1、本发明制备出来的银浆中不含铅，对人体和环境危害性小，完全符合环保要求；
2、本发明在银浆中选用了同粒径的银粉与其它导电粒子填充银粉间的间隙，提高了膜层的堆积密度，增加粒子间的接触面积，降低了膜层的收缩力，从而提高了银浆的导电能力；
3、本发明制备出来的银浆和硅片膨胀系数匹配性好，收缩小，成品率高，电阻小，不会形成气孔，不会形成裂纹；
4、本发明在导电浆料中添加了铝粉和铜粉能够有助于降低银浆生产成本，同时改善银浆的导电性能，从而达到了降低太阳能电池制造成本的目的，取得了良好的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
（1）玻璃粉A的制备
取以下重量份的原料：B2O3 20份、SiO2 15份、ZnO 10份、CaO 6份、TiO2 5份、BaO 4份、Na2O 4份，混合均匀后放于1100℃高温马弗炉中进行烧结，保温45 min，然后用去离水淬火后研磨，过240目筛，冷却，再在700℃保温5小时，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到3μm玻璃粉，15μm玻璃粉和24μm玻璃粉，再分别用26%盐酸浸泡1.5小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
取以下重量份的原料：SiO2 15份、B2O3 8份、BaO 6份、MgO 4份、AgO2 3份、Y2O3 4份、Co2O3 2份，混合均匀后放于1050℃高温马弗炉中进行烧结，保温40 min，然后用去离水淬火后研磨，过240目筛，冷却，再在600℃保温6小时，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到2μm玻璃粉、6μm玻璃粉和25μm玻璃粉，再分别用20%盐酸浸泡2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
取以下重量份的原料：丙二醇单丁醚30份、丁基卡必醇20份、三乙醇胺20份、羟并集纤维素6份、甲酸银3份、添加剂3份，
按配方配比将丙二醇单丁醚、丁基卡必醇、三乙醇胺混匀，在98℃下，依次加入羟并集纤维素、甲酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
取以下重量份的原料：苯甲醇15份、柠檬酸单丁酯8份、石油醚8份、聚丙烯酸酯4份、添加剂1份,
按配方配比将丁基卡必醇、柠檬酸单丁酯、三乙醇胺混匀，在92℃下，依次加入聚丙烯酸酯、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
取以下重量份的原料：3μm银粉40份、40nm银粉15份、75nm铝粉15份、玻璃粉A 10份、有机载体A 16份，
将玻璃粉A加入有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔40分钟依次加入3μm银粉、40nm银粉、75nm铝粉，混和3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
取以下重量份的原料：1μm铝粉8份、80nm铜粉 8份、玻璃粉B 4份、有机载体B 8份,
将玻璃粉B加入有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔40分钟依次加入1μm铝粉、80nm铝粉，混和3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为150Pa·s，即得本发明太阳能电池导电银浆。
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：邻苯二甲酸二甲酯3份、硬脂酸单甘油酯0.6份、卵磷脂4份、乳化硅油0.6份、改性氢化蓖麻油3份、甲基三甲氧基硅烷2份、聚丙烯酸丁酯3份。
采用丝网印刷机将银浆印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在200℃干燥，再在900℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度10 N/cm,锡焊性能良好，方阻＜10 Siements/sq，制备的太阳能电池光电转化效率为19.8%,，拉力测试结果为附着力>10N/mm2。
实施例2
（1）玻璃粉A的制备
取以下重量份的原料：B2O3 40份、SiO2 12份、ZnO 8份、CaO 6份、TiO2 4份、BaO 4份、Na2O 3份，混合均匀后放于1160℃高温马弗炉中进行烧结，保温45 min，然后用去离水淬火后研磨，过240目筛，冷却，再在700℃保温6小时，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到5μm玻璃粉，12μm玻璃粉和22μm玻璃粉，再分别用28%盐酸浸泡2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
取以下重量份的原料：SiO2 20份、B2O3 8份、BaO 6份、MgO 4份、AgO2 3份、Y2O3 4份、Co2O3 2份，混合均匀后放于1050℃高温马弗炉中进行烧结，保温40 min，然后用去离水淬火后研磨，过240目筛，冷却，再在700℃保温6小时，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到3μm玻璃粉、9μm玻璃粉和25μm玻璃粉，再分别用30%盐酸浸泡2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
取以下重量份的原料：丙二醇单丁醚40份、丁基卡必醇20份、三乙醇胺20份、羟并集纤维素10份、甲酸银5份、添加剂5份，
按配方配比将丙二醇单丁醚、丁基卡必醇、三乙醇胺混匀，在110℃下，依次加入羟并集纤维素、甲酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
取以下重量份的原料：苯甲醇20份、柠檬酸单丁酯10份、石油醚10份、聚丙烯酸酯5份、添加剂2份,
按配方配比将丁基卡必醇、柠檬酸单丁酯、三乙醇胺混匀，在100℃下，依次加入聚丙烯酸酯、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
取以下重量份的原料：5μm银粉50份、48nm银粉10份、80nm铝粉10份、玻璃粉A 12份、有机载体A 18份，
将玻璃粉A加入有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔40分钟依次加入5μm银粉、48nm银粉、80nm铝粉，混和3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
取以下重量份的原料：5μm铝粉10份、75nm铜粉 10份、玻璃粉B 6份、有机载体B 8份,
将玻璃粉B加入有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔40分钟依次加入5μm铝粉、75nm铝粉，混和3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为200Pa·s，即得本发明太阳能电池导电银浆。
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：邻苯二甲酸二甲酯5份、硬脂酸单甘油酯1份、卵磷脂5份、乳化硅油0.8份、改性氢化蓖麻油3份、甲基三甲氧基硅烷2份、聚丙烯酸丁酯3份。
采用丝网印刷机将银浆印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在200℃干燥，再在900℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度10 N/cm,锡焊性能良好，方阻＜10 Siements/sq，制备的太阳能电池光电转化效率为20.5%,，拉力测试结果为附着力>10N/mm2。
Claims (2)
1.一种混有铜铝粉无铅太阳能电池导电银浆，其特征在于，其由A、B两部分浆料等比例混合球磨而成，其两部分组成原料的重量份为：
A浆料：
1-5μm银粉40-50、30-60nm银粉10-15、61-90nm铜粉10-15、玻璃粉A 8-12、有机载体A 15-20，所述的玻璃粉A由下列重量份的原料制成：B2O3 20-40、SiO2 10-20、ZnO 5-10、CaO 2-8、TiO2 2-5、BaO 1-5、Na2O 1-5，所述的有机载体A由下列重量份的原料制成：丙二醇单丁醚30-40、丁基卡必醇15-20、三乙醇胺10-20、羟并集纤维素5-10、甲酸银2-5、添加剂1-5；
B浆料：
1-5μm铝粉5-10、61-90nm铜粉 5-10、玻璃粉B 3-6、有机载体B 5-10,所述的玻璃粉B由下列重量份的原料制成：SiO2 10-20、B2O3 5-10、BaO5-8、MgO 2-5、AgO2 2-5、Y2O3 1-5、Co2O3 1-3，所述的有机载体B由下列重量份的原料制成：苯甲醇10-20、柠檬酸单丁酯5-10、石油醚5-10、聚丙烯酸酯2-5、添加剂0-3；
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：邻苯二甲酸二甲酯2-5、硬脂酸单甘油酯0.5-1、卵磷脂2-5、乳化硅油0.5-1、改性氢化蓖麻油2-5、甲基三甲氧基硅烷1-3、聚丙烯酸丁酯2-4。
2.一种如权利要求1所述的混有铜铝粉无铅太阳能电池导电银浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)玻璃粉A的制备
按配方配比称取各原料，混合均匀后放于1000-1300℃高温马弗炉中进行烧结，保温30-50 min，然后用去离子水淬火后研磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6小时，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉，10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
(2)玻璃粉B的制备
按配方配比称取各原料，混合均匀后放于1000-1200℃高温马弗炉中进行烧结，保温30-40 min，然后用去离子水淬火后研磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6小时，然后，再用去离子水淬火，研磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉、5-10μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
按配方配比将丙二醇单丁醚、丁基卡必醇、三乙醇胺混匀，在80-110℃下，依次加入羟并集纤维素、甲酸银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
按配方配比将苯甲醇、柠檬酸单丁酯、石油醚混匀，在80-110℃下，依次加入聚丙烯酸酯、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
(5)A浆料的制备
将步骤（1)所制得的不同粒径的玻璃粉A加入步骤（3）所制得的有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm银粉、30-60nm银粉、61-90nm铜粉，混和2-3小时，得到A浆料；
(6)B浆料的制备
将步骤（2)所制得的不同粒径的玻璃粉B加入步骤（4）所制得的有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm铝粉、61-90nm铜粉，混和2-3小时，得到B浆料；
(7)A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为120-200Pa·s，即得太阳能电池导电银浆。
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Denomination of invention: Conductive silver paste mixed with copper aluminum powder for lead-free solar cells and its preparation method Effective date of registration: 20231213 Granted publication date: 20140730 Pledgee: China Construction Bank Corporation Feidong sub branch Pledgor: CHINALAND SOLAR ENERGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980071321 |
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