CN103000249A - 一种太阳能电池正面银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池正面银浆及其制备方法，包含以下重量百分数的组分：银粉80%～90%、含铅玻璃粉0.5%～5%、无机添加剂0.05%～3%、有机载体5%～15%，所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为30%～90%，所述无机添加剂包含TeO₂微粉，所述有机载体包括树脂和有机溶剂。本发明的银浆适用于表面高方块电阻的硅基太阳能电池，可以在高方阻硅基电池上形成良好的欧姆接触，因此大幅提高了太阳能电池转化效率，并且保持了高铅银浆在太阳能电池上烧结后的焊接拉力，同时本发明的电池正面银浆的制备方法大大简化了银浆制备工艺，节约了生产成本。

Description

一种太阳能电池正面银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种太阳能电池正面银浆及其制备方法。

背景技术

随着煤炭、石油、天然气等传统能源的短缺和人们对二氧化碳排放的关注，太阳能发电技术得到了跳跃式的发展。其中晶体硅太阳能电池技术作为太阳能发电技术的主体，一直备受人们的关注，通过对晶体硅太阳能电池技术的不断研究，其光电转换效率不断提升。

太阳能电池的优劣除了取决于所使用的晶硅材料中的载流子浓度、分布和迁移率以外，还受到电池正负极电极性能的影响。其中正面电极直接影响着串联电阻、分流电阻、填充因子和光电转换效率，因此正面电极银浆的质量决定了太阳能电池的性能。

导电银浆主要包括以下几个组成部分：银粉、有机载体、玻璃粉和无机添加剂。在正面银浆中，除了主要组分银粉以外，玻璃粉和无机添加剂的组成和含量对电池片的最终效率的影响起着至关重要的作用。

目前，制备银浆的玻璃粉多是商业化的高铅玻璃粉，通过玻璃粉中的铅腐蚀硅片表面的SiN减反层，并协助银粉在硅表面形成二次结晶，形成有效的欧姆接触。因此，通常使用高铅玻璃粉作为制备正面银浆的原料。但从目前硅基太阳能发展的趋势来看，硅片表面高的方块电阻将成为主流，因为高方阻硅片提高了短波响应，能有效地提高光电转换效率。而高方阻硅基电池的PN结较低方阻的PN结浅，如用通常的高铅玻璃粉去高温腐蚀，很容易击穿PN结，难以达到应有的效率。因此需要寻找新型的腐蚀性比较温和的玻璃以达到适度腐蚀的效果。通过无机添加剂的添加，可以起到中和铅腐蚀性能和促进银铅合金形成的作用。因此，通过对无机添加剂种类和含量的选择可以扩大传统正面银浆的使用范围，使其不仅能够在高方阻硅基电池片上适用，还能有效地提高硅基太阳能电池的效率。目前太阳能电池正面银浆专利及文献报告较多，如在专利US20110308597、US20110232746、US20110308596中公开了利用碲酸盐玻璃粉制备太阳能电池正面银浆。但是，碲酸盐玻璃粉因为铅含量较低，对硅片的腐蚀性较差，虽然满足了高方阻的需求但是却降低了玻璃粉与硅片的烧结程度，从而降低了焊接拉力。因此碲酸盐玻璃粉制备的银浆的一个缺陷就是栅线与硅片的烧结性能差。在专利US7935279中公开了使用无铅玻璃粉和无机添加剂TeO₂和Bi₂O₃制备太阳能电池正面银浆，但是该发明所制备的正面银浆转换效率低，很难商业化。

因此，如何获得一种转换效率高，焊接拉力大，同时制备方法步骤少的太阳能电池正面银浆，依然值得人们不断努力探索。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于高方阻硅基的太阳能电池正面银浆及其制备方法，该银浆转化效率高，焊接拉力大。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一方面是提供一种太阳能电池正面银浆，包含以下重量百分数的组分：银粉80%～90%、含铅玻璃粉0.5%～5%、无机添加剂0.05%～3%、有机载体5%～15%，所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为30%～90%，所述无机添加剂包含TeO₂微粉，所述有机载体包括树脂和有机溶剂。

本发明通过在正面银浆中添加包含TeO₂微粉的无机添加剂，起到中和铅腐蚀性能和促进银铅合金形成的作用，使玻璃的腐蚀性达到适度温和的效果，使得高方阻硅基电池的PN结不易被击穿，使原本在高方阻上不适用的高铅银浆能够适用，并且大幅提高了太阳能电池转化效率，同时保持了原始铅玻璃粉与硅片的烧结性能，使该银浆在太阳能电池上烧结后保持了较高的焊接拉力。

优选地，所述无机添加剂的重量百分数为0.1%～1.5%，更优选地为0.1%～0.5%；含铅玻璃粉的重量百分数为1%～4%，更优选地为2.5%～3%。

所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量优选为70%～85%，所述含铅玻璃粉的平均粒度优选为0.1μm～10μm，更优选为0.1μm~2μm。

为了使所得电池正面银浆具有更好的转换效率和焊接拉力，本发明优选地，所述TeO₂微粉的纯度大于99.9%，TeO₂微粉的平均粒度在0.1μm～10μm，更优选为0.3μm～3μm。

优选地，所述银粉的纯度为99.0%～99.999%，所述银粉为平均粒度在0.5μm～10μm的球状或鳞片状体。所述银粉更优选为平均粒度在0.5μm～3μm的球状体。

优选地，所述无机添加剂还包含SeO₂微粉。

优选地，所述有机载体还包括增塑剂和/或表面活性剂。

优选地，所述树脂选自乙基纤维素树脂、松香树脂、酚醛树脂中的一种或几种，更优选为乙基纤维素树脂、松香树脂和酚醛树脂的混合。

优选地，所述有机溶剂选自松油醇、松节油、丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、乙二醇单丁醚醋酸酯、石油醚、醚类溶剂中的一种或几种，更优选为松油醇、乙二醇单丁醚醋酸酯和丙二醇甲醚醋酸酯的混合。

本发明的第二方面是提供一种太阳能电池正面银浆的制备方法，所述方法包括以下步骤：

（1）有机载体的制备：将重量百分数为10%～20%的树脂加入到80%～90%的有机溶剂中，在80～150℃下搅拌1～2小时，溶解后得均匀透明的有机载体。

（2）银浆的混合：将重量百分数为80%～90%的银粉、5%～15%步骤（1）所得有机载体、0.5%～5%的含铅玻璃粉混合搅拌均匀后，加入重量百分数为0.05%～3%无机添加剂搅拌，得均匀的混合银浆。

（3）银浆的分散：将步骤（2）制得的混合银浆放入三辊研磨机内充分研磨2～5次，直至浆料细度小于15μm，从而得到银浆浆料。

在本发明太阳能电池正面银浆的制备过程中，无需另行制备玻璃粉，只需利用现有的商业化的含铅为30%～90%、粒度在0.1μm～10μm的玻璃粉即可，该方法省去了现有方法中银粉和含铅玻璃粉的制备步骤，大大简化了银浆制备工艺，节约了生产成本。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1）本发明的太阳能电池正面银浆使用TeO₂微粉作为无机添加剂，通过控制TeO₂微粉的含量和粒度，使原本在高方阻上不适用的高铅银浆能够适用，并且大幅提高了太阳能电池转化效率，同时保持了原始铅玻璃粉与硅片的烧结性能，使该银浆在太阳能电池上烧结后保持了较高的焊接拉力。

2）本发明由于直接采用现有的商业化含铅玻璃粉作为原料，在获得转化效率高、焊接拉力大的银浆产品的同时，大大简化了银浆制备工艺，节约了生产成本。

具体实施方式

实施例中所使用银粉从专业生产银浆用银粉的生产厂家订购成品；TeO₂微粉为国内厂商所提供的粒度为0.1μm～10μm的微粉成品。含铅玻璃粉为进口的银浆专用玻璃粉成品。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种太阳能电池正面银浆，包含以下重量百分数的组分：87%平均粒度为1.5μm的银粉、2.9%平均粒度为1.5μm的含铅玻璃粉、0.1%平均粒度为1μm TeO₂微粉、10%有机载体；其中有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分：10%乙基纤维素树脂、4%松香树脂、6%酚醛树脂，80%有机溶剂（50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物），所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为75%～80%。

所述实施例1的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤：

（1）有机载体的制备：将10g乙基纤维素树脂，4g松香树脂，6g酚醛树脂，加入到80ml有机溶剂（松节油、乙二醇单丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯的混合物）中，在100℃下搅拌2小时，溶解后得均匀透明的有机载体。

（2）玻璃粉的选择：选择玻璃转变温度在360～380℃的商业化含铅玻璃粉，所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为75%～80%。

（3）银浆的混合：将870g平均粒度为1.5μm的银粉，100g步骤（1）所得有机载体，29g步骤（2）所得玻璃粉和1g平均粒度为1μm TeO₂微粉混合搅拌，得均匀混合物。

（4）银浆的分散：将步骤（3）所得混合物放入三辊研磨机内充分研磨5次，用刮板细度剂测量细度小于15μm后，即制得本发明的正面银浆浆料。

实施例2

一种太阳能电池正面银浆，包含以下重量百分数的组分：89%平均粒度为1μm的银粉、2.5%平均粒度为1.2μm的含铅玻璃粉、0.5%平均粒度为0.3μm TeO₂微粉、8%有机载体；其中所述有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分：10%乙基纤维素树脂、5%松香树脂、2%酚醛树脂，83%有机溶剂（50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物），所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为80%～85%，所述TeO₂微粉纯度大于99.9%。

所述实施例2的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤：

（1）有机载体的制备：将10g乙基纤维素树脂，5g松香树脂，2g酚醛树脂，加入到83ml有机溶剂（松节油、乙二醇单丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯的混合物）中，在100℃下搅拌2小时，溶解后得均匀透明的有机载体。

（2）玻璃粉的选择：选择玻璃转变温度在360～380℃的商业化含铅玻璃粉，所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为80%～85%。

（3）银浆的混合：将890g平均粒度为1μm的银粉，80g步骤（1）所得有机载体，25g步骤（2）所得玻璃粉和5g平均粒度为0.3μm TeO₂微粉混合搅拌，得均匀混合物。

（4）银浆的分散：将步骤（3）所得混合物放入三辊研磨机内充分研磨5次，用刮板细度剂测量细度小于15μm后，即制得本发明的正面银浆浆料。

实施例3

一种太阳能电池正面银浆，包含以下重量百分数的组分：87%平均粒度为3μm的银粉、3%平均粒度为5μm的含铅玻璃粉、3%平均粒度为2μm TeO₂微粉、7%有机载体；其中所述有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分：7%乙基纤维素树脂、5%松香树脂，88%有机溶剂（50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物），所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为70%～75%，所述TeO₂微粉纯度大于99.9%。

所述实施例3的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤：

（1）有机载体的制备：将7g乙基纤维素树脂，5g松香树脂，加入到88ml有机溶剂（50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物）中，在100℃下搅拌2小时，溶解后得均匀透明的有机载体。

（2）玻璃粉的选择：选择玻璃转变温度在360～380℃的商业化含铅玻璃粉，所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为70%～75%。

（3）银浆的混合：将870g平均粒度为3μm的银粉，70g步骤（1）所得有机载体，30g步骤（2）所得玻璃粉和30g平均粒度为2μm TeO₂微粉混合搅拌，得均匀混合物。

（4）银浆的分散：将步骤（3）所得混合物放入三辊研磨机内充分研磨5次，用刮板细度剂测量细度小于15μm后，即制得本发明的正面银浆浆料。

对比例：

对比实施例为一种太阳能电池正面银浆，包含以下重量百分数的组分：89%平均粒度为1μm的银粉、3%平均粒度为1.2μm的含铅玻璃粉、8%有机载体；其中所述有机载体包含占有机载体重量百分比的以下组分：10%乙基纤维素树脂、5%松香树脂、2%酚醛树脂，83%有机溶剂（50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物），所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为80%～85%。

所述对比实施例的电池正面银浆的制备方法包括以下步骤：

（1）有机载体的制备：将10g乙基纤维素树脂，5g松香树脂，2g酚醛树脂，加入到83ml有机溶剂（50%松油醇、22%乙二醇单丁醚醋酸酯、28%丙二醇甲醚醋酸酯的混合物）中，在100℃下搅拌2小时，溶解后得均匀透明的有机载体。

（2）玻璃粉的选择：选择玻璃转变温度在360～380℃的商业化含铅玻璃粉，所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为80%～85%。

（3）银浆的混合：将890g平均粒度为1μm的银粉，80g步骤（1）所得有机载体，30g步骤（2）所得玻璃粉混合搅拌，得均匀混合物。

（4）银浆的分散：将步骤（3）所得混合物放入三辊研磨机内充分研磨5次，用刮板细度剂测量细度小于15μm后，即制得对比例传统正面银浆浆料。

性能测试结果及评价：

将实施例1-3和对比例所得的银浆正面电极浆料，用400目丝网印刷于厚度为175μm～185μm的125*125单晶硅片上，单晶硅片表面的方阻均大于80欧姆/方，经烘干、烧结后制成测试材料。对比例中的银浆还在125*125，单晶硅片表面的方阻均为60～65欧姆/方的单晶硅片上进行了对比实验。

所采用的测试方法及所得测试结果均来自上海交通大学太阳能研究所。

实施例1-3及对比例的银浆浆料各项测试结果见表1-2。

表1为银浆浆料各项电性能均值

其中，Model:样品；Voc：开路电压；Isc：短路电流；Vmax:最佳工作电压；Imax：最佳工作电流；Pmax：最大功率；Eff：转换效率；FF：填充因子；Rs：串联电阻；Rsh：并联电阻；Irev：反向漏电；EnuTemp：环境温度；Sun：太阳光强。

表2为电池片拉力平均值

样品	拉力平均值(N)
		1	3.2
2	3.5
		3	3.8
对比实施例	3.2

从表1的测试结果可以看出，本发明通过使用TeO₂微粉作为无机添加剂，并通过控制TeO₂微粉的含量和粒度，在保证了硅片表面SiN减反层腐蚀，促进了银铅合金形成的同时，减缓了铅对硅片的腐蚀，使得所得银浆浆料能够在高方阻的硅基电池上应用，并且各项电性能均达到较高的水平，特别是电池的光电转换效率（Eff）值，达到了18.24%，从而有效地提高了太阳能电池转化效率。而通过对比例可以看到，传统高铅银浆虽然可以在低方阻（小于70欧姆/方）的硅基太阳能电池上适用，但是效率显然不如高方阻的硅基电池高。而高铅银浆显然在高方阻的硅基太阳能电池片上无法形成良好的欧姆接触，因此不能适用。

从表2可以看出，本发明在提高硅基太阳能电池的效率的同时，并没有使焊接拉力下降，有效地避免了碲酸盐玻璃焊接拉力低的缺陷，其平均值可达3.8N，良好的焊接拉力保证了硅基太阳能电池的长久使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限与此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池正面银浆，其特征在于，包含以下重量百分数的组分：银粉80%～90%、含铅玻璃粉0.5%～5%、无机添加剂0.05%～3%、有机载体5%～15%，所述含铅玻璃粉中铅的质量百分含量为30%～90%，所述无机添加剂包含TeO₂微粉，所述有机载体包括树脂和有机溶剂。

2.如权利要求1所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述无机添加剂的重量百分数为0.1%～1.5%，含铅玻璃粉的重量百分数为1%～4%。

3.如权利要求1所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述TeO₂微粉的纯度大于99.9%。

4.如权利要求1或2所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述TeO₂微粉的平均粒度在0.1μm～10μm。

5.如权利要求4所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述TeO₂微粉的平均粒度在0.3μm～3μm。

6.如权利要求1或2所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述银粉的纯度为99.0%～99.999%，所述银粉为平均粒度在0.5μm～10μm的球状或鳞片状体。

7.如权利要求1或2所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述无机添加剂还包含SeO₂微粉。

8.如权利要求1或2所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述有机载体还包括增塑剂和/或表面活性剂。

9.如权利要求1或2所述的太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述树脂选自乙基纤维素树脂、松香树脂、酚醛树脂中的一种或几种；所述有机溶剂选自松油醇、松节油、丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、乙二醇单丁醚醋酸酯、石油醚、醚类溶剂中的一种或几种。

10.一种如权利要求1所述的太阳能电池正面银浆的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）有机载体的制备：将重量百分数为10%～20%的树脂加入到80%～90%的有机溶剂中，在80～150℃下搅拌1～2小时，溶解后得均匀透明的有机载体。

（2）银浆的混合：将重量百分数为80%～90%的银粉、5%～15%步骤（1）所得有机载体、0.5%～5%的含铅玻璃粉混合搅拌均匀后，加入重量百分数为0.05%～3%无机添加剂搅拌，得均匀的混合银浆。

（3）银浆的分散：将步骤（2）制得的混合银浆放入三辊研磨机内充分研磨2～5次，直至浆料细度小于15μm，从而得到银浆浆料。