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CN114822910A - 导电银铝浆、制备方法、电极及电池 - Google Patents

导电银铝浆、制备方法、电极及电池 Download PDF

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CN114822910A CN202210552555.1A CN202210552555A CN114822910A CN 114822910 A CN114822910 A CN 114822910A CN 202210552555 A CN202210552555 A CN 202210552555A CN 114822910 A CN114822910 A CN 114822910A
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Abstract

本发明公开了一种导电银铝浆、制备方法、电极及电池，导电银铝浆包含银粉、铝粉、硅粉、第一类玻璃粉、第二类玻璃粉以及有机载体，以所述导电银铝浆总重量为100％计，各组分的重量百分含量为：银粉80.0％～90.0％；铝粉0.3％～2.5％；硅粉0.0％～1.5％；第一类玻璃粉1.0％～6.0％；第二类玻璃粉0.5％～4.0％；有机载体7.0％～15.0％；所述第一类玻璃粉为Pb‑Zn‑B‑O‑M系玻璃粉，所述第二类玻璃粉为Ba‑B‑O‑M系玻璃粉，其中M为碱金属元素中的至少一种；所述有机载体为含有有机树脂和/或纤维素的载体，所述有机载体中有机树脂和/或纤维素的含量不超过有机载体总质量的10.0％。本发明通过引入两种不同类型的玻璃粉，降低了金属栅线与PN结间的接触电阻，实现了高性能的N型Topcon单晶硅电池用银铝浆和高效率的N型硅太阳能电池的电极金属化。

Description

导电银铝浆、制备方法、电极及电池
技术领域
本发明属于硅太阳能电池领域，尤其涉及一种导电银铝浆、制备方法、电极及电池。
背景技术
随着全球传统化石能源日益消耗，化石能源面临百年内终将枯竭耗尽的危机，油价的不断攀升，也造成了人们的生活成本的日益提高，与此同时使用过多的化石能源带来的环境污染问题也越来越突出，世界各国对新能源的开发研究达到了空前的高度，这促使了近十年来太阳能发电技术的快速发展。
短短数年，P型硅太阳能发电技术经历了从多晶硅电池到单晶硅电池，到perc单晶电池，再到今天主流的Se-perc单晶电池的快速发展，不断追求着电池光电转换效率的提升。但是由于P型硅具有少子寿命低，光致衰增大的问题，这严重限制和制约了P型硅电池光电转换效率的进一步提升。N型硅与P型硅相比，具有多子寿命高，光致衰减小的优点，但由于技术和工艺限制，其发展一直处于较P型硅缓慢的状态。
近年来随着电池新技术的突破和新工艺的发展，N型硅电池取得技术重大突破，特别是N型晶硅Topcon电池的出现，使得N型硅电池转换效率高的优势逐渐显现。同时，N型硅电池还具有弱光响应好和温度系数低的优点，这使得N型硅电池不仅具有高发电量的优势，还具有较好的稳定性。因此在未来数年内，N型Topcon单晶硅电池终将取代今天主流的P型Se-perc单晶电池，成为新的电池主流。
为了匹配N型Topcon单晶硅电池，银铝浆作为硅基太阳能电池制造方面的电极材料，对其也提出了更高的要求。因此，开发高效率，低接触电阻的电极金属化银铝浆具有非常重要的技术意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电银铝浆、制备方法、电极及电池，通过引入两种不同类型的玻璃粉，有效匹配了N型Topcon单晶硅电池的烧结工艺，降低了金属栅线与PN结间的接触电阻，同时很好的控制了减反射膜的腐蚀强度，实现了高性能的N型Topcon单晶硅电池用银铝浆和高效率的N型硅太阳能电池的电极金属化。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明提供了一种导电银铝浆，包含银粉、铝粉、硅粉、第一类玻璃粉、第二类玻璃粉以及有机载体，以所述导电银铝浆总重量为100％计，各组分的重量百分含量为：
Figure BDA0003655476490000021
所述第一类玻璃粉为Pb-Zn-B-O-M系玻璃粉，所述第二类玻璃粉为Ba-B-O-M系玻璃粉，其中M为碱金属元素中的至少一种；所述有机载体为含有有机树脂和/或纤维素的载体，所述有机载体中有机树脂和/或纤维素的含量不超过有机载体总质量的10.0％。
进一步的，在第一类玻璃粉中，以所述第一类玻璃粉包含各组分的总摩尔数为100％计，各组分对应的摩尔百分比如下：
Figure BDA0003655476490000022
进一步的，在第二类玻璃粉中，以所述第二类玻璃粉包含各组分的总摩尔数为100％计，各组分对应的摩尔百分比如下：
Figure BDA0003655476490000023
进一步的，所述第一类改性元素添加物为含有Al、Tl、Ca、Mg、Si、Bi、Ge及Te中的一种或多种混合元素的氧化物，或在制成所述第一类玻璃粉过程中分解得到该元素氧化物的复合物。
进一步的，所述第二类改性元素添加物为含有Al、Tl、Ca、Mg、Si、Bi、Ge、Te、Pb及Zn中的一种或多种混合元素的氧化物，或在制成所述第二类玻璃粉过程中分解得到该元素氧化物的复合物。
进一步的，所述碱金属元素物质为含有Li、Na、K及Rb中的一种或多种混合元素的氧化物或卤化物，或在制成玻璃粉的过程中分解得到该碱金属元素氧化物的复合物。
进一步的，所述有机载体还包含有机溶剂、增稠剂及消泡剂，以所述有机载体总重量为100％计，各组分含量如下：
Figure BDA0003655476490000031
本发明还提供了一种制备上述导电银铝浆的方法，包括以下步骤过程：
步骤(1)制备第一类玻璃粉、第二类玻璃粉及有机载体：将第一类玻璃粉所用的原料按设定配比进行称量，混合，然后经过加热、熔融反应、冷却及干燥后，进行研磨以形成第一类玻璃粉；将第二类玻璃粉所用的原料按设定配比进行称量，混合，然后经过加热、熔融反应、冷却及干燥后，进行研磨，以形成第二玻璃粉；将有机载体的原料按设定配比进行称量，搅拌混合、高速离心分散均匀得到所述有机载体；
步骤(2)制备导电银铝浆：将银粉、铝粉、硅粉、制备好的第一类玻璃粉及制备好的第二类玻璃粉按质量配比分别加入至制备好的有机载体中，混合搅拌均匀，再经过扎浆、过滤及调浆后得到导电银铝浆。
本发明还提供了一种电极，该电极包含上述的导电银铝浆。
本发明还提供了一种含有导电银铝浆的电池，该电池包含上述的电极。
综上所述，本发明的银铝浆使用了两种不同类型的玻璃粉，第一类玻璃粉，具有较强的腐蚀电池表面绝缘性减反射膜的特点，可以很好的刻蚀减反射膜，对银粉的助烧能力较好，但对铝粉的熔入能力较弱，助烧效果也较弱；第二类玻璃粉，氧化性较弱，对电池表面绝缘性减反射膜刻蚀能力较弱，对银粉的助烧能力较弱，但其对铝粉的熔入能力较强，助烧能力也较强。将二者搭配制成银铝浆后，实现了对银粉和铝粉均有较好的助烧效果，也实现对电池表面绝缘性减反射膜刻蚀能力的有效控制，降低了栅线的体电阻，改善了银栅线与PN结层间的接触电阻，有效降低了玻璃对PN层的破坏，提升了电池的输出电压，实现了银铝浆电池的低接触电阻和高输出电压，提升了电池的光电转换效率。
第一类玻璃粉熔入银的能力较强，第二类玻璃粉熔入银的能力较弱，二者烧结时熔化玻璃液混合过程中，会促使纳米银颗粒的析出，析出的纳米银颗粒可以进一步降低接触电阻；第二类玻璃粉可以较好的熔入铝，可以防止形成较多的铝硅合金，从而进一步提高电池的开路电压。
具体实施方式
一种导电银铝浆，其包含银粉、铝粉、硅粉、第一类玻璃粉、第二类玻璃粉以及有机载体，以导电银铝浆总重量为100％计，各组分的重量百分含量为：
Figure BDA0003655476490000041
进一步地，银粉还可以占导电银铝浆总重量的80％、82％、84％、86％、88％、90％等；铝粉还可以占导电银铝浆总重量的0.3％、0.6％、0.9％、1.2％、1.5％、1.8％、2.1％、2.5％等；硅粉还可以占导电银铝浆总重量的0％、0.3％、0.6％、0.9％、1.2％、1.5％等；第一类玻璃粉还可以占导电银铝浆总重量的1％、2％、3％、4％、5％、6％等；第二类玻璃粉还可以占导电银铝浆总重量的0.5％、1％、1.5％、2.2％、3％、3.5％、4％等；有机载体还可以占导电银铝浆总重量的7％、9％、10％、11％、12％、13％、15％等。
其中，银粉和铝粉均可以为球形，但并不以此为限；银粉、铝粉、硅粉、第一类玻璃粉及第二类玻璃粉均为固体粉体，其粒径为0.5～10微米；第一类玻璃粉为Pb-Zn-B-O-M系玻璃粉，第二类玻璃粉为Ba-B-O-M系玻璃粉，其中M为碱金属元素中的至少一种；有机载体为含有有机树脂和/或纤维素的有机载体，有机载体中有机树脂和/或纤维素的含量不超过有机载体总质量的10.0％。其中，有机载体中有机树脂和/或纤维素的含量不超过有机载体总质量的10.0％，具体指的是在仅含有有机树脂时，有机树脂的含量不超过有机载体总质量的10.0％，或仅含有纤维素时，纤维素的含量不超过有机载体总质量的10.0％，或同时含有有机树脂和纤维素时，有机树脂和纤维素的总含量不超过有机载体总质量的10.0％。
进一步的，上述的导电银铝浆中，第一类玻璃粉包含第一类改性元素添加物，以第一类玻璃粉包含各组分的总摩尔数为100％计，各组分对应的摩尔百分比如下：
Figure BDA0003655476490000042
Figure BDA0003655476490000051
其中，第一类改性元素添加物为含有Al、Tl、Ca、Mg、Si、Bi、Ge及Te中的一种或多种混合元素的氧化物，或在制成第一类玻璃粉过程中分解得到该元素氧化物的复合物。
同样地，第一类玻璃粉中PbO、ZnO、B2O3等成分可以为直接加入的氧化物，也可以为在制作第一类玻璃粉过程中分解得到上述成分的复合物。
同样地，第二类玻璃粉包含第二类改性元素添加物，以第二类玻璃粉包含各组分的总摩尔数为100％计，各组分对应的摩尔百分比如下：
Figure BDA0003655476490000052
其中，第二类改性元素添加物为含有Al、Tl、Ca、Mg、Si、Bi、Ge、Te、Pb及Zn中的一种或多种混合元素的氧化物，或在制成第二类玻璃粉过程中分解得到该元素氧化物的复合物。
同样地，第二类玻璃粉中BaO、B2O等成分可以为直接加入的氧化物，也可以为在制作第一类玻璃粉过程中分解得到上述成分的复合物。
上述的碱金属元素物质为含有Li、Na、K及Rb中的一种或多种混合元素的氧化物或卤化物，或在制成玻璃粉的过程中分解得到该碱金属元素氧化物的复合物。优选地，其为Li和Na中的一种或多种混合元素的氧化物或卤化物，或在制成玻璃粉的过程中分解得到该碱金属元素氧化物的复合物。
上述的有机载体还包含有机溶剂、增稠剂及消泡剂，以有机载体总重量为100％计，各组分含量如下：
Figure BDA0003655476490000053
其中，有机溶剂可以选择松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、甘油中的一种或几种，有机树脂可以选择间苯二甲酸醇酸树脂、丙烯酸树脂、石油树脂及松香树脂等中的一种或多种，纤维素可以选择乙基纤维素及甲基纤维素等中的一种或多种。
本发明还提供了一种制备上述导电银铝浆的方法，包括以下步骤过程：
S1：制备第一类玻璃粉、第二类玻璃粉及有机载体：将第一类玻璃粉所用的原料按设定的配比进行称量，然后混合均匀，加入坩埚中，再将坩埚至于马弗炉中，在750℃-1100℃保温20-60min，待原料完全熔融反应取出，将玻璃液倒入低温对辊机或低温冰槽将高温玻璃液冷却后，在室温下使用高速气流冷风干燥得到玻璃颗粒，再将干燥的玻璃颗粒加入盘磨机在50-200微米的盘间隙下碾碎为初级玻璃粉，最后将初级玻璃粉经过气流粉碎机在6-12Mpa的压力下粉碎成颗粒大小在0.5～10微米之间的第一类玻璃粉备用；按照上述制备第一类玻璃粉的方法，将第二类玻璃粉所用的原料按设定配比进行称量，混合，然后经过加热、熔融反应、冷却及干燥后，进行研磨，以形成第二玻璃粉；将有机载体的原料按设定配比进行称量，搅拌混合、高速离心分散均匀得到所述有机载体。
S2：制备导电银铝浆：将银粉、铝粉、硅粉、制备好的第一类玻璃、制备好的第二类玻璃粉粉备按质量配比分别加入制备好的有机载体中，再将其经过混合搅拌均匀，再使用三辊碾磨机扎浆后经过过滤的粗浆，测试粗浆粘度，再经过调浆，得到所述银铝浆。
在本实施例中，通过在银铝浆内使用两种不同类型的玻璃粉，第一类玻璃粉为Pb-Zn-B-O-M系玻璃粉，其具有较强的腐蚀电池表面绝缘性减反射膜的特点，可以很好的刻蚀减反射膜，对银粉的助烧能力较好，但对铝粉的熔入能力较弱，助烧效果也较弱；第二类玻璃粉为Ba-B-O-M系玻璃粉，其氧化性较弱，对电池表面绝缘性减反射膜刻蚀能力较弱，对银粉的助烧能力较弱，但其对铝粉的熔入能力较强，助烧能力也较强。将二者搭配制成银铝浆后，既能够对银粉和铝粉均有较好的助烧效果，也能够对电池表面绝缘性减反射膜刻蚀能力进行有效控制，降低了栅线的体电阻，改善了银栅线与PN结层间的接触电阻，有效降低了玻璃对PN层的破坏，提升了电池的输出电压，实现了银铝浆电池的低接触电阻和高输出电压，提升了电池的光电转换效率。
进一步地，由于第一类玻璃粉熔入银的能力较强，而第二类玻璃粉熔入银的能力较弱，二者烧结时熔化玻璃液混合过程中，会促使纳米银颗粒的析出，析出的纳米银颗粒可以进一步降低接触电阻；第二类玻璃粉可以较好的熔入铝，可以防止形成较多的铝硅合金，从而进一步提高电池的开路电压。
本发明还提供了一种电极，该电极为包含上述的导电银铝浆的电极。关于该电极的其它技术特征，请参见现有技术，在此不再赘述。
本发明还提供了一种电池，包含上述电极，关于该电池的其它技术特征，请参见现有技术，在此不再赘述。
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
下面结合具体实施例进行说明：
实施例GA01-GA06：
第一类玻璃粉的制备：将第一类玻璃粉使用原料按设定配方分别进行计算和称量，添加的碱金属氧化物为该氧化物对应配比的碳酸盐，碳酸盐的性质更加稳定，不易氧化变质，然后将各原料混合均匀，加入坩埚中，再将坩埚至于马弗炉中，在750℃-1100℃保温20-60min，待原料完全熔融反应后取出，将玻璃液倒入低温对辊机或低温冰槽将高温玻璃液冷却后在室温下使用高速气流冷风干燥得到玻璃颗粒，再将干燥的玻璃颗粒加入盘磨机在50-200微米的盘间隙下碾碎为初级玻璃粉，最后将初级玻璃粉经过气流粉碎机在6-12Mpa的压力下粉碎成颗粒大小在0.5～10微米之间的第一类玻璃粉GA01-GA06备用，各第一类玻璃粉具体组成比例如表1所示。
表1第一类玻璃粉摩尔组分表(at％)
Figure BDA0003655476490000071
Figure BDA0003655476490000081
实施例GB01-GB06：
第二类玻璃粉的制备：将第二类玻璃粉使用原料按设定配方分别进行计算和称量，添加的碱金属氧化物为该氧化物对应配比的碳酸盐，BaO为对应配比的BaCO3，然后将原料混合均匀，加入坩埚中，再将坩埚至于马弗炉中，在750℃-1100℃保温20-60min，待原料完全熔融反应后取出，将玻璃液倒入低温对辊机或低温冰槽冷却，再在室温下使用高速气流冷风干燥得到玻璃颗粒，再将干燥的玻璃颗粒加入盘磨机在50-200微米的盘间隙下碾碎为初级玻璃粉，最后将初级玻璃粉经过气流粉碎机在6-12Mpa的压力下粉碎成颗粒大小在0.5～10微米之间第二类玻璃粉GB01-GB06备用，各第二类玻璃粉具体组成比例如表2所示。
表2第二类玻璃粉摩尔组分表(at％)
Figure BDA0003655476490000082
Figure BDA0003655476490000091
实施例OC01-OC06：
有机载体的制备：将准备好的有机载体原料，按设定配方比例进行称量、搅拌混合、高速离心分散均匀得到有机载体OC01-OC06备用，各有机载体组成比例如表3所示。
表3有机载体重量组分表(wt％)
名称 OC01 OC02 OC03 OC04 OC05 OC06
有机溶剂 60.0 75.0 80.0 65.2 80.0 75.0
有机树脂 2.5 1.0 9.8 3.0
纤维素 2.5 4.5 3.0
增稠剂 20.0 15.0 10.0 5.0 15.0 7.5
消泡剂 15.0 10.0 9.0 20.0 0.5 11.5
合计 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
实施例PI01-PI12：
导电银铝浆的制备：从编号为Ag01的银粉、编号为Al01的铝粉、编号为Si01的硅粉、制备好的第一类玻璃粉GA01-GA06、制备好的第二类玻璃粉GB01-GB06和制备好的有机载体OC01-OC06中，选出适当编号的各类物质，按银粉、铝粉、硅粉、制备好的第一类玻璃粉、制备好的第二类玻璃粉的质量配比分别加入到制备好的有机载体中，将其混合搅拌均匀，再使用三辊碾磨机扎浆后经过过滤得到粗浆，再经过调浆后得到导电银铝浆PI01-PI12，银铝浆具体组成如表4所示。
表4银铝浆重量组成表(wt％)
Figure BDA0003655476490000092
Figure BDA0003655476490000101
测试例：
将上述实施例PI01-PI12所制备的银铝浆，在常规N型双面电池和N型Topcon电池片上过丝网印刷到电池表面，再经过烘干、烧结冷却，得到包含印刷银栅线电极的电池，对所得电池进行电性能测试。为了方便观察本发明银铝浆的电性能特征，特选取贺利氏的N型银铝浆S0L9400和韩国LG的N型银铝浆JLZ03在相同条件下印刷烧结和测试电性能于本发明银铝浆进行对比，电性能测试结果见表5。
表5银铝浆电性能测试表
Figure BDA0003655476490000111
由表5可知，对比本发明的实施例PI01-PI12和贺利氏的S0L9400和韩国LG的JLZ03型号N型银铝浆发现，无论在N型单晶电池上还是在N型Topcon电池上，本发明银铝浆开路电压提升较为明显，串联电阻也较低，效率优势较大，其中PI06优势最为突出，光电转换效率高出对比较多，这说明本发明提供的银铝浆接触效果好，开路电压高，光电转换效率高。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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。因此，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种导电银铝浆，其特征在于，包含银粉、铝粉、硅粉、第一类玻璃粉、第二类玻璃粉以及有机载体，以所述导电银铝浆总重量为100％计，各组分的重量百分含量为：
Figure FDA0003655476480000011
所述第一类玻璃粉为Pb-Zn-B-O-M系玻璃粉，所述第二类玻璃粉为Ba-B-O-M系玻璃粉，其中M为碱金属元素中的至少一种；所述有机载体为含有有机树脂和/或纤维素的载体，所述有机载体中有机树脂和/或纤维素的含量不超过有机载体总质量的10.0％。
2.如权利要求1所述的导电银铝浆，其特征在于，在第一类玻璃粉中，以所述第一类玻璃粉包含各组分的总摩尔数为100％计，各组分对应的摩尔百分比如下：
Figure FDA0003655476480000012
3.如权利要求1所述的导电银铝浆，其特征在于，在第二类玻璃粉中，以所述第二类玻璃粉包含各组分的总摩尔数为100％计，各组分对应的摩尔百分比如下：
Figure FDA0003655476480000013
4.如权利要求2所述的导电银铝浆，其特征在于，所述第一类改性元素添加物为含有Al、Tl、Ca、Mg、Si、Bi、Ge及Te中的一种或多种混合元素的氧化物，或在制成所述第一类玻璃粉过程中分解得到该元素氧化物的复合物。
5.如权利要求3所述的导电银铝浆，其特征在于，所述第二类改性元素添加物为含有Al、Tl、Ca、Mg、Si、Bi、Ge、Te、Pb及Zn中的一种或多种混合元素的氧化物，或在制成所述第二类玻璃粉过程中分解得到该元素氧化物的复合物。
6.如权利要求1-5所述的导电银铝浆，其特征在于，所述碱金属元素物质为含有Li、Na、K及Rb中的一种或多种混合元素的氧化物或卤化物，或在制成玻璃粉的过程中分解得到该碱金属元素氧化物的复合物。
7.如权利要求1所述的导电银铝浆，其特征在于，所述有机载体还包含有机溶剂、增稠剂及消泡剂，以所述有机载体总重量为100％计，各组分含量如下：
Figure FDA0003655476480000021
8.一种制备上述权利要求1-7任一项所述的导电银铝浆的方法，其特征在于，包括以下步骤过程：
步骤(1)制备第一类玻璃粉、第二类玻璃粉及有机载体：将第一类玻璃粉所用的原料按设定配比进行称量，混合，然后经过加热、熔融反应、冷却及干燥后，进行研磨以形成第一类玻璃粉；将第二类玻璃粉所用的原料按设定配比进行称量，混合，然后经过加热、熔融反应、冷却及干燥后，进行研磨，以形成第二玻璃粉；将有机载体的原料按设定配比进行称量，搅拌混合、高速离心分散均匀得到所述有机载体；
步骤(2)制备导电银铝浆：将银粉、铝粉、硅粉、制备好的第一类玻璃粉及制备好的第二类玻璃粉按质量配比分别加入至制备好的有机载体中，混合搅拌均匀，再经过扎浆、过滤及调浆后得到导电银铝浆。
9.一种电极，其特征在于，包含权利要求1-7任一项所述的导电银铝浆。
10.一种含有导电银铝浆的电池，其特征在于，包含权利要求9所述的电极。
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