CN102157219A - 晶体硅太阳能电池正面电极银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，其组成及重量百分含量为：75%～90%的Ag粉，2%～10%的玻璃粉，5%～20%的有机载体，所述的玻璃粉的组成及重量百分含量为30%～75%的PbO，7%~30%的SiO₂，2%～30%的Bi₂O₃，1%～5%的Al₂O₃，1%～5%的V₂O₅，1%～10%的ZnO，1%～5%的Ag₂O，1%～8%的MgO。本发明采用微米级银粉调制银浆料，调制的银浆料流变性及触变性好，单片耗银浆料少，提高了正极栅线的致密性，从而提高了其导电性；采用低熔浸蚀性的玻璃粉，能有效适度地侵蚀减反射膜，从而降低晶硅太阳能电池的接触电阻，提高转换效率。

Description

晶体硅太阳能电池正面电极银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能光伏电池正面电极银浆及其制备方法，属于高性能太阳能电子浆料制备技术领域。

背景技术

能源和环境是目前人类社会面临的两大基本问题。地球上大部分能源直接或间接来源于太阳能，太阳能可视为取之不尽、用之不竭的清洁能源。当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。

中国对太阳能电池的研究起步于1958年，一直到2002年，产量只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。

晶体硅太阳能电池成本主要集中在硅片和浆料，浆料成本占太阳能电池成本的9%。我国2009年消耗太阳能电池正面浆料约350吨左右，且全部依赖进口。由于太阳能电池正面浆料技术难度大、投入高，入行门槛较高，到目前为止，我国市场太阳能正面电极银浆料主要为杜邦、福禄和贺利氏等三大公司所垄断。

晶体硅太阳能电池正面浆料，目前普遍采用纳米银粉作为导电相，纳米银粉具有易烧结的优点，但是纳米银粉的烧结膜结构疏松，存在大量孔隙，影响了栅线的导电性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，降低晶体硅太阳能电池的接触电阻，克服现有技术导电相烧结膜结构疏松的不足。

本发明的另一目的是提供上述高导电银浆的制备方法。

本发明的实现过程如下：

晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，其组成及重量百分含量为：75%～90%的Ag粉，2%～10%的玻璃粉，5%～20%的有机载体，所述的玻璃粉的组成及重量百分含量为30%～75%的PbO，7%~30%的SiO₂，2%～30%的Bi₂O₃，1%～5%的Al₂O₃，1%～5% 的V₂O₅， 1%～10%的ZnO，1%～5%的Ag₂O，1%～8%的MgO。

上述晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，其组成及重量百分含量最好为：80%～90%的Ag粉，2%～8%的玻璃粉，5%～18%的有机载体，所述玻璃粉的组成及重量百分含量为30%～60%的PbO，5%~20%的SiO₂，2%～20%的Bi₂O₃，1%～5%的Al₂O₃，1%～5% 的V₂O₅，1%～8%的ZnO，1%～5%的Ag₂O，1%～8%的MgO。

所述的玻璃粉为低熔玻璃粉，软化点300～500℃；最好还含有1%～10%的TiO₂，1%～3%的CaO，1%～3%的Na₂O，1%～5%的P₂O₅。

所述的有机载体包括粘结剂、有机溶剂和添加剂，其中粘结剂选自乙基纤维素、环氧树脂；有机溶剂选自松油醇、柠檬酸三丁酯、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、三乙醇胺、卵磷脂；添加剂选自改性聚酰胺蜡、改性氢化蓖麻油、气相二氧化硅、二乙二醇丁醚醋酸酯；粘结剂在有机载体中的重量百分含量为2%～10%，有机溶剂占80%～90%，添加剂占2%～10%。

Ag粉粒径范围为D50 1.3、D90 2.3 μm，振实密度>3.0 g/cm³。

上述晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆的制备方法，包括如下步骤：

（1）将PbO、 SiO₂、Bi₂O₃、Al₂O₃、V₂O₅、ZnO、Ag₂O和MgO充分混匀，若还含有TiO₂、CaO、Na₂O和P₂O₅，也一并混匀；混合氧化物在1000～1300℃熔炼30～60min，将熔融的玻璃倾入水中淬火，将淬火后的玻璃块粉碎至100目左右；

（2）将上述得到的粗玻璃粉研磨至D50 2μm，D90不超过10μm；

（3）将有机载体中的有机溶剂混匀，在70～130℃下，加入粘结剂和添加剂，搅拌均匀；

（4）将Ag粉、玻璃粉和有机载体混合，研磨至细度小于10μm，粘度达到180-220Pa·s。

粗玻璃粉研磨工艺最好在有机溶剂中进行，所述的有机溶剂选自松油醇、柠檬酸三丁酯、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯。相比在水中球磨玻璃粉的方法，在有机溶剂中球磨玻璃粉，球磨后得到的玻璃粉液可直接用于浆料，且具有优越的分散性，简化了玻璃粉的制作工艺。

由于传统的太阳能电池正面浆料大多采用纳米银粉作为导电相，存在烧结膜疏松、空隙率高等缺陷，影响了栅线导电性，从而影响转换率。高振实密度银粉(振实密度>3.0 g/cm³)烧结后结构致密、孔隙率低，提高了栅线导电性。由于栅线导电效率的提高，降低了浆料的使用量，但存在难烧结、烧结温度高等缺点。本发明采用低熔玻璃粉（软化点300～500℃，具有膨胀系数小，封接温度下粘度小等特点），通过玻璃的助烧作用使采用高振实密度银粉的浆料具有宽的烧结温度范围，满足适用性要求。同时低熔玻璃能有效适度的侵蚀减反射膜，促进银硅接触层的形成，降低接触电阻，提高电池效率。

本发明的优点与积极效果：（1）采用本发明浆料制得晶体硅太阳能电池的转换率达到17.5%～18.0%（125×125单晶体硅电池）；（2）单耗低，以125×125电池片为例，采用本发明浆料制作晶体硅太阳能电池的单耗仅为0.10g/pcs，而采用进口商业化浆料的单耗为0.12-0.15g/pcs；（3）本发明采用微米级银粉（0.5-2 μm）调制银浆料，调制的银浆料流变性及触变性好，单片耗银浆料少，提高了正极栅线的致密性，从而提高了其导电性；（4）采用低熔浸蚀性的玻璃粉，能有效适度地侵蚀减反射膜，从而降低晶体硅太阳能电池的接触电阻，提高转换效率。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。

本发明所用氧化物均为化学纯。

实施例1

一种晶体硅太阳能光伏电池前电极银浆料，其组成及重量百分含量为：80%的Ag粉，3.5%的玻璃粉，16.5%的有机载体。

上述银粉振实密度3.6g/cm³，平均粒径2.0μm，Ag粉粒径范围为D50 1.3、D90 2.3 μm；

玻璃粉组成及重量百分含量为50%的PbO，30%的SiO₂，10%的Bi₂O₃，1%的Al₂O₃，2.5% 的V₂O₅，5%的ZnO，1%氧化银、0.5%氧化镁。所述玻璃粉软化点450℃，粉末平均粒径1.5μm，D90不超过10μm；

有机载体中粘结剂为乙基纤维素（5%）；有机溶剂选自松油醇（40%）、柠檬酸三丁酯（10%）、丁基卡必醇醋酸酯（20%）、邻苯二甲酸二丁酯（15%）；添加剂选自改性聚酰胺蜡（5%）、改性氢化蓖麻油（3%）、二乙二醇丁醚醋酸酯（2%）。

上述晶体硅太阳能光伏电池前电极银浆料制备方法，包括以下工艺步骤：

1、玻璃粉的制备

按比例将上述组成的氧化物混匀，在1200℃熔炼1h，水淬并球磨至平均粒径D50 1.5μm左右，D90小于10μm，物料经过滤后烘干备用；

2、有机载体的制备

按比例称取粘结剂，加至混匀的有机溶剂中，加热120℃搅拌溶解后，加入添加剂，持续加热搅拌溶解，待溶解后保持1h，冷却备用；

3、浆料的制备

称取上述银粉80g、玻璃粉3.5g、有机载体16.5g，机械搅拌均匀，过三辊机，至浆料细度小于10μm，此时浆料粘度约为200Pa·s。

实施例2

一种晶体硅太阳能光伏电池前电极银浆料，其组成及重量百分含量为：85%的Ag粉，5.5%的玻璃粉，9.5%的有机载体。

上述银粉振实密度4.0g/cm³，平均粒径2.0μm，Ag粉粒径范围为D50 1.3、D90 2.3 μm；

玻璃粉组成及重量百分含量为59%的PbO，19%的SiO₂，5%的Bi₂O₃，3%的Al₂O₃， 5% 的V₂O₅，3%的ZnO，3%氧化银、3%氧化镁；所述玻璃粉软化点450℃，粉末平均粒径1.5μm，D90不超过10μm；

有机载体中粘结剂为乙基纤维素（5%）、环氧树脂（2.5%）；有机溶剂选自松油醇（60%）、丁基卡必醇醋酸酯（10%）、邻苯二甲酸二丁酯（15%）；添加剂选自改性聚酰胺蜡（3.5%）、改性氢化蓖麻油（4%）。

上述晶体硅太阳能光伏电池前电极银浆料制备方法与实施例1类似。

实施例3

一种晶体硅太阳能光伏电池前电极银浆料，其组成及重量百分含量为：87%的Ag粉，3.5%的玻璃粉，9.5%的有机载体。

上述银粉振实密度4.3g/cm³，平均粒径2.0μm，Ag粉粒径范围为D50 1.3、D90 2.3 μm；

玻璃粉组成及重量百分含量为45%的PbO，20%的SiO₂，5%的Bi₂O₃，3%的Al₂O₃， 5% 的V₂O₅，7%的ZnO，5%氧化银、3.5%氧化镁、2%的TiO₂，1% CaO，1%Na₂O，2.5% P₂O₅；所述玻璃粉软化点440℃，粉末平均粒径1.5μm，D90不超过10μm；

有机载体中粘结剂为乙基纤维素（5%）；有机溶剂选自松油醇（40%）、柠檬酸三丁酯（10%）、三乙醇胺（20%）、卵磷脂（15%）；添加剂选自改性聚酰胺蜡（8%）、气相二氧化硅（2%）。

上述晶体硅太阳能光伏电池前电极银浆料制备方法与实施例1类似。

实施例4

一种晶体硅太阳能光伏电池前电极银浆料，其组成及重量百分含量为：80%的Ag粉，5.5%的玻璃粉，14.5%的有机载体。

上述银粉振实密度4.6g/cm³，平均粒径2.0μm，Ag粉粒径范围为D50 1.3、D90 2.3 μm；

玻璃粉组成及重量百分含量为40%的PbO，20%的SiO₂，7%的Bi₂O₃，5%的Al₂O₃， 3% 的V₂O₅，5%的ZnO，3%的氧化银、3.5%的氧化镁、9%的TiO₂、1%的 CaO，1%的Na₂O，2.5%的P₂O₅；所述玻璃粉软化点450℃，粉末平均粒径1.5μm，D90不超过10μm；

有机载体中粘结剂为乙基纤维素（5%）；有机溶剂选自松油醇（50%）、柠檬酸三丁酯（35%）；添加剂选自改性氢化蓖麻油（8%），二乙二醇丁醚醋酸酯（2%）。

上述晶体硅太阳能光伏电池前电极银浆料制备方法与实施例1类似。

实施例5

与实施例1的配方相同，不同的是粗玻璃粉研磨工艺在有机溶剂中进行，所述的有机溶剂体积比为1：1的松油醇和柠檬酸三丁酯。

实施例6

实施例1至5制备得到的晶体硅太阳能光伏电池前电极银浆料印刷电池片后的电性能参数如表1所示（编号对应于实施例1至5）。

表1.  浆料样品制作电池后的电性能参数

Claims (8)

1.晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，其组成及重量百分含量为：75%～90%的Ag粉，2%～10%的玻璃粉，5%～20%的有机载体，所述的玻璃粉的组成及重量百分含量为30%～75%的PbO，7%~30%的SiO₂，2%～30%的Bi₂O₃，1%～5%的Al₂O₃，1%～5% 的V₂O₅， 1%～10%的ZnO，1%～5%的Ag₂O，1%～8%的MgO。

2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，其组成及重量百分含量为：80%～90%的Ag粉，2%～8%的玻璃粉，5%～18%的有机载体，所述玻璃粉的组成及重量百分含量为30%～60%的PbO，5%~20%的SiO₂，2%～20%的Bi₂O₃，1%～5%的Al₂O₃，1%～5% 的V₂O₅，1%～8%的ZnO，1%～5%的Ag₂O，1%～8%的MgO。

3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，所述的玻璃粉还含有1%～10%的TiO₂，1%～3%的CaO，1%～3%的Na₂O，1%～5%的P₂O₅。

4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，其特征在于：所述的玻璃粉为低熔玻璃粉，软化点300～500℃。

5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，所述的有机载体包括粘结剂、有机溶剂和添加剂，其特征在于：粘结剂选自乙基纤维素、环氧树脂；有机溶剂选自松油醇、柠檬酸三丁酯、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、三乙醇胺、卵磷脂；添加剂选自改性聚酰胺蜡、改性氢化蓖麻油、气相二氧化硅、二乙二醇丁醚醋酸酯；其中，粘结剂在有机载体中的重量百分含量为2%～10%，有机溶剂占80%～90%，添加剂占2%～10%。

6.根据权利要求1至5任意之一所述的晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆，其特征在于：Ag粉粒径范围为D50 1.3、D90 2.3 μm，振实密度>3.0 g/cm³。

7.权利要求1至5任意之一所述晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆的制备方法，包括如下步骤：

（1）将PbO、 SiO₂、Bi₂O₃、Al₂O₃、V₂O₅、ZnO、Ag₂O和MgO充分混匀，还可选择加入TiO₂、CaO、Na₂O和P₂O₅，一并混匀；混合氧化物在1000～1300℃熔炼30～60min，将熔融的玻璃倾入水中淬火，将淬火后的玻璃块粉碎至100目左右； 

（2）将上述得到的粗玻璃粉研磨至D50 2μm，D90不超过10μm；

（3）将有机载体中的有机溶剂混匀，在70～130℃下，依次加入粘结剂和添加剂溶解，搅拌均匀；

（4）将Ag粉、玻璃粉和有机载体混合，研磨至细度小于10μm，粘度达到180-220Pa·s。

8.根据权利要求7所述的晶体硅太阳能电池正面电极高导电银浆的制备方法，其特征在于：粗玻璃粉研磨工艺在有机溶剂中进行，所述的有机溶剂选自松油醇、柠檬酸三丁酯、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯。