CN102222705A - 一种无铅环保银浆料及硅太阳能电池背面电极的形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无铅环保银浆料及硅太阳能电池背面电极的形成方法。所述的无铅环保银浆料包含：65-75重量份的银粉；1-5重量份的玻璃粉，玻璃粉中不含有铅、镉ROSH禁止成分；；20-30重量份的有机载体。所述的硅太阳能电池背面电极的形成方法，使用如上所述的无铅环保银浆料，其特征在于将无铅环保银浆通过印刷方式印刷在基体上，使用快速烧结炉烧结，峰值温度在860-920度，峰值温度烧结时间。本发明产品的优点为：在电极与基材的结合方面以及焊接性方面表现优秀，欧姆接触电阻较低，附则力好，并且不含有目前ROSH禁止的有害元素，无铅环保。

Description

一种无铅环保银浆料及硅太阳能电池背面电极的形成方法
技术领域
本发明涉及硅太阳能电池背面电极用无铅环保材料，特别是涉及具有下述优点的硅太阳能电池背电极用无铅环保银浆料以及使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法：其在电极与基材的结合方面以及焊接性方面表现优秀，欧姆接触电阻较低，附则力好，并且不含有目前ROSH禁止的有害元素，无铅环保。
背景技术
近年来，光伏发电作为一种绿色环保无公害的可再生能源，受到各国普遍重视，其中晶体硅太阳能电池在整个光伏发电中占到超过90％的比例，而中国的产量逐年递增。作为硅太阳能电池电极用的银浆需求量也非常巨大。从2006年7月开始，电子元件用得导电银浆已经按照欧洲ROSH要求实现无铅化，而太阳能电池电极用的银浆目前还未实现无铅化。同时，硅太阳能电池银电极要求非常短的时间烧结还原(一般整个烧结周期90-120秒，峰值烧结时间仅1-3秒)，因此在如此短的烧结还原时间内，如何使银浆与硅基体良好结合，以及具备很好的焊锡焊接性能也是太阳电池用银浆面临的主要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无铅环保银浆料及硅太阳能电池背面电极的形成方法，主要克服现有技术所存在的技术问题；其优点为：在电极与基材的结合方面以及焊接性方面表现优秀，欧姆接触电阻较低，附则力好，并且不含有目前ROSH禁止的有害元素，无铅环保。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种硅太阳能电池背电极用无铅环保银浆料制备方法，其特征在于它包含：
a)：65-75重量份的银粉，银粉为粒径1-2um的球形，近似球形或者片状单分散银粉，其震实密度(tap density)3--5g/cm3；
b)：1-5重量份的玻璃粉，玻璃粉中不含有铅，镉等ROSH禁止成分；
c)：20-30重量份的有机载体；
另外，本发明提供的硅太阳能电池背电极的形成方法，其特征在于：
使用本发明的太阳能电池背电极用无铅环保银浆通过印刷方式印刷在基体上，使用快速烧结炉烧结，峰值温度在860-920度，峰值温度烧结时间2-4秒钟。
使用本发明制作的太阳能电池背电极，其和基片的附则力优异，焊接性好，电极不含ROSH禁止物质。
附图说明
图1是本发明方法中背面银浆和硅片交接截面的SEM照片图。
图2是本发明方法中背面银浆的表面照片图，导电银粉颗粒融合紧密。
具体实施方式
本发明公开了硅太阳能电池背面电极用无铅环保银浆制备方法以及使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法，它包括如下步骤：
步骤A：配制有机载体。有机载体可选用一般在太阳能电池电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分可选用丙烯酸脂树脂，乙基纤维素，硝化纤维素等树脂，优选乙基纤维素；有机载体中溶剂可选用丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，丙二醇甲醚醋酸酯，松油醇，乙二醇苯醚，乙二醇丁醚，乙二醇***，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸羟乙酯，丙二醇甲醚醋酸酯，甲基丙烯酸羟乙酯等溶剂，可以单独使用或者两种、三种混合使用。
步骤B：玻璃粉选用。本发明中玻璃粉选用SiO2·Bi2O3·ZnO·B2O3为主要体系的无铅玻璃粉，软化点在500-700度(优选600度)；通过325目筛网过滤，平均粒度要求1-3um。
步骤C：导电银粉选用。银粉通常选用平均粒径为1-2um的球形，近似球形或者片状单分散银粉，其震实密度(tap density)3--5g/cm3
步骤D：将上述步骤ABC中选用的有机载体，玻璃粉，导电银粉按照重量份：银粉65-75份，玻璃粉1-5份，有机载体20-30份比列使用搅拌器和三滚研磨机碾磨成外观细腻，均匀无颗粒的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料。
使用本发明方法制成的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料，优选使用Brookfield BVII+型粘度计，粘度范围100-200kcps。
此外，本发明提供的使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法，其特征为在镀好膜的硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在150---250度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在860-920度，峰值温度烧结时间2-4秒。
综上所述，使用本发明方法制备硅太阳能电池背面电极用无铅环保银浆以及使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法制备的太阳能电池背电极，其和基片的附则力优异，焊接性好，电极不含ROSH禁止物质。
实施列1
一种硅太阳能电池背面电极用无铅环保银浆制备方法以及使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法，它包括如下步骤：
步骤A：配制有机载体。有机载体可选用一般在太阳能电池电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分可选用丙烯酸脂树脂，乙基纤维素，硝化纤维素等树脂，优选乙基纤维素；有机载体中溶剂可选用丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，丙二醇甲醚醋酸酯，松油醇，乙二醇苯醚，乙二醇丁醚，乙二醇***，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸羟乙酯，丙二醇甲醚醋酸酯，甲基丙烯酸羟乙酯等溶剂，可以单独使用或者两种三种混合使用。
步骤B：玻璃粉选用。本发明中玻璃粉选用SiO2·Bi2O3·ZnO·B2O3为主要体系的无铅玻璃粉，软化点在500-700度(优选600度)；通过325目筛网过滤，平均粒度要求1-3um。
步骤C：导电银粉选用。银粉通常选用平均粒径为1-2um的球形，近似球形或者片状单分散银粉，其震实密度(tap density)3--5g/cm3
步骤D：将上述步骤ABC中选用的有机载体，玻璃粉，导电银粉按照重量份：银粉65-75份，玻璃粉1-5份，有机载体20-30份比列使用搅拌器和三滚研磨机碾磨成外观细腻，均匀无颗粒的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料。
步骤E：在镀好膜的125*125mm单晶硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在150---250度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在860-920度，峰值温度烧结时间2-4秒，制成单晶太阳能电池片。
实施列2
一种硅太阳能电池背面电极用无铅环保银浆制备方法以及使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法，它包括如下步骤：
步骤A：配制有机载体。有机载体可选用一般在太阳能电池电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分可选用丙烯酸脂树脂，乙基纤维素，硝化纤维素等树脂，优选乙基纤维素；有机载体中溶剂可选用丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，丙二醇甲醚醋酸酯，松油醇，乙二醇苯醚，乙二醇丁醚，乙二醇***，邻苯二甲酸二丁酯，丙烯酸羟乙酯，丙二醇甲醚醋酸酯，甲基丙烯酸羟乙酯等溶剂，可以单独使用或者两种三种混合使用。
步骤B：玻璃粉选用。本发明中玻璃粉选用SiO2·Bi2O3·ZnO·B2O3为主要体系的无铅玻璃粉，软化点在500-700度(优选600度)；通过325目筛网过滤，平均粒度要求1-3um。
步骤C：导电银粉选用。银粉通常选用平均粒径为1-2um的球形，近似球形或者片状单分散银粉，其震实密度(tap density)3--5g/cm3
步骤D：将上述步骤ABC中选用的有机载体，玻璃粉，导电银粉按照重量份：银粉65-75份，玻璃粉1-5份，有机载体20-30份比列使用搅拌器和三滚研磨机碾磨成外观细腻，均匀无颗粒的太阳能电池背面电极用无铅环保银浆料。
步骤E：在镀好膜的156*156mm多晶硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在150---250度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在860-920度，峰值温度烧结时间2-4秒，制成多晶太阳能电池片。
对比列1.
使用外国进口非环保含铅太阳能背面电极银浆，在镀好膜的125*125mm单晶硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在150---250度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在860-920度，峰值温度烧结时间2-4秒，制成单晶太阳能电池片
对比列2.
使用外国进口非环保含铅太阳能背面电极银浆，在镀好膜的156*156mm多晶硅片背面使用丝网印刷方式印刷背面电极图形，在150---250度烘干，然后再印刷铝背场和正面电极后一起在快速烧结炉中烧结，峰值温度在860-920度，峰值温度烧结时间2-4秒，制成多晶太阳能电池片
对上述实施列1，2和对比列1，2制成的太阳能电池片进行开路电压(Voc)，短路电流(Isc)，转化效率(Eff)，填充因子(FF)，功率(Pmax)，电极附则力进行测试，测试数据见表1，表2.；同时对实施例1所制成的电池片的背面电极表面，以及铝浆，背面银浆和硅片交接截面进行SEM照相，见图1，图2，通过照片分析铝，银，硅接触情况。
表1
  ID   Voc   Isc   FF   P   Eff   Vmax   Imax   Rs   Rsh   附则力
  实施列1 0.6216 5.2755 79.3678 2.6027 17.5145 0.5303 4.9078 0.0069 354.7412 7N
  对比列1 0.6193 5.3019 78.3886 2.5740 17.3219 0.5240 4.9126 0.0080 27.3073 6N
表2
  ID   附则力   Uoc   Isc   Rs   Rsh   FF   Eff   Irev2
  实施列2   7.6N   0.618   8.152   2.39   37.68   77.8   16.12   0.579
  对比列2   7.2N   0.614   8.052   3.15   25.173   78.81   16.04   0.501
通过表一，表二数据对比可以看出，实施列1相对对比列1及实施列2相对对比例2电池转化效率Eff平均提高0.1--0.2％，Rs均小于对比例，可以证明本发明的无铅环保背面电极用银浆具有欧姆接触电阻低，电性能优异的特点，从图1也可以直观看出银浆与硅片结合紧密，有利于降低接触电阻；而且实施列1相对对比列1及实施列2相对对比例2数据中，焊接拉力均有0.4N--1N的提高，证明本发明的无铅环保背面电极用银浆焊接附则力表现优良，图2为本发明的表面照片，导电银粉颗粒融合紧密，空洞少，亦有利于降低接触电阻及表面可焊性提高。
通过所述实施列与对比列比较，使用本发明的硅太阳能电池背面电极用无铅环保银浆制备方法以及使用了该无铅环保浆料的太阳能电池的背电极形成方法制备的太阳能电池性能优于对比列，并且本发明的浆料不含有ROSH禁止物质，属于环保产品。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种无铅环保银浆料，用于形成硅太阳能电池背面电极，其特征在于它包含：
a)65-75重量份的银粉，银粉为粒径1-2um的球形，近似球形或者片状单分散银粉，其震实密度3--5g/cm3；
b)1-5重量份的玻璃粉，玻璃粉中不含有铅、镉ROSH禁止成分；
c)20-30重量份的有机载体；
2.根据权利要求1所述的无铅环保银浆料，其特征在于所述的有机载体选用一般在太阳能电池电极浆料中使用的有机载体，其树脂成分选用丙烯酸脂树脂、乙基纤维素、硝化纤维素等树脂中的一种；有机载体中溶剂可选用丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、松油醇、乙二醇苯醚、乙二醇丁醚、乙二醇***、邻苯二甲酸二丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、溶剂，可以单独使用或者两种、三种混合使用。
3.根据权利要求1所述的无铅环保银浆料，其特征在于所述的玻璃粉选用SiO2·Bi2O3·ZnO·B2O3为主要体系的无铅玻璃粉，软化点在500-700度；通过325目筛网过滤，平均粒度要求1-3um。
4.根据权利要求3所述的无铅环保银浆料，其特征在于所述的软化点优选600度。
5.一种硅太阳能电池背面电极的形成方法，使用如权利要求1或2或3或4所述的无铅环保银浆料，其特征在于将无铅环保银浆通过印刷方式印刷在基体上，使用快速烧结炉烧结，峰值温度在860-920度，峰值温度烧结时间。
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