CN102351427B - 一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，包括玻璃粉的粗化、玻璃粉的活化敏化、玻璃粉的银包裹工艺步骤；采用本发明专利方法制备的银包玻璃粉得到的导电银浆料在进行烧结时，玻璃粉颗粒本体首先发生软化熔融，使包覆在其表面的纳米银膜发生粘性和塑性流动，最终迁移到硅基片上重结晶并长大，与硅基片直接形成良好的欧姆接触，接触电阻降低，接触面积大大增加，导电性更好，对于提高太阳能电池的转换效率具有很好的效果。本发明工艺方法简单、操作方便，制备得到的银包玻璃粉制备的太阳能电池银浆制备得到的太阳能电池电极中银与硅基片形成良好的欧姆接触，导电性更好，并能降低其接触电阻，有效提高太阳能电池的转换效率。适于工业化应用。

Description

一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺
技术领域
本发明专利涉及一种用于制备导电银浆料原料的制备方法，尤其涉及太阳能电池电池正面银浆和背面银浆用银包玻璃粉的制备方法。属于太阳能制备技术领域。
背景技术
21世纪全球能源紧缺的现状越来越突出，人们也逐渐意识到常规能源的局限性、有限性和不可再生性，加上常规能源对环境造成严重的破坏，使得世界各国都加紧了对新能源的开发和利用，太阳能是新能源中一个极具发展前途的能源，太阳能电池发电与常规发电方式相比，其无污染、无噪音、安全可靠、维护简单、建设周期短、具有大规模应用的可能性。
目前世界上太阳能电池的制备工艺已经成熟，导电银浆通过丝网印刷、低温烘干、高温烧结工艺制备成太阳能电池的电极。导电银浆主要由银粉、玻璃粉、有机载体等原材料按不同配比制备而成。其中银粉作为导电相；玻璃粉作为粘结相，在烧结过程中熔化，将银粉带到硅基板上与硅形成欧姆接触；有机载体起临时粘结的作用，使得浆料在保存过程中不易沉淀和氧化，在高温时容易挥发。太阳能电池的转换效率与太阳能电池的串阻息息相关，为了提高太阳能电池的转换效率，在实际制备太阳能电池的过程中，要尽量降低太阳能电池的串联电阻，太阳能电池的串阻主要包括栅线的电阻、栅线与硅片的接触电阻、硅片本身的电阻、背电极与硅片之间的接触电阻。太阳能电池电极银浆的丝网印刷、烧结过程主要决定了正电极和背电极的接触电阻。因此如何形成良好的欧姆接触对于降低太阳能电池的接触电阻具有很大的意义。
电极在烧结时，银浆料中的玻璃相软化熔融，使银随着玻璃相的软化熔融过程迁移到硅表面，在随后的冷却过程中，银在硅片表面进行重结晶，并随机生长，使其形成良好的欧姆接触。现有的技术中，银粉和玻璃粉是机械混合在一起的，而银包玻璃粉是通过化学反应使银镀在玻璃粉的表面，增加了玻璃粉与银粉的接触，使接触电阻显著下降。
中国专利ZL200520069797.7报道了汇流电极银浆料用银包覆玻璃粒子，但该专利没有公开银包覆玻璃粒子的制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺方法简单、操作方便的太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺。采用该银包玻璃粉制备的太阳能电池银浆制备得到的太阳能电池电极中银与硅基片形成良好的欧姆接触，并能降低其接触电阻。
本发明一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，包括下述步骤：
第一步：玻璃粉的粗化
将玻璃粉置于粗化液中超声波清洗后，静置至粉体沉降，倾析法去掉上层粗化液，剩下的玻璃粉悬浮液再用去离子水清洗3-5次，于室温下晾干，得到经粗化的玻璃粉；所述粗化液为NaF与盐酸的去离子水溶液；
第二步：玻璃粉的活化敏化
将第一步所得到的玻璃粉置于活化敏化液中超声波清洗后，静置至粉体沉降，固液分离，固体用去离子水冲洗3-5次，室温下晾干，得到经活化敏化的玻璃粉；所述活化敏化液为NaCl溶液、SnCl2·2H2O溶液与盐酸的去离子水混合液；
第三步：玻璃粉的银包裹
将第二步所得的玻璃粉加入硝酸银溶液中，于在温度为40～60℃，搅拌并同时向硝酸银溶液中添加还原剂反应3min后，沉淀，倾析法去掉上层溶液，得到银包裹玻璃粉的悬浮液，经过水洗和醇洗各3次后，在室温下晾干得到银包玻璃粉。
本发明一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，所述玻璃粉的粗化步骤中，所述粗化液为浓度为3.5～4.5g/L的NaF与浓度为37％的盐酸35-45mL的去离子水混合溶液，每升所述粗化液中添加50g玻璃粉，在功率为100W的超声波清洗器超声10min。
本发明一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，所述玻璃粉的活化敏化步骤中，所述活化敏化液由浓度为300～340g/L的NaCl溶液与浓度为83.33～116.67g/L的SnCl2·2H2O溶液，按体积比为5∶3的比例混合后得到混合液，向所述混合液中添加浓度为37wt.％的盐酸，添加量按所述混合液的体积每升添加盐酸62-88mL，然后，加去离子水至所述混合液体积的1.25倍，得到活化敏化液；每升所述活化敏化液中添加50g玻璃粉，在功率为100W的超声波清洗器超声10min。
本发明一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，所述玻璃粉的银包裹步骤中，所述硝酸银与玻璃粉的质量比为(1.5～2.0)∶5，所述还原剂为抗坏血酸溶液，所述还原剂的添加量为硝酸银质量的1倍；所述搅拌采用电动搅拌机，转速为200～280RPM。
本发明一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，所述玻璃粉的粒度为0.1-5μm。
本发明一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，所述银包玻璃粉的银膜颗粒粒度小于100nm。
本发明由于采用上述工艺方法，将已制备得到的玻璃粉经过粗化、敏化活化处理，然后干燥得到活化的玻璃粉。将活化的玻璃粉分别加入硝酸银溶液、还原剂溶液或底液中，调节玻璃粉和硝酸银的比例，在温度为40～60℃，转速为200～280RPM条件下进行反应，反应完全后所制备得到的纳米银粉镀在了活化玻璃粉的表面，将其用去离水洗涤3次，无水乙醇洗涤3次，然后于室温下晾干，即得到银包玻璃粉。采用本发明专利的方法制备的银包玻璃粉得到的导电银浆料在进行烧结时，银浆料中的玻璃相软化熔融，使包覆在其表面的纳米银膜发生粘性和塑性流动，使银随着玻璃相的软化熔融过程迁移到硅表面，在随后的冷却过程中，银在硅片表面进行重结晶，并随机生长，使其与硅基片形成良好的欧姆接触，提高了电导率。该银包玻璃粉有利于在高温烧结中形成银的过饱和，能够提供足够的银在硅片表面重结晶，比单纯的使用玻璃粉效果好，其原因是玻璃粉上所包覆的纳米银颗粒膜的熔点低，有益于银与玻璃相反应时的扩散，从而使得银电极与硅基片直接形成良好的欧姆接触，接触电阻降低。本方法使得银与硅基片的接触面积大大增加，导电性更好，接触电阻更低，对于提高太阳能电池的转换效率具有很好的效果。
综上所述，本发明工艺方法简单、操作方便，制备得到的银包玻璃粉制备的太阳能电池银浆制备得到的太阳能电池电极中银与硅基片形成良好的欧姆接触，导电性更好，并能降低其接触电阻，有效提高太阳能电池的转换效率。适于工业化应用。
附图说明
图1为玻璃粉的SEM图。
图2为所制备得到的银包玻璃粉的SEM图。
从图2可以看出纳米银均匀地包裹在了玻璃粉的表面，通过透射电子显微镜测量，银颗粒的粒径小于100纳米)。
具体实施方式
实施例1：
玻璃粉的粗化处理：称取3.5gNaF溶于1000mL的去离子水中，在完全溶解的NaF溶液中加入35mL浓度约37％的盐酸，搅拌均匀，最终将溶液稀释到2000mL。将100g玻璃粉加入粗化液中，室温下超声10分钟，静置至粉体沉降后，取出粗化液，再用去离子水清洗玻璃粉体3次，于室温下晾干。
敏化活化处理：将150g的NaCl溶于500mL去离子水中，得到溶液1；将25g的SnCl2·2H2O溶于300mL去离子水中，得到溶液2；把溶液2一边搅拌一边加入到溶液1中，得到溶液3，并加入50mL37％的盐酸，最后加去离子水至1000mL，得到敏化、活化液。室温下，将敏化、活化液倒入粗化后的50g玻璃粉体中，在超声波作用下反应10分钟，之后静置，至粉体沉降后，取出敏化、活化液，用去离子水冲洗3次，于室温下晾干。
将粗化、敏化活化后的玻璃粉加入硝酸银溶液中，硝酸银与玻璃粉的质量比为1.5∶5，还原剂为抗坏血酸溶液，为了使反应完全，采用还原剂大大过量的方式，还原剂的添加量为硝酸银质量的1倍。在温度为40℃，转速为200RPM的电动搅拌条件下，还原剂溶液加入到硝酸银溶液中，反应3分钟，反应完全后沉淀，经过水洗和醇洗各3次后，于室温下晾干得到银包玻璃粉。
将银粉、银包玻璃粉和掺杂剂与有机载体按80∶5∶1∶14(wt.％)的比例混合，三辊研磨到细度小于10μm，即得到银浆，将该银浆丝网印刷到单晶硅片上，经烘干、烧结后制成单晶硅太阳能电池，测试其光电性能，见表1，其光电转化效率比未使用银包玻璃粉(比较例)的高0.1个百分点。
实施例2：
玻璃粉的粗化处理：称取4gNaF溶于1000mL的去离子水中，在完全溶解的NaF溶液中加入40mL浓度约37％的盐酸，搅拌均匀，最终将溶液稀释到2000mL。将100g玻璃粉加入粗化液中，室温下超声10分钟，静置至粉体沉降后，取出粗化液，再用去离子水清洗玻璃粉体3次，于室温下晾干。
敏化活化处理：将160g的NaCl溶于500mL去离子水中，得到溶液1；将30g的SnCl2·2H2O溶于300mL去离子水中，得到溶液2；把溶液2一边搅拌一边加入到溶液1中，得到溶液3，并加入60mL37％的盐酸，最后加去离子水至1000mL，得到敏化、活化液。室温下，将敏化、活化液倒入粗化后的50g玻璃粉体中，在超声波作用下反应10分钟，之后静置，至粉体沉降后，取出敏化、活化液，用去离子水冲洗3次，于室温下晾干。
将粗化、敏化活化后的玻璃粉加入硝酸银溶液中，硝酸银与玻璃粉的质量比为1.75∶5，还原剂为抗坏血酸溶液，为了使反应完全，采用还原剂大大过量的方式，还原剂的添加量为硝酸银质量的1倍。在温度为50℃，转速为240RPM的电动搅拌条件下，还原剂溶液加入到硝酸银溶液中，反应3分钟，反应完全后沉淀，经过水洗和醇洗各3次后，于室温下晾干得到银包玻璃粉。
将银粉、银包玻璃粉和掺杂剂与有机载体按80∶5∶1∶14(wt.％)的比例混合，三辊研磨到细度小于10μm，即得到银浆，将该银浆丝网印刷到单晶硅片上，经烘干、烧结后制成单晶硅太阳能电池，测试其光电性能，见表1，其光电转化效率比未使用银包玻璃粉(比较例)的高0.3个百分点。
实施例3：
玻璃粉的粗化处理：称取4.5gNaF溶于1000mL的去离子水中，在完全溶解的NaF溶液中加入45mL浓度约37％的盐酸，搅拌均匀，最终将溶液稀释到2000mL。将100g玻璃粉加入粗化液中，室温下超声10分钟，静置至粉体沉降后，取出粗化液，再用去离子水清洗玻璃粉体3次，于室温下晾干。
敏化活化处理：将170g的NaCl溶于500mL去离子水中，得到溶液1；将35g的SnCl2·2H2O溶于300mL去离子水中，得到溶液2；把溶液2一边搅拌一边加入到溶液1中，得到溶液3，并加入70mL37％的盐酸，最后加去离子水至1000mL，得到敏化、活化液。室温下，将敏化、活化液倒入粗化后的50g玻璃粉体中，在超声波作用下反应10分钟，之后静置，至粉体沉降后，取出敏化、活化液，用去离子水冲洗3次，于室温下晾干。
将粗化、敏化活化后的玻璃粉加入硝酸银溶液中，硝酸银与玻璃粉的质量比为2∶5，还原剂为抗坏血酸溶液，为了使反应完全，采用还原剂大大过量的方式，还原剂的添加量为硝酸银质量的1倍。在温度为60℃，转速为280RPM的电动搅拌条件下，还原剂溶液加入到硝酸银溶液中，反应3分钟，反应完全后沉淀，经过水洗和醇洗各3次后，于室温下晾干得到银包玻璃粉。
将银粉、银包玻璃粉和掺杂剂与有机载体按80∶5∶1∶14(wt.％)的比例混合，三辊研磨到细度小于10μm，即得到银浆，将该银浆丝网印刷到单晶硅片上，经烘干、烧结后制成单晶硅太阳能电池，测试其光电性能，见表1，其光电转化效率比未使用银包玻璃粉(比较例)的高0.2个百分点。
比较例：
将银粉、玻璃粉和掺杂剂与有机载体按80∶5∶1∶14(wt.％)的比例混合，三辊研磨到细度小于10μm，即得到银浆，将该银浆丝网印刷到单晶硅片上，经烘干、烧结后制成单晶硅太阳能电池，测试其光电性能，见表1，其光电转化效率比使用银包玻璃粉(实施例1～3)的低0.1～0.3个百分点。
表1
  实施例1   实施例2   实施例3   比较例
  Voc(V)   0.630427   0.630245   0.628504   0.628718
  Isc(A)   5.852708   5.748002   5.757717   5.796954
  Pmp(W)   2.848079   2.829119   2.804439   2.788744
  Vmp(V)   0.51926   0.523027   0.518792   0.515601
  Imp(A)   5.484879   5.409122   5.405708   5.408727
  FF(％)   77.18986   78.09532   77.49753   76.51612
  Rs(Ω)   0.008858   0.008454   0.008869   0.009375
  Rsh(Ω)   12.83855   127.53   38.81212   58.17953
  Eff(％)   18.39844   18.27597   18.11653   18.01514
表1说明：三个实施例电池的Pmp、Vmp、FF和Eff都比比较例的高，实施例的Rs都比比较例的低，实施例的Voc、Imp和Rsh与比较例相比，有的高有的低。对于一个性能优良的晶体硅太阳能电池，一般来说，Pmp、Vmp、FF、Eff、Voc、Imp和Rsh都是越高越好，Rs越低越好，在实际应用中，有的电池的效率最高，但某几个参数或偏高或偏低，但最终电池的综合性能是通过Eff评价的，一般来说，Eff越高，电池的性能越优异，表1中实验例1电池的综合性能最佳。

Claims (6)

1.一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，包括下述步骤：
第一步：玻璃粉的粗化
将玻璃粉置于粗化液中超声波清洗后，静置至粉体沉降，倾析法去掉上层粗化液，剩下的玻璃粉悬浮液再用去离子水清洗3-5次，于室温下晾干，得到经粗化的玻璃粉；所述粗化液为NaF与盐酸的去离子水溶液；
第二步：玻璃粉的活化敏化
将第一步所得到的玻璃粉置于活化敏化液中超声波清洗后，静置至粉体沉降，固液分离，固体用去离子水冲洗3-5次，室温下晾干，得到经活化敏化的玻璃粉；所述活化敏化液为NaCl溶液、SnCl2·2H2O溶液与盐酸的去离子水混合液；
第三步：玻璃粉的银包裹
将第二步所得的玻璃粉加入硝酸银溶液中，于在温度为40～60℃，搅拌并同时向硝酸银溶液中添加还原剂反应3min后，沉淀，倾析法去掉上层溶液，得到银包裹玻璃粉的悬浮液，经过水洗和醇洗各3次后，在室温下晾干得到银包玻璃粉。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，其特征在于：所述玻璃粉的粗化步骤中，所述粗化液为浓度为3.5～4.5g/L的NaF与浓度为37％的盐酸35-45mL的去离子水混合溶液，每升所述粗化液中添加50g玻璃粉，在功率为100W的超声波清洗器超声10min。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，其特征在于：所述玻璃粉的活化敏化步骤中，所述活化敏化液由浓度为300～340g/L的NaCl溶液与浓度为83.33～116.67g/L的SnCl2·2H2O溶液，按体积比为5∶3的比例混合后得到混合液，向所述混合液中添加浓度为37wt.％的盐酸，添加量按所述混合液的体积每升添加盐酸62-88mL，然后，加去离子水至所述混合液体积的1.25倍，得到活化敏化液；每升所述活化敏化液中添加50g玻璃粉，在功率为100W的超声波清洗器超声10min。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，其特征在于：所述玻璃粉的银包裹步骤中，所述硝酸银与玻璃粉的质量比为(1.5～2.0)∶5，所述还原剂为抗坏血酸溶液，所述还原剂的添加量为硝酸银质量的1倍；所述搅拌采用电动搅拌机，转速为200～280RPM。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，其特征在于：所述玻璃粉的粒度为0.1-5μm。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种太阳能电池银浆用银包玻璃粉的制备工艺，其特征在于：所述银包玻璃粉的银膜颗粒粒度小于100nm。
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