CN102779566A

CN102779566A - 晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆

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Publication number: CN102779566A
Application number: CN2012102540734A
Authority: CN
Inventors: 任明淑; 刘子英; 王小记
Original assignee: Lucky Film Co Ltd
Current assignee: Lucky Film Co Ltd
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-07-23
Also published as: CN102779566B

Abstract

一种晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆，所述无铅导电银浆的组分及重量百分含量为：银粉75～85%；无铅玻璃粘结剂0.5～2%；金属合金粉1～10%；有机粘结剂5～15%；活性氧化物1～5%；其中，所述的银粉平均粒径0.2～1微米、振实密度大于4.5g/cc；所述的活性氧化物为纳米γ-Al₂O₃粉末。本发明可以在提高玻璃料的高温流动性和浸润性、改进玻璃料的稳定性和电性能的同时，能够有效减少银颗粒的氧化，提高电池的开路电压和电池的电性能，使太阳能电池具有高的转换效率。

Description

晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆

技术领域

本发明属于光伏电池技术领域，特别涉及一种晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳能转变为电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部产生光生电流，通过电极可直接将电能输出。为了将电能最大量的输出，电极制作是一个非常重要的环节。硅太阳能电池电极包括正面银电极和背场铝电极，正面银电极对硅太阳能电池片的电池转换效率影响较大，银浆料的性能直接决定了太阳能电池片正面电极的性能，是晶体硅太阳能电池制造中的关键材料。

申请号为201010286804.4的中国专利申请公开了一种无铅环保型电子银浆及其制备方法，该电子银浆通过使用无铅玻璃粘结剂，达到无铅环保的问题，用于太阳能电池的正面电极。但是，由于其在玻璃高温流动性、玻璃与基片的浸润性和稳定性方面还存在不足，导致烧结后的电池片短路电流偏低，从而影响了电池的转换效率。

另外，由于太阳能电池正面用银浆需要在高温条件下烧结，造成银颗粒在高温环境下容易发生氧化生成氧化银，导致电极的导电性能下降，从而也影响太阳能电池的转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服上述已有技术的缺陷、提供一种晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆，其组分及重量百分含量如下：银粉 75～85%；无铅玻璃粘结剂 0.5～2%；金属合金粉 1～10%；有机粘结剂 5～15%；活性氧化物1～5%；其中，所述的银粉平均粒径0.2～1微米、振实密度大于4.5g/cc；所述的活性氧化物为纳米γ-Al₂O₃粉末。

上述晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆，所述导电银浆还包含0.1～2%的IrO₂抗氧剂。

上述晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆，所述金属合金粉为Sn-Ag合金粉、Sn-Ag-Cu合金粉、Sn-Sb合金粉的一种。

上述晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆，所述的纳米γ-Al₂O₃粉末的粒径为15～25nm。

上述晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆，所述的无铅玻璃粘结剂采用B-Zn-Sb玻璃体系、Bi-B-Si玻璃体系、Bi-Si-Zn玻璃体系中的一种。

上述晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆，所述的有机粘结剂由重量百分比为5～20%的有机树脂和80～95%的有机溶剂组成；所述的有机树脂为乙基纤维素、丙烯酸树脂、松香、硝基纤维素中的一种或几种；所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、二乙二醇丁醚、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。

本发明取得的有益效果为：

（1）本发明通过添加适量的活性氧化物γ-Al₂O₃，并控制无铅玻璃粘结剂的用量，在高温烧结时，该活性氧化物与熔融的玻璃相互作用，提高了玻璃料的高温流动性和浸润性，改进了玻璃料的稳定性和电性能，同时活性氧化物γ-Al₂O₃还能提高所生成电极膜的致密性和光滑度，从而增大了电池的短路电流，提高了电池片的转换效率。

（2）本发明还通过添加适量的抗氧剂IrO₂，在提高玻璃料的高温流动性和浸润性、改进玻璃料的稳定性和电性能的同时，能够有效减少银颗粒的氧化，从而提高电池的开路电压，提高了电池的电性能。

具体实施方式

导电银浆主要由导电相、玻璃相和有机粘结剂组成，玻璃相主要在高温时熔融，蚀刻减反射膜，并在硅基片和电极间形成连接。为符合环保要求，本发明中的玻璃相采用无铅玻璃粘结剂，特别选用B-Zn-Sb玻璃体系、Bi-B-Si玻璃体系或Bi-Si-Zn玻璃体系，这些无铅玻璃粘结剂为本领域技术人员所公知，它可以直接从市场购买也可以采用本领域技术人员熟知的方法制备得到。为了使无铅玻璃粘结剂混合更加均匀，玻璃粘结剂的粒径控制在10微米以下，用量控制在导电银浆总重量的0.5～2.0%，因为，如果用量不足0.5%，则会影响减反射膜的蚀刻及硅基材与银电极间的附着力；如果用量超过2.0%，则会降低电池片的电性能。

玻璃粘结剂的用量和种类是影响电极附着力和电性能的重要因素之一，为保证硅基面和银电极间的附着力，如果单独使用玻璃粘结剂，则需要增大它的用量，但大量的玻璃粘结剂在烧结过程中容易出现软化和流动，在硅基面和电极间生成一层绝缘层，导致接触电阻增大，降低电池片的电性能。为了保持电性能和附着力间的平衡关系，本发明采取了添加适量的金属合金粉、减少了玻璃粘结剂用量的方法，保证了硅基片和银电极间的附着力及电池片的电性能。本发明中，金属合金粉的用量控制在导电银浆总重量的1.0～10%，如果用量小于1.0%，硅基面和银电极间的附着力得不到保证；如果用量大于10%，过多的合金粉附着在氮化硅层上面，影响了玻璃粉对减反射膜的蚀刻过程。

适合本发明的金属合金粉具有较低的密度和熔点，优先采用Sn-Ag合金粉、Sn-Ag-Cu合金粉、Sn-Sb合金粉。金属合金粉烧结过程中熔化、浸润硅基片和银颗粒，减小银-硅间的接触电阻，冷却后使硅基面和银电极形成粘结，增强了硅基面和银电极间的附着力，同时银颗粒与银颗粒间也通过金属合金粉紧密连接在一起，提高电性能。

银粉作为导电银浆中的导电功能相，一般多选择球形或类球形，本发明中的银粉选用平均粒径在0.2～1微米、振实密度大于4.5g/cc。银粉的粒径过大或过小，都会影响烧结过程，从而影响电性能。银粉的振实密度反应银粉的分散性，如果振实密度过小，银粉的分散性较差，烧结过程中所形成的导电网络不连续，致使导电性能降低。高温烧结过程中，银粉还会与空气中的氧反应生成氧化银，氧化银的导电性较差，致使电池片的电性能下降。

发明人经研究发现，在导电银浆中添加活性氧化物纳米γ-Al₂O₃粉末，能够提高玻璃粘结剂的高温流动性和浸润性，改进玻璃粘结剂的稳定性和电性能，同时还能提高所生成电极膜的致密性和光滑度，提高电性能。这是因为，与公知技术相比，活性氧化物纳米γ-Al₂O₃粉末在高温烧结时能够扩散到熔融的玻璃相中。本发明中γ-Al₂O₃的用量控制在导电银浆总重量的1.0～5.0%。如果添加量小于1.0%，起不到改善玻璃粘结剂性能及电极膜的作用；如果添加量大于5.0%，浆料的流动性过强，影响印刷栅线的高宽比。

有机粘结剂的主要作用是赋予导电浆料一定的粘度和触变性，使之适于印刷工艺的要求。本发明中，有机粘结剂的用量控制在导电银浆总重量的5～15%，若有机粘结剂的用量少于5%，则浆料触变性降低，印刷性能受影响；若有机粘结剂的用量大于15%，则浆料粘度过低，不利于导电性的提高。有机粘结剂由重量百分比为5～20%的有机树脂和80～95%的有机溶剂组成；所述的有机树脂为乙基纤维素、丙烯酸树脂、松香、硝基纤维素中的一种或几种；所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、二乙二醇丁醚、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。

发明人经研究还发现，如果发明再添加适量的抗氧剂IrO₂，在提高玻璃粘结剂的高温流动性和浸润性、改进玻璃料的稳定性和电性能的同时，能够有效减少银颗粒的氧化，从而提高电池的开路电压，提高了电池的电性能。本发明中，抗氧剂IrO₂的用量控制在导电银浆总重量的0.1～2.0%。如果用量小于0.1%，起不到抗氧化的功能；如果用量大于2.0%，则影响电极的附着力。

本发明提供的导电银浆可以通过下述方法制备：

将5～20%的有机树脂和80～95%的有机溶剂混合搅拌均匀并加热到60-90℃，直到聚合物完全溶解，得到有机粘结剂。

将活性氧化物、无铅玻璃粘结剂和有机粘合剂按配方比例混合均匀，再加入银粉和金属合金粉，搅拌、研磨，得到晶硅太阳能电池正面用无铅导电银浆。

上述浆料用200-400目网板，通过丝网印刷的方式印刷在太阳能电池硅基片正面上，印刷后的浆料经烘干、高温下烧结形成正面银电极。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

（1）有机粘结剂的制备

称取2g乙基纤维素、1g丙烯酸树脂，加入3g松油醇、5g丁基卡必醇醋酸酯、4g二乙二醇丁醚，混合并加热到60～90℃，溶解，得到有机粘结剂，备用。

（2）无铅导电银浆的制备

称取1.0g的γ-Al₂O₃（粒径为20nm）、0.5g的B₂O₃-SiO₂-Bi₂O₃体系无铅玻璃粘结剂（软化温度为500℃），与15克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入75g的银粉（粒径为0.2微米、振实密度为4.7g/cc）、10g的Sn-Ag（96.5Sn，3.5Ag）金属合金粉，混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用无铅导电银浆。

实施例2

（1）有机粘结剂的制备

称取0.5g松香、加入4.0g邻苯二甲酸二丁酯、5.5g松油醇，混合并加热到60～90℃，溶解，得到有机粘结剂，备用。

（2）无铅导电银浆的制备

称取3.0g的γ-Al₂O₃（粒径为15nm）、2.0g的Bi₂O₃- SiO₂-ZnO体系无铅玻璃粘结剂（软化温度为550℃），与10克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入80g银粉（粒径为1.0微米、振实密度为4.9g/cc）、5.0gSn-Ag-Cu(95.5Sn3.5Ag0.7Cu)金属合金粉，混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用无铅导电银浆。

实施例3

（1）有机粘结剂的制备

称取0.75g乙基纤维素，加入2.25g丁基卡必醇醋酸酯、2.0g二乙二醇丁醚，混合并加热到60～90℃，溶解，得到有机粘结剂，备用。

（2）无铅导电银浆的制备

称取5.0g的γ-Al₂O₃（粒径为25nm）、1.3g的B₂O₃-ZnO-Sb₂O₃体系无铅玻璃粘结剂（软化温度为600℃），与5.0克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入85g银粉（粒径为0.5微米、振实密度为5.5g/cc）、1.0g金属合金粉Sn-Sb（(95Sn5Sb），混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用无铅导电银浆。

实施例4

制备浆料称量时加入2.0g抗氧剂IrO2，加入顺序不限。其余同实施例3

实施例5

（1）有机粘结剂的制备

制备浆料称量时加入0.1g抗氧剂IrO2，加入顺序不限。其余同时实例2

实施例6

制备浆料称量时加入1.0g抗氧剂IrO2，加入顺序不限。其余同时实例1

实施例7

（1）有机粘结剂的制备

称取1.0g乙基纤维素、0.5g硝基纤维素，加入5.5g丁基卡必醇醋酸酯、3.0g松油醇，混合并加热到60～90℃，溶解，得到有机粘结剂，备用。

（2）无铅导电银浆的制备

称取2.0g的γ-Al₂O₃（粒径为20nm）、1.3g的B₂O₃- SiO₂- Bi₂O₃体系无铅玻璃粘结剂（软化温度为500℃），与10克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入80g银粉（粒径为0.7微米、振实密度为5.8g/cc）、1.0g抗氧剂IrO2、5.0g金属合金粉Sn-Ag（96.5Sn3.5Ag），混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用无铅导电银浆。

比较例

（1）有机粘结剂的制备

同时实例1

（2）无铅导电银浆的制备

称取3.0g的B₂O₃- SiO₂- Bi₂O₃体系无铅玻璃粘结剂（软化温度为500℃），与15克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入82g银粉（粒径为0.5微米、振实密度为5.5g/cc），混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用无铅导电银浆。

将上述实施例1～7和对比例得到的银浆应用于下述配方：

将太阳能电池背场铝浆通过丝网印刷在125*125mm两面制绒的晶硅基片上，形成电极膜，进隧道炉200℃烘干。然后换另一面印刷上述所得正面银浆，烘干后烧结，峰值温度890℃，出炉后用硅太阳能电池效率测定装置测量电性能，用显微镜观察栅线电极横断面表观。按照BG1720-1979分别测定银化合物层的附着力。

测定的各项性能平均值如下：

。

注：Isc为短路电流；

Voc为开路电压；

FF为填充因子。

Claims

1.一种晶体硅太阳能电池正面用无铅导电银浆，其特征在于，所述无铅导电银浆的组分及重量百分含量为：银粉 75～85%；无铅玻璃粘结剂 0.5～2%；金属合金粉 1～10%；有机粘结剂 5～15%；活性氧化物1～5%；其中，所述的银粉平均粒径0.2～1微米、振实密度大于4.5g/cc；所述的活性氧化物为纳米γ-Al₂O₃粉末。

2.根据权利要求1所述的无铅导电银浆，其特征在于，还包含0.1～2%的IrO₂抗氧剂。

3.根据权利要求2所述的无铅导电银浆，其特征在于，所述的金属合金粉为Sn-Ag合金粉、Sn-Ag-Cu合金粉、Sn-Sb合金粉的一种。

4.根据权利要求3所述的无铅导电银浆，其特征在于，所述的纳米γ-Al₂O₃粉末的粒径为15～25nm。

5.根据权利要求4所述的无铅导电银浆，其特征在于，所述的无铅玻璃粘结剂采用B-Zn-Sb玻璃体系、Bi-B-Si玻璃体系、Bi-Si-Zn玻璃体系中的一种。

6.根据权利要求5所述的无铅导电银浆, 其特征在于，所述的有机粘结剂由重量百分比为5～20%的有机树脂和80～95%的有机溶剂组成；所述的有机树脂为乙基纤维素、丙烯酸树脂、松香、硝基纤维素中的一种或几种；所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、二乙二醇丁醚、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。