CN102831949A - 高效无铅太阳能电池背银浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效无铅太阳能电池背银浆料及其制备方法，其由A、B两部分浆料等比例混合球磨而成。本发明制备出来的银浆中不含铅，对人体和环境危害性小，完全符合环保要求；本发明在银浆中选用了同粒径的银粉与其它导电粒子填充银粉间的间隙，提高了膜层的堆积密度，增加粒子间的接触面积，降低了膜层的收缩力，从而提高了银浆的导电能力；本发明在导电浆料中添加了铜粉能够有助于降低银浆生产成本，同时改善银浆的导电性能，从而达到了降低太阳能电池制造成本的目的，取得了良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效无铅太阳能电池背银浆料及其制备方法，属于太阳能电池导电浆料制备技术领域。
背景技术
太阳能电池的导电银浆由银粉、玻璃粘合剂、有机溶剂等原材料按不同配比制备而成，其中银粉作为导电介质；玻璃粘合剂在高温烧结时熔化，在银粉和硅基底之间形成欧姆接触；有机溶剂主要起分散和包裹的作用，将银粉颗粒均匀的
包裹起来，使得导电银浆中的银粉不容易产生沉淀和氧化。
目前太阳能电池导电银浆所采用的玻璃粘结剂是一种Bi-Si-Pb玻璃混合粉末，这种玻璃粉虽然具有软化温度低，电性能稳定等优点，但是该体系含铅比例较高，对环境的污染较大，不符合环保要求。在太阳能电池日益普及的情况下，含铅太阳能电池导电银浆的使用已受到限制，不久将逐渐淘汰，必须研制高导电性能的环保导电银浆，以满足大规模太阳能电池生产需求。目前技术银浆中的银粉的含量高于70%以上，生产成本比较高，降低银浆成本是银浆是降低太阳能电池片成本的一个重要环节，也能够让太阳能电池更具有市场优势；另外在现有的银浆中使用银粉的粒径基本上是一致的，这样若银粉粒径过大，丝网印刷会出现裂纹，而且会增大接触电阻，若银粉粒径过小，银粉会出现团聚问题，影响银粉分布的均匀性，因此有必要对银粉的粒径进行有效调控。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高效无铅太阳能电池背银浆料及其制备方法，在满足太阳能电池电性能的前提下，使太阳能电池符合国际市场对太阳能电池的环保环保要求，同时降低银浆生产成本，使太阳能电池更具有市场优势。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
高效无铅太阳能电池背银浆料由A、B两部分浆料等比例混合球磨而成，其两部分组成原料的重量份为：
A浆料：
1-5μm银粉40-50、16-25μm银粉10-15、61-90nm银粉10-15、玻璃粉A 8-12、有机载体A 15-20，所述的玻璃粉A由下列重量份的原料制成：SiO2 20-40、Bi2O3 10-20、NaF 5-10、Al2O3 2-8、TiO2 2-5、Y2O3 1-5、Co2O3 1-5，所述的有机载体A由下列重量份的原料制成：乙二醇苯醚30-40、邻苯二甲酸二丁酯15-20、乙稀乙二醇醚10-20、聚乙烯醇缩丁醛5-10、乙酰丙酮银2-5、添加剂1-5；
B浆料：
6-10μm铜粉5-10、30-60nm铜粉 5-10、玻璃粉B 3-6、有机载体B 5-10,所述的玻璃粉B由下列重量份的原料制成：SiO2 10-20、B2O3 5-10、BaO5-8、BaO 2-5、Bi2O3 2-5、SnO2 1-5、Na2O 1-3，所述的有机载体B由下列重量份的原料制成：苯甲醇 10-20、丁基卡必醇醋酸酯5-10、丙二醇单丁醚5-10、乙基纤维素2-5、添加剂0-3。
高效无铅太阳能电池背银浆料的制备方法，包括以下步骤：
（1）玻璃粉A的制备
按配方配比称取各原料放入石英坩埚里，混合均匀后放入1100-1300℃电炉中烧结，保温20-30 min，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，然后球磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6小时，然后，再用去离子水淬火，球磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉，10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
按配方配比称取各原料放入石英坩埚里，混合均匀后放入1100-1300℃电炉中烧结，保温20-30 min，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，然后球磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6小时，然后，再用去离子水淬火，球磨，过不同目数的筛，分别收集得到10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
按配方配比将乙二醇苯醚、邻苯二甲酸二丁酯、乙稀乙二醇醚混匀，在80-110℃下，依次加入聚乙烯醇缩丁醛、乙酰丙酮银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
按配方配比将苯甲醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇单丁醚混匀，在80-110℃下，依次加入乙基纤维素、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
将步骤（1)所制得的不同粒径的玻璃粉A加入步骤（3）所制得的有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm银粉、16-25μm银粉、61-90nm银粉，混和2-3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
将步骤（2)所制得的不同粒径的玻璃粉B加入步骤（4）所制得的有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入6-10μm铜粉、30-60nm铜粉，混和2-3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为120-200Pa·s，即得本发明太阳能电池背银浆料。
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：丙三醇三甘油酸酯2-5、己烯基双硬脂酰胺0.5-1、聚乙烯吡咯烷酮2-5、乙烯基二苯甲烷0.5-1、二乙二醇丁醚醋酸酯2-5、N-（β一氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷1-3、2-乙基己酯2-4。
本发明的有益效果如下：
1、本发明制备出来的银浆中不含铅，对人体和环境危害性小，完全符合环保要求；
2、本发明在银浆中选用了同粒径的银粉与其它导电粒子填充银粉间的间隙，提高了膜层的堆积密度，增加粒子间的接触面积，降低了膜层的收缩力，从而提高了银浆的导电能力；
3、本发明制备出来的银浆和硅片膨胀系数匹配性好，收缩小，成品率高，电阻小，不会形成气孔，不会形成裂纹；
4、本发明在导电浆料中添加了铜粉能够有助于降低银浆生产成本，同时改善银浆的导电性能，从而达到了降低太阳能电池制造成本的目的，取得了良好的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
（1）玻璃粉A的制备
取以下重量份的原料：SiO2 30份、Bi2O3 20份、NaF 10份、Al2O3 6份、TiO2 5份、Y2O3 5份、Co2O3 3份，放入石英坩埚里，混合均匀后放入1150℃电炉中烧结，保温30 min，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，然后球磨，过200目筛，冷却，再在650℃保温6小时，然后，再用去离子水淬火，球磨，过不同目数的筛，分别收集得到2μm玻璃粉，12μm玻璃粉和25μm玻璃粉，再分别用25%盐酸浸泡2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
取以下重量份的原料：SiO2 15份、B2O3 10份、BaO 6份、BaO 3份、Bi2O3 5份、SnO2 5份、Na2O 2份，放入石英坩埚里，混合均匀后放入1100℃电炉中烧结，保温30 min，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，然后球磨，过200目筛，冷却，再在700℃保温5小时，然后，再用去离子水淬火，球磨，过不同目数的筛，分别收集得到12μm玻璃粉和24μm玻璃粉，再分别用20%盐酸浸泡2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
取以下重量份的原料：乙二醇苯醚30份、邻苯二甲酸二丁酯20份、乙稀乙二醇醚20份、聚乙烯醇缩丁醛7份、乙酰丙酮银3份、添加剂3份，
按配方配比将乙二醇苯醚、邻苯二甲酸二丁酯、乙稀乙二醇醚混匀，在100℃下，依次加入聚乙烯醇缩丁醛、乙酰丙酮银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
取以下重量份的原料：苯甲醇 10份、丁基卡必醇醋酸酯10份、丙二醇单丁醚10份、乙基纤维素4份、添加剂1份,
按配方配比将苯甲醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇单丁醚混匀，在90℃下，依次加入乙基纤维素、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
取以下重量份的原料：2μm银粉40份、18μm银粉15份、85nm银粉15份、玻璃粉A 10份、有机载体A 16份，
将玻璃粉A加入有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔40分钟依次加入2μm银粉、18μm银粉、85nm银粉，混和3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
取以下重量份的原料：8μm铜粉6份、50nm铜粉 10份、玻璃粉B 4份、有机载体B 8份,
将玻璃粉B加入有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔30分钟依次加入8μm铜粉、50nm铜粉，混和3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为150Pa·s，即得本发明太阳能电池背银浆料。
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：丙三醇三甘油酸酯3份、己烯基双硬脂酰胺0.8份、聚乙烯吡咯烷酮3份、乙烯基二苯甲烷0.6份、二乙二醇丁醚醋酸酯4份、N-（β一氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷2份、2-乙基己酯3份。
采用丝网印刷机将银浆印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在180℃干燥，再在880℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度10 N/cm,锡焊性能良好，方阻＜10 Siements/sq，制备的太阳能电池光电转化效率为19.7%,，拉力测试结果为附着力>10N/mm2。
实施例2
（1）玻璃粉A的制备
取以下重量份的原料：SiO2 40份、Bi2O3 15份、NaF 8份、Al2O3 6份、TiO2 4份、Y2O3 2份、Co2O3 3份，放入石英坩埚里，混合均匀后放入1250℃电炉中烧结，保温30 min，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，然后球磨，过300目筛，冷却，再在700℃保温6小时，然后，再用去离子水淬火，球磨，过不同目数的筛，分别收集得到3μm玻璃粉，12μm玻璃粉和24μm玻璃粉，再分别用30%盐酸浸泡2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（2）玻璃粉B的制备
取以下重量份的原料：SiO2 20份、B2O3 10份、BaO 5份、BaO 3份、Bi2O3 2份、SnO2 4份、Na2O 2份，放入石英坩埚里，混合均匀后放入1100℃电炉中烧结，保温30 min，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，然后球磨，过300目筛，冷却，再在650℃保温6小时，然后，再用去离子水淬火，球磨，过不同目数的筛，分别收集得到15μm玻璃粉和25μm玻璃粉，再分别用25%盐酸浸泡2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
取以下重量份的原料：乙二醇苯醚40份、邻苯二甲酸二丁酯15份、乙稀乙二醇醚18份、聚乙烯醇缩丁醛10份、乙酰丙酮银5份、添加剂5份，
按配方配比将乙二醇苯醚、邻苯二甲酸二丁酯、乙稀乙二醇醚混匀，在108℃下，依次加入聚乙烯醇缩丁醛、乙酰丙酮银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
取以下重量份的原料：苯甲醇 20份、丁基卡必醇醋酸酯8份、丙二醇单丁醚8份、乙基纤维素4份、添加剂2份,
按配方配比将苯甲醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇单丁醚混匀，在102℃下，依次加入乙基纤维素、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（5）A浆料的制备
取以下重量份的原料：5μm银粉50份、18μm银粉15份、78nm银粉15份、玻璃粉A 12份、有机载体A 20份，
将玻璃粉A加入有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔40分钟依次加入5μm银粉、18μm银粉、78nm银粉，混和3小时，得到A浆料；
（6）B浆料的制备
取以下重量份的原料：7μm铜粉10份、54nm铜粉 8份、玻璃粉B 5份、有机载体B 8份，
将玻璃粉B加入有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔,35分钟依次加入7μm铜粉、54nm铜粉，混和3小时，得到B浆料；
（7）A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为180Pa·s，即得本发明太阳能电池背银浆料。
所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：丙三醇三甘油酸酯5份、己烯基双硬脂酰胺0.8份、聚乙烯吡咯烷酮3份、乙烯基二苯甲烷0.8份、二乙二醇丁醚醋酸酯4份、N-（β一氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷2份、2-乙基己酯3份。
采用丝网印刷机将银浆印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在180℃干燥，再在880℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷，剥离强度12 N/cm,锡焊性能良好，方阻＜10 Siements/sq，制备的太阳能电池光电转化效率为20.2%,，拉力测试结果为附着力>12N/mm2。
Claims (3)
1.一种高效无铅太阳能电池背银浆料，其特征在于，其由A、B两部分浆料等比例混合球磨而成，其两部分组成原料的重量份为：
A浆料：
1-5μm银粉40-50、16-25μm银粉10-15、61-90nm银粉10-15、玻璃粉A 8-12、有机载体A 15-20，所述的玻璃粉A由下列重量份的原料制成：SiO2 20-40、Bi2O3 10-20、NaF 5-10、Al2O3 2-8、TiO2 2-5、Y2O3 1-5、Co2O3 1-5，所述的有机载体A由下列重量份的原料制成：乙二醇苯醚30-40、邻苯二甲酸二丁酯15-20、乙稀乙二醇醚10-20、聚乙烯醇缩丁醛5-10、乙酰丙酮银2-5、添加剂1-5；
B浆料：
6-10μm铜粉5-10、30-60nm铜粉 5-10、玻璃粉B 3-6、有机载体B 5-10,所述的玻璃粉B由下列重量份的原料制成：SiO2 10-20、B2O3 5-10、BaO5-8、BaO 2-5、Bi2O3 2-5、SnO2 1-5、Na2O 1-3，所述的有机载体B由下列重量份的原料制成：苯甲醇 10-20、丁基卡必醇醋酸酯5-10、丙二醇单丁醚5-10、乙基纤维素2-5、添加剂0-3。
2.一种如权利要求1所述的高效无铅太阳能电池背银浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)玻璃粉A的制备
按配方配比称取各原料放入石英坩埚里，混合均匀后放入1100-1300℃电炉中烧结，保温20-30 min，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，然后球磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6小时，然后，再用去离子水淬火，球磨，过不同目数的筛，分别收集得到1-5μm玻璃粉，10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
(2)玻璃粉B的制备
按配方配比称取各原料放入石英坩埚里，混合均匀后放入1100-1300℃电炉中烧结，保温20-30 min，将熔化后的玻璃液倒入冷水中，然后球磨，过200-300目筛，冷却，再在600-700℃保温5-6小时，然后，再用去离子水淬火，球磨，过不同目数的筛，分别收集得到10-15μm玻璃粉和20-25μm玻璃粉，再分别用20-30%盐酸浸泡1-2小时，然后用去离子水洗净至中性，烘干备用；
（3）有机载体A的制备
按配方配比将乙二醇苯醚、邻苯二甲酸二丁酯、乙稀乙二醇醚混匀，在80-110℃下，依次加入聚乙烯醇缩丁醛、乙酰丙酮银、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
（4）有机载体B的制备
按配方配比将苯甲醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇单丁醚混匀，在80-110℃下，依次加入乙基纤维素、添加剂溶解，搅拌均匀即可；
(5)A浆料的制备
将步骤（1)所制得的不同粒径的玻璃粉A加入步骤（3）所制得的有机载体A中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入1-5μm银粉、16-25μm银粉、61-90nm银粉，混和2-3小时，得到A浆料；
(6)B浆料的制备
将步骤（2)所制得的不同粒径的玻璃粉B加入步骤（4）所制得的有机载体B中，搅拌混和，再每次间隔30-40分钟依次加入6-10μm铜粉、30-60nm铜粉，混和2-3小时，得到B浆料；
(7)A浆料和B浆料的混合球磨
将A浆料和B浆料等比例混合，球磨，研磨至浆料细度小于10μm，调粘度，粘度为120-200Pa·s，即得本发明太阳能电池背银浆料。
3.根据权利要求1或2所述的高效无铅太阳能电池背银浆料，其特征在于，所述的添加剂由以下重量份的原料混合而成：丙三醇三甘油酸酯2-5、己烯基双硬脂酰胺0.5-1、聚乙烯吡咯烷酮2-5、乙烯基二苯甲烷0.5-1、二乙二醇丁醚醋酸酯2-5、N-（β一氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷1-3、2-乙基己酯2-4。
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