CN103177793B

CN103177793B - 太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法

Info

Publication number: CN103177793B
Application number: CN201110442550.5A
Authority: CN
Inventors: 陈春锦
Original assignee: Zhejiang Yuhui Yangguang Energy Resources Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Yuhui Yangguang Energy Resources Co Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: CN103177793A

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法，该导电浆料由以下重量比的成分组成：含铅玻璃粉1～4％；球形银粉65～90％；纳米银粉2～20％；有机载体2～5％；溶剂3～6％；助剂0.3～1％；无机添加剂0.5～5％。与现有技术相比，本发明通过调节有机载体、溶剂和助剂之间的重量比关系，从而调节了该导电浆料的粘度，使该导电浆料具有良好的印刷性，避免了印刷过程中的干网、堵网现象；另一方面，由于本发明以纳米银粉为必要成分，并调整了含铅玻璃粉、球形银粉与纳米银粉之间的重量比关系，从而降低了该导电浆料的烧结温度，同时避免了烧结过程中因收缩率过大而导致的开裂，提高浆料的导电性能和电池的转化效率。

Description

太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子材料技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法。

背景技术

太阳能光伏技术(Photovoltaic)是将太阳能转化为电力的技术，其核心是可释放电子的半导体物质。作为太阳能光伏技术的主要应用形式，太阳能光伏电池具有正极和负极两层半导体，阳光照射在半导体上时，正极和负极的交界处产生电流，因此，太阳能光伏电池具有燃料免费、无有害气体排放的优点，同时还具有不易损坏、易维护、可快速安装和无噪声等特点。

早在1839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel)发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，该现象被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了光电转换效率为4.5％的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。随着太阳能光伏产业技术水平不断提高，生产规模持续扩大，在1990～2006年的十几年里，全球太阳能电池产量增长了50多倍。近年来，随着全球能源形势趋紧，太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式得到迅速发展，并首先在太阳能资源丰富的国家得到了大面积的推广和应用。在国际市场和国内政策的拉动下，近年来中国的光伏产业逐渐兴起，并迅速成为后起之秀，涌现了无锡尚德、常州天合和天威英利等一大批优秀的光伏企业，带动了上下游企业的发展，中国光伏发电产业链形成。

据欧洲光伏工业协会EPIA预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。上述数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

在晶体硅太阳能电池片的制备过程中，通过将导电浆料印刷在硅片正面，干燥、烧结后在太阳能电池硅片的正面形成正面电极，起到导电和提高电池光电转换效率的作用。为了减少正面的遮光面积，提高电池转换效率，太阳能电池正面电极逐渐向密栅和细栅发展，栅线宽度由原来的120μm发展到现今的60～80μm。但是，现有技术中的太阳能电池正面电极用导电浆料由于印刷性能较差，从而易出现干网和堵网等现象。同时在印刷后的烧结过程中，该导电浆料易因收缩率过大而导致开裂，降低电池的转化效率。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法，该导电浆料的印刷性能较好，同时避免了烧结过程中出现开裂现象。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种太阳能电池正面电极用导电浆料，由以下重量比的成分组成：

含铅玻璃粉1～4％；

球形银粉65～90％；

纳米银粉2～20％；

有机载体2～5％；

溶剂3～6％；

助剂0.3～1％；

无机添加剂0.5～5％。

优选的，所述含铅玻璃粉由重量比为(53～68)∶(3～9)∶(4～10)∶(2～5)∶(15～25)的PbO、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃和SiO₂组成。

优选的，所述球形银粉的粒径为0.5～3μm，振实密度大于5.0g/cm³。

优选的，所述纳米银粉的粒径小于80nm，振实密度大于1.5g/cm³。

优选的，所述有机载体由重量比为(3～5)∶(5～9)∶(86～92)的乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和稀释剂组成，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种。

优选的，所述溶剂为必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种。

优选的，所述助剂为分散剂和/或流平剂，所述无机添加剂为Na₂O、MgO、TiO₂、ZnO、ZrO₂和SrO中的一种或几种。

相应的，本发明还提供一种太阳能电池正面电极用导电浆料的制备方法，包括以下步骤：

将重量比为(1～4)∶(65～90)∶(2～20)∶(2～5)∶(3～6)∶(0.3～1)∶(0.5～5)的含铅玻璃粉、球形银粉、纳米银粉、有机载体、溶剂、助剂和无机添加剂混合，分散后过滤，得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

优选的，所述含铅玻璃粉按照如下方法制备：

将重量比为(53～68)∶(3～9)∶(4～10)∶(2～5)∶(15～25)的PbO、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃和SiO₂混合，经热熔、冷却、球磨和过筛后得到含铅玻璃粉，所述含铅玻璃粉的粒径为1.0～5.0μm，软化点为471～573℃。

优选的，所述有机载体按照如下方法制备：

将乙基纤维素树脂和丙烯酸树脂加入稀释剂中，在70～90℃的条件下保温1～3小时，过滤后得到有机载体，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种，所述乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和稀释剂的重量比为(3～5)∶(5～9)∶(86～92)。

本发明提供一种太阳能电池正面电极用导电浆料及其制备方法，该导电浆料由以下重量比的成分组成：含铅玻璃粉1～4％；球形银粉65～90％；纳米银粉2～20％；有机载体2～5％；溶剂3～6％；助剂0.3～1％；无机添加剂0.5～5％。与现有技术相比，本发明通过调节有机载体、溶剂和助剂之间的重量比关系，从而调节了该导电浆料的粘度，使该导电浆料具有良好的印刷性，避免了印刷过程中的干网、堵网现象；另一方面，由于本发明以纳米银粉为必要成分，并调整了含铅玻璃粉、球形银粉与纳米银粉之间的重量比关系，从而降低了该导电浆料的烧结温度，同时避免了烧结过程中因收缩率过大而导致的开裂，提高浆料的导电性能和电池的转化效率。

附图说明

图1为本发明公开的太阳能光伏电池结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种太阳能电池正面电极用导电浆料，由以下重量比的成分组成：含铅玻璃粉1～4％；球形银粉65～90％；纳米银粉2～20％；有机载体2～5％；溶剂3～6％；助剂0.3～1％；无机添加剂0.5～5％。

银具有电阻率低、柔韧性和延展性好等特点，是良好的导电性和导热性金属，因此，本发明以银粒子为导电粒子。本发明所述球形银粉的粒径优选为0.5～3μm，更优选为0.8～2.5μm，更优选为1～2μm；振实密度优选大于5.0g/cm³，更优选为5.0～10g/cm³，更优选为6.0～9g/cm³。由于本发明以球形银粉为必要成分，减少了导电浆料烧结后的收缩率，同时提高了浆料的导电性能。

按照粒径分类，平均粒径小于0.1μm的银粉为纳米银粉。本发明所述纳米银粉的粒径优选小于80nm，更优选为20～80nm，更优选为30～60nm；振实密度优选大于1.5g/cm³，更优选为1.5～10g/cm³，更优选为2～5g/cm³。本发明以纳米银粉为必要成分，降低了导电浆料的烧结温度，同时防止烧结过程的收缩率过大导致的开裂，提高了浆料的导电性能。上述球形银粉和纳米银粉的粒径分别为平均粒径，通过实测值计算得到，所述实测值优选由LA-920粒度分布仪来确定。

另外，本发明采用的含铅玻璃粉优选为含铅的硼酸玻璃粉，更优选由重量比为(53～68)∶(3～9)∶(4～10)∶(2～5)∶(15～25)的PbO、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃和SiO₂组成，更优选由重量比为(58～65)∶(4～8)∶(5～10)∶(3～5)∶(18～22)的PbO、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃和SiO₂组成。所述含铅玻璃粉的粒径优选为1.0～5.0μm，更优选为2.0～4.0μm；软化点优选为471～573℃，更优选为500～560℃。在太阳能电池正面电极用导电浆料中，含铅玻璃粉作为无机粘结剂，优选具有471～573℃的软化点以便于导电浆料在600～900℃下焙烧，从而粘附在硅衬底上。如果软化点过低，则烧结程度会过度；而软化点过高则在焙烧期间不能发生足够的熔融硫，从而粘附强度较低，不能与银粒子实现液相烧结。其中，含铅玻璃粉中铅的作用在于实现各个成分的共熔，降低银的熔点。

按照本发明，有机载体即树脂基料，优选由重量比为(3～5)∶(5～9)∶(86～92)的乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和稀释剂组成，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种，其中稀释剂的作用在于调节该有机载体的粘度。

另外，所述溶剂优选为必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种。所述助剂优选为分散剂和/或流平剂，更优选为BYK-110、BYK-111和BYK-354的一种或几种；所述无机添加剂优选为Na₂O、MgO、TiO₂、ZnO、ZrO₂和SrO中的一种或几种。上述助剂和无机添加剂的用量由所需导电浆料的特性来决定。

综上所述，本发明通过调节有机载体、溶剂和助剂之间的重量比关系，从而调节了该导电浆料的粘度，使该导电浆料具有良好的印刷性，避免了印刷过程中的干网、堵网等现象。另一方面，由于本发明以纳米银粉为必要成分，并调整了含铅玻璃粉、球形银粉与纳米银粉之间的重量比关系，从而降低了该导电浆料的烧结温度，同时避免了烧结过程中收缩率过大而导致的开裂，提高浆料的导电性能和电池的转化效率。

相应的，本发明还提供一种上述太阳能电池正面电极用导电浆料的制备方法，包括以下步骤：将重量比为(1～4)∶(65～90)∶(2～20)∶(2～5)∶(3～6)∶(0.3～1)∶(0.5～5)的含铅玻璃粉、球形银粉、纳米银粉、有机载体、溶剂、助剂和无机添加剂混合，分散后过滤，得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

在上述导电浆料的制备过程中，通过调节含铅玻璃粉和银粉的比例，从而调节烧结后银和硅的接触电阻以及电池转化效率；通过调节有机载体与溶剂的比例，从而调节产品的粘度和印刷性，防止印刷过程中的干网、堵网现象；通过调节助剂的含量可以调整浆料的分散性；改变无机添加物的比例可以调节电池片的电阻和电池转化效率。

其中，所述含铅玻璃粉按照如下方法制备：将重量比为(53～68)∶(3～9)∶(4～10)∶(2～5)∶(15～25)的PbO、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃和SiO₂混合，经热熔、冷却、球磨和过筛后得到含铅玻璃粉，所述含铅玻璃粉的粒径为1.0～5.0μm，软化点为471～573℃。本发明优选以上述制备的含铅玻璃粉作为无机粘结剂，优选具有471～573℃的软化点以便于导电浆料在600～900℃下焙烧，从而粘附在硅衬底上。如果软化点过低，则烧结程度会过度；而软化点过高则在焙烧期间不能发生足够的熔融硫，从而粘附强度较低，从而不能与银粒子实现液相烧结。其中，含铅玻璃粉中铅的作用在于实现各个成分中间的共熔，降低银的熔点。

另外，所述有机载体按照如下方法制备：将乙基纤维素树脂和丙烯酸树脂加入稀释剂中，在70～90℃的条件下保温1～3小时，过滤后得到有机载体，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种，所述乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和稀释剂的重量比为(3～5)∶(5～9)∶(86～92)。所述保温温度优选为75～85℃，更优选为80℃；所述保温时间优选为1.5～2.5小时，更优选为2小时，所述保温优选采用恒温保温的形式。

在导电浆料的过程中，优选采用三辊机对各个原料的混合产物进行分散，更优选分散至粒径为10μm以下，调整至合适粘度，过滤得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

本发明通过调节有机载体、溶剂和助剂之间的重量比关系，从而调节了该导电浆料的粘度，使该导电浆料具有良好的印刷性，避免了印刷过程中的干网、堵网现象；另一方面，由于本发明以纳米银粉为原料，并调整了含铅玻璃粉、球形银粉与纳米银粉之间的重量比关系，从而降低了该导电浆料的烧结温度，同时避免了烧结过程中收缩率过大而导致的开裂，提高浆料的导电性能和电池的转化效率。实验结果表明，本发明制备的太阳能电池正面电极用导电浆料具有优异的印刷性，印刷过程中不断线、不干网；烧结后与硅片形成良好的欧姆接触；烧结后有好的高宽比，同时电池片转化效率高。

以本发明制备的太阳能电池正面电极用导电浆料制备太阳能电池，如图1所示，包括晶体硅基体1，背银2，背铝3和正面电极4。由于本发明制备的导电浆料的印刷性能较好，从而该太阳能电池不会在烧结过程中开裂，具有良好的电池转化效率。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例采用的化学试剂均为市购。

实施例1

步骤1)含铅玻璃粉的制备

按表1所示的原料和比例，将PbO、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃和SiO₂混合均匀，加热后热熔、冷却、球磨、过筛得玻璃粉，该玻璃粉粒径范围为1.0～5.0μm，软化点471～573℃。

步骤2)有机载体的制备

按表1所示的原料和比例，将乙基纤维素树脂和丙烯酸树脂加入稀释剂中，在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得有机载体。

步骤3)太阳能电池正面电极用导电浆料的制备

按表1所示的原料和比例，将步骤1)制备的含铅玻璃粉、步骤2)制备的有机载体、球形银粉、纳米银粉、溶剂、助剂和无机添加剂混合均匀，以MgO为无机添加剂，在三辊机上分散至10μm以下，调整至合适粘度，过滤得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

实施例2～5

采用表1所示的原料和比例，按照实施例1的制备方法，制备得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

表1本发明实施例1～5采用的原料及工艺条件

对本发明实施例1～5所制备的太阳能电池正面电极用导电浆料在单晶硅片上进行性能测试，使用60μm线宽的网版印刷，性能结果如表2所示：

表2本发明实施例1～5制备的太阳能电池正面电极用导电浆料的性能结果

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种太阳能电池正面电极用导电浆料，由以下重量比的成分组成：

含铅玻璃粉1～4％，所述含铅玻璃粉由重量比为(53～68)：(3～9)：(4～10)：(2～5)：(15～25)的PbO、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃和SiO₂组成；

球形银粉65～90％，所述球形银粉的粒径为0.5～3μm，振实密度大于5.0g/cm³；

纳米银粉2～20％，所述纳米银粉的粒径小于80nm，振实密度大于1.5g/cm³；

有机载体2～5％；所述有机载体由重量比为(3～5)：(5～9)：(86～92)的乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和稀释剂组成，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种；

溶剂3～6％；所述溶剂为必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种；

助剂0.3～1％；所述助剂为分散剂和/或流平剂；

无机添加剂0.5～5％；所述无机添加剂为Na₂O和/或MgO。

2.一种如权利要求1所述太阳能电池正面电极用导电浆料的制备方法，包括以下步骤：

将重量比为(1～4)：(65～90)：(2～20)：(2～5)：(3～6)：(0.3～1)：(0.5～5)的含铅玻璃粉、球形银粉、纳米银粉、有机载体、溶剂、助剂和无机添加剂混合，分散后过滤，得到太阳能电池正面电极用导电浆料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含铅玻璃粉按照如下方法制备：

将重量比为(53～68)：(3～9)：(4～10)：(2～5)：(15～25)的PbO、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃和SiO₂混合，经热熔、冷却、球磨和过筛后得到含铅玻璃粉，所述含铅玻璃粉的粒径为1.0～5.0μm，软化点为471～573℃。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机载体按照如下方法制备：

将乙基纤维素树脂和丙烯酸树脂加入稀释剂中，在70～90℃的条件下保温1～3小时，过滤后得到有机载体，所述稀释剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种，所述乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和稀释剂的重量比为(3～5)：(5～9)：(86～92)。