CN104575667B - 晶体硅太阳能电池正面用导电银浆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池正面用导电银浆，所述导电银浆的组分及重量百分含量如下：银粉 75～90%；玻璃粘结剂 0.5～2%；有机粘结剂 10～25%；无机导电助剂0.01～2%；其中，所述无机导电助剂为含锑无机化合物；所述银粉平均粒径0.2～2微米、振实密度大于4.8g/cc。本发明通过添加适量的含锑无机导电助剂，并通过优选玻璃粉，在高温烧结时，该含锑无机导电助剂与所选玻璃粉相互作用，能够增强玻璃的导电性能，有效降低电池的串联电阻，并能改善电极的长波响应，提高电池的短路电流，从而提高电池转换效率。

Description

晶体硅太阳能电池正面用导电银浆

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种晶体硅太阳能电池正面用导电银浆。

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面银电极、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，正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。

在太阳能电池的制造发展过程中，都是围绕着提高太阳电池的光电转换效率和降低太阳电池的生产成本这两个重点。降低电池的串联电阻、提高电池的短路电流都是提高转换效率的有效方法。

有资料表明，在太阳能正面电极用导电浆料中，通过添加使用TiO₂粉体或SnO₂粉体，在烧结冷却过程中TiO₂或SnO₂起晶核剂的作用，使玻璃微晶化，以降低银硅间的接触电阻。但是，由于玻璃相微晶化，银在玻璃相中的过饱和度增大，使析出的银颗粒过大，容易击穿pn结，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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对已有技术之不足，提供一种晶体硅太阳能电池正面用导电银浆。所述银浆通过在其中加入一定含量的含锑无机导电助剂，并通过优选无机粘结剂玻璃粉，能有效降低电池片的串联电阻,提高电池的短路电流，从而提高电池转换效率。

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导电银浆，各组分及重量百分含量如下：银粉 75～90%；玻璃粘结剂 0.5～2%；有机粘结剂 7～23%；无机导电助剂0.01～2%；其中，所述的无机导电助剂为含锑无机化合物；所述的银粉平均粒径0.2～2微米、振实密度大于4.8g/cc。

上述晶体硅太阳能电池正面用导电银浆，所述无机玻璃粘结剂为软化温度为450-650℃的含铅玻璃体系或无铅玻璃体系中的一种。

上述晶体硅太阳能电池正面用导电银浆，所述无机玻璃粘结剂为软化温度为500-600℃的含铅或无铅玻璃体系中的一种。

上述晶体硅太阳能电池正面用导电银浆，所述含锑的无机化合物为Sb₂Te₃、NiSb、InSb、YSb中的一种或几种。

上述晶体硅太阳能电池正面用导电银浆，所述含锑的无机导电助剂的含量为银浆总重量的0.05～1%。

上述晶体硅太阳能电池正面用导电银浆，所述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体现在：

(1)本发明通过添加适量的含锑无机导电助剂，并通过优选无机粘结剂玻璃粉，使玻璃粉的软化点与所选无机导电助剂熔点相近，在高温烧结时，该含锑无机导电助剂熔融后,渗透入玻璃体系中，与玻璃相互作用、连接，能够增强玻璃的导电性能，有效降低电池片的串联电阻；

(2) 本发明通过添加适量的含锑无机导电助剂,由于这些无机导电助剂的流动性能优于玻璃，熔融后部分无机导电助剂在硅基片表面形成薄层均匀分布状态，由于这些无机导电助剂的禁带宽度较硅半导体小，很容易发生电子跃迁，这样可有效利用红外长波响应，有效提高电池的短路电流，从而提高电池转换效率。

因此，本发明的太阳能电池正面用导电浆料，烧结形成电极后电池的短路电流增大，串联电阻减小，光电转换效率提高，使电池具有好的导电性能。

具体实施方式

本发明中的导电银浆主要由导电功能相、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。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0.2～2微米、振实密度大于4.8g/cc的球形银粉。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。从而影响电池片的转换效率。

本发明中的玻璃相可采用含铅玻璃体系或无铅玻璃体系，玻璃的软化温度为450-650℃。这些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。电极在600-900℃下烧结，当玻璃的软化温度小于450℃时，在电极烧结过程中，玻璃相液化温度低，液态持续时间长，容易将发射极烧穿，且不能与无机导电助剂相互作用，起不到降低串联电阻的作用；而当软化温度大于650℃时，熔融时间过短，同样不能很好地与无机导电助剂相互作用。本发明优选玻璃的软化温度为500-600℃，当玻璃的软化温度在此范围时，与所选无机导电助剂熔点最为接近，二者相互作用效果最强，降低串联电阻效果最好。为了使玻璃粘结剂混合更加均匀，玻璃粘结剂的粒径控制在5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片与银电极间的附着力；如果用量超过2.0%，则会在硅表面形成绝缘层，导致接触电阻增大，降低电池片的电性能。

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7～23%，若有机粘结剂的用量少于7%，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23%，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。

发明人经研究发现，通过在导电银浆中添加含锑的无机导电助剂Sb₂Te₃、NiSb、InSb、YSb中的一种或几种，能够增强玻璃的导电性能，降低电极的串联电阻，并能改善电极的长波响应，使得电池的短路电流增大，电池效率提高。这是因为与公知技术相比，这些导电助剂具有较强的电子运输能力，并且这些助剂的熔点较低（在520-600℃，与玻璃粉的软化温度相近）；禁带宽度较小，为0.2-0.5ev。高温烧结时，含锑的无机导电助剂熔融后，部分渗透入熔融玻璃体系中，与玻璃相互作用，增强玻璃的导电性；同时，这些导电助剂的流动性能优于玻璃，部分熔融后的助剂可在硅基片表面形成薄层均匀分布状态，由于这些助剂的禁带宽度较硅半导体小，很容易发生电子跃迁，这样可有效利用红外长波响应，增大电池的短路电流，从而提高电池效率。本发明中含锑无机导电助剂的用量控制在导电银浆总重量的0.01～2.0%。如果添加量小于0.01%，起不到改善玻璃导电性和改善长波响应的作用；如果添加量大于2.0%，则浆料的流动性过强，影响印刷栅线的高宽比。

因此，本发明的太阳能电池正面用导电浆料，烧结形成电极后电池的短路电流增大，串联电阻减小，光电转换效率提高，使电池具有好的导电性能。

本发明提供的导电银浆可以通过下述方法制备：

按配方比例称量后，将有机树脂和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。

将含锑无机导电助剂、玻璃粘结剂和有机粘结剂按配方比例混合均匀，再加入银粉，搅拌、研磨，得到晶硅太阳能电池正面用导电银浆。

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3.3g乙基纤维素、1.3g丙烯酸树脂，加入5g松油醇、6.7g丁基卡必醇醋酸酯、6.7g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）导电银浆的制备

称取0.01g的含锑助剂InSb、2.0g的B₂O₃-SiO₂-Bi₂O₃体系的无铅玻璃粘结剂（软化温度为650℃），与23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5.5g/cc），混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用导电银浆。

实施例2

（1）有机粘结剂的制备

称取0.75g松香、加入6.0g邻苯二甲酸二丁酯、8.5g松油醇，混合并加热到60～90℃，溶解，得到有机粘结剂，备用。

（2）导电银浆的制备

称取2.0g的含锑助剂Sb₂Te₃、2.0g的B₂O₃--Bi₂O₃--PbO体系的含铅玻璃粘结剂（软化温度为450℃），与15克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入81g银粉（粒径为1.0微米、振实密度为4.9g/cc）混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用导电银浆。

实施例3

（1）有机粘结剂的制备

称取1.05g硝基纤维素，加入3.15g丁基卡必醇醋酸酯、2.8g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）导电银浆的制备

称取1.0g的YSb、2.0g的Bi₂O₃- SiO₂-ZnO体系的无铅玻璃粘结剂（软化温度为500℃），与7g上述有机粘结剂混合均匀后，再加入90g银粉（粒径为2.0微米、振实密度为5.2g/cc）混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用导电银浆。

实施例4

（1）有机粘结剂的制备

称取0.75g松香、加入6.0g邻苯二甲酸二丁酯、8.25g松油醇，混合并加热到60～90℃，溶解，得到有机粘结剂，备用。

（2）导电银浆的制备

称取0.3g的含锑助剂Sb₂Te₃、0.2g的含锑助剂NiSb 、0.5g的B₂O₃--Bi₂O₃--PbO体系含铅玻璃粘结剂（软化温度为600℃），与15克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入84g银粉（粒径为0.5微米、振实密度为5.2g/cc）混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用导电银浆。

实施例5

（1）有机粘结剂的制备

同实施例4

（2）导电银浆的制备

称取0.01g的含锑助剂Sb₂Te₃、0.02g的含锑助剂YSb 、0.02g的含锑助剂InSb 、1.0g的B₂O₃--Bi₂O₃--ZnO体系无铅玻璃粘结剂（软化温度为550℃），与15克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入84g银粉（粒径为0.5微米、振实密度为5.2g/cc）混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用导电银浆。

实施例6

（1）有机粘结剂的制备

同实施例3

（2）导电银浆的制备

称取1.0g的含锑助剂InSb、1.0g的含锑助剂NiSb 、1.0g的B₂O₃--Bi₂O₃--PbO体系含铅玻璃粘结剂（软化温度为450℃），与7克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入90g银粉（粒径为1.2微米、振实密度为5.2g/cc）混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用导电银浆。

对比例1

（1）有机粘结剂的制备

同时实例4

（2）导电银浆的制备

称取1.0g的B₂O₃--Bi₂O₃--PbO体系含铅玻璃粘结剂（软化温度为600℃），与15克上述有机粘结剂混合均匀后，再加入84g银粉（粒径为0.5微米、振实密度为5.2g/cc）混合，搅拌后研磨，即得到所需太阳能电池正面用导电银浆。

将上述实施例1～6和对比例1得到的银浆应用于下述配方：

将太阳能电池背面铝浆、背面银浆料通过丝网印刷在156*156mm两面制绒的多晶硅基片上，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。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

R_s 为串联电阻

FF为填充因子。

Claims (4)

1.晶体硅太阳能电池正面用导电银浆，其特征在于，各组分及重量百分含量如下:

银粉75～90％；

无机玻璃粘结剂0.5～2％；

有机粘结剂7～23％；

无机导电助剂0.01～2％；

所述银粉平均粒径0.2～2微米、振实密度大于4.8g/cc；

所述无机导电助剂为含锑无机化合物；所述含锑无机化合物为Sb2Te3、NiSb、InSb、YSb中的一种或几种，所述含锑无机化合物的熔点在520℃-600℃，禁带宽度为0.2ev-0.5ev；

所述无机玻璃粘结剂为软化温度为450-650℃的含铅玻璃体系或无铅玻璃体系中的一种。

2.根据权利要求1所述的导电银浆，其特征在于，所述无机玻璃粘结剂为软化温度为500-600℃的含铅或无铅玻璃体系中的一种。

3.根据权利要求2所述的导电银浆，其特征在于，所述含锑的无机导电助剂的含量为银浆总重量的0.05～1％。

4.根据权利要求3所述的导电银浆,其特征在于，所述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。