CN105632589A - 一种高储热晶硅太阳能背电极银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种高储热晶硅太阳能背电极银浆及其制备方法，包含指定重量百分比的无机玻璃粉、银粉及有机粘合剂，其中，无机玻璃粉的重量百分比为2-6wt%，银粉的重量百分比为48-53wt%，有机粘合剂的重量百分比为41-51wt%。本发明设计精巧，通过在无机玻璃粉加入氧化碲TeO2改善，克服了背电极浆料不耐烘烤的缺点，150℃烘箱烘烤2h后，拉力＞2N，具有高储热性能，从而提高了电池片的使用寿命，满足了市场上对于储热的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种背电极银浆及其制备方法，尤其涉及一种高储热晶硅太阳能背电极银浆及其制备方法。
背景技术
太阳能发电是直接将太阳辐射能转换为电能，是所有清洁能源中对太阳能的转换环节最少、利用最直接的方式。目前，主要的太阳能电池是晶体硅太阳能电池。由于晶体太阳能电池比传统发电的成本高，使其安装应用受到了一定的限制，在未来一段时间内仍不能成为主流能源。提高太阳能电池的光电转化效率和降低太阳能电池的成本是未来晶硅太阳能电池发展的主要方向。
背电极银浆是制备晶体硅太阳能电池的一种重要辅料，通常采用丝网印刷工艺将其印刷烧结于电池背面，作为背电极。背电极银浆需要具有良好的导电性、印刷性能、焊接性。背电极银浆主要由导电相银粉、无机玻璃粉、有机粘合剂组成。其中银粉为导电介质；无机玻璃粉在高温烧结时熔化，在银粉和硅基底之间形成欧姆接触；有机粘合剂主要起分散和包裹作用，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。
之前，电池片厂常以附着力、可焊性、耐焊性、耗量等指标来衡量背电极银浆的性能。现在许多电池片厂会提出储热要求，即150℃烘箱烘烤0.5-1h，拉力不低于2-3N。市场现有的背银浆料在高储热方面仍处于较低的水平，造成电池片报废率高，电池组件的寿命短，这与背银浆料中化学成分的种类及配比有着非常大的关系。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种高储热晶硅太阳能背电极银浆及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其包含指定重量百分比的无机玻璃粉、银粉及有机粘合剂，其中，无机玻璃粉的重量百分比为2-6wt％，银粉的重量百分比为48-53wt％，有机粘合剂的重量百分比为41-51wt％。
优选的，所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其中：所述无机玻璃粉包含以下重量百分比成分：SiO2：4-20wt％，Bi2O3：40-60wt％，BaO：0-20wt％，ZnO：2-12wt％，B2O3：6-15wt％，Li2O：1-8wt％，Al2O3：2-35wt％，TeO2：1-20wt％。
优选的，所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其中：所述无机玻璃粉的平均粒径为0.1-2μm。
优选的，所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其中：所述银粉为球型银粉与片状银粉的混合物，其中球型银粉的纯度＞99.90％，D50为0.2-4μm；片状银粉的纯度＞99.90％，D50为2.0-20μm。
优选的，所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其中：所述有机粘合剂包含以下重量百分比成分：有机树脂：2-15wt％，有机溶剂：80-95wt％，表面活性剂：0.5-5wt％。
优选的，所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其中：所述有机树脂为乙基纤维素、硝基纤维素、醇酸树脂中的一种或几种的组合；所述有机溶剂为松节油透醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、正丁醇、乙二醇单丁醚、乙二醇苯醚中的一种或几种的组合；所述表面活性剂为卵磷脂、司班、羊毛脂中的一种或几种的组合。
优选的，所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其中：所述有机树脂是乙基纤维素、硝基纤维素按照指定重量百分比形成的混合物；所述表面活性剂为司班。
一种高储热晶硅太阳能背电极银浆的制备方法，其包括如下步骤：
S1，制备无机玻璃粉：将指定重量百分比的原料混合均匀并置于高温电阻炉中，于900-1400℃热熔0.5-1.5h，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于第一温度a干燥后，过筛得到指定平均粒径的无机玻璃粉；
S2，制备有机粘合剂：将指定重量百分比的有机溶剂加入容器中，在搅拌状态下加入指定重量百分比的有机树脂，升温至第二温度b，保温T1时间后降温到第三温度c，并加入指定重量百分比的表面活性剂后过滤得到有机粘合剂；
S3，制备银浆：根据成分配比，将银粉、无机玻璃粉、有机粘合剂混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于12μm，粘度为35-70Pa·S的高储热晶硅太阳能电池背电极银浆。
优选的，所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆的制备方法，其中：所述第一温度a为60-90℃，第二温度为80-100℃，第三温度为40-50℃。
优选的，所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆的制备方法，其中：所述T1时间为0.5-1.5h。
本发明技术方案的实质性特点和进步主要体现在：
1.本发明设计精巧，通过在无机玻璃粉加入氧化碲TeO2改善，克服了背电极浆料不耐烘烤的缺点，150℃烘箱烘烤2h后，拉力＞2N，具有高储热性能，从而提高了电池片的使用寿命，满足了市场上对于储热的要求。
2.本发明采用球型银粉和片状银粉混合使用，提高了银电极的导电性能，确保了背银在低银含量下仍有较好的光电转化效率，本发明产品应用于太阳能电池上光电转化效率不低于18％。
3.本发明的加工原料易于获取，且不含铅等有毒有害的元素和化合物，符合欧盟RoHS、Reach法规和国内行业标准，加工成本低，并且加工过程易于控制，操作便捷。
具体实施方式
下面就对本发明方案作进一步说明：
本发明揭示的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，包含指定重量百分比的无机玻璃粉、银粉及有机粘合剂，其中，所述无机玻璃粉在高温烧结过程中熔化，将银粉附着在硅片表面，形成均匀致密的导电膜；所述银粉在浆料中是导电功能相，其在高温烧结处理后可与硅形成欧姆接触，在电极中起导电作用；所述有机粘合剂起分散作用及印刷时的粘结作用，使无机粉体均匀分散在浆料中，形成一种稳定的悬浮体，保持浆料内各组分的配比；印刷后使浆料附着在硅片表面。
由于导电银浆的各种性能与其成分以及各成分的含量息息相关，不同成分以及各成分含量的差异必然导致所组成的导电银浆的性能存在较大差异，因此，发明人经过无数的实验和长期的思考研究得出的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其具体的成分及含量如下：
具体的，所述无机玻璃粉的重量百分比为2-6wt％，且所述无机玻璃粉包含以下重量百分比成分：SiO2：4-20wt％，Bi2O3：40-60wt％，BaO：0-20wt％，ZnO：2-12wt％，B2O3：6-15wt％，Li2O：1-8wt％，Al2O3：2-35wt％，TeO2：1-20wt％，且所述无机玻璃粉的平均粒径为0.1-2μm。
由于氧化碲的熔点比较低，形成的玻璃具有高绝缘常数和高稳定性，能够抵挡外部条件对玻璃结构的侵蚀，所以在烘烤2h后，还能保证一定的拉脱力。
进一步，所述银粉的重量百分比为48-53wt％，且由于银微粒的形状与导电性能的关系十分密切，球形的微粒相互间是点的接触，而片状微粒就可以形成面与面的接触，印刷后，片状的微粒在一定的厚度时相互呈鱼鳞状重叠，从而显示了较好的导电性能，因此所述银粉为球型银粉与片状银粉的混合物，它们的结合能够保证印刷后银粉连接的完整性和紧密型；同时，由于银微粒的大小与银浆的导电性能有关，在相同的体积下，微粒大，微粒间的接触几率偏低，并留有较大的空间，被非导体的树脂所占据，从而对导体微粒形成阻隔，导电性能下降；反之，细小微粒的接触几率提高，导电性能得到改善，因此本发明中球型银粉的纯度＞99.90％，D50为0.2-4μm；片状银粉的纯度＞99.90％，D50为2.0-20μm。
更进一步，所述有机粘合剂的重量百分比为41-51wt％，且由于导电银浆对有机粘合剂的选择，有多方面的考虑，不同有机粘合剂的粘度、凝聚性、附着性、热特性等有较大的差异。导电银浆的制造者对于导电银浆所作用的基材、固化条件、成膜物的理化特性都需要统筹兼顾，本发明中，所述有机粘合剂包含以下重量百分比成分：有机树脂2-15wt％，有机溶剂80-95wt％，表面活性剂0.5-5wt％。
其中，所述有机树脂为乙基纤维素、硝基纤维素、醇酸树脂中的一种或几种的组合；所述有机溶剂为松节油透醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、正丁醇、乙二醇单丁醚、乙二醇苯醚中的一种或几种的组合；所述表面活性剂为卵磷脂、司班、羊毛脂中的一种或几种的组合；优选的，所述有机树脂是乙基纤维素、硝基纤维素按照指定重量百分比形成的混合物；所述表面活性剂为司班。
进一步，本发明还揭示了一种高储热晶硅太阳能背电极银浆的制备方法，包括如下步骤：
S1，制备无机玻璃粉：将指定重量百分比的原料混合均匀并置于高温电阻炉中，于900-1400℃热熔0.5-1.5h，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于第一温度a干燥后，过筛得到指定平均粒径的无机玻璃粉；所述第一温度a为60-90℃，
S2，制备有机粘合剂：将指定重量百分比的有机溶剂加入容器中，在搅拌状态下加入指定重量百分比的有机树脂，升温至第二温度b，保温T1时间后降温到第三温度c，并加入指定重量百分比的表面活性剂后过滤得到有机粘合剂；第二温度b为80-100℃，第三温度c为40-50℃，所述T1时间为0.5-1.5h。
S3，制备银浆：根据成分配比，将银粉、无机玻璃粉、有机粘合剂混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于12μm，粘度为35-70Pa·S的高储热晶硅太阳能电池背电极银浆。
当然，上述S1，制备无机玻璃粉,S2，制备有机粘合剂的顺序没有严格的限定，只要在S3，制备银浆前完成上述两个步骤即可。
实施例1
制备有机粘合剂：按照成分配比：乙基纤维素8wt％，硝酸纤维素1.2wt％，松节油透醇58.8wt％，乙二醇单丁醚5wt％，二乙二醇单丁醚醋酸酯10wt％，正丁醇4wt％，乙二醇苯醚11wt％，司班2wt％；将松节油透醇、乙二醇单丁醚，二乙二醇单丁醚醋酸酯，正丁醇，乙二醇苯醚加入容器中，再在搅拌下加入乙基纤维素，硝酸纤维素，升温至85±2℃，保温1h，降温至45℃加入司班，过滤得到有机粘合剂。
制备无机玻璃粉：按照成分配比：SiO29wt％，Bi2O345wt％，ZnO7wt％，B2O312wt％，Li2O5wt％，Al2O317wt％，TeO25wt％；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于900℃热熔0.5h，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于70±5℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1-2μm的无机玻璃粉。
制备浆料：按照成分配比，银粉53wt％，有机粘合剂43.4wt％，无机玻璃粉3.6wt％。将银粉、无机玻璃粉、有机粘合剂混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于12μm，粘度为45Pa·S，即得到高储热晶硅太阳能电池背电极银浆。
将浆料用280目丝网印刷在156*156mm多晶硅片(厚度180±20μm)上，按晶体硅太阳能电池的生产工艺流程制成电池片后测试其光电转换效率的数据为：平均光电转换效率≥18.07％。
将上述印烧了背电极银浆的多晶硅电池片按以下方法进行焊接附着力及储热实验：将烧结后的硅片平放在焊台上，背银电极朝上。经助焊剂处理的焊带平铺在背电极上方，平行紧贴在背电极中央，其中一端超出硅片边缘。
用已预热至350℃的焊咀按压并缓慢滑过焊带，将焊带焊接在背银电极上。将焊接好的硅片放入已加热至150℃的烘箱中，放置2h。取出后，将超过硅片边缘端的焊带反向180°弯折，将硅片固定在夹具中，将折起端焊带固定在拉力测试仪的测试头上，以100mm/min恒速、180°撕拉。经测量，其平均拉力＞2N。
实施例2
制备有机粘合剂：按照成分配比：乙基纤维素6wt％，硝酸纤维素3.5wt％，松节油透醇72wt％，乙二醇单丁醚4wt％，二乙二醇单丁醚醋酸酯10wt％，正丁醇2wt％，乙二醇苯醚10wt％，司班2wt％；将松节油透醇、乙二醇单丁醚，二乙二醇单丁醚醋酸酯，正丁醇，乙二醇苯醚加入容器中，再在搅拌下加入乙基纤维素，硝酸纤维素，升温至95±2℃，保温1h，降温至50℃加入司班，过滤得到有机粘合剂。
制备无机玻璃粉：按照成分配比：SiO29wt％，Bi2O360wt％，BaO2wt％，ZnO3wt％，B2O38wt％，Li2O5wt％，Al2O33wt％，TeO210wt％；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1200℃热熔1h，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于70±5℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1-2μm的无机玻璃粉。
制备浆料：按照成分配比，银粉50wt％，有机粘合剂45.8wt％，无机玻璃粉4.2wt％。将银粉、无机玻璃粉、有机粘合剂混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于12μm，粘度为51Pa〃S，即得到高储热晶硅太阳能电池背电极银浆。
本实施例的成分的厂家与实施例1相同，并按照实施例1的储热测试方法，150℃烘箱烘烤2h后，拉力＞2N。
实施例3
制备有机粘合剂：按照成分配比：乙基纤维素9.8wt％，松节油透醇63wt％，乙二醇单丁醚8.2wt％，二乙二醇单丁醚醋酸酯17wt％，司班2wt％；将松节油透醇、乙二醇单丁醚，二乙二醇单丁醚醋酸酯加入容器中，再在搅拌下加入乙基纤维素，升温至95±2℃，保温1h，降温至50℃加入司班，过滤得到有机粘合剂。
制备无机玻璃粉：按照成分配比：SiO24wt％，Bi2O352wt％，BaO3wt％，ZnO5wt％，B2O315wt％，Li2O6wt％，Al2O32wt％，TeO213wt％；将所有原料混合均匀，置于高温电阻炉中进行熔炼，于1300℃热熔0.5h，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于80±5℃干燥后，过筛得到平均粒径为0.1-2μm的无机玻璃粉。
制备浆料：按照成分配比，银粉48wt％，有机粘合剂47.5wt％，无机玻璃粉4.5wt％。将银粉、无机玻璃粉、有机粘合剂混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于12μm，粘度为56Pa〃S，即得到高储热晶硅太阳能电池背电极银浆。
本实施例的成分的厂家与实施例1相同，并按照实施例1的储热测试方法，150℃烘箱烘烤2h后，拉力＞2N。
上述实施例1-3制备所得的高储热晶硅太阳能背电极银浆与市售背电极银浆通过印刷后，对比电性能和烘烤拉力，结果如下表所示：
电性能数据：
烘烤拉力数据：
| 片号 | 对比例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 片1 | 1.1 | 2.5 | 3.2 | 3.6 |
| 片2 | 1.3 | 2.5 | 3.0 | 3.5 |
| 片3 | 1.1 | 2.7 | 3.1 | 3.9 |
从上述数据可以看出，采用本发明的配方后，能够在保证银浆基本性能的前提下，大大提高烘烤拉力；并且从实验数据可以看出，随着无机玻璃粉中氧化碲的重量百分比的增加，烘烤拉力也逐步增加。
以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其特征在于：包含指定重量百分比的无机玻璃粉、银粉及有机粘合剂，其中，无机玻璃粉的重量百分比为2-6wt%，银粉的重量百分比为48-53wt%，有机粘合剂的重量百分比为41-51wt%。
2.根据权利要求1所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其特征在于：所述无机玻璃粉包含以下重量百分比成分：SiO2：4-20wt%，Bi2O3：40-60wt%，BaO：0-20wt%，ZnO：2-12wt%，B2O3：6-15wt%，Li2O：1-8wt%，Al2O3：2-35wt%，TeO2：1-20wt%。
3.根据权利要求1所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其特征在于：所述无机玻璃粉的平均粒径为0.1-2μm。
4.根据权利要求1所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其特征在于：所述银粉为球型银粉与片状银粉的混合物，其中球型银粉的纯度＞99.90%，D50为0.2-4μm；片状银粉的纯度＞99.90%，D50为2.0-20μm。
5.根据权利要求1所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其特征在于：所述有机粘合剂包含以下重量百分比成分：有机树脂：2-15wt%，有机溶剂：80-95wt%，表面活性剂：0.5-5wt%。
6.根据权利要求5所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其特征在于：所述有机树脂为乙基纤维素、硝基纤维素、醇酸树脂中的一种或几种的组合；所述有机溶剂为松节油透醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚醋酸酯、正丁醇、乙二醇单丁醚、乙二醇苯醚中的一种或几种的组合；所述表面活性剂为卵磷脂、司班、羊毛脂中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求5所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆，其特征在于：所述有机树脂是乙基纤维素、硝基纤维素按照指定重量百分比形成的混合物；所述表面活性剂为司班。
8.一种高储热晶硅太阳能背电极银浆的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，制备无机玻璃粉：将指定重量百分比的原料混合均匀并置于高温电阻炉中，于900-1400℃热熔0.5-1.5h，取出后水淬、粉碎、球磨、过筛，于第一温度a干燥后，过筛得到指定平均粒径的无机玻璃粉；
S2，制备有机粘合剂：将指定重量百分比的有机溶剂加入容器中，在搅拌状态下加入指定重量百分比的有机树脂，升温至第二温度b，保温T1时间后降温到第三温度c，并加入指定重量百分比的表面活性剂后过滤得到有机粘合剂；
S3，制备银浆：根据成分配比，将银粉、无机玻璃粉、有机粘合剂混合，调成糊状，用三辊机轧制研磨至浆料细度小于12μm，粘度为35-70Pa··S的高储热晶硅太阳能电池背电极银浆。
9.根据权利要求8所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆的制备方法，其特征在于：所述第一温度a为60-90℃，第二温度为80-100℃，第三温度为40-50℃。
10.根据权利要求8所述的一种高储热晶硅太阳能背电极银浆的制备方法，其特征在于：所述T1时间为0.5-1.5h。
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