CN105810293B - 一种晶体硅太阳能电池背电极银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池背电极银浆，更具体地，本发明涉及一种高可靠性、高附着力的晶体硅太阳能电池背电极银浆及其制备方法。该背电极银浆包括以下重量百分比的各组分：球形银粉Ⅰ5‑30%，球形银粉Ⅱ5‑30%，片状银粉5‑30%，玻璃粉2‑6%，有机载体10‑40%，无机添加剂0.1‑4%；该背电极银浆具有较高的抗老化性能、高附着力和可靠性，且适合自动焊接工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池背电极银浆，更具体地，本发明涉及一种高可靠性、高附着力的晶体硅太阳能电池背电极银浆及其制备方法。
背景技术
由于不可再生资源的有限性和其在使用过程中对全球气候和环境造成严重影响和破坏，人们越来越关注风能、水能、太阳能电池等可再生资源的利用，尤其是太阳能电池最受人们的关注。目前我国太阳能电池产量已超过20G瓦，是世界太阳能电池的第一大生产国。然而，我国太阳能电池的关键设备、原材料严重依赖进口，特别是晶体硅太阳能电池银浆大多采用进口银浆，如美国杜邦、韩国三星等，严重的制约了我国光伏行业的良性发展。
晶体硅太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极可将电能输出。在现有技术中，太阳能电池背电极主要使用金属银浆料，主要由银粉、玻璃粉、载体组成，而根据对电池板高性能的要求，其需要银浆具有优良的印刷性，烧结后与硅片的欧姆接触好，附着力及焊接性能优异等。
目前，晶体硅太阳能电池背电极银浆的制备均存在着很多的不足。一方面，为了提高背电极银浆的焊接性，增加银粉的含量，使大部分背电极银浆的银粉含量达到65-70%，造成生产成本的增加和资源的浪费，但单纯的降低银粉的含量，又会导致焊接性能的下降，焊接不良，影响电池片的长期使用稳定性。另一方面，由于背电极银浆的可靠性和稳定性直接影响了晶体硅太阳能电池组件的使用寿命，因此，银浆的抗老化性和晶体硅太阳能电池组件中银铝的结合是否牢固是非常重要的技术指标，但是，在现有技术中大部分背电极银浆的抗老化性能差、银铝结合处铝浆容易脱落，不能满足用户的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高可靠性、高附着力的晶体硅太阳能电池背电极银浆及其制备方法，该背电极银浆具有较高的抗老化性能 、高附着力和可靠性，且适合自动焊接工艺。
为了实现上述发明目的，本发明采取了以下技术方案：
一种晶体硅太阳能电池背电极银浆，所述背电极银浆包括以下重量百分比的各组分：球形银粉Ⅰ5-30%，球形银粉Ⅱ5-30%，片状银粉5-30%，玻璃粉2-6%，有机载体10-40%，无机添加剂0.1-4%；其中，所述球形银粉Ⅰ的平均粒径D50为100-500nm，所述球形银粉Ⅱ的平均粒径D50为0.5-1.0μm，所述片状银粉的平均粒径D50为0.5-1.0μm。
在一种实施方式中，所述背电极银浆包括以下重量百分比的各组分：球形银粉Ⅰ10-25%，球形银粉Ⅱ10-25%，片状银粉10-30%，玻璃粉2-6%，有机载体10-30%，无机添加剂0.1-4%。
在一种实施方式中，所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2玻璃体系。
在一种实施方式中，所述玻璃粉还包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te、Br、I单质或氧化物中的一种或几种组合。
在一种实施方式中，所述有机载体为高分子树脂和有机溶剂。
在一种实施方式中，所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合。
在一种实施方式中，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合。
在一种实施方式中，所述的有机载体在背电极银浆中重量百分组成是高分子树脂1-5%、有机溶剂9-35%。
在一种实施方式中，所述无机添加剂为Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te单质或氧化物中的一种或几种组合。
本发明的另一目的在于提供晶体硅太阳能电池背电极银浆的制备方法，所述方法包括：根据权利要求1所述的组分配比，将称量好的玻璃粉和有机载体装入球磨设备中，按料：锆球=1：1比例加入锆球，进行15～24小时混合、球磨处理至细度≤7μm后过滤出料，再和球形银粉Ⅰ、球形银粉Ⅱ、片状银粉和无机添加剂混合经过三辊轧机辊轧至细度≤7μm以下，获得晶体硅太阳能电池背电极银浆。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：本发明通过选用两种不同粒径的球形银粉和一定粒径的片状银粉以及含有金属单质或氧化物的Bi2O3－SiO2玻璃体系的玻璃粉、无机添加剂，通过控制银粉、玻璃粉、无机添加剂的配比，制备的背电极银浆具有较高的抗老化性能 、高附着力和可靠性，耐焊性良好且适合自动焊接工艺。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
具体实施方式
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显指单数形式。
为了解决上述问题，本发明提供了一种晶体硅太阳能电池背电极银浆，所述背电极银浆包括以下重量百分比的各组分：球形银粉Ⅰ5-30%，球形银粉Ⅱ5-30%，片状银粉5-30%，玻璃粉2-6%，有机载体10-40%，无机添加剂0.1-4%；其中，所述球形银粉Ⅰ的平均粒径D50为100-500nm，所述球形银粉Ⅱ的平均粒径D50为0.5-1.0μm，所述片状银粉的平均粒径D50为0.5-1.0μm。
在一种优选地实施方式中，所述背电极银浆包括以下重量百分比的各组分：球形银粉Ⅰ10-25%，球形银粉Ⅱ10-25%，片状银粉10-30%，玻璃粉2-6%，有机载体10-30%，无机添加剂0.1-4%。
在一种优选地实施方式中，所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2玻璃体系。
在一种优选地实施方式中，所述玻璃粉还包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te、Br、I单质或氧化物中的一种或几种组合。
在一种优选地实施方式中，所述有机载体为高分子树脂和有机溶剂。
在一种优选地实施方式中，所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合；优选地，所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂。
在一种优选地实施方式中，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合；优选地，松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12 、DBE中的一种或几种组合。
在一种优选地实施方式中，所述的有机载体在背电极银浆中重量百分组成是高分子树脂1-5%、有机溶剂9-35%。
在一种优选地实施方式中，所述无机添加剂为Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te单质或氧化物中的一种或几种组合。
本发明的另一目的在于提供晶体硅太阳能电池背电极银浆的制备方法，所述方法包括：根据权利要求1所述的组分配比，将称量好的玻璃粉和有机载体装入球磨设备中，按料：锆球=1：1比例加入锆球，进行15～24小时混合、球磨处理至细度≤7μm后过滤出料，再和球形银粉Ⅰ、球形银粉Ⅱ、片状银粉和无机添加剂混合经过三辊轧机辊轧至细度≤7μm以下，获得晶体硅太阳能电池背电极银浆。
实施方式：
实施方式1，一种晶体硅太阳能电池背电极银浆，所述背电极银浆包括以下重量百分比的各组分：球形银粉Ⅰ5-30%，球形银粉Ⅱ5-30%，片状银粉5-30%，玻璃粉2-6%，有机载体10-40%，无机添加剂0.1-4%；其中，所述球形银粉Ⅰ的平均粒径D50为100-500nm，所述球形银粉Ⅱ的平均粒径D50为0.5-1.0μm，所述片状银粉的平均粒径D50为0.5-1.0μm。
实施方式2，与实施方式1相同，不同的地方是，所述背电极银浆包括以下重量百分比的各组分：球形银粉Ⅰ10-25%，球形银粉Ⅱ10-25%，片状银粉10-30%，玻璃粉2-6%，有机载体10-30%，无机添加剂0.1-4%。
实施方式3，与实施方式1相同，不同的地方是所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2玻璃体系。
实施方式4，与实施方式3相同，不同的地方是，所述玻璃粉还包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te、Br、I单质或氧化物中的一种或几种组合。
实施方式5，与实施方式1相同，不同的地方是，所述有机载体为高分子树脂和有机溶剂。
实施方式6，与实施方式5相同，不同的地方是，所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合。
实施方式7，与实施方式5或6相同，不同的地方是，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合。
实施方式8，与实施方式7相同，不同的地方是，所述的有机载体在背电极银浆中重量百分组成是高分子树脂1-5%、有机溶剂9-35%。
实施方式9，与实施方式1相同，不同的地方是，所述无机添加剂为Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te单质或氧化物中的一种或几种组合。
实施方式10，晶体硅太阳能电池背电极银浆的制备方法，其特征在于，所述方法包括：根据权利要求1所述的组分配比，将称量好的玻璃粉和有机载体装入球磨设备中，按料：锆球=1：1比例加入锆球，进行15～24小时混合、球磨处理至细度≤7μm后过滤出料，再和球形银粉Ⅰ、球形银粉Ⅱ、片状银粉和无机添加剂混合经过三辊轧机辊轧至细度≤7μm以下，获得晶体硅太阳能电池背电极银浆。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其他说明，所用原料都是市售的。
晶体硅太阳能电池背电极银浆组分和配比，利用先将玻璃粉和有机载体装入球磨设备中，按料：锆球=1：1比例加入锆球，进行15～24小时混合、球磨处理至细度≤7μm后过滤出料，再和球形银粉Ⅰ、球形银粉Ⅱ、片状银粉和无机添加剂混合经过三辊轧机辊轧至细度≤7μm以下，获得晶体硅太阳能电池背电极银浆。
首选，简述本发明材料配方的基本方案：一种晶体硅太阳能电池背电极银浆，所述背电极银浆包括以下重量百分比的各组分：球形银粉Ⅰ5-30%，球形银粉Ⅱ5-30%，片状银粉5-30%，玻璃粉2-6%，有机载体10-40%，无机添加剂0.1-4%。
实施例1-10
一种晶体硅太阳能电池背电极银浆，其配方按照表1的1-10号配方（分别对应1-10实施例），经过组份调整、球磨、轧制等工序处理后可以获得分散性好，成份均一的主材料。配方中所述；所述球形银粉Ⅰ的平均粒径D50为100-500nm，所述球形银粉Ⅱ的平均粒径D50为0.5-1.0μm，所述片状银粉的平均粒径D50为0.5-1.0μm；所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2玻璃体系；所述玻璃粉还包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te、Br、I单质或氧化物中的一种或几种组合；所述有机载体中高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合；所述有机载体中有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合；所述无机添加剂为Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te单质或氧化物中的一种或几种组合。将玻璃粉和有机载体经球磨达到一定的细度后过滤出料，再和金属银粉材料、无机添加剂混合均匀后利用三辊研磨机充分研磨辊轧，达到一定的细度。
按上述配方制得的银电极浆料，通过丝网印刷工艺形成晶体硅太阳能电池电池片（125×125规格）的背电场银电极电极，并进行性能测试，所得的硅太阳能电池片性能良好，测试结果见表2。
表1
表2
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明的特征的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。而且在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求覆盖。
Claims (3)
1.一种晶体硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述背电极银浆包括以下重量百分比的各组分：球形银粉Ⅰ10％，球形银粉Ⅱ20％，片状银粉15％，玻璃粉4％，有机载体25％，无机添加剂1％；其中，所述球形银粉Ⅰ的平均粒径D50为100-500nm，所述球形银粉Ⅱ的平均粒径D50为0.5-1.0μm，所述片状银粉的平均粒径D50为0.5-1.0μm；所述玻璃粉为Bi2O3－SiO2玻璃体系，所述玻璃粉还包括Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te、Br、I单质或氧化物中的一种或几种组合；所述有机载体为高分子树脂和有机溶剂，所述的有机载体在背电极银浆中重量百分组成是高分子树脂1-5％、有机溶剂9-35％；所述无机添加剂为Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Pb、Sb、Se、Te单质或氧化物中的一种或几种组合。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述高分子树脂为乙基纤维素、环氧树脂、聚氨酯树脂、松香树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂中的一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池背电极银浆，其特征在于，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯12、DBE、芳烃、脂肪烃中的一种或几种组合。
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