CN109524150A - 一种全铝背场背银浆料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全铝背场背银浆料及其制备方法与应用，所述的全铝背场背银浆料按照重量份数包括如下：纯度大于99.99％的特殊要求银粉10～80份，自制无铅主体玻璃粉0.5～5份，低熔点辅玻璃粉0～3份，特殊要求的低熔点金属粉体1～50份、有机粘结剂15～50份、有机助剂0.01～1份。该全铝背场背银浆料可以直接印刷在铝背场浆料上，并保证其具有可观的焊接拉力及老化拉力，避免银和硅片直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，从而提高晶硅电池的光电转换效率，并且可以随意调节背电极宽度，及印刷图形，从而降低背电极浆料成本。

Description

一种全铝背场背银浆料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种全铝背场背银浆料及其制备方法与应用。
背景技术
常规的背银浆料直接印刷在硅片表面，然后对位印刷背铝，通过烧结使电极和背铝、硅片形成欧姆接触。该种电池有以下缺陷，主要是背电极直接印刷在硅片上形成欧姆接触，银电极易在硅片内形成金属缺陷，使电极成为严重的漏电区域，降低了太阳能电池的光电转换效率(0.1～0.2％)；背电极边缘需要被铝背场覆盖，增加了背电极宽度，增加了背电极浆料成本。
本发明在背电极银浆中引入低熔点金属粉体，具有很强的烧结流动活性，在整个背电极银浆料体系中起到银铝阻隔剂的作用，可以阻止银铝互渗，并且阻止银与硅片的接触。搭配不同粒径大小的低熔点金属粉体，可以使接触电阻大大降低。一部分低熔点金属粉体的加入也可以降低浆料中银粉的用量，从而降低成本。同时，该银浆直接印刷在背铝电极上，避免银和硅片直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，从而提高晶硅电池的光电转换效率，并且可以随意调节背电极宽度，及印刷图形，从而降低背电极浆料成本。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种全铝背场背银浆料及其制备方法与应用。
技术方案：一种全铝背场背银浆料，所述的全铝背场背银浆料按照重量份数包括如下：纯度大于99.99％的特殊要求银粉10～80份，自制无铅主体玻璃粉0.5～5份，低熔点辅玻璃粉0～3份，特殊要求的低熔点金属粉体1～50份、有机粘结剂15～50份、有机助剂0.01～1份。
作为优化：所述的特殊要求银粉为球形银粉、空心球形银粉、片状银粉或超细银粉，所述的球形银粉粒径D50为1～13μm；空心球形银粉粒径D50为3～20μm；片状银粉粒径D50为2～30μm；超细银粉粒径D50为0.1～3μm，比表面积为1.5～5m2/g。
作为优化：所述的球形银粉，粒径D50约为7～8μm；微纳米球形银粉，粒径D50约为1～3μm；片状银粉，粒径D50约为5～10μm；超细球形纳米银粉，粒径D50约为50～100nm。
作为优化：所述的自制无铅主体玻璃粉由Bi2O3、B2O3、SiO2、Al2O3、CuO、ZnO、Na2O、MnO2、CaO、TiO2、Cr2O3、SrO、BaO、NiO、TeO2中的几种熔制而成，粒径D50控制在0.5～5μm，软化点控制在400～600℃。
作为优化：所述的低熔点辅玻璃粉由PbO、Bi2O3、MnO2、TeO2、B2O3、SiO2、Al2O3、CuO、ZnO、TiO2、Cr2O3、NiO、Li2CO3中的几种熔制而成，粒径D50控制在1～9μm，软化点控制在380～500℃。
作为优化：所述的特殊要求的低熔点金属粉体包含以下的一种或几种：铜、钒、钾、铟、碲、铋、锡、锑、铅等低熔点金属粉体及它们的合金；其中，特殊要求的球形金属铋粉，熔点在200～300℃，粒径约为0.1～8μm；特殊要求的金属锡粉，熔点在200～300℃，粒径约为0.5～10μm；特殊要求的金属锑粉，熔点在300～400℃，粒径约为0.1～8μm；特殊要求的金属铅粉，熔点在400～500℃，粒径约为0.1～5μm。
作为优化：所述的有机粘结剂包括有机树脂、有机溶剂；所述的有机树脂选自乙基纤维素、醋酸丁基纤维素、聚乙烯缩丁醛树脂、酚醛树脂、甲基纤维素、缩聚醛、纤维素醚中的一种或几种；所述的有机溶剂选自丙酮、松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、甘油、二乙二醇单丁醚中的一种或几种。
作为优化：所述的有机助剂包含表面活性剂、触变剂和拉力助剂；所述的表面活性剂为卵磷脂、磷酸酯类、磷酸酯盐类、司班-85、羧酸类和高分子烷基铵盐类中的一种或几种；所述的触变剂为气相二氧化硅、有机膨润土、改性氢化蓖麻油、司班-85、月桂基磷酸酯和聚酰胺蜡中的一种或几种。
一种根据所述的全铝背场背银浆料的制备方法，全铝背场背银浆料的制备方法：
(1)将纳米低熔点金属粉体使用分散剂单独分散均匀备用；
(2)所述的有机粘结剂的制备：将有机树脂与有机助剂分别用有机溶剂浸泡，有机树脂在加热搅拌下浸泡，温度约为90℃，时间为1～3小时，触变剂在加热搅拌下浸泡，温度约为40℃，时间为1～2小时；随后与其他有机助剂和有机溶剂按一定比例混合，得到透明均一的有机粘结剂；
(3)无机粘结剂的制备(主玻璃粉与辅玻璃粉)：将各种原材料按质量百分比称重后，在V型混料机干混，混合均匀后，在200℃左右的恒温干燥箱内干燥2～5小时；取出后在900～1100℃马弗炉中烧结熔炼1～2小时，熔炼时采用高温氮气真空保护烧结技术，该技术的使用可以克服低熔点、价态稳定玻璃粉制备技术难题；将马弗炉取出的玻璃经过冷辊冷却后进行球磨，烘干，筛取后即为全铝背场背银用无机粘结剂；
(4)将银粉，有机粘结剂、无机粘结剂(主玻璃粉与辅玻璃粉)、有机助剂、预先分散好的纳米低熔点金属粉体，按一定比例分散混合后，使用三辊研磨机研磨，其中细辊3～5遍，粗辊2～3遍，使之分散均匀，至细度<20μm，即为制备的全铝背场背银浆料。
一种根据所述的全铝背场背银浆料的应用，所述的全铝背场背银浆料直接印刷在铝浆上，避免银和硅片直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，从而提高晶硅电池的光电转换效率，并且可以随意调节背电极宽度及印刷图形，从而降低背电极浆料成本，并保证其具有可观的焊接拉力及老化拉力；为降低单耗，所述背银浆料的印刷图形可以为镂空状、条形镂空或点状镂空，遮挡比例为25～50％；经过烧结后，形成的阻隔层厚度在5～30μm之间。
本发明的具体优势如下：
1、本发明中选取不同粒径与形状的银粉互相配合使用，提高导电膜的堆积密度，增加银颗粒间的接触面积，降低导电膜的收缩力，提高浆料的导电能力。
2、本发明中的低熔点金属粉体，具有很强的烧结流动活性，在整个浆料体系中起到银铝阻隔剂的作用，可以阻止银铝互渗，并且阻止银与硅片的接触。搭配不同粒径大小的银铝阻隔剂，可以使接触电阻大大降低，从而提高电池片的效率。但低熔点金属粉体的过多加入，会导致背银浆料导电性能的降低。同时，一部分低熔点金属粉体的加入也可以降低银粉的用量，从而降低成本。
3、本发明中根据有机树脂与有机助剂对温度的敏感性不同，将他们单独分散后不仅可以节约时间，还可以防止有机助剂在较高温度下发生变质；
4、本发明中聚乙烯缩丁醛树脂的优点：可以快速增稠，改善浆料流平性，防止浆料因为流变性差造成的与铝浆的搭接性能不理想，串阻高等。
5、该全铝背场背银浆料可以直接印刷在铝背场浆料上，并保证其具有可观的焊接拉力及老化拉力，避免银和硅片直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，从而提高晶硅电池的光电转换效率，并且可以随意调节背电极宽度，及印刷图形，从而降低背电极浆料成本。
6、两种玻璃粉以主玻璃粉和辅助玻璃粉的形式添加，可以更好的丰富无机粘结剂的软化温度、粒径、热膨胀性能、及浆料中玻璃粉的含量。同时，在浆料烧结过程中可以使形成的背电极更致密，提高电极的焊接性能及电性能。
7、该银浆使用有机载体通过搭配不同的溶剂，可以使浆料具有层次挥发性，避免在浆料烧结过程中出现挥发过快或残留灰分过多的问题，保持层次的挥发性，可以避免电极表面产生气孔，或电极上残留过多非导电性物质，提高老化拉力及产品的电性能。
附图说明
图1是本发明的微纳米球形银粉示意图；
图2是本发明的片状银粉示意图；
图3是本发明的微米级单球形银粉示意图；
图4是本发明的微米级球形银铝阻隔剂示意图；
图5是本发明的背电极截面SEM图；
图6是本发明的电池结构示意图；其中①全铝背场背银、②铝背场导电层、③P型硅基底、④N型杂质层、⑤防反射膜钝化层、⑥栅型正面电极；
图7是本发明的无机粘结剂的制备方法流程示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明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做出创造性劳动的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。
实施例
一种全铝背场背银浆料，所述的全铝背场背银浆料按照重量份数包括如下：纯度大于99.99％的特殊要求银粉10～80份，自制无铅主体玻璃粉0.5～5份，低熔点辅玻璃粉0～3份，特殊要求的低熔点金属粉体1～50份、有机粘结剂15～50份、有机助剂0.01～1份。
所述的特殊要求银粉为球形银粉、空心球形银粉、片状银粉或超细银粉，所述的球形银粉粒径D50为1～13μm；空心球形银粉粒径D50为3～20μm；片状银粉粒径D50为2～30μm；超细银粉粒径D50为0.1～3μm，比表面积为1.5～5m2/g。
所述的球形银粉，粒径D50约为7～8μm；微纳米球形银粉，粒径D50约为1～3μm；片状银粉，粒径D50约为5～10μm；超细球形纳米银粉，粒径D50约为50～100nm。
所述的自制无铅主体玻璃粉由Bi2O3、B2O3、SiO2、Al2O3、CuO、ZnO、Na2O、MnO2、CaO、TiO2、Cr2O3、SrO、BaO、NiO、TeO2中的几种熔制而成，粒径D50控制在0.5～5μm，软化点控制在400～600℃。
所述的低熔点辅玻璃粉由PbO、Bi2O3、MnO2、TeO2、B2O3、SiO2、Al2O3、CuO、ZnO、TiO2、Cr2O3、NiO、Li2CO3中的几种熔制而成，粒径D50控制在1～9μm，软化点控制在380～500℃。
所述的特殊要求的低熔点金属粉体包含以下的一种或几种：铜、钒、钾、铟、碲、铋、锡、锑、铅等低熔点金属粉体及它们的合金；其中，特殊要求的球形金属铋粉，熔点在200～300℃，粒径约为0.1～8μm；特殊要求的金属锡粉，熔点在200～300℃，粒径约为0.5～10μm；特殊要求的金属锑粉，熔点在300～400℃，粒径约为0.1～8μm；特殊要求的金属铅粉，熔点在400～500℃，粒径约为0.1～5μm。
所述的有机粘结剂包括有机树脂、有机溶剂；所述的有机树脂选自乙基纤维素、醋酸丁基纤维素、聚乙烯缩丁醛树脂、酚醛树脂、甲基纤维素、缩聚醛、纤维素醚中的一种或几种；所述的有机溶剂选自丙酮、松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、甘油、二乙二醇单丁醚中的一种或几种。
所述的有机助剂包含表面活性剂、触变剂和拉力助剂；所述的表面活性剂为卵磷脂、磷酸酯类、磷酸酯盐类、司班-85、羧酸类和高分子烷基铵盐类中的一种或几种；所述的触变剂为气相二氧化硅、有机膨润土、改性氢化蓖麻油、司班-85、月桂基磷酸酯和聚酰胺蜡中的一种或几种。
一种根据所述的全铝背场背银浆料的制备方法，全铝背场背银浆料的制备方法：
(1)将纳米低熔点金属粉体使用分散剂单独分散均匀备用；
(2)所述的有机粘结剂的制备：将有机树脂与有机助剂分别用有机溶剂浸泡，有机树脂在加热搅拌下浸泡，温度约为90℃，时间为1～3小时，触变剂在加热搅拌下浸泡，温度约为40℃，时间为1～2小时；随后与其他有机助剂和有机溶剂按一定比例混合，得到透明均一的有机粘结剂；
(3)无机粘结剂的制备(主玻璃粉与辅玻璃粉)：如图7所示，将各种原材料按质量百分比称重后，在V型混料机干混，混合均匀后，在200℃左右的恒温干燥箱内干燥2～5小时；取出后在900～1100℃马弗炉中烧结熔炼1～2小时，熔炼时采用高温氮气真空保护烧结技术，该技术的使用可以克服低熔点、价态稳定玻璃粉制备技术难题；将马弗炉取出的玻璃经过冷辊冷却后进行球磨，烘干，筛取后即为全铝背场背银用无机粘结剂；
(4)将银粉，有机粘结剂、无机粘结剂(主玻璃粉与辅玻璃粉)、有机助剂、预先分散好的纳米低熔点金属粉体，按一定比例分散混合后，使用三辊研磨机研磨，其中细辊3～5遍，粗辊2～3遍，使之分散均匀，至细度<20μm，即为制备的全铝背场背银浆料。
一种根据所述的全铝背场背银浆料的应用，所述的全铝背场背银浆料直接印刷在铝浆上，避免银和硅片直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，从而提高晶硅电池的光电转换效率，并且可以随意调节背电极宽度及印刷图形，从而降低背电极浆料成本，并保证其具有可观的焊接拉力及老化拉力；为降低单耗，所述背银浆料的印刷图形可以为镂空状、条形镂空或点状镂空，遮挡比例为25～50％；经过烧结后，形成的阻隔层厚度在5～30μm之间。
本发明进行了具体的实验测试，测试结果如表1全铝背场银浆电性能测试结果所示、表2全铝背场银浆可靠性测试结果所示，电镜图如图1-5所示，本发明的电池结构示意图如图6所示。
表1全铝背场银浆电性能测试结果
表2全铝背场银浆可靠性测试结果
本发明中选取不同粒径与形状的银粉互相配合使用，提高导电膜的堆积密度，增加银颗粒间的接触面积，降低导电膜的收缩力，提高浆料的导电能力。
本发明中的低熔点金属粉体，具有很强的烧结流动活性，在整个浆料体系中起到银铝阻隔剂的作用，可以阻止银铝互渗，并且阻止银与硅片的接触。搭配不同粒径大小的银铝阻隔剂，可以使接触电阻大大降低，从而提高电池片的效率。但低熔点金属粉体的过多加入，会导致背银浆料导电性能的降低。同时，一部分低熔点金属粉体的加入也可以降低银粉的用量，从而降低成本。
本发明中根据有机树脂与有机助剂对温度的敏感性不同，将他们单独分散后不仅可以节约时间，还可以防止有机助剂在较高温度下发生变质；
本发明中聚乙烯缩丁醛树脂的优点：可以快速增稠，改善浆料流平性，防止浆料因为流变性差造成的与铝浆的搭接性能不理想，串阻高等。
该全铝背场背银浆料可以直接印刷在铝背场浆料上，并保证其具有可观的焊接拉力及老化拉力，避免银和硅片直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，从而提高晶硅电池的光电转换效率，并且可以随意调节背电极宽度，及印刷图形，从而降低背电极浆料成本。
该全铝背场背银浆料使用高熔点玻璃粉与低熔点玻璃粉搭配使用，减少含铅玻璃粉的使用，同时调整玻璃粉为适当的活性，使玻璃粉与银粉具有合适的浸润性，使浆料具有合适的烧结温度，从而整体提高浆料的性能。
该银浆使用有机载体通过搭配不同的溶剂，可以使浆料具有层次挥发性，避免在浆料烧结过程中出现挥发过快或残留灰分过多的问题，保持层次的挥发性，可以避免电极表面产生气孔，或电极上残留过多非导电性物质，提高老化拉力及产品的电性能。

Claims (8)

1.一种全铝背场背银浆料，其特征在于：所述的全铝背场背银浆料按照重量份数包括如下：纯度大于99.99％的特殊要求银粉10～80份，自制无铅主体玻璃粉0.5～5份，低熔点辅玻璃粉0～3份，特殊要求的低熔点金属粉体1～50份、有机粘结剂15～50份、有机助剂0.01～1份。
2.根据权利要求1所述的全铝背场背银浆料，其特征在于：所述的特殊要求银粉为球形银粉、空心球形银粉、片状银粉或超细银粉，所述的球形银粉粒径D50为1～13μm；空心球形银粉粒径D50为3～20μm；片状银粉粒径D50为2～30μm；超细银粉粒径D50为0.1～3μm，比表面积为1.5～5m2/g。
3.根据权利要求2所述的全铝背场背银浆料，其特征在于：所述的球形银粉，粒径D50约为7～8μm；微纳米球形银粉，粒径D50约为1～3μm；片状银粉，粒径D50约为5～10μm；超细球形纳米银粉，粒径D50约为50～100nm。
4.根据权利要求1所述的全铝背场背银浆料，其特征在于：所述的自制无铅主体玻璃粉由Bi2O3、B2O3、SiO2、Al2O3、CuO、ZnO、Na2O、MnO2、CaO、TiO2、Cr2O3、SrO、BaO、NiO、TeO2中的几种熔制而成，粒径D50控制在0.5～5μm，软化点控制在400～600℃。
5.根据权利要求1所述的全铝背场背银浆料，其特征在于：所述的低熔点辅玻璃粉由PbO、Bi2O3、MnO2、TeO2、B2O3、SiO2、Al2O3、CuO、ZnO、TiO2、Cr2O3、NiO、Li2CO3中的几种熔制而成，粒径D50控制在1～9μm，软化点控制在380～500℃。
6.根据权利要求1所述的全铝背场背银浆料，其特征在于：所述的特殊要求的低熔点金属粉体包含以下的一种或几种：铜、钒、钾、铟、碲、铋、锡、锑、铅、硒等低熔点金属粉体及它们的合金；其中，特殊要求的球形金属铋粉，熔点在200～300℃，粒径约为0.1～8μm；特殊要求的金属锡粉，熔点在200～300℃，粒径约为0.5～10μm；特殊要求的金属锑粉，熔点在300～400℃，粒径约为0.1～8μm；特殊要求的金属铅粉，熔点在400～500℃，粒径约为0.1～5μm。
7.一种根据权利要求1所述的全铝背场背银浆料的制备方法，其特征在于：全铝背场背银浆料的制备方法：
(1)将纳米低熔点金属粉体使用分散剂单独分散均匀备用。
(2)所述的有机粘结剂的制备：将有机树脂与有机助剂分别用有机溶剂浸泡，有机树脂在加热搅拌下浸泡，温度约为90℃，时间为1～3小时，触变剂在加热搅拌下浸泡，温度约为40℃，时间为1～2小时；随后与其他有机助剂和有机溶剂按一定比例混合，得到透明均一的有机粘结剂。
(3)无机粘结剂的制备(主玻璃粉与辅玻璃粉)：将各种原材料按质量百分比称重后，在V型混料机干混，混合均匀后，在200℃左右的恒温干燥箱内干燥2～5小时；取出后在900～1100℃马弗炉中烧结熔炼1～2小时，熔炼时采用高温氮气真空保护烧结技术，该技术的使用可以克服低熔点、价态稳定玻璃粉制备技术难题；将马弗炉取出的玻璃经过冷辊冷却后进行球磨，烘干，筛取后即为全铝背场背银用无机粘结剂；
(4)将银粉，有机粘结剂、无机粘结剂(主玻璃粉与辅玻璃粉)、有机助剂、预先分散好的纳米低熔点金属粉体，按一定比例分散混合后，使用三辊研磨机研磨，其中细辊3～5遍，粗辊2～3遍，使之分散均匀，至细度<20μm，即为制备的全铝背场背银浆料。
8.一种根据权利要求1所述的全铝背场背银浆料的应用，其特征在于：所述的全铝背场背银浆料直接印刷在铝浆上，避免银和硅片直接接触产生金属缺陷而引起的严重漏电问题，从而提高晶硅电池的光电转换效率，并且可以随意调节背电极宽度及印刷图形，从而降低背电极浆料成本，并保证其具有可观的焊接拉力及老化拉力；为降低单耗，所述背银浆料的印刷图形可以为镂空状、条形镂空或点状镂空，遮挡比例为25～50％；经过烧结后，形成的阻隔层厚度在5～30μm之间。
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