CN110459621B - 一种取代低温银浆制备太阳电池电极栅线的焊膏及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳电池技术领域,具体公开了一种取代低温银浆制备太阳电池电极栅线的焊膏及其制备方法。该焊膏以质量份数计包括:低熔点合金粉体165‑185份、有机粘接剂4‑8份、助焊剂1‑4份;所述的合金粉体,以质量百分比计包括锡45‑65%、铋3‑25%、铅0‑40%、铟0‑25%。本发明采用能够与ITO透明导电膜表面接触和附着良好的低温焊料,所获得的焊膏能取代低温银浆的栅线材料,其导电率显著高于相同温度条件下烘烤的银浆栅线。本发明以丝网印刷方法在电池表面印制栅线电极,以钎焊方法实现栅线在电池表面的熔融凝固附着,在基本不改变生产线设备和工艺的条件下取代银浆。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域,具体涉及一种取代低温银浆制备太阳电池电极栅线的焊膏及其制备方法。
背景技术
现行晶体硅太阳电池生产制造中,大都采用银浆丝网印刷来制作电池表面的电极栅线。视电池类型不同,银浆分为两种:用于晶体硅同质结电池的高温银浆和用于非晶硅/晶体硅异质结电池的低温银浆。高温和低温分别是就印刷后的固化温度高低而言。采用银浆电极材料有两个主要缺点:一是银的成本较高;二是由银浆烧结或低温烘烤固化的电极材料疏松,造成导电率低,特别是低温银浆制作的电极。
采用电镀铜电极取代印刷银浆电极可以替代银并且提高电极栅线导电率,但该技术工艺和设备都较复杂,成本高出替代银的效益;而且其环境负荷也较大。因此该技术不是一种理想的解决方案,到目前为止还很少产业化应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对现有的硅异质结太阳电池生产技术中电极材料的缺陷与不足,提供一种取代低温银浆制备太阳电池电极栅线的焊膏及其制备方法。本发明采用能够与ITO透明导电膜表面接触和附着良好的低温焊料,所获得的焊膏能取代低温银浆的栅线材料,其导电率显著高于相同温度下烘烤的银浆栅线。本发明以丝网印刷方法在电池表面印制栅线电极,以钎焊方法实现栅线在电池表面的熔融凝固附着,在基本不改变生产线设备和工艺的条件下取代低温银浆。经过熔融凝固形成的栅线完全致密,其导电率显著高于基本属银粉疏松堆积而成的银浆栅线。
本发明采用如下技术方案,来实现发明目的。
首先,本发明公开了一种取代低温银浆制备太阳电池电极栅线的焊膏。
该焊膏以质量份数计包括:低熔点合金粉体165-185份、有机粘接剂4-8份、助焊剂1-4份。
进一步地,所述的低熔点为熔点低于220℃。因为合金成份熔点低于220℃时,可使合金粉体在助焊剂作用下能在ITO导电膜表面钎焊附着。
进一步地,所述的合金粉体,以质量百分比计,包括锡45-65%、铋3-25%、铅0-40%、铟0-25%;合金粉体粒度为3-8微米。
进一步地,所述的有机粘接剂选自于聚醋酸乙烯,聚乙烯,聚丙烯,聚酰胺,聚丙烯酸酯,聚氯乙烯,聚氨脂,饱和聚酯中的一种或几种。
进一步地,所述的助焊剂选自于松香,氢化松香,活化松香,活化氢化松香中的一种或几种。
其次,本发明公开了一种焊膏的制备方法。
该制备方法包括以下步骤:S1低熔点合金粉体的制备,所述的合金粉体包括锡45-65%、铋3-25%、铅0-40%、铟0-25%;S2焊膏的配制。
进一步地,所述的S1低熔点合金粉体的制备,具体为:按照合金粉体配比,以锡为基体,将锡熔融后,加入铋、铅、铟等其它金属,共熔并搅拌均匀,出炉浇注成锭成为母材;采用金属喷雾制粉设备,将母材熔融喷雾制成合金粉体;配合筛分,控制合金粉体粒度在3-8微米。之所以要将合金粉体粒度控制在8微米以下,是因为8微米以下的合金粉体,有较好的流动性和粘度,以适于丝网印刷和定型。
更进一步地,所述的合金粉体配比,以质量百分比计为:锡45-65%、铋3-25%、铅0-40%、铟0-25%。
进一步地,所述的S2焊膏的配制,具体为:以质量份数计,将S1 制备所得到的低熔点合金粉体165-185份与有机粘接剂4-8份、助焊剂 1-4份并加入适量溶剂均匀搅拌共混而成;所述溶剂选用沸点在200℃以下的低沸点溶剂,优选为苯与乙醇或丙酮等的组成的复合溶剂。
最后,本发明公开了一种焊膏的应用。
该焊膏用于取代低温银浆制备太阳电池电极栅线。
进一步地,所述的太阳电池电极栅线,是将焊膏通过丝网印刷-低温钎焊工艺制成。
更进一步地,所述的丝网印刷-低温钎焊工艺,具体为,在非晶硅/ 晶体硅电池表面的ITO上,采用丝网印刷方法将焊膏印制宽度为70-90 微米的电极栅线,然后采用回流焊炉在氮气保护下于210-230℃进行钎焊,进炉保温30-50秒后,断电随炉冷却到140℃以下出炉。
有益效果:
(1)本发明采用能够与ITO透明导电膜表面接触和附着良好的低温焊料,所获得的焊膏,能取代低温银浆的栅线材料,其导电率显著高相同温度下烘烤的银浆栅线。
(2)本发明以丝网印刷方法在电池表面印制电极栅线,以钎焊方法实现栅线在电池表面的熔融凝固附着,经过熔融凝固形成的栅线完全致密,其导电率显著高于基本属银粉疏松堆积而成的银浆栅线。
(3)应用本发明,可在不改变生产线设备和工艺、继续保持丝网印刷栅线制备工艺优势条件下取代低温银浆,降低了材料成本,同时使电极导电性相比银浆栅线有了显著提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1:
焊膏的主要组成为:170克粒度为3~8微米的由锡60%-铋5%-铅30%-铟5%组成的合金粉体与5克有机粘接剂聚醋酸乙烯和1.2克助焊剂松香。焊膏的配制:先使用适量的相应溶剂溶解粘接剂和助焊剂,搅拌形成澄清溶液,然后向溶液中缓慢加入金属粉末并不断搅拌制成焊膏。采用丝网印刷方法在一种非晶硅/晶体硅电池表面印制宽度为80微米的电极栅线。然后采用回流焊炉在氮气保护下于220℃进行钎焊,进炉保温40秒后,断电随炉冷却到140℃以下出炉。以四探针测量仪测量所得栅线电阻率为0.11毫欧·厘米。
实施例2:
焊膏的主要组成为:170克粒度为3~8微米的由锡52%-铋25%-铟 23%组成的合金粉体与5.4克有机粘接剂聚乙烯和1.5克助焊剂氢化松香。焊膏的配制:先使用适量的相应溶剂溶解粘接剂和助焊剂,搅拌形成澄清溶液,然后向溶液中缓慢加入金属粉末并不断搅拌制成焊膏。采用丝网印刷方法在一种非晶硅/晶体硅电池表面印制宽度为80微米的电极栅线。然后采用回流焊炉在氮气保护下于220℃进行钎焊,进炉保温40秒后,断电随炉冷却到140℃以下出炉。以四探针测量仪测量所得栅线电阻率,结果为0.10毫欧·厘米。
实施例3:
焊膏的主要组成为:166克粒度为3~8微米的由锡59%-铋3%-铅 33%-铟5%组成的合金粉体与4.0克有机粘接剂聚丙烯和1克助焊剂活化松香。焊膏的配制:先使用适量的相应溶剂溶解粘接剂和助焊剂,搅拌形成澄清溶液,然后向溶液中缓慢加入金属粉末并不断搅拌制成焊膏。采用丝网印刷方法在一种非晶硅/晶体硅电池表面印制宽度为80微米的电极栅线。然后采用回流焊炉在氮气保护下于210℃进行钎焊,进炉保温40秒后,断电随炉冷却到140℃以下出炉。以四探针测量仪测量所得栅线电阻率,结果为0.13毫欧·厘米。
实施例4:
焊膏的主要组成为:180克粒度为3~8微米的由锡60%-铋5%-铅 30%-铟5%组成的合金粉体与8克有机粘接剂聚酰胺和2.5克助焊剂活化氢化松香。焊膏的配制:先使用适量的相应溶剂溶解粘接剂和助焊剂,搅拌形成澄清溶液,然后向溶液中缓慢加入金属粉末并不断搅拌制成焊膏。采用丝网印刷方法在一种非晶硅/晶体硅电池表面印制宽度为80微米的电极栅线。然后采用回流焊炉在氮气保护下于220℃进行钎焊,进炉保温40秒后,断电随炉冷却到140℃以下出炉。以四探针测量仪测量所得栅线电阻率,结果为0.12毫欧·厘米。
实施例5:
焊膏的主要组成为:170克粒度为3~8微米的由锡50%-铋10%-铅 20%-铟20%组成的合金粉体与5克有机粘接剂聚丙烯酸酯和2克助焊剂松香。焊膏的配制:先使用适量的相应溶剂溶解粘接剂和助焊剂,搅拌形成澄清溶液,然后向溶液中缓慢加入金属粉末并不断搅拌制成焊膏。采用丝网印刷方法在一种非晶硅/晶体硅电池表面印制宽度为80微米的电极栅线。然后采用回流焊炉在氮气保护下于220℃进行钎焊,进炉保温40秒后,断电随炉冷却到140℃以下出炉。以四探针测量仪测量所得栅线电阻率。结果为0.09毫欧·厘米。
实施例6:
焊膏的主要组成为:170克粒度为3~8微米的由锡51%-铋25%-铅 20%-铟4%组成的合金粉体与4克有机粘接剂聚氯乙烯和4克助焊剂氢化松香。焊膏的配制:先使用适量的相应溶剂溶解粘接剂和助焊剂,搅拌形成澄清溶液,然后向溶液中缓慢加入金属粉末并不断搅拌制成焊膏。采用丝网印刷方法在一种非晶硅/晶体硅电池表面印制宽度为80微米的电极栅线。然后采用回流焊炉在氮气保护下于220℃进行钎焊,进炉保温40秒后,断电随炉冷却到140℃以下出炉。以四探针测量仪测量所得栅线电阻率。结果为0.14毫欧·厘米。
实施例7:
焊膏的主要组成为:170克粒度为3~8微米的由锡62%-铋3%-铅 35%组成的合金粉体与4克有机粘接剂聚氨脂和2克助焊剂活化松香。焊膏的配制:先使用适量的相应溶剂溶解粘接剂和助焊剂,搅拌形成澄清溶液,然后向溶液中缓慢加入金属粉末并不断搅拌制成焊膏。采用丝网印刷方法在一种经激光刻槽去除电极栅线除氮化硅膜的晶体硅太阳电池表面印制宽度为90微米的电极栅线。然后采用回流焊炉在氮气保护下于230℃进行钎焊,进炉保温40秒后,断电随炉冷却到140℃以下出炉。以四探针测量仪测量所得栅线电阻率。结果为0.12毫欧·厘米。
实施例8:
焊膏的主要组成为:170克粒度为3~8微米的由锡52%-铋3%-铅 40%-铟5%组成的合金粉体与4.5克有机粘接剂饱和聚酯和2克助焊剂活化氢化松香。焊膏的配制:先使用适量的相应溶剂溶解粘接剂和助焊剂,搅拌形成澄清溶液,然后向溶液中缓慢加入金属粉末并不断搅拌制成焊膏。采用丝网印刷方法在一种非晶硅/晶体硅电池表面印制宽度为120微米的电极栅线。然后采用回流焊炉在氮气保护下于210℃进行钎焊,进炉保温40秒后,断电随炉冷却到120℃以下出炉。以四探针测量仪测量所得栅线电阻率。结果为0.14毫欧·厘米。
对比例电阻率(并与实施例1-8比较):
购买现有市售的低温银浆(Uniwell International LTD,代理商: ChinaNOVO(Shanghai)Co.LTD),采用同样的丝网印刷方法,得到低温银浆栅线与高温银浆栅线,并以同样的四探针测量仪测量方法进行电阻率测定。将所测得的低温银浆栅线电阻率与实施例1-8测量所得栅线电阻率进行列表比较如下:
从上表可知:实施例1-8的栅线电阻率数值在0.09-0.14毫欧·厘米之间,远低于低温银浆栅线电阻率0.82毫欧·厘米。说明用实施例 1-8中的焊膏所制得的电极栅线,其导电性显著高于对比例中的低温银浆栅线。同时也说明本发明所获得的焊膏完全能取代低温银浆的栅线材料。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都涵盖在本发明范围内。
Claims (9)
1.一种取代低温银浆制备非晶硅/晶体硅异质结太阳电池电极栅线的焊膏,其特征在于以质量份数计包括:低熔点合金粉体165-185份、有机粘接剂4-8份、助焊剂1-4份;所述的低熔点为熔点低于220℃;所述的合金粉体,以质量百分比计,包括锡45-65%、铋3-25%、铅0-40%、铟0-25%;合金粉体粒度为3-8微米。
2.根据权利要求1所述的一种取代低温银浆制备非晶硅/晶体硅异质结太阳电池电极栅线的焊膏,其特征在于:所述的有机粘接剂选自于聚醋酸乙烯,聚乙烯,聚丙烯,聚酰胺,聚丙烯酸酯,聚氯乙烯,聚氨脂,饱和聚酯的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种取代低温银浆制备非晶硅/晶体硅异质结太阳电池电极栅线的焊膏,其特征在于:所述的助焊剂选自于松香,氢化松香,活化松香,活化氢化松香的一种或几种。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种焊膏的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:S1低熔点合金粉体的制备,所述的合金粉体包括锡45-65%、铋3-25%、铅0-40%、铟0-25%;S2焊膏的配制。
5.根据权利要求4所述的一种焊膏的制备方法,其特征在于:所述的S1低熔点合金粉体的制备,具体为:按照合金粉体配比,以锡为基体,将锡熔融后,加入其它金属,共熔并搅拌均匀,出炉浇注成锭成为母材;采用金属喷雾制粉设备,将母材熔融喷雾制成合金粉体;配合筛分,控制合金粉体粒度在3-8微米。
6.根据权利要求4所述的一种焊膏的制备方法,其特征在于:所述的S2焊膏的配制,具体为:以质量份数计,将S1制备所得到的低熔点合金粉体165-185份与有机粘接剂4-8份、助焊剂1-4份并加入适量的溶剂均匀搅拌共混而成。
7.一种如权利要求1-3任一项所述的一种焊膏的应用,其特征在于:用于取代低温银浆制备非晶硅/晶体硅异质结太阳电池电极栅线。
8.根据权利要求7所述的一种焊膏的应用,其特征在于:所述的非晶硅/晶体硅异质结太阳电池电极栅线,是将焊膏通过丝网印刷-低温钎焊工艺制成。
9.根据权利要求8所述的一种焊膏的应用,其特征在于:所述的丝网印刷-低温钎焊工艺,具体为,在非晶硅/晶体硅异质结电池表面的ITO上,采用丝网印刷方法将焊膏印制宽度为70-90微米的电极栅线,然后采用回流焊炉在氮气保护下于210-230℃进行钎焊,进炉保温30-50秒后,断电随炉冷却到140℃以下出炉。
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