一種多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法

一種多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，屬于太陽能電池【技術領域】。包括如下步驟：將鈦酸正丁酯和正硅酸乙酯加入水中，再加入乙醇和硝酸銀，攪拌均勻，升溫，滴加10wt.%的鹽酸水溶液，滴加完畢后，降溫至室溫，得到陳化后的溶膠；再將溶膠進行燒結，得到粉體I；將粉體I研磨，再與銀粉、有機溶劑、稠化劑、觸變劑、纖維素混合均勻，即得銀漿。本發明提供的多晶硅太陽能電池正面電極銀漿，轉化效率高、短路電流高。
【專利說明】-種多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法
[0001]

【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，屬于太陽能電 池【技術領域】。
[0003]

【背景技術】
[0004] 隨工業發展及人類活動的增加，人類對能源的消耗日趨增大，而地下非可再生的 礦物能源日趨短缺，能源供需矛盾日益激化，能源問題己成為影響人類生存和發展關鍵問 題之一。不僅如此，由燃燒礦物能源產生的溫室氣體加快了全球變暖的步伐，使各種自然災 害頻繁發生，因此開發利用新型的、環保的、可再生能源已是當務之急。在長期的能源戰略 中，太陽能作為未來主要替代能源之一已成為人們的共識。太陽能電池是開發利用太陽能 的手段之一，它是利用光生伏特效應直接將太陽能變成電能的半導體器件，然后組裝成不 同電壓、電流和功率的裝置，從而使人們獲得新能源。
[0005] 多晶硅是單質硅的一種形態。熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛 石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來， 就結晶成多晶娃。多晶娃太陽能電池 （polycrystalline silicon solar cell)是指以多 晶硅為基體材料的太陽能電池。從工業化發展來看，重心已由單晶向多晶方向發展，主要原 因為：[1]可供應太陽電池的頭尾料愈來愈少；[2]對太陽電池來講，方形基片更合算，通 過澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；[3]多晶硅的生產工藝不斷 取得進展，全自動澆鑄爐每生產周期（50小時）可生產200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達 到厘米級；[4]由于近十年單晶硅工藝的研究與發展很快，其中工藝也被應用于多晶硅電 池的生產。
[0006] 太陽能電池的正面電極是與Pn結兩端形成緊密歐姆接觸的導電材料，它承擔著 收集硅片中的載流子并將其輸送至外部電路的責任。目前，制造電極的方法主要有真空蒸 鍍、化學鍍鎳、銀漿印刷燒結等。在制備太陽能電池的正面電極及選擇材料時，一般要滿足 下列要求：與硅形成牢固的接觸；接觸電阻比較小，應是一種歐姆接觸；電極本身的體電阻 要小，有優良的導電性；電極對硅基片的遮擋面積小，一般小于8% ;收集效率高；可焊性強； 成本低廉；污染較小。
[0007] 硅太陽能電池正面電極用銀電子漿料是可燒結的厚膜導體漿料家族的一名新成 員。它通過絲網印刷工藝印刷到硅片上，再經過熱處理形成太陽能電池的正面電極。漿料 集金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料于一身，其制備涉及到粉末冶金技術、低熔點 玻璃制備技術、漿料加工技術、半導體技術、流變學等諸多高科技【技術領域】。很多先進技術 被用于對太陽能電池結構的設計進行改進從而不斷改善太陽能電池的三大性能（開路電 壓、短路電流、光電轉換效率），在降低成本的同時提高電池的性能，對金屬電極性能的改進 就是其中一種行之有效的方法。而對金屬電極性能改進的重點就在于如何改善銀金屬電 極與半導體硅的之間的接觸。最初的正面電極用電子漿料是以A1為導電金屬的鋁電子漿 料，這種漿料生產成本低，而且A1對半導體硅有自摻雜作用（p型摻雜），至今還少量運用 于太陽能電池背面電極的生產。但A1的體電阻較大，化學穩定性不好，而且它的自摻雜作 用會對η型硅的摻雜起到抵消作用。為了進一步提高太陽能電池的性能，人們逐步發展出 Al-A g漿料。后來為了進一步提高太陽能電池的性能，漿料中的Α1逐漸被Ag所代替。然 而，Ag漿料自身也有很多問題有待解決，如銀漿料所用銀為貴金屬，成本較高，燒制成的電 極的與硅的接觸不夠理想，漿料中的無機玻璃相中還含有對環境有害、有毒的重金屬Pb等 問題。
[0008] 專利CN 102592706A涉及一種太陽能電池正極銀漿及其制備方法，包括以下組分 和重量百分含量：（1)銀粉80?90%，（2)含鉛玻璃粉1?5%，（3)溶劑5?15%，（4)樹 脂0· 5?4%，（5)無機添加劑0?5%，（6)表面活性劑0?7%。專利CN 102592705A涉 及一種環保水基體系的太陽能電池正極銀漿及其制備方法，該銀漿原料包括以下組分和重 量百分含量：（1)銀粉80?90%，（2)玻璃粉1?5%，（3)水基粘結劑6?16%，（4)樹脂 1?5%，（5)添加溶劑1?5%。但是這種銀漿制得的太陽能電池存在轉化效率不高的問 題。
[0009]


【發明內容】

[0010] 本發明所要解決的技術問題是多晶硅太陽能電池的正面銀漿在燒結后易出現斷 點等缺陷、光電轉化效率不高的問題。
[0011] 技術方案： 一種多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，包括如下步驟： 第1步、按重量份計，將鈦酸正丁酯5?10份和正硅酸乙酯3?6份加入200?220 份的水中，再加入乙醇30?60份和硝酸銀20?40份，攪拌均勻，升溫至30?50°C，滴加 l〇wt. %的鹽酸水溶液20?30份，滴加完畢后，降溫至室溫，保持36?48h，得到陳化后的 溶膠；再將溶膠進行燒結，燒結制度是：先升溫至900?1KKTC，保持8h，再降溫至室溫，升 溫和降溫速率是5?8°C，得到粉體I ; 第2步、將粉體I研磨至平均粒徑在3?6微米后，再與50?80重量份的銀粉、80? 100重量份的有機溶劑、10?12重量份稠化劑、1重量份觸變劑、1重量份纖維素混合均勻， 即得銀漿。
[0012] 作為優選，第2步中的銀粉的平均粒徑是在0. 5?2微米。
[0013] 作為優選，第2步中所述的有機溶劑是松油醇和油酸按照重量比為（8?10):1的 混合物。
[0014] 作為優選，所述的油酸是經過硫化改性的。
[0015] 作為優選，第2步中還加入醇酸樹脂10?12重量份。
[0016] 作為優選，第2步中還加入3?6重量份丙烯酸。
[0017] 作為優選，第2步中還加入2?4重量份甲苯二異氰酸酯。
[0018] 作為優選，所述的稠化劑是二聚脲或者四聚脲。
[0019] 作為優選，纖維素是指甲基纖維素、乙基纖維素等、丙基纖維素、丁基纖維素等。
[0020] 作為優選，觸變劑選自氫化蓖麻油或聚酰胺蠟。
[0021] 有益效果 本發明提供的多晶硅太陽能電池正面電極銀漿，轉化效率高、短路電流高。
[0022]

【具體實施方式】
[0023] 實施例1 第1步、將鈦酸正丁酯5 g和正硅酸乙酯3g加入200g的水中，再加入乙醇30g和硝酸 銀20g，攪拌均勻，升溫至30°C，滴加10wt. %的鹽酸水溶液20g，滴加完畢后，降溫至室溫，保 持36h，得到陳化后的溶膠；再將溶膠進行燒結，燒結制度是：先升溫至900°C，保持8h，再降 溫至室溫，升溫和降溫速率是5°C，得到粉體I ; 第2步、將粉體I研磨至平均粒徑在3?6微米后，再與50g的銀粉(銀粉的平均粒徑 是在0. 5?2微米)、80g的有機溶劑(松油醇和油酸按照重量比為9 :1的混合物)、10g二聚 脲、lg氫化蓖麻油、lg乙基纖維素混合均勻，即得銀漿。
[0024] 實施例2 第1步、將鈦酸正丁酯10 g和正硅酸乙酯6g加入220g的水中，再加入乙醇60g和硝 酸銀40g，攪拌均勻，升溫至50°C，滴加10wt. %的鹽酸水溶液30g，滴加完畢后，降溫至室溫， 保持48h，得到陳化后的溶膠；再將溶膠進行燒結，燒結制度是：先升溫至1KKTC，保持8h， 再降溫至室溫，升溫和降溫速率是8°C，得到粉體I ; 第2步、將粉體I研磨至平均粒徑在3?6微米后，再與80g的銀粉(銀粉的平均粒徑 是在0. 5?2微米)、100g的有機溶劑(松油醇和油酸按照重量比為9 :1的混合物)、12g二 聚脲、lg氫化蓖麻油、lg乙基纖維素混合均勻，即得銀漿。
[0025] 實施例3 第1步、將鈦酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和硝酸 銀30g，攪拌均勻，升溫至45°C，滴加10wt. %的鹽酸水溶液25g，滴加完畢后，降溫至室溫，保 持40h，得到陳化后的溶膠；再將溶膠進行燒結，燒結制度是：先升溫至1000°C，保持8h，再 降溫至室溫，升溫和降溫速率是7°C，得到粉體I ; 第2步、將粉體I研磨至平均粒徑在3?6微米后，再與70g的銀粉(銀粉的平均粒徑 是在0. 5?2微米)、90g的有機溶劑(松油醇和油酸按照重量比為9 :1的混合物)、llg二聚 脲、lg氫化蓖麻油、lg乙基纖維素混合均勻，即得銀漿。
[0026] 實施例4 與實施例3的區別在于：第2步中還加入醇酸樹脂llg。
[0027] 第1步、將鈦酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和 硝酸銀30g，攪拌均勻，升溫至45°C，滴加10wt. %的鹽酸水溶液25g，滴加完畢后，降溫至室 溫，保持40h，得到陳化后的溶膠；再將溶膠進行燒結，燒結制度是：先升溫至1000°C，保持 8h，再降溫至室溫，升溫和降溫速率是7°C，得到粉體I ; 第2步、將粉體I研磨至平均粒徑在3?6微米后，再與70g的銀粉(銀粉的平均粒徑 是在0. 5?2微米)、90g的有機溶劑(松油醇和油酸按照重量比為9 :1的混合物)、醇酸樹脂 1 lg、1 lg二聚脲、lg氫化蓖麻油、lg乙基纖維素混合均勻，即得銀漿。
[0028] 實施例5 與實施例4的區別在于：第2步中還加入4g丙烯酸。
[0029] 第1步、將鈦酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和 硝酸銀30g，攪拌均勻，升溫至45°C，滴加10wt. %的鹽酸水溶液25g，滴加完畢后，降溫至室 溫，保持40h，得到陳化后的溶膠；再將溶膠進行燒結，燒結制度是：先升溫至1000°C，保持 8h，再降溫至室溫，升溫和降溫速率是7°C，得到粉體I ; 第2步、將粉體I研磨至平均粒徑在3?6微米后，再與70g的銀粉(銀粉的平均粒徑 是在0. 5?2微米)、90g的有機溶劑(松油醇和油酸按照重量比為9 :1的混合物)、醇酸樹脂 llg、4g丙烯酸、llg二聚脲、lg氫化蓖麻油、lg乙基纖維素混合均勻，即得銀漿。
[0030] 實施例6 與實施例5的區別在于：第2步中還加入3g甲苯二異氰酸酯。
[0031] 第1步、將鈦酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和 硝酸銀30g，攪拌均勻，升溫至45°C，滴加10wt. %的鹽酸水溶液25g，滴加完畢后，降溫至室 溫，保持40h，得到陳化后的溶膠；再將溶膠進行燒結，燒結制度是：先升溫至1000°C，保持 8h，再降溫至室溫，升溫和降溫速率是7°C，得到粉體I ; 第2步、將粉體I研磨至平均粒徑在3?6微米后，再與70g的銀粉(銀粉的平均粒徑 是在0. 5?2微米)、90g的有機溶劑(松油醇和油酸按照重量比為9 :1的混合物)、醇酸樹脂 llg、丙烯酸4g、甲苯二異氰酸酯3g、二聚脲llg、氫化菌麻油lg、乙基纖維素 lg混合均勻， 即得銀漿。
[0032] 實施例7 與實施例6的區別在于：油酸是經過硫化改性的，改性方法是：在裝有攪拌裝置的三 口瓶中，加入50g油酸，在不斷攪拌下，逐滴加入15 g -氯化硫（S2C12)，控制反應溫度在 40°C以下，滴加完畢后，繼續反應2小時，往反應物中慢慢加入約100 ml的多硫化鈉溶液， 攪拌反應充分后，分去水層，再加入少許還原鐵粉，除去反應體系中的游離硫，過濾，得到油 狀物，即可。
[0033] 第1步、將鈦酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和 硝酸銀30g，攪拌均勻，升溫至45°C，滴加10wt. %的鹽酸水溶液25g，滴加完畢后，降溫至室 溫，保持40h，得到陳化后的溶膠；再將溶膠進行燒結，燒結制度是：先升溫至1000°C，保持 8h，再降溫至室溫，升溫和降溫速率是7°C，得到粉體I ; 第2步、將粉體I研磨至平均粒徑在3?6微米后，再與70g的銀粉(銀粉的平均粒徑 是在0. 5?2微米)、90g的有機溶劑(松油醇和硫化改性油酸按照重量比為9 :1的混合物)、 醇酸樹脂llg、丙烯酸4g、甲苯二異氰酸酯3g、二聚脲llg、氫化蓖麻油lg、乙基纖維素 lg混 合均勻，即得銀漿。
[0034] 對照例 對照例與實施例3的區別在于：未加入第1步中的粉體，直接用第2步中的粉體配置漿 料。將70g的銀粉(銀粉的平均粒徑是在0. 5?2微米)、90g的有機溶劑(松油醇和油酸按 照重量比為9 :1的混合物)、llg二聚脲、lg氫化蓖麻油、lg乙基纖維素混合均勻，即得銀漿。
[0035] 性能測試： 1、測試燒結后的銀電極柵線的尺寸和形貌情況： 將上述實施例制得的太陽能電池正面電極漿料通過絲網印刷機配合細柵線寬度60微 米的290目網板印刷在156 X 156mm的多晶硅片正面，隨后通過隧道爐烘干，爐溫160°C，干 燥3min，最后印有電極柵線的硅片在2分12秒內勻速通過隧道燒結爐，從300°C開始燒結， 燒結終止溫度870°C，制成太陽能電池片，使用3D光學顯微鏡測量燒結后的柵線高和寬，測 試結果如表1所示。
[0036] 2、光電轉化效率測試： 使用太陽能電池片專用測試儀器(上海居納科技有限公司，NELC-140A)，在標準測試條 件（STC)下，測試采用實施例制得的太陽能電池正面電極漿料制作的太陽能電池片的光電 轉化效率、短路電流和串聯電阻；標準測試條件（STC)為：光強：1000W/m 2 ;光譜:AM1. 5 ;溫 度：25°C，測試結果如表1和表2所示。
[0037] 表 1 表2

【權利要求】
1. 一種多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征在于，包括如下步 驟： 第1步、按重量份計，將鈦酸正丁酯5?10份和正硅酸乙酯3?6份加入200?220 份的水中，再加入乙醇30?60份和硝酸銀20?40份，攪拌均勻，升溫至30?50°C，滴加 l〇wt. %的鹽酸水溶液20?30份，滴加完畢后，降溫至室溫，保持36?48h，得到陳化后的 溶膠；再將溶膠進行燒結，燒結制度是：先升溫至900?1KKTC，保持8h，再降溫至室溫，升 溫和降溫速率是5?8°C，得到粉體I ; 第2步、將粉體I研磨至平均粒徑在3?6微米后，再與50?80重量份的銀粉、80? 100重量份的有機溶劑、10?12重量份稠化劑、1重量份觸變劑、1重量份纖維素混合均勻， 即得銀漿。
2. 根據權利要求1所述的多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征在 于：第2步中的銀粉的平均粒徑是在0. 5?2微米。
3. 根據權利要求1所述的多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征在 于：第2步中所述的有機溶劑是松油醇和油酸按照重量比為（8?10) :1的混合物。
4. 根據權利要求3所述的多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征在 于：所述的油酸是經過硫化改性的。
5. 根據權利要求1所述的多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征在 于：第2步中還加入醇酸樹脂10?12重量份。
6. 根據權利要求1所述的多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征在 于：第2步中還加入3?6重量份丙烯酸。
7. 根據權利要求1所述的多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征在 于：第2步中還加入2?4重量份甲苯二異氰酸酯。
8. 根據權利要求1所述的多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征在 于：所述的稠化劑是二聚脲或者四聚脲。
9. 根據權利要求1所述的多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征在 于：纖維素是指甲基纖維素、乙基纖維素等、丙基纖維素、丁基纖維素等。
10. 根據權利要求1所述的多晶硅太陽能電池正面電極用的銀漿的制備方法，其特征 在于：觸變劑選自氫化蓖麻油或聚酰胺蠟。
【文檔編號】H01B13/00GK104282394SQ201410507714
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】張學平, 朱忠海 申請人:蘇州長盛機電有限公司