一種太陽能電池無氧玻璃導電漿料的制作方法

一種太陽能電池無氧玻璃導電漿料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能電池無氧玻璃導電漿料,其特征在于：按重量份數計，包括以下組分：導電金屬相75?92份、無機粘結相1?5份、有機相3?20份，所述導電金屬相為金屬導電粉；所述無機粘結相為無氧玻璃。本發明采用無氧玻璃，包括硫系玻璃和鹵系玻璃，具有較低的軟化點，能夠腐蝕SiNx鈍化層，并且SiNx能夠進入玻璃結構提高玻璃性能，熔融玻璃與硅基形成良好歐姆接觸，并且與金屬導電粉良好共溶性，燒結時能形成致密金屬電極，提高電極導電性，提高太陽能電池轉化效率。
【專利說明】
一種太陽能電池無氧玻璃導電漿料
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種新型太陽能電池電極導電漿料，屬于太陽能電池功能材料技術領 域。
【背景技術】
[0002]傳統能源枯竭及其帶來的環境污染日益嚴峻問題越來越凸顯，利用太陽能發電近 年來獲得長足發展。太陽能光伏電池是通過光電效應把太陽能轉化為電能。其工作原理一 般是:在P型襯底上通過擴散形成N型層，臨界處形成P-N結，當光照射到P-N結時就會產生光 生載流子，載流子通過良好的導體材料導出電池，從而形成電流發電。這種良好的導體材料 就是正面電極銀漿、背面電極銀漿和背面電極鋁漿，通過絲網印刷方式印制到太陽能電池 正極和背極。
[0003 ]太陽能電池電極漿料是影響太陽能電池電性能的主要原材料之一。電極漿料主要 由三部分組成：導電相、有機相和無機相。導電相為起導電作用的金屬粉末;有機相為適用 于絲網印刷技術的有機相，有機相主要由有機溶劑、增塑劑、觸變劑、流平劑以及表面活性 劑等組成，使漿料具有適用于絲網印刷的粘度、觸變性等流變性能;無機相主要為金屬氧化 物玻璃粉，起到燒透減反層和粘結作用。
[0004] 傳統太陽能電池電極漿料使用金屬氧化物玻璃粉，本發明采用無氧玻璃，包括硫 系玻璃和鹵系玻璃，具有較低的軟化點，能夠腐蝕SiNx鈍化層，并且SiNx能夠進入玻璃結構 提高玻璃性能，熔融玻璃與硅基形成良好歐姆接觸，并且與金屬導電粉良好共溶性，燒結時 能形成致密金屬電極，提高電極導電性，提高太陽能電池轉化效率。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種新型太陽能電池 電極導電漿料。
[0006] 為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：
[0007] -種太陽能電池無氧玻璃導電漿料，按重量份數計，包括以下組分：導電金屬相 75-92份、無機粘結相1 -5份、有機相3-20份，所述導電金屬相為金屬導電粉;所述無機粘結 相為無氧玻璃。
[0008] 有機相由有機溶劑、粘結劑、觸變劑、表面活性劑組成。有機溶劑為松油醇、丁基卡 必醇、丁基卡必醇醋酸酯和丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一種。粘結劑為乙基纖維素、丁基纖 維素、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂中的至少一種。漿料還包括觸變劑、表面 活性劑、流平劑等有機添加組分，可以作為有機相組分，也可以制備漿料時單獨添加。
[0009] 所述金屬導電粉為銀粉、銅粉或鎳粉。導電金屬粉為銀粉，也可以選用銅粉、鋁粉 或鎳粉，銀粉為規則或不規則顆粒狀、片狀或樹枝狀，該金屬導電粉表面包覆有機改性介 質，如表面活性劑、不飽和有機酸、有機低聚物等，增加在有機組分中分散性。
[0010] 所述無氧玻璃為硫系玻璃、鹵系玻璃中的一種或兩種。
[0011] 所述硫系玻璃為碲鉍銻基硫化物玻璃，也可稱為Te-Bi-Sb-S。以碲、鉍、銻、硫單質 為原料，作為玻璃主體骨架組成部分。另外添加一種或多種金屬或非金屬元素，或者金屬貨 非金屬硫化物，如鋁、硅、鉬、鋰、鑭、鉍、鈣、硼、鋅、硒、鋇、鍶、鈮、鋯、硒、鉀、鎳、銅、鉛、銀、磷 等高純單質或相應硫化物，調節玻璃的力學和熱學性能。或者可以根據需要作為微晶玻璃 成核中心。
[0012 ] 所述硫系玻璃，按重量份數計，包括以下組分:碲15-60份、鉍10-30份、銻10-30份、 硫10-40份、鎳0-8份、銅0-7份、鋯0-5份、鋁0-5份、鉬0-3份、鋅0-4份、鋰0-4份，所述硫系玻 璃粉軟化點為50-400度。
[0013] 所述鹵系玻璃為鋰鋁銅基鹵化物玻璃，也可稱為Li-Al-Cu-X，X為？、(：13^1，以高 純金屬鹵化物為原料，以及高純金屬或高純金屬鹵化物添加劑調節玻璃的力學或熱學性 能。所述添加劑為金屬或非金屬鹵化物，或者金屬單質，添加劑為鋁、硅、銻、鉬、鑭、鉍、鈣、 硼、鋅、硒、鋇、鍶、鈮、鋯、硒、鉀、鎳等金屬鹵化物的一種或多種。
[0014] 所述鹵系玻璃，按重量份數計，包括以下組分：LiCl 10-60份、A1C13 10-40份、 CuCl2 5-50份、ZnF2 0-10份、ZrCl4 0-10份、BeF4 0-8份、ZnCl2 0-8份、LiBr 0-8份，所述鹵 系玻璃粉軟化點20-450度。
[0015]所述無氧玻璃為結晶態、部分結晶態、非晶態、部分非晶態中的一種或多種。
[0016]所述金屬導電粉的形狀為顆粒狀、片狀或樹枝狀。
[0017] 如權利要求1所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料的制備方法，具體方法步驟如 下：
[0018] 步驟一:無氧玻璃粉的制備：按重量份數，將無氧玻璃粉原料混合均勻，裝入透明 石英玻璃反應釜中，真空密封，然后置于馬弗爐中加熱熔融，溫度:800-110(TC，并保溫30分 鐘;冷卻，制得玻璃大顆粒或小塊體;將所述述玻璃大顆粒或小塊體研磨粉碎，然后在行星 式球磨機中球磨3小時，過濾并100°C烘干制得無氧玻璃粉，所述無氧玻璃粉原料純度大于 99 · 99 % ;玻璃粉粒徑分布:D10為0 · 1-0 · 4μπι，D50為0 · 5-1μπι，D90為 1 · 5-3μπι。
[0019] 步驟二:玻璃漿的制備:將無氧玻璃粉按導電漿料的總重量0.5-5%的比例與有機 相混合，經三輥研磨成玻璃漿；
[0020] 步驟三:金屬導電漿制備:導電金屬相按導電漿料的總重量比75-95%份與有機相 混合，經三輥研磨成銀粉漿；
[0021] 步驟四：導電漿料制備:將所述步驟二玻璃漿與所述步驟三金屬導電漿混合，玻璃 漿與金屬導電漿的重量比為1:1，經三輥研磨，制得太陽能電池無氧玻璃導電漿料。
[0022]所述導電漿料的粘度為150_500Pa · S，刮板平均細度為2-10μπι。
[0023] 所述步驟一冷卻方式為水淬冷卻或鋼板冷卻或鋼棍對輥機冷卻。
[0024] 本發明相對于現有技術而言具有的有益技術效果：
[0025] 1.本發明采用無氧玻璃，包括硫系玻璃和齒系玻璃，具有較低的軟化點，能夠腐蝕 SiNx鈍化層，并且SiNx能夠進入玻璃結構提高玻璃性能，熔融玻璃與硅基形成良好歐姆接 觸，并且與金屬導電粉良好共溶性，燒結時能形成致密金屬電極，提高電極導電性，提高太 陽能電池轉化效率。
[0026] 2.硫系和鹵系玻璃熔點低，且范圍廣，解決氧化物玻璃熔點高的問題
[0027] 3.無氧玻璃銀漿可以適用于燒結溫度低的場合，如背鈍化太陽能電池(PERC)。
[0028] 4.本發明太陽能電池導電漿料采用有機相為漿料常用有機介質，不做特殊要求， 主要由有機溶劑、增塑劑、觸變劑、流平劑以及表面活性劑等組成，使漿料具有適用于絲網 印刷的粘度、觸變性等流變性能，對無機粘結相和導電相有穩定分散性和適當可浸潤性，有 良好干燥速度和良好焙燒特性;本發明太陽能電池導電漿料可用于單晶硅太陽能電池、多 晶硅太陽能電池、尤其可用于背鈍化發射極太陽能電池等低溫燒結需求場合。
【具體實施方式】
[0029] 下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0030] 實施例1
[0031] 該實例玻璃粉為硫系玻璃Te-Bi-Sb-S體系。
[0032] -種太陽能電池無氧玻璃導電漿料，按重量份數計，包括以下組分:導電金屬相75 份、無機粘結相1份、有機相3份，所述導電金屬相為金屬導電粉;所述無機粘結相為無氧玻 璃。
[0033]所述金屬導電粉為銀粉。
[0034]所述無氧玻璃為硫系玻璃。
[0035] 所述硫系玻璃，按重量份數計，包括以下組分:碲15份、鉍10份、銻10份、硫10份，所 述硫系玻璃粉軟化點為50°C。
[0036]所述無氧玻璃為結晶態。
[0037] 所述金屬導電粉的形狀為顆粒狀。
[0038] 如權利要求1所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料的制備方法，具體方法步驟如 下：
[0039] 步驟一:無氧玻璃粉的制備：按重量份數，將無氧玻璃粉原料混合均勻，裝入透明 石英玻璃反應釜中，真空密封，然后置于馬弗爐中加熱熔融，溫度 :800°C，并保溫30分鐘;冷 卻，制得玻璃大顆粒或小塊體;將所述述玻璃大顆粒或小塊體研磨粉碎，然后在行星式球磨 機中球磨3小時，過濾并100°C烘干制得無氧玻璃粉，所述無氧玻璃粉原料純度大于 99.99% ；
[0040] 步驟二:玻璃漿的制備:將無氧玻璃粉按導電漿料的總重量0.5%的比例與有機相 混合，經三輥研磨成玻璃漿；
[0041] 步驟三:金屬導電漿制備：導電金屬相按導電漿料的總重量比75%份與有機相混 合，經三輥研磨成銀粉漿；
[0042]步驟四：導電漿料制備:將所述步驟二玻璃漿與所述步驟三金屬導電漿混合，玻 璃漿與金屬導電漿的重量比為1:1，經三輥研磨，制得太陽能電池無氧玻璃導電漿料。
[0043] 所述導電漿料的粘度為150Pa · S，刮板平均細度為2μπι。
[0044] 所述步驟一冷卻方式為水淬冷卻。
[0045] 硫系玻璃粉粒徑分布為D10為0.3ym，D50為0.7ym，D90為1.8μπι。
[0046] 有機相制備：
[0047]按比例稱取有機溶劑、粘結劑和觸變劑:丁基卡必醇醋酸酯85份、乙基纖維素5份、 氫化蓖麻油10份，60度混合攪拌30分鐘，完全溶解混合均一，放置室溫后備用。
[0048] 金屬導電粉：
[0049] 金屬導電粉為球狀銀粉，其中90%中位徑為1.8um銀粉微粒和10%粒徑為20-30nm 的納米銀粉。
[0050] 銀漿制備：
[00511將玻璃粉、金屬銀粉和有機相按在漿料總重中重量比3:85:12,按上述導電銀漿制 備方法制備。
[0052] 實施例2
[0053]該實例玻璃粉為鹵系玻璃Li-Al-Cu-Cl體系。
[0054] 一種太陽能電池無氧玻璃導電漿料，按重量份數計，包括以下組分:導電金屬相92 份、無機粘結相5份、有機相20份，所述導電金屬相為金屬導電粉;所述無機粘結相為無氧玻 璃。
[0055]金屬導電粉為銅粉。
[0056] 鹵系玻璃，按重量份數計，包括以下組分:LiCl 10份、A1C13 10份、CuCl2 5份，所述 鹵系玻璃粉軟化點20_°C。
[0057] 所述無氧玻璃為部分結晶態。
[0058]所述金屬導電粉的形狀為片狀。
[0059] 如權利要求1所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料的制備方法，具體方法步驟如 下：
[0060] 步驟一:無氧玻璃粉的制備：按重量份數，將無氧玻璃粉原料混合均勻，裝入透明 石英玻璃反應釜中，真空密封，然后置于馬弗爐中加熱熔融，溫度：1100°c，并保溫30分鐘； 冷卻，制得玻璃大顆粒或小塊體;將所述述玻璃大顆粒或小塊體研磨粉碎，然后在行星式球 磨機中球磨3小時，過濾并100°C烘干制得無氧玻璃粉，所述無氧玻璃粉原料純度大于 99.99% ；
[0061 ]步驟二:玻璃漿的制備:將無氧玻璃粉按導電漿料的總重量5%的比例與有機相混 合，經三輥研磨成玻璃漿；
[0062]步驟三:金屬導電漿制備：導電金屬相按導電漿料的總重量比95%份與有機相混 合，經三輥研磨成銀粉漿；
[0063]步驟四：導電漿料制備:將所述步驟二玻璃漿與所述步驟三金屬導電漿混合，玻璃 漿與金屬導電漿的重量比為1:1，經三輥研磨，制得太陽能電池無氧玻璃導電漿料。
[0064]所述導電漿料的粘度為500Pa · S，刮板平均細度為ΙΟμπι。
[0065]步驟一冷卻方式為鋼板冷卻。
[0066] 有機相制備：
[0067]按比例稱取有機溶劑、粘結劑和觸變劑:丁基卡必醇醋酸酯85份、乙基纖維素 5份、 氫化蓖麻油10份，60度混合攪拌30分鐘，完全溶解混合均一，放置室溫后備用。
[0068] 金屬導電粉：
[0069] 金屬導電粉為球狀銀粉，其中90%中位徑為1.8um銀粉微粒和10%粒徑為20-30nm 的納米銀粉。
[0070] 銀漿制備：
[0071] 將玻璃粉、金屬銀粉和有機相按在漿料總重中重量比3:85:12,按上述導電銀漿制 備方法制備。
[0072] 實施例3
[0073] -種太陽能電池無氧玻璃導電漿料，按重量份數計，包括以下組分:導電金屬相80 份、無機粘結相3.5份、有機相15份，所述導電金屬相為金屬導電粉;所述無機粘結相為無氧 玻璃。
[0074]所述金屬導電粉為鎳粉。
[0075]所述無氧玻璃為硫系玻璃和鹵系玻璃。
[0076]硫系玻璃，按重量份數計，包括以下組分:碲30份，B鉍20份，銻15份，硫15份，金屬 單質添加劑為鎳5份，銅5份，錯3份，錯2份，鉬1份，鋅2份，鋰2份。
[0077] 所述鹵系玻璃，按重量份數計，包括以下組分:LiCl 35份，A1C13 20份，CuCi2 15 份，添加劑為ZnF2 6份，ZrCi4 8份，BeF4 6份，Zn Cl25份，LiBr 5份。
[0078] 所述無氧玻璃為非晶態。
[0079] 所述金屬導電粉的形狀為樹枝狀。
[0080] 所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料的制備方法，：具體方法步驟如下：
[0081 ]步驟一:無氧玻璃粉的制備：按重量份數，將無氧玻璃粉原料混合均勻，裝入透明 石英玻璃反應釜中，真空密封，然后置于馬弗爐中加熱熔融，溫度:950°C，并保溫30分鐘;冷 卻，制得玻璃大顆粒或小塊體;將所述述玻璃大顆粒或小塊體研磨粉碎，然后在行星式球磨 機中球磨3小時，過濾并100°C烘干制得無氧玻璃粉，所述無氧玻璃粉原料純度大于 99.99% ；
[0082]步驟二:玻璃漿的制備:將無氧玻璃粉按導電漿料的總重量2%的比例與有機相混 合，經三輥研磨成玻璃漿；
[0083]步驟三:金屬導電漿制備：導電金屬相按導電漿料的總重量比80%份與有機相混 合，經三輥研磨成銀粉漿；
[0084]步驟四：導電漿料制備:將所述步驟二玻璃漿與所述步驟三金屬導電漿混合，玻璃 漿與金屬導電漿的重量比為1:1，經三輥研磨，制得太陽能電池無氧玻璃導電漿料。
[0085]導電漿料的粘度為350Pa · S，刮板平均細度為4μπι。
[0086] 步驟一冷卻方式為鋼棍對輥機冷卻。
[0087] 上述示例1中硫系玻璃和上述示例2中鹵系玻璃按1:1配比混合均勻制得所需玻璃 粉。
[0088] 有機相制備：
[0089]按比例稱取有機溶劑、粘結劑和觸變劑:丁基卡必醇醋酸酯85份、乙基纖維素5份、 氫化蓖麻油10份，60度混合攪拌30分鐘，完全溶解混合均一，放置室溫后備用。
[0090] 金屬導電粉：
[0091] 金屬導電粉為球狀銀粉，其中90%中位徑為1.8um銀粉微粒和10 %粒徑為20-30nm 的納米銀粉。
[0092] 導電漿料的制備：
[0093]將玻璃粉、金屬粉和有機相按在漿料總重中重量比3:85:12,按上述導電銀漿制備 方法制備。
[0094] 實施例4
【具體實施方式】 [0095] 同實施例1，不同組分在于：硫系玻璃，按重量份數計，包括以下組 分:碲60份、鉍30份、銻30份、硫40份、鎳8份、銅7份、鋯5份、鋁5份、鉬3份、鋅4份、鋰4份，所述 硫系玻璃粉軟化點為380°C。
[0096] 實施例5
【具體實施方式】 [0097] 同實施例2,不同組分在于：鹵系玻璃，按重量份數計，包括以下組 分：LiCl 60份、A1C13 40份、CuC12 50份、ZnF2 10份、ZrC14 10份、BeF4 8份、ZnC12 8份、 LiBr 8份，所述鹵系玻璃粉軟化點440°C。
[0098] 實施例1-3制得銀漿料通過絲網印刷或涂覆等常用方式施加到太陽能電池片設計 電極部位，通過烘干和燒結過程形成良好電流通路。所述銀漿料主要施加到太陽能電池光 照面(正面)SiNx薄膜表面，在燒結過程中硫系和或鹵系玻璃能夠溶解SiNx，且SiNx能夠全 部或部分參與到硫系和或鹵系玻璃骨架結構中，對玻璃的性能有提升作用。進而，銀粉和硫 鹵系玻璃粉能以合金形式與硅基形成良歐姆接觸，能夠得到更好的轉化效率。
[0099] 實施例1-3導電漿料作為電極制得電池片主要電性能參數如下：
[0100]表1實施例導電漿料作為電極制得電池片主要電性能參數
[0102] 上述3個示例導電漿料作為電極制得電池片焊接拉力如下：
[0103] 表2銀漿作為電極制得電池片焊接拉力
[0105] 所述導電銀漿所用無氧玻璃粉通過金屬鹵化物或金屬添加可以有效控制其力學 和熱學性質，使其適用范圍廣。所述無氧玻璃與銀粉及硅基浸潤性良好，且具有適宜的收縮 特性。所述無氧玻璃具有較低的軟化點，可以降低燒結溫度，有效避免高溫給太陽能電池 片帶來的損傷，也可以適用于高效背接觸電極電池等低溫需求場合。
[0106] 以上所述，僅為發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發 明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種太陽能電池無氧玻璃導電漿料，其特征在于：按重量份數計，包括以下組分：導 電金屬相75-92份、無機粘結相1-5份、有機相3-20份，所述導電金屬相為金屬導電粉;所述 無機粘結相為無氧玻璃。2. 根據權利要求1所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料，其特征在于:所述金屬導電粉 為銀粉、銅粉或鎳粉。3. 根據權利要求1所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料，其特征在于:所述無氧玻璃為 硫系玻璃、齒系玻璃中的一種或兩種。4. 根據權利要求1所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料，其特征在于:所述硫系玻璃， 按重量份數計，包括以下組分:碲15-60份、鉍10-30份、銻10-30份、硫10-40份、鎳0-8份、銅 0-7份、鋯0-5份、鋁0-5份、鉬0-3份、鋅0-4份、鋰0-4份，所述硫系玻璃粉軟化點為50-400度。5. 根據權利要求1所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料，其特征在于:所述鹵系玻璃， 按重量份數計，包括以下組分:LiCl 10-60份、A1C13 10-40份、CuCl2 5-50份、ZnF2 0-10份、 ZrCl4 0-10份、BeF4 0-8份、ZnCl2 0-8份、LiBr 0-8份，所述鹵系玻璃粉軟化點20-450度。6. 根據權利要求1所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料，其特征在于:所述無氧玻璃為 結晶態、部分結晶態、非晶態、部分非晶態中的一種或多種。7. 根據權利要求2所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料，其特征在于:所述金屬導電粉 的形狀為顆粒狀、片狀或樹枝狀。8. 如權利要求1所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料的制備方法，其特征在于:具體方 法步驟如下： 步驟一:無氧玻璃粉的制備：按重量份數，將無氧玻璃粉原料混合均勻，裝入透明石英 玻璃反應釜中，真空密封，然后置于馬弗爐中加熱熔融，溫度:800-1100°C，并保溫30分鐘； 冷卻，制得玻璃大顆粒或小塊體;將所述述玻璃大顆粒或小塊體研磨粉碎，然后在行星式球 磨機中球磨3小時，過濾并100°C烘干制得無氧玻璃粉，所述無氧玻璃粉原料純度大于 99.99% ； 步驟二:玻璃漿的制備:將無氧玻璃粉按導電漿料的總重量〇. 5-5 %的比例與有機相混 合，經三輥研磨成玻璃漿； 步驟三：金屬導電漿制備：導電金屬相按導電漿料的總重量比75-95%份與有機相混 合，經三輥研磨成銀粉漿； 步驟四：導電漿料制備:將所述步驟二玻璃漿與所述步驟三金屬導電漿混合，玻璃漿與 金屬導電漿的重量比為1:1，經三輥研磨，制得太陽能電池無氧玻璃導電漿料。9. 根據權利要求8所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料制備方法，其特征在于:所述導 電漿料的粘度為150_500Pa · S，刮板平均細度為2-10μπι。10. 根據權利要求8所述的太陽能電池無氧玻璃導電漿料制備方法，其特征在于:所述 步驟一冷卻方式為水淬冷卻或鋼板冷卻或鋼棍對輥機冷卻。
【文檔編號】H01B1/22GK106024095SQ201610351551
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】汪山, 周欣山, 包娜
【申請人】蘇州晶銀新材料股份有限公司