專利名稱：一種太陽能電池用導(dǎo)電漿料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池用導(dǎo)電漿料，更具體的涉及一種太陽能電池用導(dǎo)電漿 料及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前關(guān)于太陽能電池的研究非?；钴S，太陽能電池有望成為未來電力供應(yīng)的主要 支柱，晶體硅太陽能電池是PV(光伏)市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品，因為它的技術(shù)和工藝最成熟，性 能穩(wěn)定。導(dǎo)體漿料是制作晶體硅太陽能電池的主要輔助材料，在該電池材料成本中占有相 當(dāng)?shù)谋戎?，它幾乎覆蓋了電池的整個背面，形成的背電場可以提高太陽能電池的開路電壓 和短路電流。漿料的制作與燒結(jié)工藝對太陽能電池片的性能有著很大的影響。漿料主要由功能性粉體(金屬粉)、有機載體和高溫下起粘結(jié)作用的粘結(jié)組分組 成。金屬粉作為導(dǎo)電相，它決定了漿料的電性能，并影響著成膜后的物理和機械性能；粘結(jié) 劑的主要作用是使固化膜層與基體牢固結(jié)合起來，在元件燒結(jié)過程中起連接、拉緊、固定導(dǎo) 電相相粒子的作用。有機載體是聚合物在有機溶劑中的溶液，起著控制漿料的流變特性，調(diào) 節(jié)漿料的粘稠度，使固態(tài)的導(dǎo)電相、粘結(jié)相和其他作用的固體微?；旌衔锓稚⒊删哂辛黧w 特性的漿料，以便于轉(zhuǎn)印到基板上，是印刷膜和干燥膜的臨時粘結(jié)劑，有機載體主要由有機 溶劑和增稠劑組成。各種粉體在有機載體中進行充分?jǐn)嚢韬头稚⒑笮纬筛酄畹臐{料。燒結(jié) 后的膜層是由金屬和粘結(jié)成分組成?，F(xiàn)有技術(shù)中公開的太陽能電池用漿料，采用其制成的晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn) 換效率仍不夠理想，并且硅片在印刷漿料燒結(jié)后，金屬膜對硅基體的附著力不牢固，表面比 較容易產(chǎn)生少許疤痕。國際大公司以及我國的一些研究所和漿料制作廠家，生產(chǎn)的漿料產(chǎn) 品在如何提高光電轉(zhuǎn)換效率也在不斷探索。因此，深入研究漿料的組成及制造方法，是改善 太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是采用現(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)電漿料太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率 不夠理想，特提供了一種光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)異的新型太陽能電池導(dǎo)電漿料。本發(fā)明還提供所述的新型太陽能導(dǎo)電漿料的制備方法。本發(fā)明提供一種太陽能電池用導(dǎo)電漿料，包括導(dǎo)電金屬粉、無機粘結(jié)劑、有機載 體及添加劑，所述導(dǎo)電金屬粉包括兩種粒徑不同的金屬粉，所述大粒徑金屬粉的粒徑為 4-6 μ m,所述小粒徑金屬粉的粒徑為1-lOOnm。本發(fā)明還提供一種太陽能電池用導(dǎo)電漿料制備方法，包括將氧化物粉末混合熔 融、球磨制成無機粘結(jié)劑玻璃粉；將增稠劑溶解于有機溶劑制成有機載體；將無機粘結(jié)劑 玻璃粉、粒徑為4-6 μ m的大粒徑金屬粉、粒徑為I-IOOnm小粒徑金屬粉及添加劑加入到有 機載體中混合，研磨。本發(fā)明提供的太陽能電池用導(dǎo)電漿料，用其制備得到的金屬導(dǎo)電漿料采用絲網(wǎng)印刷到晶硅太陽能電池上燒結(jié)成膜后，多晶硅電池的開路電壓較單一粒徑的金屬粉增加了 4-6%以上，這是因為納米級金屬粉的微摻雜，填補了大粒徑金屬粉(4_6μπι)間本來存在 的空隙，金屬粉在硅片表面形成了致密均勻的導(dǎo)電膜，從而提高了導(dǎo)電性能，多晶硅太陽電 池的平均光電轉(zhuǎn)化效率在15. 5%以上。并且采用本發(fā)明的漿料經(jīng)研磨后外觀質(zhì)地均勻，表 面光滑，無氣泡；絲網(wǎng)印刷過網(wǎng)性能極佳，印刷在硅片上表面無缺陷，燒結(jié)后，太陽能電池硅 片上硅金屬層間附著力良好，金屬膜光滑、不起皰、也不存在燒結(jié)爐的網(wǎng)帶印痕，太陽能電 池電池硅片彎曲程度小。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種太陽能電池用導(dǎo)電漿料，包括導(dǎo)電金屬粉、無機粘結(jié)劑玻璃粉、 有機載體及添加劑，所述導(dǎo)電金屬粉包括兩種粒徑不同的金屬粉，所述大粒徑金屬粉的粒 徑為4-6 μ m，所述小粒徑金屬粉粒徑為Ι-lOOnm。所述大粒徑金屬粉與所述小粒徑金屬粉 的質(zhì)量比為(9 99) 1。所述導(dǎo)電金屬粉選自鋁粉、銀粉或兩者的混合物。以所述太陽能電池導(dǎo)電漿料的總重量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電漿料包括60 85襯％的 金屬粉、0 5. Owt %的無機粘結(jié)劑玻璃粉、10 25wt%的有機載體、以及0. 1 2. Owt %的 添加劑。所述無機粘結(jié)劑玻璃粉的成分包括氧化鉍、三氧化二硼、二氧化硅、氧化鈣、氧化 鋁、氧化鋅、氧化鎂、氧化鍶等中的一種或幾種，所述無機粘結(jié)劑玻璃粉的中值粒徑D5tl為 0.2-3.5 4!11、軟化點為450-6001。本發(fā)明的無機粘結(jié)劑玻璃粉的具體配方組可以為其中 必選組分氧化鉍(Bi2O3)占40 75Wt %，氧化硼(B2O3)占10 3Owt %，二氧化硅(SiO2)占 5 20wt %，氧化鋅(ZnO)占0. 5 IOwt %，可選組分氧化鋁(Al2O3)占0 5. Owt %，氧化 鎂(MgO)占0 2. Owt %，氧化鍶(SrO)占0 2. Owt %，氧化鈣(CaO)占0 5. Owt %。所述有機載體包括有機溶劑和增稠劑，有機溶劑選自松油醇、丁基卡必醇、鄰苯二 甲酸二丁酯、丁基卡必醇醋酸酯中的兩種或兩種以上，所述增稠劑包括乙基纖維素、硝化纖 維素、樹脂類粘結(jié)劑中的一種或幾種。所述添加劑包括硫酸銨和環(huán)己酮。本發(fā)明選用環(huán)己酮做表面活性劑，表面活性劑 是用來降低載體與固體粉粒界面的表面張力，使有機載體能充分潤濕固體粉粒的表面。這 樣研磨后的漿料外觀質(zhì)地光滑，不會產(chǎn)生氣泡，使絲網(wǎng)印刷過網(wǎng)性能良好，印刷質(zhì)量佳。本 發(fā)明還選用少量的硫酸銨做流動性控制劑加入到漿料中，控制漿料二次流動漿料，避免造 成燒結(jié)后膜層出現(xiàn)裂縫。因此，本發(fā)明配方組成的導(dǎo)電漿料長期放置后(三個月及以上) 不會產(chǎn)生罐底沉淀及上層漂浮黑色油狀物；所述的導(dǎo)電漿料經(jīng)研磨后外觀質(zhì)地均勻，表面 光滑，無氣泡，絲網(wǎng)印刷過網(wǎng)性能極佳，印刷在硅片上表面無缺陷，燒結(jié)后，電池片上硅金屬 層間附著力良好，金屬膜光滑、不起皰、也不存在燒結(jié)爐的網(wǎng)帶印痕，電池片彎曲程度小。本發(fā)明提供了一種太陽能電池用導(dǎo)電漿料制備方法，包括將氧化物粉末混合 燒制、球磨制成無機粘結(jié)劑玻璃粉；將增稠劑溶解于有機溶劑制成有機載體；將粒徑為 4-6 μ m的大粒徑金屬粉與粒徑為I-IOOnm小粒徑金屬粉混合制成導(dǎo)電金屬粉；再將無機 粘結(jié)劑玻璃粉、有機載體、導(dǎo)電金屬粉及添加劑混合，研磨。所述大粒徑金屬粉與所述小粒 徑金屬粉的質(zhì)量比為(9 99) 1。所述導(dǎo)電金屬粉選自鋁粉、銀粉或兩者的混合物。以 所述太陽能電池導(dǎo)電漿料的總重量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電漿料包括60 85wt%的金屬粉、0 5. Owt%的無機粘結(jié)劑玻璃粉、10 25wt%的有機載體、以及0. 1 2. Owt%的添加劑。按照本發(fā)明提供的制備方法，采用的金屬粉是兩種不同粒徑的金屬粉，小粒徑的 金屬粉摻雜于大粒徑金屬粉中，本發(fā)明的金屬導(dǎo)電漿料燒結(jié)后，比單一粒徑的金屬粉制作 的導(dǎo)電漿料導(dǎo)電率大，金屬背場的方塊電阻較傳統(tǒng)配方的金屬導(dǎo)電漿料也有較大程度的降 低，開路電壓較單一金屬粉增加了 4-6%以上。硅太陽能電池的歐姆串聯(lián)電阻降低、填充因 子提高，因此，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也有較大的提高，從實驗線的數(shù)據(jù)表明，多晶硅 電池的平均光電轉(zhuǎn)化效率大于15. 5%。下面的實施例將對本發(fā)明做進一步的說明。實施例1步驟一玻璃粉的制備取65襯％的氧化鉍(Bi2O3)(氧化物均購于天津科密歐化學(xué)試劑有限公司，分析 純，下同)，12wt%&氧化硼(B2O3)，8. Owt %的二氧化硅(SiO2), IOwt %的氧化鋅(ZnO)， 3. Owt %的氧化鋁(Al2O3)，2. Owt %的氧化鎂(MgO)采用V型混合機混合均勻，裝入瓷坩 堝中，放入硅碳棒爐，升溫預(yù)熱到500°C，保溫0. 5小時，再升至950°C，熔煉0. 5小時， 水淬過濾，將得到玻璃珠裝入球磨罐，控制質(zhì)量比例，氧化鋯球玻璃珠去離子水= 4:1: 0. 5，罐速150 250r/min，球磨48h以上，過濾，烘干，得到中粒徑D5tl處在0. 2μπι 的玻璃粉，備用。步驟二有機載體的配置按照質(zhì)量比取松油醇(有機溶劑購于廣東光華化學(xué)廠，分析純，下同)丁基卡必 醇鄰苯二甲酸二丁酯(DBP) = 60 25 15的有機溶劑混合均勻，組成漿料的混合溶劑。 取占漿料總量18wt%的混合溶劑，占總量2. 的乙基纖維素(山東泰安瑞泰纖維素有 限公司，RTM00)，將乙基纖維素溶于上述的混合溶劑中，加熱到60°C，使其充分溶解，并攪 拌均勻，得到均一澄清的有機載體溶液。步驟三導(dǎo)電漿料的制備將步驟二得到的有機載體溶液置于高速分散機的不銹鋼罐中，一邊攪拌，一邊加 入占總量3襯％的上面步驟一中制得的玻璃粉，攪拌均勻。再加入占總量70襯％的大粒徑 為4μ m的鋁粉(鋁粉購于山東金茂鋁粉廠)，占總量5wt%的小粒徑為SOnm的鋁粉，鋁粉 總的添加量為75wt%，鋁粉分多次加入，每次加入先攪勻，再加下一次；最后加入1襯％的 硫酸銨，Iwt %的環(huán)己酮，全部加完后，高速攪拌30-60min ；再用0150的三輥研磨機進行研 磨15 20次，研磨細(xì)度至小于20 μ m即可得鋁導(dǎo)電漿料成品Al。實施例2步驟一玻璃粉的制備與實施例1相同。步驟二 有機載體的配置與實施例1相同。步驟三導(dǎo)電漿料的制備將大粒徑鋁粉改為粒徑為6 μ m的鋁粉，小粒徑鋁粉改為粒徑為35nm的鋁粉，其余 和實施例1步驟三相同，即可得鋁導(dǎo)電漿料成品A2。實施例3
步驟一玻璃粉的制備與實施例1相同。步驟二 有機載體的配置與實施例1相同。步驟三導(dǎo)電漿料的制備將大粒徑鋁粉改為粒徑為6 μ m的鋁粉，小粒徑鋁粉改為粒徑為IOnm的鋁粉，其余 和實施例1步驟三相同，即可得鋁導(dǎo)電漿料成品A3。比較例1步驟一玻璃粉的制備與實施例1相同。步驟二 有機載體的配置與實施例1相同。步驟三導(dǎo)電漿料的制備將占總量70wt %的大粒徑為4 μ m的鋁粉，占總量5wt %的小粒徑為80nm的鋁粉， 改為全部加入粒徑為6 μ m的鋁粉，其余和實施例1步驟三相同，即可得鋁導(dǎo)電漿料成品Dl。比較例2步驟一玻璃粉的制備與實施例1相同。步驟二 有機載體的配置將乙基纖維素的添加量由2wt%改為4wt%，不添加硫酸銨、環(huán)己酮添加劑，其余 實施例1步驟二相同。步驟三導(dǎo)電漿料的制備與實施例1步驟三相同，即可得鋁導(dǎo)電漿料成品D2性能測試對上述制備得到的太陽能電池導(dǎo)電漿料A1-A3、Dl和D2進行如下性能測試1、漿料粘度按照GB/T17473. 5-1998規(guī)定的方法進行，用NDJ-79旋轉(zhuǎn)式粘度計，75rad/min,在 25 °C下測定。2、儲存穩(wěn)定性將導(dǎo)電漿料密封保存在25 °C的環(huán)境下，三個月后檢測導(dǎo)電漿料下層粘度的變化情 況，并觀察金屬粉末是否發(fā)生沉降。3、外觀用肉眼觀察鋁膜表面是否有網(wǎng)印。4、附著力在25°C的環(huán)境下，用自來水浸泡7天，觀察金屬膜或線條是否脫落。5、光電轉(zhuǎn)化效率將上述所得的導(dǎo)電漿料在生產(chǎn)線試用，多晶硅片規(guī)格125X 125mm，厚度為 200 μ m(腐蝕前)，印刷前厚度為180 μ m,印刷絲網(wǎng)目數(shù)為280-320目，印刷鋁背場漿料重 量為每片用漿l.Og左右，印刷背面銀電極漿料每片用漿0. 10g，印刷正面銀電極漿料每片用漿0. 15g，烘干溫度為250°C約5min。在印刷正面電極銀漿后，過隧道爐燒結(jié)，燒結(jié)溫度 為810-940°C，溫度成梯度分布，燒結(jié)時間為2min，峰值溫度時間約為2s，出爐后測試電池 片的各項性能。每次在測試某種漿料的性能時，與其配套的漿料均采用ferro公司的產(chǎn)品， 如鋁漿采用53102牌號，背面銀漿采用3347牌號，正面銀漿采用33462牌號。其中，電池片的轉(zhuǎn)化效率用太陽能電池片專用測試儀器，如單次閃光模擬器進行 測試。測試條件為標(biāo)準(zhǔn)測試條件(STC)光強1000W/m2 ；光譜AM1. 5 ；溫度25°C。測試方 法按照IEC904-1進行。將測試的結(jié)果列入表1中。表1導(dǎo)電漿料性能測試結(jié)果 從表1中實施例與比較例的結(jié)果可以看出，由本發(fā)明所制得的太陽能電池導(dǎo)電漿 料印刷在多晶硅太陽電池片上時，在燒結(jié)峰值溫度為810-940°C，燒結(jié)時間為2min，峰值溫 度時間約為2s的情況下，得到的電池片的表面狀況良好，無疤痕，金屬膜不脫落，開路電壓較單一粒徑形貌的鋁粉提高了 4-6%以上，單晶硅電池的平均光電轉(zhuǎn)化效率大于15. 50%。 并且該導(dǎo)電漿料的儲存穩(wěn)定性好，成品導(dǎo)電漿料在儲存三個月后，導(dǎo)電金屬粉未發(fā)生嚴(yán)重 的沉降現(xiàn)象。因此，本發(fā)明提供的導(dǎo)電漿料制成的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率得到了顯著 提高；且該導(dǎo)電漿料外觀質(zhì)地均勻，表面光滑，無氣泡，長期放置無沉淀。
權(quán)利要求
一種太陽能電池用導(dǎo)電漿料，包括導(dǎo)電金屬粉、無機粘結(jié)劑、有機載體及添加劑，所述導(dǎo)電金屬粉包括兩種粒徑不同的金屬粉，所述大粒徑金屬粉的粒徑為4 6μm，所述小粒徑金屬粉的粒徑為1 100nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料，其中，所述大粒徑金屬粉與所述小 粒徑金屬粉的質(zhì)量比為(9 99) 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料，其中，所述導(dǎo)電金屬粉選自鋁 粉、銀粉或兩者的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料，其中，以所述太陽能電池導(dǎo)電漿料 的總重量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電漿料包括60 85wt%的金屬粉、0 5. Owt %的無機粘結(jié)劑玻璃 粉、10 25wt%的有機載體、以及0. 1 2. Owt%的添加劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料，其中，所述無機粘結(jié)劑為玻璃粉，所 述玻璃粉的成分包括氧化鉍、氧化硼、二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氧化鍶中 的一種或幾種，所述無機粘結(jié)劑玻璃粉的中值粒徑D5tl為0. 2-3. 5μπκ軟化點為450-600°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料，其中，所述有機載體包括有機溶劑 和增稠劑，有機溶劑選自松油醇、丁基卡必醇、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇醋酸酯中的 兩種或兩種以上，所述增稠劑包括乙基纖維素、硝化纖維素、樹脂中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料，其中，所述添加劑包括硫酸銨和環(huán) 己酮。
8.一種太陽能電池用導(dǎo)電漿料制備方法，包括將氧化物粉末混合熔融、球磨制成無 機粘結(jié)劑玻璃粉；將增稠劑溶解于有機溶劑制成有機載體；將無機粘結(jié)劑玻璃粉、粒徑為 4-6 μ m的大粒徑金屬粉、粒徑為I-IOOnm小粒徑金屬粉及添加劑加入到有機載體中混合， 研磨。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料制備方法，其中，所述大粒徑金屬粉 與所述小粒徑金屬粉的質(zhì)量比為(9 99) 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料，其中，所述導(dǎo)電金屬粉選自鋁 粉、銀粉或兩者的混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料制備方法，其中，以所述太陽能電池 導(dǎo)電漿料的總重量為基準(zhǔn)，所述導(dǎo)電漿料包括60 85wt %的金屬粉、0 5. Owt %的無機粘 結(jié)劑玻璃粉、10 25wt%的有機載體、以及0. 1 2. Owt %的添加劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池用導(dǎo)電漿料制備方法，其中，所述添加劑包括硫 酸銨和環(huán)己酮。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能電池用導(dǎo)電漿料及其制造方法，所述包括導(dǎo)電金屬粉、無機粘結(jié)劑、有機載體及添加劑，所述導(dǎo)電金屬粉包括兩種粒徑不同的金屬粉，所述大粒徑金屬粉的粒徑為4-6μm，所述小粒徑金屬粉粒徑為1-100nm。本發(fā)明提供的導(dǎo)電漿料制成的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率得到了顯著提高；且該導(dǎo)電漿料外觀質(zhì)地均勻，表面光滑，無氣泡，長期放置無沉淀。
文檔編號H01L31/0224GK101931014SQ20091010847
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者劉珍, 周勇, 姜占鋒, 譚偉華 申請人:比亞迪股份有限公司