專利名稱：：晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料及其制備方法晶^i:陽能電池用無IB^鎘電極槳料及其制備:^駄領(lǐng)域本發(fā)明涉及光電池電極材料及其制備方法，特別是涉及晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘正面電極銀漿、背面電極銀漿和背電場電極鋁槳的組成，以及其制備方法。
背景技術(shù)：
：晶體硅太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。當太陽光照射在晶體硅半導體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流，這就是光電效應太陽能電池的工作原理。晶體硅太陽能電池用電極漿料是制作光電太陽能電池重要的基礎(chǔ)材料，用于審,晶體硅太陽能電池的正面電極、背面電極和背面電場。晶體硅太陽能電池用漿料分為正面電極銀漿、背面電極銀漿和背面電極鋁漿。正面電極銀漿、背面電極銀漿要求必須分別與晶體硅正面(n極)、背面(p極)形成良好的歐姆接觸，同時具有優(yōu)良的焊接性能。背面電極鋁漿要求與與晶體硅形成Si-Al合金層，即太陽能電池背場，并具有歐姆接觸性能，可明顯地提高電池的開路電壓。晶體硅太陽能電池用正面電極銀漿、背面電極銀漿和背面電極鋁漿的常規(guī)漿料中都包含有鉛玻璃。在晶體硅太陽能電池用的三種漿料的玻璃組分中含有PbO的益處有效降低玻璃熔融驢、軟化點及電極的燒結(jié)驢，并且在高溫快速一次共燒時，有助于與晶體硅基體的相互作用，形成與晶體硅的低電阻接觸。因此，Pb0是常規(guī)晶體硅太陽能電池用漿料的玻璃中的重要組成部分。然而，隨著全球節(jié)能環(huán)保法律、^M的不斷建立和強化，,、美國、日本等國出臺了相關(guān)指令和^M，我國信息產(chǎn)業(yè)部也制定了《電子信息產(chǎn)業(yè)部污染防護管理辦法》，全面限制或禁止電子產(chǎn)品中4頓鉛、汞、鎘等有毒有害元素，因此，在光伏產(chǎn)業(yè)中有必要尋找鉛和鎘的替代物，滿足晶體硅太陽能電池用電極漿料的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了三種晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料(正面電極銀漿、背面電極銀漿和背電場電極鋁槳)的組成。漿料的組成包括65-90wt96的導電金屬組分(銀粉、鋁粉)、2-10wt96的無鉛無鎘玻璃組分和8-25%對%有機粘合劑。三種接觸電極漿料高溫快速同時燒結(jié)，匹配使用。(1)晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極正面電極銀槳包括65-88wt%的導電銀粉(85-97wtW的球形銀粉和3-15機％的片狀銀粉)、4-10wt。/。的無鉛無鎘玻璃組分和8-25%wt9&有機粘合劑。硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘正面銀^ffl過絲網(wǎng)印刷在晶體硅的正面，燒結(jié)后形成正面電極(柵極)，在晶體硅的正面有著一層SiNx減反射膜，SiNx減反射膜是絕緣體，會提高電極接觸層的電阻。因此，要求在燒結(jié)時正面銀漿中的玻璃必須會巨夠氧化和腐蝕SiNx減反射腺使?jié){料中銀和晶體界面處形成高密度Ag~Si接觸層，在大量玻璃和硅片之間提供導電鏈，產(chǎn)生低電阻、高效率、高±真充系數(shù)的正面電極和晶體硅太陽能電池。本發(fā)明中晶體硅太陽能電池用正面電極銀漿中玻璃為Si02-Bi203-Al203-MgO"Sb205體系的鉍硅酸鹽玻璃，包括2-60mol呢的Si02，2-80mol%的Bi203，5-10moW的Al203，2-10moiy。的MgO，8-20moW的Sb205。以上高鉍體系的無鉛和無鎘玻璃由于在低溫下具有相對優(yōu)良的流動性、潤濕性，宜在制備正面電極銀漿中使用。(2)晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極背面電極銀漿包括65-85wt9&的導電銀粉(92-99wt9&的球形銀粉和1-8機%片狀銀粉)、5-10wt96的無鉛無鎘玻璃組分和10-25%wty。有機粘合劑。本發(fā)明中晶體硅太陽能電池用背面電極銀漿中的玻璃為Si02_Bi203_Ba0~Zn0-V205-Na^0體系的鉍硅酸鹽玻璃，包括20-80moiy。的Si02，15-65mo^的Bi203，1-25mo良的Ba0，2-8mol呢的ZnO，5-10moiy。的V205，1-5moiy。的Na20。此低鉍體系的無鉛無鎘玻璃燒結(jié)時在晶體硅背面形成低電阻接觸層，與晶體硅和背電場電極鋁漿之間的相互作用達到最佳，電極可焊性良好。(3)晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極背電場電極鋁漿包括65-83wt%的導電鋁粉、2-10機％的無鉛無鎘玻璃組分和15-25%wt。/。有機粘合劑。由于鋁是兩性物質(zhì)，若晶體硅太陽能電池用背電場電極鋁漿玻璃中酸性氧化物成分較多，在高溫燒結(jié)時會與基體鋁發(fā)生反應，出現(xiàn)腐蝕、粉化等現(xiàn)象；若玻璃中堿性氧化物成分較多，燒成時會使電極表面變黑，電極失效等現(xiàn)象。本發(fā)明中晶體硅太陽能電池用背電場電極鋁漿中的玻璃為Si02-Bi203-B203_V205-Na20體系的鉍硅酸鹽玻璃，包括30-70molQ/o的Si02，45-60mom的Bi203，1-15moiyo的B203，2~6mol%的V20s，l-6moW的Na20。此玻璃為中性無鉛無鎘玻璃，高皿結(jié)后，使得太陽能電池用背電場電極鋁漿在晶體硅的PN結(jié)P側(cè)形成均勻的Al-Si合金和優(yōu)良的鋁導電層，減小晶體硅與金屬鋁之間的肖特基勢壘，形成良好的歐姆接觸，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，電極與晶體硅附著良好，電池片表面致密、光滑，彎曲<0.5Pm。2晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料的制備方法。按以下步驟完成:(1)將各種氧化物按比例稱取、混合均勻，^A瓷坩鍋中，放AH式電阻爐中，升溫至1100-1250。C，保溫30射中，水淬，破碎后^A球磨罐(W4比為3:1)，控制球磨織60轉(zhuǎn)/分，球磨72小時后，在60-80。C烘干，得到平均粒徑〈6um玻璃粉。(2)將稱好的有機樹脂及有機輸倣入不銹鋼鍋中，將不糊鍋放在電磁爐上,升溫，保持鍋內(nèi)驢為90-IO(TC，溶解時間2小時；降溫，當鍋內(nèi)鵬5(TC時，加入表面活性劑，保溫30射中，目視均勻透亮、無渾濁，趁熱將載體過濾。(3)晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料的制備將65-90wt呢的導電金屬組分(f^粉、鋁粉)、2-10wty。的玻璃組分和8-25%有機粘合劑混合，調(diào)至糊狀，再用三輥軋機軋制研磨至粒度達5.0-30.0ixm，粘度為20-450PaS，得到晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極槳料(正面電極銀漿、背面電極銀漿和背電場電極鋁漿)。三種接觸電極漿料高溫快速同時燒結(jié)，匹配使用，硅片燒結(jié)后撓曲小、表面光滑，單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率>17.5%，多晶硅片太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率>16°/0。上述三種槳料均為無鉛無鎘漿料，符合,R0HS，美國REACH環(huán)保要求。具體實施例方式1漿料的組成晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料是由金屬粉、玻璃粉、有機載體組成，金屬粉作為導電相，玻璃作為粘結(jié)相，它們均勻地分散在有機載體中，形成獎料。其各自的組成及制備方法如下(1)玻璃粉的制備。在本發(fā)明的各種實施方式中，用于晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料的玻璃組合物可以參見表1。該玻璃組分不包含鉛和鎘及它們的氧化物。表1.用于晶#:陽能電池用高效率無鉛無鎘電,料^^料正面電極麟玻璃(,1%)背面電極銀漿鵬—1%)背電場電極鋁槳g^(mol%)鵬編號IIImIVVVISi0236.54040423640扱2C)34846.530354245A12038ZnO510BaO20MgO23B20310121411v2os552418<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>將上述原料按表中比例稱量，混合均勻，裝入瓷柑鍋中，方JCAII式電阻爐中，升溫至1100-1250。C，保溫30射中，水淬，破碎后裝入球磨罐(球料比為3:1)，控制球磨魏60轉(zhuǎn)/分，球磨72小時后，在60-8(TC烘干，得到平均粒徑〈6um玻璃粉。除了表1中的氧化物之外，在玻璃組分中可以包含其它的氧化物，例如l-20mol%的La，Y，Ga，In，Ce—種或多種的三,化物；0.1-15moiy。的Zr和Hf中一種或多種的四,化物；0.1-20moW的P，Ta中一種或兩種的五,化物。(2)金屬粉末晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘正面電極銀漿中，所述金屬組分包含85-97討％的球形銀粉和3-15wty。的片狀銀粉，球形銀粉平均粒徑為2-5um，片狀銀粉平均粒徑4-6um。背面電極銀漿的金屬組分包含92-99wt。/。的球形銀粉和1-8wtW片狀銀粉，球形銀粉平均粒徑為2-5um，片狀銀粉平均粒徑4-6um。背電場電極鋁漿中，鋁粉為球，粒，其平均粒徑為4"6um。(3)有機載體晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘正面電極銀漿、背面電極銀漿中有機載體的配比乙基纖維素4%，酚醛樹脂2%，松油5%，松油醇50%,蓖麻油6%，二乙二醇丁醚20%，二乙二醇丁醚醋酸酯8%，苯甲醇4.5%。卵磷脂0.5%。晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘背電場電極鋁漿中有機載體的配比醇酸樹脂2%，乙基纖維素3%,松油醇35%，二乙二醇丁醚41.5%，，二乙二醇丁醚醋酸酯8%，氫化蓖麻油4%，丁基溶纖劑6%，卵磷脂0.5%。將稱好的有機樹脂及有機、蹄肪文入不銹鋼鍋中，將不銹鋼鍋放在電磁爐上，升溫，保持鍋內(nèi)溫度為90-IO(TC，溶解時間2小時；降溫，當鍋內(nèi)鵬5(TC時，加A^面活性劑，保溫30，，目視均勻透亮、無渾濁，趁熱將載體過濾。2漿料配比及制備本發(fā)明公開的晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料是由金屬粉、玻璃粉、有機載體組成，具體配比見表2.表2晶^^:陽能電池用高效率無鉛，槳料的配比<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料的制備將65-90wt%(重量百分比)的導電金屬組分(銀粉、鋁粉)、2-10wt%(重量百分比)的玻璃組分和8-25%wt%(重量百分比)有機粘合劑混合，調(diào)至糊狀，再用三輥軋機軋制。得到晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料(正面電極銀漿、背面電極銀漿和背電場電極鋁漿)。正面電極銀槳、背面電極銀漿細度〈12.5um，粘度為200-450PaS，背電場電極鋁漿細度<40um，粘度為20-60PaS。晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘的三種電極漿料匹配艦，高溫快速一次共燒。單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率>17.5%，多晶硅片太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率>16%。晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘的正面電極銀漿1、背面電極銀漿3與背電場電極鋁槳5三種電極漿料匹配使用，高溫快速一次共燒。經(jīng)測試，電池性能結(jié)果如表3:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1、一種晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料，其特征在于漿料由65-90wt％的導電金屬組分銀粉或鋁粉、2-10wt％的玻璃組分和8-25％wt％有機載體組成。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極槳料，其特征在于所述的晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料是晶體硅太陽能電池用正面電極銀漿、背面電極銀漿和背電場電極鋁漿，它們的玻璃組分均為無鉛無鎘玻璃，其中(1)晶體硅太陽能電池用正面電極銀漿中的玻璃組分由以下組成5畫60molo/o的Si028-80molo/o的Bi2035-10molo/(^Al2O33-10molo/o的B2032-20molo/o的Sb2051-10molo/o的驗屬氧化物2-8mom的堿土金屬氧化物l-3moM的選自:T1或Zr.的四價元素氧化物l-7mom的選自P或Nb的五價元素氧化物；(2)晶體硅太陽能電池用背面電極銀漿中的玻璃組分由以下組成5-80mol。/o的Si0210誦65molo/o的Bi2031-25molo/o的BaO2-12molo/o的ZnO1-15molo/o的B2032-10mol0/c^V2O5l-8mol。/。的至少一種堿金屬或堿土金屬氧化物；(3)晶體硅太陽能電池用背電場電極鋁漿中的玻璃組分由以下組成5畫70mol。/。的Si0210-60molo/o的Bi203l-15molo/o的B2032曙6molo/o的V2Osl-6mol。/。的至少一種堿金屬或堿土金屬氧化物。3、根據(jù)權(quán)利要求1戶M的晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料，其特征在于戶腿的有機載體由有機樹脂、有機翻,有機添加劑組成。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料，其特征在于:所述的有機樹脂選用松香和酚醛樹脂、醇酸樹脂、乙基纖維素、硝酸纖維素中的一種或幾種，其用量為l-10wf/。。；有機翻U選用松油、松油醇、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚醋酸酯、環(huán)己酮、乙二醇單丁醚、乙二醇苯醚中的一種或幾種，用量為10-85wt%;有機添加劑包括觸變劑、滲透劑、表面活性劑、流平劑、消泡劑或防沉劑等，有機添加劑用量為l-20wt。/。。5、一種晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料的制備方法，其特征在于按以下步驟完成(1)、將各種氧化物按比例稱取、混合均勻，裝入瓷坩鍋中，放入箱式電阻爐中，升溫至1100-1250°C,保溫，水淬，破碎后裝入球磨罐，^f斗比為3:1，控制球磨轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分，球磨后，在60-80。C烘干，得到玻璃粉；(2)、將稱好的有機載體放入不銹鋼鍋中，將不銹鋼鍋放在電磁爐上，升溫，保持鍋內(nèi)驢為90-100。C，溶解時間2小時；降溫，當鍋內(nèi)驢5(TC時，加M面活性劑，保溫30頒，目視均勻透亮、無渾濁，趁熱將載體過濾；(3)、晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料的制備將65-90wty。的導電金屬組，粉或鋁粉、2-10wt。/。的玻璃組分和8-25。/。有機載體混合，調(diào)至糊狀，再用三輥軋機軋制研磨，得到晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料，即正面電極銀槳、背面電極銀漿和背電場電極鋁漿。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料的制備方法，其特征在于所述步驟(l)中保溫時間為30，，球磨時間為72小時，玻璃粉的平均粒徑〈6跳7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料的制備方法，其特征在于戶脫的用三輥車L機軋審U研磨至粒度達5.0-30.0um，粘度為20-450PaS。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料的制備方法，其特征在于戶脫的有機載體由有機樹脂、有機溶劑和有機添加劑組成。9、根據(jù)權(quán)禾腰求9所述的晶體硅太陽能電池用無鉛無鎘電極漿料的制備方法，其特征在于所述的有機樹脂選用松香和酚醛樹脂、醇酸樹脂、乙基纖維素、硝酸纖維素中的一種或幾種，其用量為1-10Wt%。；有機、翻瞇用松油、松油醇、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚醋酸酯、環(huán)己酮、乙二醇單丁醚、乙二醇苯醚中的一種或幾種，用量為10-85wt%;有機添加劑包,變劑、滲透劑、表面活性劑、流平劑、消泡劑或防沉劑等，有機添加劑用量為l-20wtyo。全文摘要本發(fā)明公開了制備晶體硅太陽能電池用高效率無鉛無鎘電極漿料的配方和方法。本發(fā)明涉及的晶體硅太陽能電池用漿料的組成包括65-90wt％的導電金屬組分(銀粉、鋁粉)、2-10wt％的無鉛無鎘玻璃組分和8-25％wt％有機粘合劑。公開了正面電極銀漿、背面電極銀漿背電場電極鋁漿。三種接觸電極漿料同時燒結(jié)，匹配使用。單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率＞17.5％，多晶硅片太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率＞16％。上述三種漿料均為無鉛無鎘漿料，符合歐盟ROHS、美國REACH環(huán)保要求。文檔編號H01L31/0224GK101630695SQ200910094798公開日2010年1月20日申請日期2009年8月5日優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日發(fā)明者張紅斌,熊慶豐,玲趙申請人:貴研鉑業(yè)股份有限公司