專利名稱：一種硅太陽(yáng)能電池電極漿料的組成及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅太陽(yáng)能電池電極漿料的組成及制備方法，是一種 用化學(xué)方法制備電子信息材料——導(dǎo)電漿料的方法，屬于化學(xué)制備技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
硅太陽(yáng)能電池向陽(yáng)面柵極銀漿，背場(chǎng)鋁漿、銀鋁漿屬電子信息材 料之一，太陽(yáng)能是取之不竭的綠色能源。硅太陽(yáng)能電池是其中之一。近年國(guó)內(nèi)外硅太 陽(yáng)能電池發(fā)展迅速，僅我國(guó)去年的生產(chǎn)量超過(guò)2000MW。向陽(yáng)面柵極銀漿是用化學(xué)還 原銀粉、添加歐姆接觸單質(zhì)元素、玻璃粉、有機(jī)黏合劑混合軋制而成。背場(chǎng)銀鋁漿是 用化學(xué)還原銀粉、鋁粉，其他添加歐姆接觸單質(zhì)元素、玻璃粉、有機(jī)黏合劑混合軋制 而成。背場(chǎng)鋁漿是用鋁粉、玻璃粉，有機(jī)黏合劑混合軋制而成。三種漿料均要求添加 的單質(zhì)元素、鋁粉在高溫高速燒結(jié)過(guò)程中，與基體硅生成合金，降低電極與硅界面的 肖特基勢(shì)壘，形成勢(shì)阱，電極與硅歐姆接觸，從而提高電池的電性能。除此還要求柵 極銀漿背場(chǎng)銀鋁漿電極可錫焊，剝離力合格。三種漿料均要求表面光滑，無(wú)金屬珠、 毛刺、氣皰，不變形彎曲。
公知銀漿有美國(guó)杜邦公司的PV149產(chǎn)品及FERRO公司的33502產(chǎn)品，銀鋁漿 有美國(guó)FERRO公司的3398產(chǎn)品。我國(guó)有昆明貴金屬所、北京有色金屬研究院、上海 華東理工大學(xué)研究的銀漿、銀鋁漿都不可用。鋁漿有中國(guó)專利ZL200610011001.1及 ZL200610011050.5，申請(qǐng)?zhí)?00810047523.6所生產(chǎn)的產(chǎn)品,它們都不含硅合金粉。硅太 陽(yáng)能電池發(fā)電上市供電網(wǎng)普及關(guān)鍵是每瓦功率的價(jià)格，而價(jià)格的關(guān)鍵是電池光電轉(zhuǎn)換 效率。對(duì)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商除原材料的純度及制備工藝改進(jìn)之外，要提高效率，關(guān)鍵 是銀漿、銀鋁漿及鋁漿，它們的主要作用是制造歐姆接觸合金層，然后才是電池的輸 出引線。人們已發(fā)現(xiàn)，合金層越厚，電池的效率越高，電池?zé)Y(jié)后變形彎曲就越小， 即合金層緩沖了硅、鋁、銀線膨脹系數(shù)差別引起的彎曲。為此目的，依靠人為事先添 加的單質(zhì)功能元素，在高溫高速下是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。另外電池的轉(zhuǎn)換效率也與向陽(yáng)面柵 極、背場(chǎng)電極的光滑程度有關(guān)，越光滑電極與硅的覆蓋面越大，就會(huì)提高電池單位面 積的功率，電池生產(chǎn)商要求消滅兩面電極的金屬珠、氣皰、毛刺及脫粉現(xiàn)象，至今無(wú) 任一漿料生產(chǎn)技術(shù)能解決。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硅太陽(yáng)能電池電極漿料的組成及制備方法,是一種含硅合金粉形成的歐姆接觸層的硅太陽(yáng)能電池向陽(yáng)面柵極銀漿料，背場(chǎng)銀鋁漿料、背場(chǎng)鋁 漿料。其是以銀粉、鋁粉、單質(zhì)元素及硅合金粉為原料，輔以有機(jī)黏合劑和無(wú)機(jī)黏合劑 混合均勻后，用三輥軋機(jī)軋至細(xì)度20.0-25.0pm，粘度20000-40000 mpa . s。得產(chǎn)品。
所述銀粉為銀粉為市售純度299.95%，類球形，平均粒徑0.1-0.5pm。
所述硅合金粉市售純度299.95%,平均粒徑5pm的合金粉。
所述單質(zhì)金屬元素粉末為市售純度299.95%，平均粒徑3-5pm，單質(zhì)元素為表1中 所列元素之一種，所述硅合金粉為表1中所列單質(zhì)元素(M)與基體元素硅的合金粉 (MSi)，該硅合金粉含Si 0.0140質(zhì)量％,余量為單質(zhì)元素.
表h
單質(zhì)元素 MB、 Al、 Ga、 In、 Sb、 Ni、 Ge、 P、 Sn、 Li、 Cu、 Mg、 Ca、 Sr、 Ba、 Au、 Mn、 Zn、 丁i、 Pd、 Pt
基體元素Si
硅合金粉 組成M SiSi=0.01~40% (質(zhì)量百分比) 余為M
所述無(wú)機(jī)黏合劑為玻璃粉,其配方為三氧化二硼(B203)15-30質(zhì)量％，氧化鉛(PbO) 40-70質(zhì)量％，五氧化二磯(V205) 1-5質(zhì)量％， 二氧化硅(Si02) 15-28質(zhì)量％，三氧 化二鋁(A203) 3-6質(zhì)量％，總量100%。其制備工藝為
將配好的玻璃粉料混合均勻，裝入瓷坩堝，500'C預(yù)熱后，放入1100-1250'C爐子 加熱，保溫1.5小時(shí)后水淬，烘干，破碎后球磨至5-8pm的玻璃粉末。
所述有機(jī)黏合劑的配方為乙基纖維素1.0-12.0質(zhì)量％，酚醛樹脂或酚醛環(huán)氧樹脂 0.5-10.0質(zhì)量％，松香0.1-2.0質(zhì)量％，硬脂酸鈣或硬脂酸鋅1.0-10.0質(zhì)量％，松油醇30-60 質(zhì)量％，添加劑25-50質(zhì)量％，總量100%。所述添加劑包括乙二醇苯醚、鄰苯二甲酸 二乙酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和苯甲醇中的一種或幾種。其制備工藝為按 上述配方，在100-150。C加熱溶解,得透明的有機(jī)黏合劑。
本發(fā)明按以下技術(shù)方案實(shí)施
1、向陽(yáng)面柵極銀漿料配方及制備方法
(1) 配方銀粉70.-90質(zhì)量％，銻粉0.01~1.0質(zhì)量％，硅合金粉1.0~5.0質(zhì)量％， 改性有機(jī)黏合劑10~20質(zhì)量％，無(wú)機(jī)黏合劑1~10質(zhì)量％，總量100%。
(2) 制備方法按上述配方稱量并混合均勻，經(jīng)三輥軋機(jī)軋制至粒度2.0-5.0pm， 粘度9.0-11.0萬(wàn)mpa s ，得向陽(yáng)面柵極銀漿產(chǎn)品。
52、背場(chǎng)銀鋁漿料的配方及制備方法
(1) 配方銀粉70.~卯質(zhì)量.％，鋁粉1.0~5.0質(zhì)量％，硅合金粉0.1 5.0質(zhì)量％，有機(jī)黏合劑10~20質(zhì)量％，無(wú)機(jī)黏合劑1~10質(zhì)量％,總量100%。
(2) 制備方法:按上述配方稱量并混合均勻，混合料經(jīng)三輥軋機(jī)軋至粒度510.0叫，粘度9.0-11.0萬(wàn)mpa . s得背場(chǎng)銀鋁漿產(chǎn)品。
3、背場(chǎng)鋁漿料的配方及制備方法
(1) 配方鋁粉40-70質(zhì)量％,銦粉0.01~5質(zhì)量％，有機(jī)黏合劑20 30質(zhì)量％，無(wú)機(jī)黏合劑0.1-15質(zhì)量％，硅合金粉0.1~40質(zhì)量％，總量100%
(2) 制備方法按上述配方稱量并混合均勻，用三輥軋機(jī)軋至粒度20.0-25.0nm，
粘度20000-40000 mpa . s。得背場(chǎng)鋁漿料產(chǎn)品。與公知技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)及積極效果
(1) 增厚了合金層厚度。本發(fā)明除了燒結(jié)生成合金層之外，還人為地用硅的合金粉
在燒結(jié)熔化加厚電極與硅之間合金層的厚度。消除了電極與界面的肖特基勢(shì)壘，形成勢(shì)阱，提高了歐姆接觸，減少了太陽(yáng)能電池串聯(lián)電阻，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
(2) 本發(fā)明加入的硅合金粉熔化是一個(gè)吸熱過(guò)程，吸熱與放熱互為抵消，這樣獲得
電極表面光滑，銀白或灰白，無(wú)氣皰，金屬珠及毛刺。這樣增加了電極的覆蓋面，無(wú)缺陷的電極，自然提高了電池的電性能。
(3) 由于硅與鋁、銀的線膨脹系數(shù)相差甚大，燒結(jié)后電池片變形彎曲主要由硅、鋁、
銀的線膨脹系數(shù)不同引起的。加入硅合金粉后，硅與鋁，硅與銀間的合金層厚度增加，緩沖了線膨脹系數(shù)的差別，電池片的變形彎曲變小了，這樣提高了產(chǎn)品的成品率。
(4) 在漿料中添加硅合金粉，提高歐姆接觸，減小串聯(lián)電阻，電池效率提高，廢電
池片減少，這樣每瓦電池單價(jià)下降，使太陽(yáng)能電池發(fā)電廠與市場(chǎng)電網(wǎng)并網(wǎng)供電成可能，那么太陽(yáng)能發(fā)電在民生中的普及使用已即日可待。具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:向陽(yáng)面銀柵極漿料的制備球形銀粉78.0%，銻粉0.20% ，硅化銻粉(SbSi ) 1.0%，硅化銻粉中含Sb 99.4質(zhì)量％， Si 0.6質(zhì)量％,玻璃粉6.0%， 有機(jī)黏合劑14.8%，混合料經(jīng)三輥軋機(jī)軋制至粒度2.5pm，粘度10.2萬(wàn)mpa . s。測(cè)得方阻2.7 mQ/口，線分辨率0.123mm。與國(guó)產(chǎn)FP-3HD鋁漿、FERR03398銀鋁漿匹配，經(jīng)高溫高速燒結(jié)，表面銀白、光滑，單晶硅原始厚度0.18mm，規(guī)格125x125mm,彎曲〈1.0mm。焊錫可焊性良好，引線帶剝離力320g。電池平均光電轉(zhuǎn)換效率17.28%。
實(shí)施例2:背場(chǎng)用銀鋁漿料的制備球形銀粉77.0%。球形鋁粉3.2%。硅化金粉(AuSi)0.8。/。,硅化金粉中含Au 96.8質(zhì)量％, Si 3.2質(zhì)量％,玻璃粉6.0質(zhì)量％，有機(jī)黏合劑13.0質(zhì)量％?；旌狭辖?jīng)三輥軋機(jī)軋至粒度10.0 pm，粘度9.7萬(wàn)mpa.s。測(cè)得方阻3.2mQ/口。與國(guó)產(chǎn)FP-3HD鋁漿、杜邦PV149銀漿匹配，印刷單晶硅原始厚度0.18mm ，規(guī)格125xl25mm ，經(jīng)高溫高速燒結(jié)，表面銀白光滑，與鋁漿搭接平整，彎曲〈l.lmm用1.6mm寬引線帶，焊錫焊接良好，剝離力312g。電池平均光電轉(zhuǎn)換效率7.32%。
實(shí)施例3:背場(chǎng)用鋁漿料制備鋁粉70質(zhì)量％，銦粉0.5質(zhì)量％，有機(jī)黏合劑16質(zhì)量％，無(wú)機(jī)黏合劑4質(zhì)量％，硅化錳粉9.5質(zhì)量％,硅化錳粉中含Mn 95質(zhì)量％, Si 5質(zhì)量％總量100%。按上述配方稱量并混合均勻，用三輥軋機(jī)軋至粒度22~25|am，粘度30000-40000 mpa.s。得背場(chǎng)鋁漿料產(chǎn)品。得到鋁漿料燒結(jié)后呈灰白、光滑，EVA粘結(jié)合格，光電轉(zhuǎn)換效率高。
權(quán)利要求
1、一種硅太陽(yáng)能電池電極漿料，其包括向陽(yáng)面柵極銀漿料，背場(chǎng)銀鋁漿料和背場(chǎng)鋁漿料，其特征在于1)、向陽(yáng)面柵極銀漿料配方銀粉70.～90質(zhì)量％，單質(zhì)元素銻粉0.01～1.0質(zhì)量％，硅合金粉1.0～5.0質(zhì)量％，改性有機(jī)黏合劑10～20質(zhì)量％，無(wú)機(jī)黏合劑1～10質(zhì)量％，總量100％，2)、背場(chǎng)銀鋁漿料的配方銀粉70.～90質(zhì)量.％，單質(zhì)元素鋁粉1.0～5.0質(zhì)量％，硅合金粉0.1～5.0質(zhì)量％，有機(jī)黏合劑10～20質(zhì)量％，無(wú)機(jī)黏合劑1～10質(zhì)量％，總量100％，3)、背場(chǎng)鋁漿料的配方鋁粉40-70質(zhì)量％，單質(zhì)元素銦粉0.01～5質(zhì)量％，有機(jī)黏合劑20～30質(zhì)量％，無(wú)機(jī)黏合劑0.1～15質(zhì)量％，硅合金粉0.1～40質(zhì)量％，總量100％，所述銀粉為市售純度≥99.95％，平均粒徑0.1-0.5μm，所述硅合金粉市售純度≥99.95％，平均粒徑5μm的合金粉，所述單質(zhì)元素粉為市售純度≥99.95％，平均粒徑3-5μm，單質(zhì)元素為B、Al、Ga、In、Sb、Ni、Ge、P、Sn、Li、Cu、Mg、Ca、Sr、Ba、Au、Mn、Zn、Ti、Pd和Pt中的一種，所述硅合金粉為單質(zhì)元素(M)與基體元素硅的合金粉(MSi)，該硅合金粉含Si 0.01-40質(zhì)量％，余量為單質(zhì)元素。
2、 按照權(quán)利要求1所述的硅太陽(yáng)能電池電極漿料的制備方法，其特征在于1) 、向陽(yáng)面柵極銀漿制備方法按上述配方稱量并混合均勻，經(jīng)三輥軋機(jī)軋制至 粒度2.0-5.0nm，粘度9.0-11.0萬(wàn)mpa . s，得向陽(yáng)面柵極銀漿料產(chǎn)品，2) 、背場(chǎng)銀鋁漿制備方法按上述配方稱量并混合均勻，混合料經(jīng)三輥軋機(jī)軋至 粒度5lO.Opm，粘度9.0-11.0萬(wàn)mpa s，得背場(chǎng)銀鋁漿料產(chǎn)品，3) 、背場(chǎng)鋁漿料制備方法按上述配方稱量并混合均勻，用三輥軋機(jī)軋至粒度20.0-25.0nm，粘度20000-40000 mpa . s,得背場(chǎng)鋁漿料產(chǎn)品。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽(yáng)能電池電極漿料，其特征在于 所述無(wú)機(jī)黏合劑為玻璃粉,其配方為B203 15-30質(zhì)量。/。，PbO 40-70質(zhì)量％，￥205 1-5質(zhì)量％, Si02 15-28質(zhì)量％， A203 3-6質(zhì)量％，總量100%，所述有機(jī)黏合劑的配方為 乙基纖維素1.0-12.0質(zhì)量％，酚醛樹脂或酚醛環(huán)氧樹脂0.5-10.0質(zhì)量％，松香0.1-2.0 質(zhì)量％，硬脂酸鈣或硬脂酸鋅1.0-10.0質(zhì)量％，松油醇30-60質(zhì)量％,添加劑25-50質(zhì) 量％，總量100%，所述添加劑包括乙二醇苯醚、鄰苯二甲酸二乙酯、丁基卡必醇、丁 基卡必醇醋酸酯和苯甲醇中的一種或幾種。
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4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅太陽(yáng)能電池電極漿料的制備方法，其特征在于 所述玻璃粉的制備方法為將配好的玻璃粉料混合均勻，裝入瓷坩堝，50(TC預(yù)熱后， 放入1100-1250'C爐子加熱，保溫1.5小時(shí)后水淬，烘干，破碎后球磨至5-8pm，所述 有機(jī)黏合劑的制備方法為將配料混合均勻，在100-150'C加熱溶解,得透明的有機(jī)黏合 劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅太陽(yáng)能電池電極漿料的組成及制備方法，是制備一種含硅合金粉形成的歐姆接觸層的硅太陽(yáng)能電池向陽(yáng)面柵極銀漿料，背場(chǎng)銀鋁漿料、背場(chǎng)鋁漿料。其是以銀粉、鋁粉、單質(zhì)元素及硅合金粉為原料，輔以有機(jī)黏合劑和無(wú)機(jī)黏合劑混合均勻后，用三輥軋機(jī)軋至細(xì)度20.0-25.0μm，粘度20000-40000mpa·s的硅太陽(yáng)能電池電極漿料。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK101651155SQ20091009494
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者譚富彬, 譚朝亮, 譚浩巍, 超 遲 申請(qǐng)人:譚富彬