專利名稱：太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料及其制備工藝。

背景技術(shù)：
導(dǎo)體漿料是電子漿料的一種，它一般由導(dǎo)電功能相、粘結(jié)相和有機(jī)載體組成。導(dǎo)電相可以選用金銀鉑鈀等導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好的金屬粉末，粘結(jié)相為玻璃粉。由于銀粉具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，且相對于其它的貴金屬來說它的價格便宜，使它廣泛用作導(dǎo)體漿料的功能相。傳統(tǒng)的銀導(dǎo)體漿料主要通過絲網(wǎng)印刷在陶瓷基板，陶瓷組件上形成厚膜電路。近些年由于太陽能電池的迅猛發(fā)展，銀導(dǎo)體漿料以其低成本，操作簡單的絕對優(yōu)勢開始廣泛用于制作太陽能電池正面電極。
太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)由p型基板，n型層，減反射膜(TiO2，SiO2或Si3N4)，正面銀電極，鋁背場電極和背面銀電極組成。而正面銀電極就是用銀導(dǎo)體漿料通過絲網(wǎng)印刷在減反射膜上，經(jīng)過燒結(jié)形成電極。正面電極分柵極線和主電極線，柵極主要是吸收光能，產(chǎn)生多數(shù)載流子；而主電極主要是使電池片與外部線路連接。電極的性能能夠極大地影響太陽能電池的電性能，如開路電壓、短路電流、并聯(lián)電阻、串聯(lián)電阻、轉(zhuǎn)換效率等技術(shù)指標(biāo)，因此銀導(dǎo)體漿料的性能至關(guān)重要。
制作太陽能電池正面電極的銀導(dǎo)體漿料要求與硅形成良好的接觸，并傳遞光生電流，且不能影響半導(dǎo)體的性能和破壞p-n結(jié)。要滿足該要求銀導(dǎo)體漿料要具備幾個特征一，能夠穿透減反射膜，使?jié){料與硅基板形成有效接觸；二，具有較高的導(dǎo)電性能，實(shí)現(xiàn)低串聯(lián)電阻；三，較高的線分辨率，以盡量減少重影；四，有良好的焊接性能，以連接外部線路。要滿足上述要求漿料的各個組分以及配比都起到至關(guān)重要的作用。
在WO2003025945中，通過減少導(dǎo)電漿料中玻璃相的含量，在漿料中添加0.1～10wt％的Fe2O3、FeO、MnO、Cu2O這類金屬氧化物，達(dá)到既可以降低接觸電阻，又能具有滿足應(yīng)用要求的電極剝離機(jī)械強(qiáng)度的目的。但是這類氧化物在燒結(jié)過程中，和玻璃發(fā)生反應(yīng)，使得玻璃的粘度變小，很容易在硅表面和電極之間形成一層玻璃絕緣層，導(dǎo)致電池的串聯(lián)電阻增大，填充因子降低，因而電池轉(zhuǎn)化效率降低。
在CN 101118932A中，在漿料中添加0.05～1wt％的TiO2粉體或SnO2粉體，使電池正面電極的剝離機(jī)械強(qiáng)度提高，而且電池的填充因子FF增大，串聯(lián)電阻減小，光轉(zhuǎn)化效率提高，使電池具有較好的綜合電性能和機(jī)械性能。但這只是從玻璃相方面考慮來提高電池的性能，限制了太陽能電池電極用銀導(dǎo)體漿料的繼續(xù)發(fā)展。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料的制備工藝，以提高太陽能電池的電性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料，其特征在于，包括銀粉、玻璃粉、有機(jī)載體和添加劑； 銀粉占漿料總重的65～85％，由兩種不同粒度的銀粉組成，第一種銀粉的粒度范圍為3～15微米，形狀為球形；第二種銀粉的粒度為0.1～3微米，形狀為球形；所述的第一種粒度銀粉占銀粉總重的20～50％； 玻璃粉為Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O系玻璃粉，占漿料總重1～10％，其主要成分及各成分在玻璃粉中所占的重量百分比分別為PbO 50～70％、B2O3 2～5％、SiO2 20～30％、ZnO 1～5％、TiO 0.1～3％、Al2O3 2～5％； 有機(jī)載體占漿料總重的10～20％，包括有機(jī)溶劑、增稠劑、表面活性劑和稀釋劑；有機(jī)溶劑占有機(jī)載體總重的60～80％，為松油醇、檸檬酸三丁酯、松木油、卡必醇中一種或任意多種的混合物；增稠劑占有機(jī)載體總重的5～20％，為乙基纖維素、丙烯酸酯、硝基纖維素中的一種或任意多種的混合物；表面活性劑為硬脂酸鹽，占有機(jī)載體總重的1～10％；稀釋劑為乙醇、醋酸鹽或萜烯，占有機(jī)載體總重的0.1～5％； 添加劑占漿料總重的0.1～3％，包括BaO和CaO粉末，BaO和CaO粉末的重量比為0.5～1.5，粒度范圍為1～5微米。
作為改進(jìn)，所述的第一種銀粉的粒度為5～10微米，第二中銀粉的粒度為0.1～2微米。
一種太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟 1)制備固體粉末將銀粉、玻璃粉和添加劑按比例充分混合；其比例為銀粉占漿料總重的65～85％，玻璃粉占漿料總重1～10％，添加劑占漿料總重的0.1～3％；銀粉由兩種不同粒度的銀粉組成，第一種銀粉的粒度范圍為3～15微米，，形狀為球形；第二種銀粉的粒度為0.1～3微米，形狀為球形；上述的第一種粒度銀粉占銀粉總重的20～50％；玻璃粉中成分及各成分在玻璃粉中所占的重量百分比分別為PbO 50～70％、B2O3 2～5％、SiO2 20～30％、ZnO 1～5％、TiO 0.1～3％、Al2O3 2～5％；添加劑包括BaO和CaO粉末，BaO和CaO粉末的重量比為0.5～1.5，粒度范圍為1～5微米； 制備有機(jī)載體稱取有機(jī)載體的各組成分，在水浴鍋進(jìn)行充分的攪拌，水浴鍋的溫度為50～70℃；有機(jī)載體占漿料總重的10～20％，包括有機(jī)溶劑、增稠劑、表面活性劑和稀釋劑；有機(jī)溶劑占有機(jī)載體總重的60～80％，為松油醇、檸檬酸三丁酯、松木油、卡必醇中一種或任意多種的混合物；增稠劑占有機(jī)載體總重的5～20％，為乙基纖維素、丙烯酸酯、硝基纖維素中的一種或任意多種的混合物；表面活性劑為硬脂酸鹽，占有機(jī)載體總重的1～10％；稀釋劑為乙醇、醋酸鹽或萜烯，占有機(jī)載體總重的0.1～5％； 將制得的固體粉末與有機(jī)載體混合，充分研磨，即得所需漿料。
步驟3)中的研磨為用三輥研磨機(jī)進(jìn)行充分研磨。
本發(fā)明的銀導(dǎo)體漿料是由銀粉、玻璃粉和有機(jī)載體組成的，另外為了使?jié){料和硅基板形成良好的歐姆接觸，還加入少量的添加劑。
本發(fā)明所需的銀粉是通過化學(xué)還原法制得的，該方法是用還原劑將銀從它的銀鹽或配合物中還原出來，為了使銀粉不發(fā)生團(tuán)聚，要加入分散劑。本發(fā)明所需的銀粉是使用水合肼作還原劑，明膠作分散劑制得的。銀粉占漿料總重的65～85wt％，如果銀粉的含量小于65wt％，電池的電性能下降；如果銀粉的含量大于85％，玻璃粉的含量相對減少，導(dǎo)致附著力下降。
并且要制取兩種粒度范圍的銀粉，將它們混合使用，第一種銀粉的粒度范圍為3～15微米，優(yōu)選為5～10微米，形狀為球形；第二種銀粉的粒度為0.1～3微米，優(yōu)選為0.1～2微米，形狀為球形。兩種粒度范圍的球狀銀粉混合使用能夠使小粒度的銀粉填充在大粒度銀粉的空隙中，形成電極后能夠形成更加緊密的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而降低電池的接觸電阻，提高電性能和轉(zhuǎn)換效率。以銀粉總含量為基準(zhǔn)，上述的第一種粒度銀粉占20～50wt％。如果第一種銀粉的含量小于20wt％，可能導(dǎo)致過燒；如果第一種銀粉的含量大于50wt％，燒結(jié)可能會不充分。
本發(fā)明使用的為含鉛的Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O系玻璃粉，其主要成分及各成分在玻璃粉中所占的重量百分比分別為PbO 50～70％、B2O3 2～5％、SiO2 20～30％、ZnO 1～5％、TiO0.1～3％、Al2O3 2～5％。該玻璃粉是通過將組成玻璃粉的各種氧化物按成分配方充分混合放入坩堝中，并在電爐中加熱熔化，經(jīng)過水淬，球磨烘干過篩后得到的。它的軟化點(diǎn)較低，使銀與硅基板能夠形成良好的歐姆接觸，并保證燒成后的電極有較好的附著力。該玻璃粉是通過電爐加熱水淬，然后經(jīng)過球磨制得，粒度范圍為1～10微米，能夠滿足太陽能電池漿料的細(xì)度要求。該體系玻璃粉的軟化點(diǎn)為400～600℃。
本發(fā)明的玻璃粉含量占漿料總重的1～10wt％，如果玻璃粉的含量小于1％，電極的附著力就會下降；如果玻璃粉的含量大于10wt％，又會使電池的電性能下降。
本發(fā)明的有機(jī)載體包括有機(jī)溶劑、增稠劑、表面活性劑和稀釋劑。有機(jī)溶劑包括松油醇、檸檬酸三丁酯、松木油、卡必醇或它們的混合物，占有機(jī)載體總重的60～80％；增稠劑包括乙基纖維素、丙烯酸酯、硝基纖維素或它們的混合物，占有機(jī)載體總重的5～20％；表面活性劑為硬脂酸鹽，占有機(jī)載體總重的1～10％；稀釋劑包括乙醇、醋酸鹽或萜烯，占有機(jī)載體總重的0.1～5％。有機(jī)載體占漿料總量的10～20％。
本發(fā)明在漿料中加入了BaO和CaO粉末作為添加劑，它能夠在燒結(jié)時更好的溶解減反射膜，使?jié){料與硅基板接觸更好。為了保證漿料的細(xì)度，本發(fā)明BaO和CaO粉末的含量比為0.5～1.5，粒度范圍為1～5微米。基于漿料總重，本添加劑的含量為0.1～3wt％。如果含量小于0.1wt％，將不能很好的起到作用；如果含量大于3wt％，將會影響電性能。
將所得的漿料用325目絲網(wǎng)印刷在鍍有減反射膜的單晶硅基板上，干燥后與背銀鋁電極和鋁背場電極進(jìn)行共燒。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果 本發(fā)明中，太陽能電池正面電極用銀漿料選用不同粒度范圍的銀粉作為導(dǎo)電功能相。兩種粒度范圍的球狀銀粉混合使用能夠使小粒度的銀粉填充在大粒度銀粉的空隙中，形成電極后能夠形成更加緊密的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而降低電池的接觸電阻，提高電性能和轉(zhuǎn)換效率。通過添加BaO和CaO粉末，在燒結(jié)過程中使玻璃相微晶化，溶解銀在玻璃相中過飽和度增大，在Ag-Si界面有更多的結(jié)晶銀析出，形成良好的歐姆接觸，降低了接觸電阻。因此使用本發(fā)明漿料的電池串聯(lián)電阻小，并聯(lián)電阻大，填充因子、開路電壓和短路電流都較大，光電轉(zhuǎn)換效率較高。具體參數(shù)參見表1。



圖1為實(shí)施例1制得的玻璃粉掃描照片；
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1 太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料的制備工藝步驟如下 化學(xué)還原法制銀粉配置濃度為20％的AgNO3溶液，用氨水調(diào)節(jié)PH值至8，形成銀氨溶液，把濃度為10％的還原劑水合肼和濃度為1％的分散劑明膠加入銀氨溶液中反應(yīng)直至無氣體放出，經(jīng)過過濾，真空干燥。當(dāng)AgNO3、水合肼和明膠的配比為26∶72∶體積比時，得到粒度范圍5～10微米的銀粉；當(dāng)AgNO3、水合肼和明膠的配比為40∶56∶體積比時，得到粒度范圍0.1～2微米的銀粉。
熔煉法制取玻璃粉稱取PbO 64.9g、B2O3 3.5g、SiO2 24.8g、ZnO 2.7g、TiO 0.7g、Al2O3 3.4g，并充分混合放入坩堝中，并在電爐中加熱熔化，經(jīng)過水淬，球磨得到所需的玻璃粉，過篩后的粒度為1～10微米的粉末。得到的玻璃粉的微觀形貌如圖1所示。
將BaO和CaO粉末球磨后得到粒度范圍為1～5微米的粉末。
取上述銀粉，粒度約3微米的8.2g，粒度約0.8微米的76g，5微米玻璃粉2.5g，BaO粉末0.15g和CaO粉末0.15g充分混合，加入13g有機(jī)載體在三輥軋機(jī)中充分研磨，將所得的漿料用350目絲網(wǎng)印刷在鍍有減反射膜的硅基板上，干燥后與背銀鋁電極和鋁背場電極進(jìn)行共燒。然后測試電池性能(見表1)。
實(shí)施例2 太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料的制備工藝步驟如下 化學(xué)還原法制銀粉配置濃度為20％的AgNO3溶液，用氨水調(diào)節(jié)PH值至8，形成銀氨溶液，把濃度為10％的還原劑水合肼和濃度為1％的分散劑明膠加入銀氨溶液中反應(yīng)直至無氣體放出，經(jīng)過過濾，真空干燥。當(dāng)AgNO3、水合肼和明膠的配比為26∶72∶體積比時，得到粒度范圍5～10微米的銀粉；當(dāng)AgNO3、水合肼和明膠的配比為40∶56∶體積比時，得到粒度范圍0.1～2微米的銀粉。
熔煉法制取玻璃粉稱取PbO 64.9g、B2O3 3.5g、SiO2 24.8g、ZnO 2.7g、TiO 0.7g、Al2O3 3.4g，并充分混合放入坩堝中，并在電爐中加熱熔化，經(jīng)過水淬，球磨得到所需的玻璃粉，過篩后的粒度為1～10微米的粉末。
將BaO和CaO粉末球磨后得到粒度范圍為1～5微米的粉末。
取上述銀粉，粒度約5微米的7.8g，粒度約1微米的75g，5微米玻璃粉3g，BaO粉末0.12g和CaO粉末0.08g充分混合，加入15g有機(jī)載體在三輥軋機(jī)中充分研磨，將所得的漿料用350目絲網(wǎng)印刷在鍍有減反射膜的硅基板上，干燥后與背銀鋁電極和鋁背場電極進(jìn)行共燒。然后測試電池性能(見表1)。
實(shí)施例3 太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料的制備工藝步驟如下 化學(xué)還原法制銀粉配置濃度為20％的AgNO3溶液，用氨水調(diào)節(jié)PH值至8，形成銀氨溶液，把濃度為10％的還原劑水合肼和濃度為1％的分散劑明膠加入銀氨溶液中反應(yīng)直至無氣體放出，經(jīng)過過濾，真空干燥。當(dāng)AgNO3、水合肼和明膠的配比為26∶72∶體積比時，得到粒度范圍5～10微米的銀粉；當(dāng)AgNO3、水合肼和明膠的配比為40∶56∶體積比時，得到粒度范圍0.1～2微米的銀粉。
熔煉法制取玻璃粉稱取PbO 64.9g、B2O3 3.5g、SiO2 24.8g、ZnO 2.7g、TiO 0.7g、Al2O3 3.4g，并充分混合放入坩堝中，并在電爐中加熱熔化，經(jīng)過水淬，球磨得到所需的玻璃粉，過篩后的粒度為1～10微米的粉末。
將BaO和CaO粉末球磨，過篩得到粒度范圍為1～5微米的粉末。
取上述銀粉，粒度約7微米的7.6g，粒度約0.5微米的75g，5微米玻璃粉3g，BaO粉末0.18g和CaO粉末0.22g充分混合，加入15g有機(jī)載體在三輥軋機(jī)中充分研磨，將所得的漿料用350目絲網(wǎng)印刷在鍍有減反射膜的硅基板上，干燥后與背銀鋁電極和鋁背場電極進(jìn)行共燒。然后測試電池性能(見表1)。
比較例中銀導(dǎo)體漿料為同類外購產(chǎn)品，電池的制備工藝與實(shí)施例1相同。
表1各實(shí)施例的性能(與對比例對照)
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料，其特征在于，包括銀粉、玻璃粉、有機(jī)載體和添加劑；
銀粉占漿料總重的65～85％，由兩種不同粒度的銀粉組成，第一種銀粉的粒度范圍為3～15微米，形狀為球形；第二種銀粉的粒度為0.1～3微米，形狀為球形；所述的第一種粒度銀粉占銀粉總重的20～50％；
玻璃粉為Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O系玻璃粉，占漿料總重1～10％，其主要成分及各成分在玻璃粉中所占的重量百分比分別為PbO 50～70％、B2O32～5％、SiO220～30％、ZnO 1～5％、TiO 0.1～3％、Al2O3 2～5％；
有機(jī)載體占漿料總重的10～20％，包括有機(jī)溶劑、增稠劑、表面活性劑和稀釋劑；有機(jī)溶劑占有機(jī)載體總重的60～80％，為松油醇、檸檬酸三丁酯、松木油、卡必醇中一種或任意多種的混合物；增稠劑占有機(jī)載體總重的5～20％，為乙基纖維素、丙烯酸酯、硝基纖維素中的一種或任意多種的混合物；表面活性劑為硬脂酸鹽，占有機(jī)載體總重的1～10％；稀釋劑為乙醇、醋酸鹽或萜烯，占有機(jī)載體總重的0.1～5％；
添加劑占漿料總重的0.1～3％，包括BaO和CaO粉末，BaO和CaO粉末的重量比為0.5～1.5，粒度范圍為1～5微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料，其特征在于，所述的第一種銀粉的粒度為5～10微米，第二中銀粉的粒度為0.1～2微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟
1)制備固體粉末將銀粉、玻璃粉和添加劑按比例充分混合；其比例為銀粉占漿料總重的65～85％，玻璃粉占漿料總重1～10％，添加劑占漿料總重的0.1～3％；銀粉由兩種不同粒度的銀粉組成，第一種銀粉的粒度范圍為3～15微米，形狀為球形；第二種銀粉的粒度為0.1～3微米，形狀為球形；上述的第一種粒度銀粉占銀粉總重的20～50％；玻璃粉中成分及各成分在玻璃粉中所占的重量百分比分別為PbO 50～70％、B2O32～5％、SiO220～30％、ZnO 1～5％、TiO 0.1～3％、Al2O3 2～5％；添加劑包括BaO和CaO粉末，BaO和CaO粉末的重量比為0.5～1.5，粒度范圍為1～5微米；
2)制備有機(jī)載體稱取有機(jī)載體的各組成分，在水浴鍋進(jìn)行充分的攪拌，水浴鍋的溫度為50～70℃；有機(jī)載體占漿料總重的10～20％，包括有機(jī)溶劑、增稠劑、表面活性劑和稀釋劑；有機(jī)溶劑占有機(jī)載體總重的60～80％，為松油醇、檸檬酸三丁酯、松木油、卡必醇中一種或任意多種的混合物；增稠劑占有機(jī)載體總重的5～20％，為乙基纖維素、丙烯酸酯、硝基纖維素中的一種或任意多種的混合物；表面活性劑為硬脂酸鹽，占有機(jī)載體總重的1～10％；稀釋劑為乙醇、醋酸鹽或萜烯，占有機(jī)載體總重的0.1～5％；
3)將制得的固體粉末與有機(jī)載體混合，充分研磨，即得所需漿料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料的制備工藝，其特征在于，步驟3)中的研磨為用三輥研磨機(jī)進(jìn)行充分研磨。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種太陽能電池正面電極用銀導(dǎo)體漿料及其制備工藝，該漿料包括銀粉、玻璃粉、有機(jī)載體和添加劑；銀粉占漿料總重的65～85％，由兩種不同粒度的銀粉組成，第一種銀粉的粒度范圍為3～15微米，形狀為球形；第二種銀粉的粒度為0.1～3微米，形狀為球形；所述的第一種粒度銀粉占銀粉總重的20～50％；玻璃粉為Pb-B-Si-Zn-Ti-Al-O系玻璃粉，占漿料總重1～10％；有機(jī)載體占漿料總重的10～20％；添加劑占漿料總重的0.1～3％，包括BaO和CaO粉末。由于不同粒度范圍的銀粉相互填充，極大地提高了電極的電性能，提高電池的光電轉(zhuǎn)化率。另外，本發(fā)明能保證漿料和基板間良好的歐姆接觸。
文檔編號H01B1/00GK101609849SQ20091030431
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者甘衛(wèi)平, 鋒 向, 張金玲, 郭桂全, 華 周, 歡 劉 申請人:中南大學(xué)