一種高粘合穩(wěn)定性的太陽能電池用銀鋁漿料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及導(dǎo)電漿料，特別涉及一種太陽能電池用銀鋁漿料，屬于電子領(lǐng)域消耗 材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件，是一種新興的綠色能源，能夠 有效的利用太陽能代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，減少二氧化碳的排放，保護自然環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
[0003] 太陽能電池通常需要在強烈的陽光下工作，吸收太陽能輻射的光能，并將其轉(zhuǎn)化 為可以輸送和利用的電能。由于太陽能電池工作需要長時間工作在強光照射的環(huán)境下，要 求太陽能電池的穩(wěn)定性極高。其中，較為突出的一項就是太陽能電池對于高溫的穩(wěn)定性。太 陽能電池中各個連接構(gòu)件都需要經(jīng)受溫度變化的嚴峻考驗，特別是太陽能電池中的電極尤 其重要。因為電極是太陽能電池輸送電能的第一道關(guān)口，一旦電極出現(xiàn)的問題那么太陽能 電池的整體工作效率/品質(zhì)都會受到影響，嚴重的情況下甚至會導(dǎo)致太陽能電池報廢失效。
[0004] 安裝太陽能電池的地點通常是日照充足、空曠的戶外，太陽能電池在強烈的日照 期間溫度升高可以達到70°C以上，而在夜間溫度則可以降低至零下10°C以下。如此高的溫 度差，導(dǎo)致太陽能電池內(nèi)部的結(jié)合層之間容易出現(xiàn)膨脹/收縮應(yīng)力，長期如此反復(fù)，電極和 基板之間微小的收縮系數(shù)差都可能造成嚴重的傷害，并最終導(dǎo)致太陽能電池的失效。
[0005] 現(xiàn)有的電極通常是采用絲網(wǎng)印刷制成的，常用的漿料有銀漿料、鋁漿料和銀鋁漿 料，這些漿料在制備的時候已經(jīng)決定了其燒結(jié)形成的電極的成分及膨脹系數(shù)，而由于漿料 本身的特性決定，使得無論后續(xù)加工燒結(jié)過程怎么精確控制，都無法完全克服電極的膨脹 系數(shù)差，既電極和基板在使用過程中存在的脫落風險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的電極和太陽能電池基板膨脹系數(shù)缺 少控制的不足，提供一種太陽能電池用銀鋁漿料。本發(fā)明的太陽能電池用銀鋁漿料成分選 擇合理，配合比例優(yōu)化充分，最終燒結(jié)得到的電極能夠和太陽能電池基板之間保護極低的 膨脹系數(shù)差，進而保證太陽能電池基板和電極能夠在工作過程中長期保持良好的穩(wěn)定性， 不出現(xiàn)電極翹曲、脫落等問題。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0008] 一種太陽能電池用銀鋁漿料，包括重量百分比的以下成分：導(dǎo)電金屬粉料65-80%、玻璃粉7-16%、有機粘結(jié)劑6-17%、助劑0.8-1.5%，總計100%。
[0009] 所述導(dǎo)電金屬粉料由銀粉和鋁粉組成，銀粉和鋁粉的重量比例為:8:1-5:3。
[0010] 所述玻璃粉包含以下成分組成：Si〇2 3-17%，Ti〇2 h2%，Bi2〇3 35-55%，Al2〇34-8%，SrCl2l-7%，B2〇315-38%，Sn〇2 2~5%，Ca0 0.1~2%"^4+100%。
[0011] 本發(fā)明的銀鋁漿料采用銀粉和鋁粉共同作為混合的導(dǎo)電金屬粉料，通過優(yōu)化導(dǎo)電 金屬粉料的比例，有助于使銀鋁漿料在燒結(jié)后形成的混合金屬電極具有適宜的熱膨脹系 數(shù);同時，本發(fā)明的玻璃粉中特別添加一定量的碳酸鈣和/或碳酸鎂，利用堿金屬的碳酸鹽， 實現(xiàn)對于銀鋁漿料的后續(xù)燒結(jié)結(jié)構(gòu)控制調(diào)整，通過碳酸鹽的燒結(jié)過程中釋放出微量的氣 體，實現(xiàn)電極結(jié)構(gòu)的多孔化，最終使得漿料膨脹系數(shù)小，實現(xiàn)電極的粘結(jié)牢固性提升。即可 以實現(xiàn)電極的熱膨脹系數(shù)可控。當漿料被印刷到基板上，燒結(jié)形成太陽能電池電極后，能夠 在正常的使用過程中保持適宜的熱膨脹系數(shù)。通過控制電極的熱膨脹系數(shù)和基板保持高度 一致，可以更加有效的確保太陽能電池在正常使用過程中，電極和基板之間結(jié)合的牢固性， 不易發(fā)生異常的翹曲或脫落。
[0012] 其次，本發(fā)明的玻璃粉成分配合比例適宜，采用氧化鉍和氧化硼作為二氧化硅的 替代物，由于氧化鉍和氧化硼兩者具有良好的協(xié)同性，替代部分二氧化硅后形成的玻璃粉 基礎(chǔ)相的主體結(jié)構(gòu)，具有更好的穩(wěn)定性和熔化特點，能夠在燒結(jié)過程發(fā)揮更好的粘結(jié)作用， 燒結(jié)固化的電極和太陽能基板的新和度更好，更能夠穩(wěn)定的粘結(jié)在其上，保證電極的穩(wěn)定 性和耐久性。特別是氧化鉍和氧化硼的用量比例控制在接近2:1左右時，協(xié)同性最佳，銀漿 料的易燒結(jié)性和粘結(jié)性最佳。氯化鍶加入后，能夠和氧化硼配合形成協(xié)同作用，能夠最大程 度的降低燒結(jié)溫度。但是，氯化鍶的應(yīng)用對于玻璃粉的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及耐磨性有不良影響，不 宜過量使用。本發(fā)明中使用氯化鍶的用量經(jīng)過精心考量得出的最佳用量范圍。
[0013] 進一步，所述導(dǎo)電金屬粉料中銀粉和鋁粉的重量比例為5:1-5:2?？刂沏y鋁漿料中 銀和鋁的用量比例，有效的保障銀鋁漿料燒結(jié)固化后的成品中兩組分比例保持在適宜的范 圍內(nèi)，即調(diào)整電極主要成分的潛在膨脹系數(shù)。因此，不宜隨意調(diào)整銀鋁漿料中銀和鋁的用量 比例。
[0014] 進一步，所述玻璃粉的重量百分含量為8-15%，優(yōu)化玻璃粉的用量，調(diào)整燒結(jié)后電 極中玻璃相的占比，保證導(dǎo)電電極的粘結(jié)穩(wěn)定性較好，同時導(dǎo)電電極中因為玻璃相的緣故 導(dǎo)致的電阻升高控制在較低的范圍內(nèi)，保證電極在太陽能電池中的導(dǎo)電性能。優(yōu)選的玻璃 粉的含量為9-14%，在此范圍內(nèi)玻璃粉燒結(jié)后的粘結(jié)性和導(dǎo)電性均較好，特別是和太陽能 電池基礎(chǔ)層的結(jié)合力度大。更具體的來說，所述玻璃粉的的重量百分含量可為10%、11%、 13 %等具體百分比例。
[0015] 進一步，所述有機粘結(jié)劑的重量百分含量為11-16%，選用適宜的有機粘結(jié)劑，可 以控制電極在絲網(wǎng)印刷的過程中印刷的形貌更好，燒結(jié)后接近理想的電極形態(tài)，對于提升 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率具有一定的幫助作用。優(yōu)選為11-15%，在此范圍內(nèi)有機粘結(jié)劑 發(fā)揮的基礎(chǔ)作用最佳，印刷效果最好，而且燒結(jié)后有機粘結(jié)劑碳化后殘余物較少，對于電極 導(dǎo)電性能的影響小。更具體的來說，所述有機粘結(jié)劑的的重量百分含量可為11 %、13%、 14%等具體份數(shù)。
[0016] 進一步，所述有機粘結(jié)劑包含以下成分組成:鄰苯二甲酸二辛酯8-16%，乙基纖維 素12-26%，丁基卡必醇6-8%，間苯二甲酸醇酸樹脂5-10%，石油樹脂12-24%，松油醇30-45%，總計100%。本發(fā)明的有機粘結(jié)劑選用的成分包括了鄰苯二甲酸二辛酯、乙基纖維素 容易和銀粉分散均勻，能夠很好的保證電極的印刷均勻度和厚度控制，且保護好燒結(jié)形貌。 選用的丁基卡必醇和松油醇具有保證銀漿料的流動性和穩(wěn)定性的作用，能夠確保銀漿料在 儲存過程中性質(zhì)更加穩(wěn)定一致，避免銀漿料印刷的窗口過窄導(dǎo)致加工困難。其中選用的間 苯二甲酸醇酸樹脂和石油樹脂是輔助印刷后電極預(yù)定形的成分，其配合丁基卡必醇和松油 醇的時候，相互溶解分散性好，而且互相溶解分散后能夠與銀粉形成較好的包裹結(jié)構(gòu)，即銀 粉在其中的分布均勻性，流散性都更加突出，更利于電極的印刷成型，同時，分散均勻的松 油醇和石油樹脂在燒結(jié)的時候能夠反應(yīng)形成特定的固化結(jié)構(gòu)，使得電極在使用中形態(tài)更加 可靠穩(wěn)定。
[0017] 進一步，本發(fā)明的銀鋁漿料中還含有重量百分比0.01-0.5 %的堿金屬碳酸鹽和/ 或堿土金屬碳酸鹽。堿金屬或堿土金屬碳酸鹽混合在銀鋁漿料中，當印刷好的電極進行燒 結(jié)的時候可以發(fā)生分解反應(yīng)，生成氣體從而在電極中構(gòu)建小的孔隙，同時這些孔隙保持電 極在熱膨脹系數(shù)上具有更強適應(yīng)熱膨脹變化的能力，進而有效的減小電極和晶硅板在溫度 變化的時候內(nèi)部所存在的應(yīng)力，保證電極和晶體硅長期穩(wěn)定可靠的結(jié)合在一起。優(yōu)選的，所 述碳酸鹽成分是碳酸鈣、碳酸鎂中的一種或兩種。碳酸鈣和碳酸鎂具有容易獲得的優(yōu)點，成 本極低。更重要的是，碳酸鈣和碳酸鎂能夠在燒結(jié)中和銀鋁漿料燒結(jié)形成的電極固熔成一 體，更好的保證電極電流導(dǎo)通能力。優(yōu)選的，堿土金屬碳酸鹽的重量百分比為〇. 01-0.2%。
[0018] 進一步，所述助劑是聚酰胺蠟。聚酰胺蠟是一種觸變性添加劑，在銀漿料中形成強 大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其優(yōu)異的觸變性能，具有優(yōu)異的防流掛能力、防沉降能力，能夠保持漿料的 儲存穩(wěn)定性，防止?jié){料分層淅液等問題發(fā)生。能夠更好的控制絲網(wǎng)印刷電極過程中電極的 形貌，提高電極燒結(jié)前的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。優(yōu)選助劑用量為1-1.4%。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0020] 1.本發(fā)明的銀鋁漿料采用銀粉和鋁粉共同作為混合的導(dǎo)電金屬粉料，通過優(yōu)化導(dǎo) 電金屬粉料的比例，使銀鋁漿料在燒結(jié)后形成的混合金屬電極具有適宜的熱膨脹系數(shù)，即 可以實現(xiàn)電極的熱膨脹系數(shù)可控。
[0021] 2.當本發(fā)明的銀鋁漿料被印刷到基板上燒結(jié)形成電極后，電極在使用過程中能夠 保持和基板基本一致的熱膨脹系數(shù)，有效的確保太陽能電池在使用過程中，電極和基板之 間結(jié)合的牢固性，不發(fā)生電極翹曲或脫落。
[0022] 3.本發(fā)明的玻璃粉成分配合比例適宜，采用氧化硅、氧化鉍和氧化硼作為玻璃粉 基礎(chǔ)相的主體成分，降低了燒結(jié)溫度，具有優(yōu)良的燒結(jié)性能。且粘結(jié)劑與有機粘接劑的親和 性好。
【具體實施方式】
[0023]已知部分材料的的熱膨脹系數(shù)如下：晶體硅大約2.1-3.2 X eT6/°C，鋁約13 X e