一种晶硅Perc电池用具有高拉力的正面银浆料及其制备工艺

摘要

本发明公开的一种晶硅Perc电池用具有高拉力的正面银浆料，按照质量份包含80‑90份银粉、7‑15份有机载体和1‑5份PbO‑TeO2‑MoO3‑V2O5体系玻璃粉，制备包括以下步骤：将玻璃粉原料混合物进行熔解后迅速倒入去离子水中淬火，得到玻璃料；将所得玻璃料球磨得到玻璃粉；混合所得玻璃粉、银粉、有机载体，并剪切分散，得到正面电极的银浆料。

权利要求

1.一种晶硅Perc电池用具有高拉力的正面银浆料，其特征在于，按照质量份包含80-90份银粉、7-15份有机载体和1-5份PbO-TeO2-MoO3-V2O5体系玻璃粉, 所述PbO-TeO2-MoO3-V2O5体系玻璃粉包含5-20 wt% PbO，30-60 wt% TeO2，10-30 wt% MoO3，10-20 wt% V2O5，以PbO-TeO2-MoO3-V2O5体系玻璃粉质量为100wt%计。

2.根据权利要求1所述的正面银浆料，其特征在于，所述PbO-TeO2-MoO3-V2O5体系玻璃粉还包含碱金属氧化物和/或碱土金属氧化物。

3.根据权利要求2所述的正面银浆料，其特征在于，所述碱金属氧化物包括氧化锂、氧化钠、氧化钾、氧化铷、氧化铯中的一种或至少两种。

4.根据权利要求2所述的正面银浆料，其特征在于，所述碱土金属氧化物包括氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡中的一种或至少两种。

5.一种如权利要求1所述正面银浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将玻璃粉原料混合物进行熔解后迅速倒入去离子水中淬火，得到玻璃料；

（2）将所得玻璃料球磨得到玻璃粉；

（3）混合所得玻璃粉、银粉、有机载体，并剪切分散，得到正面电极的银浆料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，粒度分为两个级别：粗粉粒度为D50小于5μm，大于1μm，细粉粒度为D50小于1μm。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，基于浆料总重，粗粉添加量0.5-1wt%，细粉添加量为1-4 wt %。

说明书

一种晶硅Perc电池用具有高拉力的正面银浆料及其制备工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种晶硅Perc电池用具有高拉力的正面银浆料及其制备工艺。

背景技术

[0002] 近两年，晶硅Perc电池得到了飞速的发展。所谓PERC技术，即钝化发射极背面接触技术，是利用SiNx或Al2O3在电池背面形成钝化层，增加长波光的吸收，同时将P-N极间的电势差最大化，降低电子复合，从而提升电池转化效率的技术。

[0003] 目前Perc技术有取代传统的晶硅电池的趋势，成为电池厂家选择的主流生产工艺。但是Perc电池的烧结工艺较传统的晶硅电池温度低约30℃，继续使用传统晶硅电池用正银浆料会出现电阻增加，特别是在进行钝化时，背面镀氧化铝钝化层时，会在正面氮化硅减反射膜上也形成一薄层氧化铝，这对正银浆料蚀刻减反射膜与发射极形成良好的欧姆接触产生了巨大挑战。

发明内容

[0004] 为解决上述问题，本发明提供一种晶硅Perc电池用具有高拉力的正面银浆料及其制备工艺，转变温度低，欧姆接触好，电极拉力强。

[0005] 本发明解决的技术方案是，一种晶硅Perc电池用具有高拉力的正面银浆料，按照质量份包含80-90份银粉、7-15份有机载体和1-5份PbO-TeO2-MoO3-V2O5体系玻璃粉。

[0006] 优选地，所述PbO-TeO2-MoO3-V2O5体系玻璃粉包含5-20 wt% PbO，30-60 wt% TeO2，10-30 wt% MoO3，10-20 wt% V2O5，以PbO-TeO2-MoO3-V2O5体系玻璃粉质量为100wt%计。

[0007] 优选地，所述PbO-TeO2-MoO3-V2O5体系玻璃粉还包含碱金属氧化物和/或碱土金属氧化物。

[0008] 优选地，所述碱金属氧化物包括氧化锂、氧化钠、氧化钾、氧化铷、氧化铯中的一种或至少两种。

[0009] 优选地，所述碱土金属氧化物氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡中的一种或至少两种。

[0010] 还提供一种用于晶硅太阳能电池正面电极的银浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0011] （1）将玻璃粉原料混合物进行熔解后迅速倒入去离子水中淬火，得到玻璃料。

[0012] （2）将所得玻璃料球磨并分级得到玻璃粉。

[0013] （3）混合所得玻璃粉、银粉、有机载体，并剪切分散，得到正面电极的银浆料。

[0014] 优选地，粒度分为两个级别：粗粉粒度为D50小于5μm，大于1μm，细粉粒度为D50小于1μm。

[0015] 优选地，基于浆料总重，粗粉添加量0.5-1%，细粉添加量为1-4%。

[0016] 值得注意的是浆料中玻璃粉的作用是：在烧结的过程中，随着温度的升高，玻璃粉软化流动，与减反射膜SiNx发生反应，并在此过程中溶解部分银，将银带到硅基板表面，进而使银与硅接触。在降温阶段，银从玻璃中析出，沉积在硅的表面，该析出的银晶粒成为光生电子的导电通道。析出的银晶粒数量越多粒度越小越有利于电流传导。烧结后，玻璃沉积在银电极与硅基板之间，该玻璃层越薄，银电极与硅基板之间电阻越小，也就是金属和硅之间形成了良好的欧姆接触。同时，玻璃还起到粘结剂的作用，在烧结过程中，玻璃软化流动到硅基板表面，处于硅与银电极中间位置，将硅与银电极粘结在一起，从而获得较高的拉力。因此玻璃作为无机粘结剂，决定了正面电极拉力的大小，从而决定了电池组件的可靠性。

[0017] 本发明中的PbO的添加量大幅度降低，含量为5-20 wt%。PbO能在烧结阶段与减反射膜氮化硅发生反应，穿透减反射膜，使电极与硅接触。但同时它与硅基的反应较为强烈，过量会对电极的p-n结性能造成破坏，降低到20%以下能够获得较好的p-n结性能，但是如果低于5%，就会使氮化硅减反射膜的刻蚀不完整，从而增加电池的串联电阻。

[0018] TeO2能够提供较低的玻璃转变温度，且性质较PbO温和，在与氮化硅减反射膜及硅反应时，对p-n结的损伤较小，因此可以通过减低耗尽区饱和电流密度提高电池的开路电压，从而获得较高的光电转换效率。TeO2的添加量为30-60% ，如果含量低于30%则玻璃性能不稳定，且TeO2的量不足会导致减反射膜腐蚀不完全，从而使电池电阻增加；如果含量高于60%，成玻性能不好，玻璃的膨胀系数太高，与硅基板膨胀系数严重不匹配会导致电池容易碎裂。

[0019] MoO3降低了玻璃的析晶倾向，提高玻璃的形成能力，增大玻璃的成玻范围。如果含量低于10%，则上述作用的效果不明显，如果含量高于30%又会使玻璃的性能恶化，因为MoO3含量过多，势必导致PbO，TeO2等含量减少，从而使玻璃的转变温度升高。

[0020] V2O5的熔点较低，加入后可以促进玻璃的熔炼，降低玻璃的转变温度，但是在本体系中如果含量高于20%，就会导致玻璃析晶，破坏玻璃的结构，使玻璃在烧结时不能与硅基板形成良好的欧姆接触。

[0021] 本发明所述的玻璃粉中还应加入碱金属氧化物或碱金属碳酸盐化合物中的至少一种。目的是为了在烧结过程中与正面边缘绕镀的氧化铝反应，增强玻璃对电极的腐蚀，消除电池烧结后EL边缘发黑的现象。基于玻璃粉的总重量，上述碱金属氧化物或碱金属碳酸盐化合物的添加总量为1-5%。

[0022] 本发明正面电极浆料用玻璃粉的制作采用熔融冷却法，将玻璃粉的组成原料称量好后，在烘干箱中干燥，温度为60-80℃，时间为30-60分钟。然后将混合料转移至铂金坩埚，放入熔炼炉进行熔解，溶解温度为900-1200℃，保温时间30-60分钟。然后迅速倒入去离子水中进行淬火。所得的玻璃料在球磨机中进行研磨。

[0023] 玻璃料球磨后，对其进行分级处理，粒度分为两个级别：粗粉粒度为D50小于5μm，大于1μm。细粉粒度为D50小于1μm。基于浆料总重，粗粉添加量0.5-1%，细粉添加量为1-4%。采用颗粒级配后，细粉可以在烧结较早时软化流动，与基板接触，腐蚀减反射膜并于硅接触，实现优异的电性能。粗粉的软化流动相对较慢，抑制焊接时的银锡反应，从而提高拉力。

[0024] 上述正面电极银浆料的制备工艺为：将银粉和上述方法制得的玻璃粉以及有机载体进行混合。然后用三辊轧机进行剪切研磨，所得浆料细度为小于5μm。

[0025] 本发明的有益效果为，本发明所述的玻璃粉玻璃化转变温度低，欧姆接触好，在烧结时更早地软化流动，与基板发生反应，从而促进烧结，正面电极转换效率高、使用寿命长，通过改变玻璃的球磨分级工艺，应用粗粉细粉实现颗粒级配，提高电极的拉力。

具体实施方式

[0026] 以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

[0027] 实施例1

[0028] 将玻璃粉的各组成氧化物按表1 中G1所示比例，准确称量，总重为100g，在烘干箱中干燥，设定温度为80℃，烘干时间为30分钟。然后将混合料转移至铂金坩埚，放入熔炼炉进行熔解，设定峰值温度为900℃，保温时间60分钟。然后将熔融料迅速倒入去离子水中进行淬火。所得的玻璃料在球磨机中进行研磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间15小时，烘干后进行分级。获得粗粉粒度为D50小于5μm，大于1μm，细粉粒度为D50小于1μm的玻璃粉。

[0029] 取该玻璃粉粗粉0.4g，细粉2.1g与银粉88g，有机载体9.5g进行混合，然后用三辊轧机进行研磨分散，所得正面电极银浆料编号为P1，其细度为<5μm。

[0030] 实施例2

[0031] 将玻璃粉的各组成氧化物按表1 中G2所示比例，准确称量，总重为100g，在烘干箱中干燥，设定温度为60℃，烘干时间为60分钟。然后将混合料转移至铂金坩埚，放入熔炼炉进行熔解，设定峰值温度为1200℃，保温时间30分钟。然后将熔融料迅速倒入去离子水中进行淬火。所得的玻璃料在球磨机中进行研磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间15小时，烘干后进行分级。获得粗粉粒度为D50小于5μm，大于1μm，细粉粒度为D50小于1μm的玻璃粉。

[0032] 取该玻璃粉粗粉0.4g，细粉2.1g与银粉88g，有机载体9.5g进行混合，然后用三辊轧机进行研磨分散，所得正面电极银浆料编号为P2，其细度为<5μm。

[0033] 实施例3

[0034] 将玻璃粉的各组成氧化物按表1 中G3-G6所示比例，准确称量，总重为100g，在烘干箱中干燥，设定温度为80℃，烘干时间为30分钟。然后将混合料转移至铂金坩埚，放入熔炼炉进行熔解，设定峰值温度为1200℃，保温时间30分钟。然后将熔融料迅速倒入去离子水中进行淬火。所得的玻璃料在球磨机中进行研磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间15小时，烘干后进行分级。获得粗粉粒度为D50小于5μm，大于1μm，细粉粒度为D50小于1μm的玻璃粉。

[0035] 取该玻璃粉粗粉0.4g，细粉2.1g与银粉88g，有机载体9.5g进行混合，然后用三辊轧机进行研磨分散，所得正面电极银浆料编号为P3-P6，其细度为<5μm。

[0036] 表1 实施例1-6玻璃粉G1-G6的组成及其含量（wt%）

[0037]

[0038] 实施例4

[0039] 将玻璃粉的各组成氧化物按表1 中G7所示比例，准确称量，总重为100g，在烘干箱中干燥，设定温度为80℃，烘干时间为30分钟。然后将混合料转移至铂金坩埚，放入熔炼炉进行熔解，设定峰值温度为1200℃，保温时间30分钟。然后将熔融料迅速倒入去离子水中进行淬火。所得的玻璃料在球磨机中进行研磨，球磨介质为无水乙醇，球磨时间15小时，烘干后进行分级。获得粗粉粒度为D50小于5μm，大于1μm，细粉粒度为D50小于1μm的玻璃粉。

[0040] 取该玻璃粉粗粉0.4g，细粉2.1g与银粉88g，有机载体9.5g进行混合，然后用三辊轧机进行研磨分散，所得正面电极银浆料编号为P7，其细度为<5μm。

[0041] 实施例5

[0042] 取G5玻璃粉粗粉2.5g，与银粉88g和有机载体9.5g进行混合，然后用三辊轧机进行研磨分散，所得正面电极银浆料编号为P8，其细度为<5μm。

[0043] 实施例6

[0044] 取G5玻璃粉细粉2.5g，与银粉88g和有机载体9.5g进行混合，然后用三辊轧机进行研磨分散，所得正面电极银浆料编号为P9，其细度为<5μm。

[0045] 实施例7

[0046] 将上述制备的正面电极银浆料，在镀有氮化硅减反射膜的多晶蓝膜片上印刷，电池片的方阻经过严格测试和筛选。印刷后进行烧结，然后测试烧结好的电池片的电性能，包括短路电流密度（Jsc），开路电压（Voc），填充因子（FF）和光电转换效率（Eta），结果见表2。

[0047] 将测试拉力用的焊带在助焊剂中浸泡20分钟后，使用立式拉力机进行测试，焊接温度为340℃，测试结果由电脑实时记录，每个电池片测两组数据取平均值，数据结果见表3。

[0048] 表2 各实施例和对比例中浆料的电性能

[0049]

[0050] 表3 各实施例和对比例中各浆料的拉力（N）

[0051]

[0052] 从表2和表3可以看出，使用该PbO-TeO2-MoO3-V2O5体系玻璃粉G1-G6配制的浆料P1-P6应用于多晶硅电池后，使电池具有较高的开路电压（Voc）和填充因子（FF），这说明电极和硅基板之间形成了较好的欧姆接触电阻，并且浆料中的玻璃在高温烧结时没有扩散进入硅中，而破坏硅基板的P-N结特性，且P1-P6电极拉力均较好。

[0053] 实施例4中浆料P7使用的玻璃粉没有添加碱金属氧化物或碱金属碳酸盐化合物，使得在烧结时正面边缘的氧化铝及氮化硅减反射层没有蚀穿，使电阻升高，导致电性能变差。由于电极没有与硅基良好的反应，拉力表现不如其它的浆料。

[0054] 实施例5中浆料单独使用了玻璃粉粗粉，因其在烧结过程中软化流动较晚，导致玻璃与基板的反应发生较晚，反应不彻底，使得串联电阻较大，从而使电池电性能变差。

[0055] 实施例6中浆料单独使用了玻璃粉细粉，较粗粉而言细粉可以在烧结的较早阶段软化流动，与氮化硅减反射膜发生反应，但由于反应时间长，玻璃成分容易向硅内部扩散，从而侵蚀p-n结，造成电池结性能变差，开路电压降低，效率严重下降。而且由于聚集在硅基板表面的玻璃层较厚，电阻会升高，拉力也不能达到最佳状态。

[0056] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。