一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010869014.2
文献号 : CN111863309B
文献日 : 2021-10-08
发明人 : 毛平 , 张舒 , 管玉龙 , 杨环
申请人 : 南通天盛新能源股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆,其特征在于:以所述应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆的质量为100wt%,所述应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆包括80‑95wt%的银粉、8‑20wt%的有机载体和1‑5wt%的铜‑铋‑锰‑碲系玻璃粉;
所述银粉是球状银粉A和球状银粉B的混合物,以所述银粉的质量为100wt%,所述球状银粉A含量为70‑85wt%,所述球状银粉B含量为15‑30wt%;
所述球状银粉A的中值粒径为700‑900nm,振实密度为5‑6g/mL,所述球状银粉B的中值粒径为280‑450nm,振实密度为4‑5g/mL;
所述的铜‑铋‑锰‑碲系玻璃粉的中值粒径为0.7‑1μm,软化温度为600‑800℃;
所述有机载体包括树脂、有机溶剂和有机助剂,以所述有机载体的质量为100wt%,所述树脂的含量为6‑15wt%,所述溶剂的含量为80‑85wt%,所述有机助剂的含量为5‑
10wt%;
所述树脂的分子量为1000‑50000,所述树脂的质量为100wt%,包括3‑5wt%的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂和5‑10wt%的丙烯酸树脂。
2.根据权利要求1所述的一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆,其特征在于:每100mol的所述铜‑铋‑锰‑碲系玻璃粉由如下的化合物混合制备而成:50‑60mol的含铜化合物、2‑3mol的含铋化合物、5‑7mol的含锰化合物和2‑2.4mol含碲化合物。
3.根据权利要求2所述的一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆,其特征在于:所述铜‑铋‑锰‑碲系玻璃粉的制备原料还包括如下的化合物:20‑40mol%的含硅化合物,
0.5‑1mol%的含铝化合物和3‑3.6mol%的含钛化合物。
4.根据权利要求2或3所述的一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆,其特征在于:所述的化合物为氧化物、卤化物、硝酸根化合物、亚硝酸根化合物、碳酸根化合物、碳酸氢根化合物、硫酸根化合物和磷酸根化合物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆,其特征在于:所述树脂还可包括乙基纤维素树脂、松香树脂和酚醛树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆,其特征在于:所述有机溶剂为醇脂十二、松油醇、柠檬酸三丁酯和丁基卡必醇醋酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆,其特征在于:所述有机助剂为流平剂、触变剂、消泡剂、催干剂、分散剂和降粘剂中的至少一种。
8.根据权利要求1‑7任意一项所述的一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆的制备方法,其特征在于:所述应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆的制备包括以下步骤:
步骤一:用分析天平精确称量各个组分的重量,将有机载体和玻璃粉加入离心管中混合均匀,然后将所述离心管放入离心机中离心1‑3次制备得到玻璃浆,所述离心机的转速为
800‑1200 rpm ,离心时间为3‑7min;
步骤二:将步骤一制备得到的玻璃浆置于三辊机中进行三辊研磨处理,所述三辊机的辊间距为5‑40μm,所述三辊机的转速为100‑200rpm ;
步骤三:向步骤二中三辊后的玻璃浆中加入所述银粉后离心2次,离心转速为500‑
600rpm ,得到所述的应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆,所述应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆在10rpm 转速下的粘度为20‑30Pa·s/25℃。
说明书 :
一种应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆及其制备方法
技术领域
背景技术
P型晶硅太阳电池的 P‑n结位于电池前表面,P型基极中光生载流子可通过扩散输运到电池
前表面被有效分离,进而实现光电转换。据国际光伏技术路线图 (ITRPV)报道,P型晶硅太
阳电池的市场占有率较高。而传统的P 型晶硅太阳电池采用P型晶体硅为原料,其内部硼氧
复合体在光照下逐渐被激活,形成陷阱中心,相应电池的光电转换效率降低,晶硅光伏组件
的光衰减严重。以n型晶体硅为原料制作的太阳能电池光衰减较低,能够避免传统P型晶硅
太阳电池的光衰减问题。
银浆由高纯度(99.9%)的金属银的微粒、无机玻璃相、有机载体组成。各组分品位的高低、
含量的多少,以及形状、大小与n型太阳能电池银浆性能都有着密切关系,各组分的性质不
同,在浆料中所起的作用也不相同。其中银粉作为导电功能相,其优劣将直接影响到电极材
料的体电阻、接触电阻等。无机体系为高温粘接相,主要起着正面银浆与硅片的粘附作用,
并且对银粉的烧结也有不可忽视的作用,对银硅能否形成良好的欧姆接触至关重要。有机
载体作为承载银粉和无机体系的关键组成,对印刷性能、印刷质量等都起着重要作用。有机
载体一般为树脂和溶剂的复合体,其中树脂起着增加塑性和搭建网络结构的作用,有机溶
剂则起着溶解树脂、润湿银粉和无机体系,调节黏度的作用。
银浆附着力越大,当银粉表面有空洞存在时,在烧结的过程中,银粉内部与玻璃粉相通,形
成的正面银浆附着力最大。《贵金属》杂志报道了《无铅玻璃粉含量及粒径对银浆性能的影
响》,其中提到了玻璃粉粒径变得较细时,玻璃相浸润银颗粒均匀,银颗粒连接紧密,银膜烧
结致密,孔洞率减小,附着力提高。
焊带向外传导。这就要求主栅线能够与焊带在焊接过程中形成良好的焊接拉力。
合连接。影响主栅与焊带焊接质量的因素主要有主栅银浆、焊接温度和时间、焊带、助焊剂
以及人工操作的焊接压力和焊接仪器的回温速度等因素决定人工焊接过程会因不同操作
人员以及环境影响,发生虚焊、过焊以及焊带与主栅连接强度差等问题。虚焊会增加组件的
串联电阻,降低组件电流产出效率;过焊会造成电池片变形和隐裂。
发明内容
的高拉力主栅银浆包括 80‑95wt%的银粉,8‑20wt%的有机载体和1‑5wt%的铜‑铋‑锰‑碲
系玻璃粉。
振实密度为 5‑6g/mL,球状银粉B的中值粒径为280‑450nm,振实密度为4‑5g/mL。
物和2‑2.4mol%含碲化合物。
物。
种。
转速为800‑1200rpm ,离心时间为3‑7min;
能电池的高拉力主栅银浆在10rpm 转速下的粘度为20‑30Pa·s/25℃。
银粉B的混合物)、有机载体(以3‑5wt%的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂和5‑10wt%的丙烯酸树脂
的混合物为主树脂)和中值粒径为0.7‑1μm,软化温度为600‑800℃的铜‑铋‑锰‑碲系玻璃粉
混合制备而成。该配方体系可以使得银浆在烧结后和n型硅片表面的粘附性好,使得银浆的
焊接拉力大,使得正面主栅线的焊接拉力在4N以上,并且浆料自身的致密性好,光电转化效
率高。
附图说明
具体实施方式
老化、变形、导电性能以及浆料与硅片基体的附着强度产生影响。玻璃的膨胀系数影响着栅
线和与N型硅片的密封性、结合性和抗拉程度,玻璃的耐酸碱性能够直接影响栅线的寿命与
质量。
度,控制浆料流变性有这重要作用,有机载体将各种粉体混合物分散成具有流体特性的浆
料,以便于通过丝网印刷机高速、精准地印刷到n型硅片上,形成特定的栅线条形,不同有机
载体的选择和配比对n型主栅银浆的整体性能起着至关重要的作用。
900nm,振实密度为 5‑6g/mL,其中球状银粉B的中值粒径为280‑450nm,振实密度为 4‑5g/
mL。
字塔绒面和主球状银粉A之间的空隙,在印刷、烘干过程中,银浆能填充到金字塔之间更好
的贴合n型硅片表面,保证银粉之间填充更致密,使其在烧结过程中在玻璃粉的帮助下与硅
片有很好的结合,同时浆料烧结过程中也更为致密,能形成更好的导电性能和附着性能,从
而提高焊接拉力。
本发明的树脂的分子量为1000‑50000,包括3‑5wt%的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂和5‑10wt%
的丙烯酸树脂,本发明的树脂还可包括乙基纤维素树脂、松香树脂和酚醛树脂中的至少一
种,本发明的有机溶剂为醇脂十二、松油醇、柠檬酸三丁酯和丁基卡必醇醋酸酯中的至少一
种,本发明的有机助剂为流平剂、触变剂、消泡剂、催干剂、分散剂和降粘剂中的至少一种。
干过程中能填充到n型硅片表面的金字塔结构的间隙中去,使得银浆和n型硅片表面有着良
好的湿润性。申请人发现当将3‑5wt%的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂和5‑10wt%的丙烯酸树脂
的小分子量树脂混合使用的时候,制备得到的银浆不仅对n型硅片表面和银粉的浸润好,而
且该配方的有机载体具有很好的吸附性好,对n型硅片表面的作用强大,保证在烘干的过程
中银浆不会和n型硅片表面脱落,含有本发明的有机载体的银浆在烘干过程中会进行梯度
挥发,在150‑200℃挥发15wt%,200‑240℃挥发85wt%, 240‑300℃挥发100wt%,这就使得
银浆在烘干过程中不会出现因为挥发引起的收缩太快造成的脱落问题,保证了烧结之前银
浆形成的银层和n型硅片表面具有良好附着性且银层自身的致密性好。
化合物、5‑7mol%的含锰化合物和2‑2.4mol%含碲化合物混合制备而成。本发明的铜‑铋‑
锰‑碲系玻璃粉的制备原料还包括20‑40mol%的含硅化合物,0.5‑1mol%的含铝化合物和
3‑3.6mol%的含钛化合物。本发明的化合物为氧化物、卤化物、硝酸根化合物、亚硝酸根化
合物、碳酸根化合物、碳酸氢根化合物、硫酸根化合物和磷酸根化合物中的至少一种。
提供好的拉力和老化拉力,含硅化合物和含铝化合物为玻璃粉提供更加完整的网络结构,
含铋化合物提高了玻璃粉和n型硅片表面的浸润性。
转速为800‑1200rpm ,离心时间为3‑7min,先进行玻璃浆的制备实现纳米体系的分散,使得
体系分散更均匀。
第一次三辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间的距离为40μm,第二辊轮和第三辊轮之间的
距离为30μm,第二次三辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间的距离为30μm,第二辊轮和第三
辊轮之间的距离为20μm,第三次辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间的距离为10μm,第二辊
轮和第三辊轮之间的距离为5μm,分三次研磨使得获得的玻璃浆更加均匀。
能电池的高拉力主栅银浆在10rpm 转速下的粘度为20‑30Pa·s/25℃。
通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提
供的任何定义不一致,则以本申请中提供的术语定义为准。
“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”,当在本说明书中使用时表示所陈述的组
合物、步骤、方法、制品或装置,但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制
品或装置。此外,当描述本申请的实施方式时,使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是
指,在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而,在相同的情况下或其他情
况下,其他实施方案也可能是优选的。除此之外,对一个或多个优选实施方案的表述并不暗
示其他实施方案不可用,也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
溶剂(醇脂十二:松油醇:柠檬酸三丁酯=20:30:32.5)和7.5wt%有机助剂(流平剂:触变
剂:消泡剂=2:2:3.5),其中本发明的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂的分子量为 25000,丙烯酸树
脂的分子量为30000,乙基纤维素树脂的分子量为20000。
氧化锰和2.2mol%二氧化碲, 30mol%的二氧化硅,1mol%的氧化铝和3.3mol%的二氧化
钛混合制备而成。
速为1000rpm ,离心时间为5min;
轮和第三辊轮之间的距离为 30μm,第二次三辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间的距离为
30μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为20μm,第三次辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间
的距离为10μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为5μm,所述每次三辊研磨的转速为100‑
200rpm ;
电池的高拉力主栅银浆在10rpm 转速下的粘度为25.72Pa·s/25℃。
十二:松油醇:柠檬酸三丁酯:丁基卡必醇醋酸酯=4:4:4:5)和5wt%有机助剂(流平剂:触
变剂:消泡剂:催干剂:分散剂=1:1:1:1:1),其中本发明的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂的分子
量为40000,丙烯酸树脂的分子量为 20000,松香树脂的分子量为10000。
和2mol%的氯化碲、30mol%的氯化硅和1mol%的氯化铝混合制备而成。
速为800rpm ,离心时间为3min。
轮和第三辊轮之间的距离为 30μm,第二次三辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间的距离为
30μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为20μm,第三次辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间
的距离为10μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为5μm,所述每次三辊研磨的转速为
100rpm。
电池的高拉力主栅银浆在10rpm 转速下的粘度为26.04Pa·s/25℃。
醇:柠檬酸三丁酯:丁基卡必醇醋酸酯=5:6:6)和10wt%有机助剂(流平剂:触变剂:消泡
剂:催干剂:分散剂:降粘剂=1:1:2:2:2:2),其中本发明的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂的分子
量为50000,丙烯酸树脂的分子量为3000,酚醛树脂的分子量为1000。
化锰、2.4mol%的二氧化碲、 34.8mol%的二氧化硅和3.3mol%的二氧化钛混合物制备而
成。
速为1200rpm ,离心时间为3min;
轮和第三辊轮之间的距离为 30μm,第二次三辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间的距离为
30μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为20μm,第三次辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间
的距离为10μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为5μm,所述每次三辊研磨的转速为200rpm
;
电池的高拉力主栅银浆在10rpm 转速下的粘度为25.67Pa·s/25℃。
溶剂(醇脂十二:松油醇:柠檬酸三丁酯=20:30:32.5)和7.5wt%有机助剂(流平剂:触变
剂:消泡剂=2:2:3.5),其中本发明的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂的分子量为 25000,丙烯酸树
脂的分子量为30000,乙基纤维素树脂的分子量为 20000。
氧化锰和2.2mol%二氧化碲, 30mol%的二氧化硅,1mol%的氧化铝和3.3mol%的二氧化
钛混合制备而成。
速为800rpm ,离心时间为3min。
轮和第三辊轮之间的距离为 30μm,第二次三辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间的距离为
30μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为20μm,第三次辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间
的距离为10μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为5μm,所述每次三辊研磨的转速为
100rpm。
电池的高拉力主栅银浆在10rpm 转速下的粘度为26.04Pa·s/25℃。
醇:柠檬酸三丁酯:丁基卡必醇醋酸酯=5:6:6)和10wt%有机助剂(流平剂:触变剂:消泡
剂:催干剂:分散剂:降粘剂=1:1:2:2:2:2),其中本发明的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂的分子
量为50000,丙烯酸树脂的分子量为3000,酚醛树脂的分子量为1000。
化锰、2.4mol%的二氧化碲、 34.8mol%的二氧化硅和3.3mol%的二氧化钛混合物制备而
成。
速为1000rpm ,离心时间为5min;
轮和第三辊轮之间的距离为 30μm,第二次三辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间的距离为
30μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为20μm,第三次辊研磨时,第一辊轮和第二辊轮之间
的距离为10μm,第二辊轮和第三辊轮之间的距离为5μm,所述每次三辊研磨的转速为100‑
200rpm ;
电池的高拉力主栅银浆在10rpm 转速下的粘度为25.72Pa·s/25℃。
实密度为4.5g/mL。”改成“87.5wt%的银粉:该银粉为全部为球状银粉A,其中球状银粉A 的
中值粒径为800nm,振实密度为5.5g/mL。”其余操作同实施例1,采用相同的粘度计检测本对
比例的应用于N型太阳能电池的高拉力主栅银浆的粘度在10rpm 转速下的粘度为
25.80Pa·s/25℃。
的有机溶剂(醇脂十二:松油醇:柠檬酸三丁酯:丁基卡必醇醋酸酯=4:4:4:5)和5wt%有机
助剂 (流平剂:触变剂:消泡剂:催干剂:分散剂=1:1:1:1:1),其中本发明的聚乙烯醇缩丁
醛酯树脂的分子量为40000,丙烯酸树脂的分子量为20000,松香树脂的分子量为10000。”改
成“15wt%的有机载体:以有机载体的质量为100%,本发明的有机载体中含有10wt%的树
脂(聚乙烯醇缩丁醛酯树脂:松香树脂=9:1)、85wt%的有机溶剂(醇脂十二:松油醇:柠檬
酸三丁酯:丁基卡必醇醋酸酯=4:4:4:5) 和5wt%有机助剂(流平剂:触变剂:消泡剂:催干
剂:分散剂=1:1: 1:1:1),其中本发明的聚乙烯醇缩丁醛酯树脂的分子量为40000,松香树
脂的分子量为10000。”其余操作同实施例1,采用相同的粘度计检测本对比例的应用于N型
太阳能电池的高拉力主栅银浆的粘度在10rpm 转速下的粘度为26.59Pa·s/25℃。
来光伏新材股份有限公司生产的N型TopCon太阳能电池(本说明说仅以此类型的N型太阳能
电池为例,并不仅限于该类型太阳能电池的应用),说用的细栅浆料为本申请人自制的细栅
浆料,将印刷了N型太阳能电池的高拉力主栅银浆的N型硅片通过烧结后制成主栅银浆。
畅,主栅表面平整,从图2可以看出,没有将除夕银粉搭配使用制备的得到的应用于N型太阳
能电池的高拉力主栅银浆印刷后线型较差,流平性较低。
围之内。