TOPCon电池主栅电极银浆料用玻璃粉及其制备方法与应用与流程

topcon电池主栅电极银浆料用玻璃粉及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明涉及晶硅太阳能电池领域，尤其涉及一种晶硅太阳能topcon 电池正面电极银浆料用玻璃粉及应用。


背景技术：

2.截至2020年底，全国电力总装机容量约22亿千瓦，风光累计装机总容量超过5.3亿千瓦，占比高达24％。而2030目标为光风总装机应达到12亿千瓦，即10年内翻一番。而5.3亿千瓦风光发电装机容量在长达15年左右的时间里完成的，虽然现在的产能、技术、产业链都更加成熟与完整，但实现的难度还是存在的。晶硅太阳能电池的转换效率提升就显得尤为重要，目前perc电池技术经过近5年的发展，perc电池转换效率已接近其极限值，新一代的topcon电池技术发展日趋成熟，由于topcon电池正面银浆料绝大多数采用了银铝浆料(铝的添加使用是必不可缺的)，在组件串焊时，铝与铅锡焊带的润湿性极差，甚至于焊接不上，致使组件长期使用的可靠性大打折扣，为了解决这一技术难题，采用dup(分步印刷)印刷技术用主栅电极浆料，即银铝浆料仅印刷细栅，焊接电极印刷主栅浆料，细栅的功能主要是收集电池表面由于光照所产生的光电子流，它需要与电池的硅基材具有优良的欧姆接触，主栅的主要功能是收集细栅线的电流并且提供组件串焊时的焊接附着力，主栅浆料需要与组件串焊的焊带具有优良的焊接结合力和无欧姆接触，同时主栅浆料需要与银铝浆料具有良好的润湿性。
3.目前普遍存在的问题是，topcon电池正面银浆料绝大多数采用了银铝浆料(铝的添加使用是必不可缺的)，在组件串焊时，铝与铅锡焊带的润湿性极差，甚至于焊接不上，致使组件长期使用的可靠性大打折扣。
4.为了解决这一技术难题，本发明一方面通过材料设计，主栅浆料烧结后只与电池表面的钝化层基体材料(氮化硅基材)发生结合，提供优良的机械结合力。但并不与构成硅电池的p-n结基体材料产生金属化欧姆接触，这样可以有效减少电池表面金属复合，提高电池的光电转化效率。
5.另一方面，本发明采用低银含量的主栅电极浆料取代传统的高银含量正面银铝浆料用作电池片正面电极的主栅，从而减少高银含正面银铝浆料的使用量，从而达到降低制造成本。


技术实现要素：

6.为了克服topcon用银铝浆料单次印刷与pbsn焊带在组件串焊时难以焊接技术问题，实现本发明技术方案，本发明提供一种晶硅太阳能 topcon电池主栅电极银浆料用玻璃粉及其制备方法。
7.一种晶硅太阳能topcon电池主栅电极银浆料用玻璃粉，包含主玻璃粉和辅助玻璃粉，所述主玻璃粉为pb-si-ti-zn氧化物，所述辅助玻璃粉为bi-si-mn-cu氧化物，主玻璃粉占60-90wt％。
8.所述主玻璃料包括按照摩尔百分比计算的如下组分：pbo 10～ 30mol％、sio
2 30～55mol％、tio
2 5～20mol％、zno 5～15mol％和x1～ 10mol％，其中x包括teo2，bi2o3，b2o3，mgo，cao，bao，cr2o3，moo3和wo3中的任意一种或两种以上的组合。
9.所述辅助玻璃粉包括按照摩尔百分比计算的如下组分：bi2o
3 10～ 25mol％、sio
2 30～55mol％、cuo 5～20mol％、mno
2 1～10mol％和y1～ 10mol％,其中y包括teo2，zno，b2o3，mgo，cao，bao，cr2o3，moo3和 wo3中的任意一种或两种以上的组合。
10.所述主玻璃粉、辅助玻璃粉粒径d50均≤4μm。
11.本发明还提供了前述晶硅太阳能topcon电池主栅浆料用玻璃粉制备方法，其包括高温熔融轧片冷却，具体包括如下步骤：
12.(1)按照比例将玻璃粉中主玻璃粉、辅助玻璃粉的组成配制原料，混合均匀，于1300～1600℃进行熔制30～60min；
13.(2)对熔制所得的玻璃熔体进行冷却轧片，然后对轧片的玻璃料粉碎；
14.(3)粉碎之后的玻璃料采用气流粉碎处理，粒径达到所需范围内的玻璃粉。
15.进一步地，所述制备方法包括：采用犁铲混料机、双辊或三维混合机使所述的主玻璃粉或者辅助玻璃粉的各原材料混合均匀。
16.进一步地，所述制备方法包括：采用双辊轧机对熔融玻璃体进行轧片处理。
17.进一步地，所述制备方法包括：采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理。
18.进一步地，所述制备方法包括：采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理。
19.进一步地，所述制备方法包括：采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理，即获得所需的玻璃粉。
20.本发明还提供了一种电极银浆料，尤其涉及晶硅太阳能topcon电池主栅电极银浆料，其包括按照质量百分比计算的组分如下：主玻璃粉 pb-si-ti-zn氧化物1～5％，辅助玻璃粉bi-si-mn-cu氧化物0.1～3％，银粉含量78～82％，有机载体10～20％。
21.所述主玻璃料包括按照摩尔百分比计算的如下组分：pbo 10～ 30mol％、sio
2 30～55mol％、tio
2 5～20mol％、zno 5～15mol％和x1～ 10mol％，其中x包括teo2，bi2o3，b2o3，mgo，cao，bao，cr2o3，moo3和 wo3中的任意一种或两种以上的组合。
22.所述辅助玻璃粉包括按照摩尔百分比计算的如下组分：bi2o
3 10～ 25mol％、sio
2 30～55mol％、cuo 5～20mol％、mno
2 1～10mol％和y1～ 10mol％,其中y包括teo2，zno，b2o3，mgo，cao，bao，cr2o3，moo3和wo3中的任意一种或两种以上的组合。
23.所述有机载体包括树脂、溶剂、表面分散剂和触变剂。
24.所述的树脂包括：乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、松香树脂、丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩丁醛酯中的一种或多种。
25.优选地，所述有机树脂为上述树脂的混合物。
26.树脂混合物不但可以拓宽树脂原料类型，还能综合树脂之间的优势，提高银粉的负载效果。
27.进一步优选地，所述有机树脂在有机载体中的含量为：乙基纤维素树脂2.5-12wt％，醋酸丁酸纤维素树脂0.5-5wt％，松香树脂1.0-5.0wt％、丙烯酸树脂0.5-5wt％、聚乙烯醇缩丁醛酯0.5-10wt％。
28.所述的溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、二乙二醇二丁醚、三丙
二醇单甲醚、三乙二醇丁醚、醇脂十二、醇脂十六的一种或多种；
29.优选地，本发明有机载体为醇、酯以及醚类有机溶剂的组合。
30.进一步优选地，所述有机溶剂在有机载体中的含量为：丁基卡必醇 0-10wt％，丁基卡必醇醋酸酯20-40wt％，二乙二醇二丁醚10-30wt％，三丙二醇单甲醚5-20wt％，三乙二醇丁醚0-10wt％，醇脂十二0-10wt％，醇脂十六0-10wt％，乙酰柠檬酸三丁酯0-5wt％。
31.上述醇、酯以及醚类有机溶剂的组合可以提高与树脂的相容性，从而提高有机载体的均一性和稳定性；混合溶剂还可以在银浆烘干过程中稳定均匀地挥发，防止挥发过快或过慢，减少银浆烘干后产生的气孔。
32.所述的表面分散剂选硬脂酸、硬脂酸衍生物和不饱和脂肪酸中的一种或多种。
33.所述的触变剂选自改性氢化蓖麻油、聚酰胺蜡中的一种或多种。
34.本发明还提供了晶硅太阳能topcon电池主栅电极浆料的制备方法，其包括将银粉、主玻璃粉、辅助玻璃粉、有机载体混合均匀，从而获得晶硅太阳能topcon电池主栅电极银浆料。
35.具体来说，先将银粉、主玻璃粉、辅助玻璃粉进行预混合，再将所获混合物加入到有机载体材料中搅拌1～2小时，之后在三辊机上分散均化，当刮板细度小于10μm后，即获得所述晶硅太阳能topcon电池主栅电极银浆料。
36.本发明的另一个目的在于提供晶硅太阳能topcon电池正面和背面主栅电极银浆料的应用。
37.本发明的有益效果如下：
38.本发明晶硅太阳能topcon电池主栅电极银浆料用主玻璃粉为 pb-si-ti-zn氧化物体系，具有对sinx腐蚀性弱的特点，可使主栅电极银浆料具有高开压特性；辅助玻璃粉为bi-si-mn-cu氧化物体系，其具有对银铝浆料良好的润湿性的特点，可使主栅电极银浆料高附着力和高老化附着力特性以及低的搭接电阻。主玻璃粉和辅助玻璃粉二者配合后，对烧结温度的变化并不敏感，使得主栅银浆料具有较宽的烧结窗口。
39.本发明的主栅浆料能够很好的解决银铝浆料烧结后难以焊接的问题，同时保证组件使用过程中老化附着力的要求，可同时满足晶硅太阳能 topcon电池正、背面主栅电极使用。
40.本发明筛选适宜的有机溶剂、树脂配合，使得有机载体与混合银粉集合更加均匀，稳定性更好。
具体实施方式
41.以下结合若干实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明，但本发明不局限于此。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以相互组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一赘述。
42.下面实施例中所述的试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
43.实施例1-5
44.步骤1.玻璃粉按如下步骤进行制备：
45.(1)按照表1先将主玻璃粉和辅助玻璃粉的原材料分别放于三维混合机中混合均匀；
46.(2)将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中，与于1300℃进行熔制 60min；
47.(3)对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理，采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理，然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理，采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理，即获得所需的主玻璃粉和辅助玻璃粉。
48.步骤2.主栅银浆按如下步骤进行制备：
49.(1)按质量百分比称取溶剂10％的丁基卡必醇，将33％的丁基卡必醇醋酸酯，14％的二乙二醇二丁醚，15％的三丙二醇单甲醚，4％的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂；再称取10.5％的乙基纤维素树脂、1.5％的醋酸丁酸纤维素树脂、2％的松香树脂、3.2％的丙烯酸树脂、2.8％的聚乙烯醇缩丁醛酯，加入至混合溶剂中；再加入2％硬脂酸分散剂和2％的聚酰胺蜡触变剂，然后边搅拌边加热至80℃，树脂完全溶解后继续搅拌60分钟，然后冷却至室温，即得到有机载体；
50.(2)按照表2取上述的各组分原料，先将银粉、主玻璃粉和辅助玻璃粉进行预混合，然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时，再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍，进一步分散均化，当刮板细度小于 10μm后，采用400目滤布进行过滤，即得到晶硅太阳能topcon电池主栅电极银浆料。
51.表1实施例1～5的玻璃粉组分(摩尔百分比)
[0052][0053]
表2实施例的主栅浆料的组分比例(质量百分比)
[0054][0055]
实施例6
[0056]
其他步骤与实施例1相同，区别仅在于溶剂为单一的醇脂十二。
[0057]
实施例7
[0058]
其他步骤与实施例1相同，区别仅在于溶剂为单一的二乙二醇二丁醚。
[0059]
实施例8
[0060]
其他步骤与实施例1相同，区别仅在于步骤2的(2)、按照表2实施例8取各组分原料，制备晶硅太阳能topcon电池主栅电极银浆料。
[0061]
实施例9
[0062]
其他步骤与实施例1相同，区别仅在于单一树脂：乙基纤维素树脂。
[0063]
性能检测：
[0064]
1、单晶电池片制备：
[0065]
使用方阻一致的topcon硅片，采用丝网印刷工艺将所制得的主栅银浆和同一细栅银浆分别印刷电池正背面主栅和正背面细栅，通过烘干-烧结-冷却至室温，即得topcon电池片。
[0066]
2、iv电性能测试：
[0067]
采用iv测试仪对topcon电池片进行iv电性能测试。
[0068]
3、焊接拉力：
[0069]
使用0.35mm涂锡焊带在340℃下焊接电池正面主栅电极，采用拉力试验机对进行拉力测试。
[0070]
4、对比例选择外购市售主栅银浆，其使用玻璃粉为pb-si-ti系玻璃2％，其余组成与实施例1相同：银粉82％，有机载体16％。
[0071]
表3实施例和对比例的性能测试结果
[0072] 效率/％开压/v短路电流/a填充/％串阻焊接拉力/n实施例123.1920.688411.47080.530.001704.06实施例223.1780.688911.46280.380.001744.19实施例323.1830.690611.45980.510.001684.08实施例423.1840.690811.46380.370.001763.97实施例523.1900.690111.45580.460.001704.38实施例623.1700.688111.44480.350.001784.00实施例723.1770.688011.43580.340.001753.99实施例823.1860.689111.47280.520.001764.02实施例923.1800.688211.43780.500.001713.98对比例23.0880.687611.45980.330.001783.65
[0073]
从表3可以看出，采用本发明的玻璃粉所制备得到topcon电池主栅银浆，印刷制得的电池开压高，光电转化效率和焊接拉力也都高于对比例。
[0074]
实施例7、8、9采用的单一溶剂或者单一树脂，银浆的印刷后电池的电流略有下降。
[0075]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。