一种多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，属于太阳能电池【技术领域】。包括如下步骤：将钛酸正丁酯和正硅酸乙酯加入水中，再加入乙醇和硝酸银，搅拌均匀，升温，滴加10wt.%的盐酸水溶液，滴加完毕后，降温至室温，得到陈化后的溶胶；再将溶胶进行烧结，得到粉体I；将粉体I研磨，再与银粉、有机溶剂、稠化剂、触变剂、纤维素混合均匀，即得银浆。本发明提供的多晶硅太阳能电池正面电极银浆，转化效率高、短路电流高。
【专利说明】-种多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法
[0001]
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，属于太阳能电 池【技术领域】。
[0003]
【背景技术】
[0004] 随工业发展及人类活动的增加，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生的 矿物能源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题己成为影响人类生存和发展关键问 题之一。不仅如此，由燃烧矿物能源产生的温室气体加快了全球变暖的步伐，使各种自然灾 害频繁发生，因此开发利用新型的、环保的、可再生能源已是当务之急。在长期的能源战略 中，太阳能作为未来主要替代能源之一已成为人们的共识。太阳能电池是开发利用太阳能 的手段之一，它是利用光生伏特效应直接将太阳能变成电能的半导体器件，然后组装成不 同电压、电流和功率的装置，从而使人们获得新能源。
[0005] 多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚 石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来， 就结晶成多晶娃。多晶娃太阳能电池 （polycrystalline silicon solar cell)是指以多 晶硅为基体材料的太阳能电池。从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原 因为：[1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；[2]对太阳电池来讲，方形基片更合算，通 过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断 取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达 到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电 池的生产。
[0006] 太阳能电池的正面电极是与Pn结两端形成紧密欧姆接触的导电材料，它承担着 收集硅片中的载流子并将其输送至外部电路的责任。目前，制造电极的方法主要有真空蒸 镀、化学镀镍、银浆印刷烧结等。在制备太阳能电池的正面电极及选择材料时，一般要满足 下列要求：与硅形成牢固的接触；接触电阻比较小，应是一种欧姆接触；电极本身的体电阻 要小，有优良的导电性；电极对硅基片的遮挡面积小，一般小于8% ;收集效率高；可焊性强； 成本低廉；污染较小。
[0007] 硅太阳能电池正面电极用银电子浆料是可烧结的厚膜导体浆料家族的一名新成 员。它通过丝网印刷工艺印刷到硅片上，再经过热处理形成太阳能电池的正面电极。浆料 集金属材料、无机非金属材料、高分子材料于一身，其制备涉及到粉末冶金技术、低熔点 玻璃制备技术、浆料加工技术、半导体技术、流变学等诸多高科技【技术领域】。很多先进技术 被用于对太阳能电池结构的设计进行改进从而不断改善太阳能电池的三大性能（开路电 压、短路电流、光电转换效率），在降低成本的同时提高电池的性能，对金属电极性能的改进 就是其中一种行之有效的方法。而对金属电极性能改进的重点就在于如何改善银金属电 极与半导体硅的之间的接触。最初的正面电极用电子浆料是以A1为导电金属的铝电子浆 料，这种浆料生产成本低，而且A1对半导体硅有自掺杂作用（p型掺杂），至今还少量运用 于太阳能电池背面电极的生产。但A1的体电阻较大，化学稳定性不好，而且它的自掺杂作 用会对η型硅的掺杂起到抵消作用。为了进一步提高太阳能电池的性能，人们逐步发展出 Al-A g浆料。后来为了进一步提高太阳能电池的性能，浆料中的Α1逐渐被Ag所代替。然 而，Ag浆料自身也有很多问题有待解决，如银浆料所用银为贵金属，成本较高，烧制成的电 极的与硅的接触不够理想，浆料中的无机玻璃相中还含有对环境有害、有毒的重金属Pb等 问题。
[0008] 专利CN 102592706A涉及一种太阳能电池正极银浆及其制备方法，包括以下组分 和重量百分含量：（1)银粉80?90%，（2)含铅玻璃粉1?5%，（3)溶剂5?15%，（4)树 脂0· 5?4%，（5)无机添加剂0?5%，（6)表面活性剂0?7%。专利CN 102592705A涉 及一种环保水基体系的太阳能电池正极银浆及其制备方法，该银浆原料包括以下组分和重 量百分含量：（1)银粉80?90%，（2)玻璃粉1?5%，（3)水基粘结剂6?16%，（4)树脂 1?5%，（5)添加溶剂1?5%。但是这种银浆制得的太阳能电池存在转化效率不高的问 题。
[0009]
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是多晶硅太阳能电池的正面银浆在烧结后易出现断 点等缺陷、光电转化效率不高的问题。
[0011] 技术方案： 一种多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，包括如下步骤： 第1步、按重量份计，将钛酸正丁酯5?10份和正硅酸乙酯3?6份加入200?220 份的水中，再加入乙醇30?60份和硝酸银20?40份，搅拌均匀，升温至30?50°C，滴加 l〇wt. %的盐酸水溶液20?30份，滴加完毕后，降温至室温，保持36?48h，得到陈化后的 溶胶；再将溶胶进行烧结，烧结制度是：先升温至900?1KKTC，保持8h，再降温至室温，升 温和降温速率是5?8°C，得到粉体I ; 第2步、将粉体I研磨至平均粒径在3?6微米后，再与50?80重量份的银粉、80? 100重量份的有机溶剂、10?12重量份稠化剂、1重量份触变剂、1重量份纤维素混合均匀， 即得银浆。
[0012] 作为优选，第2步中的银粉的平均粒径是在0. 5?2微米。
[0013] 作为优选，第2步中所述的有机溶剂是松油醇和油酸按照重量比为（8?10):1的 混合物。
[0014] 作为优选，所述的油酸是经过硫化改性的。
[0015] 作为优选，第2步中还加入醇酸树脂10?12重量份。
[0016] 作为优选，第2步中还加入3?6重量份丙烯酸。
[0017] 作为优选，第2步中还加入2?4重量份甲苯二异氰酸酯。
[0018] 作为优选，所述的稠化剂是二聚脲或者四聚脲。
[0019] 作为优选，纤维素是指甲基纤维素、乙基纤维素等、丙基纤维素、丁基纤维素等。
[0020] 作为优选，触变剂选自氢化蓖麻油或聚酰胺蜡。
[0021] 有益效果 本发明提供的多晶硅太阳能电池正面电极银浆，转化效率高、短路电流高。
[0022]
【具体实施方式】
[0023] 实施例1 第1步、将钛酸正丁酯5 g和正硅酸乙酯3g加入200g的水中，再加入乙醇30g和硝酸 银20g，搅拌均匀，升温至30°C，滴加10wt. %的盐酸水溶液20g，滴加完毕后，降温至室温，保 持36h，得到陈化后的溶胶；再将溶胶进行烧结，烧结制度是：先升温至900°C，保持8h，再降 温至室温，升温和降温速率是5°C，得到粉体I ; 第2步、将粉体I研磨至平均粒径在3?6微米后，再与50g的银粉(银粉的平均粒径 是在0. 5?2微米)、80g的有机溶剂(松油醇和油酸按照重量比为9 :1的混合物)、10g二聚 脲、lg氢化蓖麻油、lg乙基纤维素混合均匀，即得银浆。
[0024] 实施例2 第1步、将钛酸正丁酯10 g和正硅酸乙酯6g加入220g的水中，再加入乙醇60g和硝 酸银40g，搅拌均匀，升温至50°C，滴加10wt. %的盐酸水溶液30g，滴加完毕后，降温至室温， 保持48h，得到陈化后的溶胶；再将溶胶进行烧结，烧结制度是：先升温至1KKTC，保持8h， 再降温至室温，升温和降温速率是8°C，得到粉体I ; 第2步、将粉体I研磨至平均粒径在3?6微米后，再与80g的银粉(银粉的平均粒径 是在0. 5?2微米)、100g的有机溶剂(松油醇和油酸按照重量比为9 :1的混合物)、12g二 聚脲、lg氢化蓖麻油、lg乙基纤维素混合均匀，即得银浆。
[0025] 实施例3 第1步、将钛酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和硝酸 银30g，搅拌均匀，升温至45°C，滴加10wt. %的盐酸水溶液25g，滴加完毕后，降温至室温，保 持40h，得到陈化后的溶胶；再将溶胶进行烧结，烧结制度是：先升温至1000°C，保持8h，再 降温至室温，升温和降温速率是7°C，得到粉体I ; 第2步、将粉体I研磨至平均粒径在3?6微米后，再与70g的银粉(银粉的平均粒径 是在0. 5?2微米)、90g的有机溶剂(松油醇和油酸按照重量比为9 :1的混合物)、llg二聚 脲、lg氢化蓖麻油、lg乙基纤维素混合均匀，即得银浆。
[0026] 实施例4 与实施例3的区别在于：第2步中还加入醇酸树脂llg。
[0027] 第1步、将钛酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和 硝酸银30g，搅拌均匀，升温至45°C，滴加10wt. %的盐酸水溶液25g，滴加完毕后，降温至室 温，保持40h，得到陈化后的溶胶；再将溶胶进行烧结，烧结制度是：先升温至1000°C，保持 8h，再降温至室温，升温和降温速率是7°C，得到粉体I ; 第2步、将粉体I研磨至平均粒径在3?6微米后，再与70g的银粉(银粉的平均粒径 是在0. 5?2微米)、90g的有机溶剂(松油醇和油酸按照重量比为9 :1的混合物)、醇酸树脂 1 lg、1 lg二聚脲、lg氢化蓖麻油、lg乙基纤维素混合均匀，即得银浆。
[0028] 实施例5 与实施例4的区别在于：第2步中还加入4g丙烯酸。
[0029] 第1步、将钛酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和 硝酸银30g，搅拌均匀，升温至45°C，滴加10wt. %的盐酸水溶液25g，滴加完毕后，降温至室 温，保持40h，得到陈化后的溶胶；再将溶胶进行烧结，烧结制度是：先升温至1000°C，保持 8h，再降温至室温，升温和降温速率是7°C，得到粉体I ; 第2步、将粉体I研磨至平均粒径在3?6微米后，再与70g的银粉(银粉的平均粒径 是在0. 5?2微米)、90g的有机溶剂(松油醇和油酸按照重量比为9 :1的混合物)、醇酸树脂 llg、4g丙烯酸、llg二聚脲、lg氢化蓖麻油、lg乙基纤维素混合均匀，即得银浆。
[0030] 实施例6 与实施例5的区别在于：第2步中还加入3g甲苯二异氰酸酯。
[0031] 第1步、将钛酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和 硝酸银30g，搅拌均匀，升温至45°C，滴加10wt. %的盐酸水溶液25g，滴加完毕后，降温至室 温，保持40h，得到陈化后的溶胶；再将溶胶进行烧结，烧结制度是：先升温至1000°C，保持 8h，再降温至室温，升温和降温速率是7°C，得到粉体I ; 第2步、将粉体I研磨至平均粒径在3?6微米后，再与70g的银粉(银粉的平均粒径 是在0. 5?2微米)、90g的有机溶剂(松油醇和油酸按照重量比为9 :1的混合物)、醇酸树脂 llg、丙烯酸4g、甲苯二异氰酸酯3g、二聚脲llg、氢化菌麻油lg、乙基纤维素 lg混合均勻， 即得银浆。
[0032] 实施例7 与实施例6的区别在于：油酸是经过硫化改性的，改性方法是：在装有搅拌装置的三 口瓶中，加入50g油酸，在不断搅拌下，逐滴加入15 g -氯化硫（S2C12)，控制反应温度在 40°C以下，滴加完毕后，继续反应2小时，往反应物中慢慢加入约100 ml的多硫化钠溶液， 搅拌反应充分后，分去水层，再加入少许还原铁粉，除去反应体系中的游离硫，过滤，得到油 状物，即可。
[0033] 第1步、将钛酸正丁酯7 g和正硅酸乙酯5g加入210g的水中，再加入乙醇40g和 硝酸银30g，搅拌均匀，升温至45°C，滴加10wt. %的盐酸水溶液25g，滴加完毕后，降温至室 温，保持40h，得到陈化后的溶胶；再将溶胶进行烧结，烧结制度是：先升温至1000°C，保持 8h，再降温至室温，升温和降温速率是7°C，得到粉体I ; 第2步、将粉体I研磨至平均粒径在3?6微米后，再与70g的银粉(银粉的平均粒径 是在0. 5?2微米)、90g的有机溶剂(松油醇和硫化改性油酸按照重量比为9 :1的混合物)、 醇酸树脂llg、丙烯酸4g、甲苯二异氰酸酯3g、二聚脲llg、氢化蓖麻油lg、乙基纤维素 lg混 合均匀，即得银浆。
[0034] 对照例 对照例与实施例3的区别在于：未加入第1步中的粉体，直接用第2步中的粉体配置浆 料。将70g的银粉(银粉的平均粒径是在0. 5?2微米)、90g的有机溶剂(松油醇和油酸按 照重量比为9 :1的混合物)、llg二聚脲、lg氢化蓖麻油、lg乙基纤维素混合均匀，即得银浆。
[0035] 性能测试： 1、测试烧结后的银电极栅线的尺寸和形貌情况： 将上述实施例制得的太阳能电池正面电极浆料通过丝网印刷机配合细栅线宽度60微 米的290目网板印刷在156 X 156mm的多晶硅片正面，随后通过隧道炉烘干，炉温160°C，干 燥3min，最后印有电极栅线的硅片在2分12秒内匀速通过隧道烧结炉，从300°C开始烧结， 烧结终止温度870°C，制成太阳能电池片，使用3D光学显微镜测量烧结后的栅线高和宽，测 试结果如表1所示。
[0036] 2、光电转化效率测试： 使用太阳能电池片专用测试仪器(上海居纳科技有限公司，NELC-140A)，在标准测试条 件（STC)下，测试采用实施例制得的太阳能电池正面电极浆料制作的太阳能电池片的光电 转化效率、短路电流和串联电阻；标准测试条件（STC)为：光强：1000W/m 2 ;光谱:AM1. 5 ;温 度：25°C，测试结果如表1和表2所示。
[0037] 表 1 表2
【权利要求】
1. 一种多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步 骤： 第1步、按重量份计，将钛酸正丁酯5?10份和正硅酸乙酯3?6份加入200?220 份的水中，再加入乙醇30?60份和硝酸银20?40份，搅拌均匀，升温至30?50°C，滴加 l〇wt. %的盐酸水溶液20?30份，滴加完毕后，降温至室温，保持36?48h，得到陈化后的 溶胶；再将溶胶进行烧结，烧结制度是：先升温至900?1KKTC，保持8h，再降温至室温，升 温和降温速率是5?8°C，得到粉体I ; 第2步、将粉体I研磨至平均粒径在3?6微米后，再与50?80重量份的银粉、80? 100重量份的有机溶剂、10?12重量份稠化剂、1重量份触变剂、1重量份纤维素混合均匀， 即得银浆。
2. 根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征在 于：第2步中的银粉的平均粒径是在0. 5?2微米。
3. 根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征在 于：第2步中所述的有机溶剂是松油醇和油酸按照重量比为（8?10) :1的混合物。
4. 根据权利要求3所述的多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征在 于：所述的油酸是经过硫化改性的。
5. 根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征在 于：第2步中还加入醇酸树脂10?12重量份。
6. 根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征在 于：第2步中还加入3?6重量份丙烯酸。
7. 根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征在 于：第2步中还加入2?4重量份甲苯二异氰酸酯。
8. 根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征在 于：所述的稠化剂是二聚脲或者四聚脲。
9. 根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征在 于：纤维素是指甲基纤维素、乙基纤维素等、丙基纤维素、丁基纤维素等。
10. 根据权利要求1所述的多晶硅太阳能电池正面电极用的银浆的制备方法，其特征 在于：触变剂选自氢化蓖麻油或聚酰胺蜡。
【文档编号】H01B13/00GK104282394SQ201410507714
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】张学平, 朱忠海 申请人:苏州长盛机电有限公司