一种含银铜合金粉的主栅浆料及其制备方法与流程

1.本发明属于晶硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种含银铜合金粉的主栅浆料及其制备方法。


背景技术：

2.随着光伏装机量越来越大，光伏电池银消耗占比工业用银越来越高，光伏银浆降银或者替代银愈加急迫。传统的分步印刷主栅银浆，为了保证有较好的导电率均是使用纯银浆匹配特定的玻璃以达成导电以及焊接的需求。因此，此类主栅银浆银占比高，印刷过程中银单耗高，成本难以有效控制。另外为了降低体电阻率、改善焊接可靠性，主栅银浆均会使用一定量的玻璃粉以实现电池组件的可靠性。不可避免的，高温过程中，相对过量的玻璃粉会腐蚀硅片表面的氮化硅层、恶化钝化，降低开压。此外，主栅副栅玻璃在烧结过程中容易相互作用，恶化对硅片的损伤、进一步降低开压，影响电性能。
3.传统的副栅银浆由于cu与si容易形成合金，在电池结构中形成复合中心，恶化电性能，因此实际副栅银浆中，均避免或者少接触铜元素。所以，即使是电阻率接近，在实际的副栅银浆生产中，较少提及使用铜以及铜合金粉。但是，分步印刷过程中，主栅作为汇流条收集母线，不需要烧穿氮化硅直接接触硅表面，因此即使是引入铜以及铜合金粉均不会对电性能有恶化。专利cn111863309a以及专利cn110648781a等提及的主栅浆料配方中，一般均是使用不同粒径、比表的银粉混合或是针对各种无机氧化物设计获得低腐蚀、高可靠性主栅浆料配方，鲜有提及使用低熔点合金粉制备主栅银浆。此类主栅银浆，由于需要保证一定的可靠性，玻璃量相对较高或玻璃腐蚀性相对较强，实际在浆料的占比均会在0.6％-1.8％，高玻璃含量不利于氮化硅层的保护，恶化了电池效率，影响了终端功率的输出。


技术实现要素：

4.针对上述问题情况，本发明提供一种含银铜合金粉的主栅浆料，解决传统银浆中银占比高而导致成本高，以及玻璃含量高而影响电池性能等技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种含银铜合金粉的主栅浆料，配方包括银粉75％-90％，玻璃粉0.2％-2％，银铜合金粉0.1％-20％，有机载体8％-25％，各组分质量和为100％。
7.所述银铜合金粉，包括但不限于银铜二元合金粉、三元合金粉、四元合金粉等银铜为主体相的合金粉，所述银铜合金粉在浆料中可以是一种合金粉、也可以是多种此类合金粉的混合，既可以是不同银铜配比多种二元合金的粉的混合，也可以是二元合金粉与三元合金粉等银铜为主体的合金粉的混合；铜银合金粉尺寸在0.5μm-3.5μm，尤其d50在1.5μm-2μm左右，主栅浆料既有较好的印刷性，又能有极佳的电性能、可靠性；所述合金粉比表面积在0.3m2/g-4m2/g，优选在0.4m2/g-0.8m2/g可以获得较好的烧结活性，以获得极佳的综合性能。
8.所述银铜合金粉在浆料质量占比在0.1-20％均可以获得较好的主栅综合性能，尤
其在2％-10％范围内，浆料既可以节省银单耗又可以获得出色的可靠性与电性能。
9.所述玻璃粉，可以为常见的mn-cu体系玻璃、pb-si-ti体系玻璃，尤其在mn-cu体系中所述主栅浆料可以获得极佳的综合性能及市场表现；所述玻璃粉含量在0.2％-2％，尤其pb-si-ti体系在0.5％-0.8％浆料性能极其出色，mn-cu体系玻璃在0.8％-1.5％浆料性能表现及其出色。
10.所述银粉d50在0.5-2μm之间，尤其银粉d50在0.8-1.2μm，主栅浆料有较好的烧结活性以及出色的电性能；所述银粉可以是一种d50在0.5-2μm之间的单一银粉，也可以是d50在0.5-2μm之间的多种银粉组合，尤其d50为0.8-1.1μm尺寸的银粉为主体，搭配使用少量d50在0.5-0.6μm分散较好的亚微米银粉可获得出色的性能。
11.所述银粉在浆料配方的质量占比在75％-90％，尤其主体银粉占比在70％-75％、添加银粉2％-5％搭配使用2％-10％银铜合金粉可以获得极佳的综合性能。
12.所述有机载体包括溶剂、增塑剂、触变剂、增稠剂、分散剂等组成，浆料中实际质量占比在8％-25％：有机载体包括如下重量百分数的各组分：70％～80％溶剂、1％～10％增塑剂、2％～5％触变剂、15～25％增稠剂、2％～10％分散剂。
13.所述溶剂为丁基卡必醇醋酸酯、醇酯十二、松油醇、二乙二醇二丁醚、二乙二醇单丁醚一种或多种的组合。
14.所述增塑剂为三醋精、二醋精、醇酯十六、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯的一种或多种的组合。
15.所述触变剂包括聚酰胺腊、氢化蓖麻油、气相二氧化硅的一种或多种的组合。
16.所述增稠剂包括甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚丙烯酸树脂、松香甘油酯、聚乙烯缩丁醛、环氧树脂、聚酯树脂的一种或多种的组合。
17.所述分散剂包括有机酸类分散剂、胺类分散剂、丙烯酸类分散剂、有机硅类分散剂的一种或多种的组合。
18.本发明还提出了一种含银铜合金粉的主栅浆料的制备方法，包括如下工艺步骤：
19.(1)有机载体的制备：将70％～80％溶剂、1％～10％增塑剂、2％～5％触变剂、15～25％增稠剂、2％～10％分散剂按照一定比例水浴加热溶制均匀，获得均匀的有机载体；
20.(2)将玻璃粉、银粉、银铜合金粉按特定的比例加到步骤(1)溶制的均匀有机载体中，搅拌混合均匀；
21.(3)将步骤(2)得到的混合均匀浆料置于三辊轧机轧制4-6次，获得细度小于6μm的均匀银浆。
22.将制得的均匀主栅银浆印刷于单晶perc蓝膜片，再印刷副栅浆料，770℃共烧后，即制得成品的单晶perc电池。
23.本发明通过在主栅浆料中引入低熔点银铜合金粉，一方面，银铜合金与焊料有较好的润湿性，不影响后续组件的焊接可靠性，可获得较好的可靠性；另一方面，由于银铜系合金粉熔点相对纯银粉低，烧结过程中与银粉浸润性佳，即使在低玻璃含量条件下，也可获得致密的主栅电极，以进一步降低体电阻率。同时，由于银铜合金粉的引入，体系活性提高，银浆玻璃含量可进一步降低，弱化对钝化层的恶化、提高电池效率。
24.本发明通过使用一定的银铜合金粉(不同比例的银铜二元合金粉、银铜质量占比
超过50％的其他三元以及多元合金)匹配银粉使用，可在低玻璃含量条件下，实现高致密的主栅电极，既可降低主栅电极体电阻率又可提高焊接pad致密程度改善主栅银浆耐焊性，进而获得高电性能、高可靠性的电池结构。
25.由于银铜合金粉具有低熔点、高烧结活性的特点，通过在配方中引入一定量的合金粉，一方面可以提高电极烧结活性，改善主栅与副栅搭接处连接，获得致密的电极结构，降低主栅电极体电阻率，提高电池转换因子，优化电池转化效率；另一方面，由于合金粉的高烧结活性可以进一步降低主栅浆料的玻璃含量，降低玻璃对氮化硅表面的腐蚀，改善电池开压，进一步提高电池光电转换效率。此外，由于使用了银铜合金粉，减少了贵金属银的耗量，节约了浆料成本，进一步降低了lcoe(平准化度电成本)。
具体实施方式
26.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.具体不同实施例及参考例的配比如下表：
[0028] 实施例一实施例二实施例三实施例四参考例银粉一80.00％75.00％80.00％75.00％80.00％银粉二 5.00％
ꢀꢀ
5.00％玻璃粉0.60％0.40％0.40％0.80％1.20％银铜合金粉一5.00％5.00％3.00％3.00％ 银铜合金粉二
ꢀꢀ
2.00％2.00％ 有机载体14.40％14.60％14.60％19.40％13.80％
[0029]
上述实施例使用的银粉一d50在0.9-1.1μm，比表面积ssa在0.45-0.6m2/g，td在5-6g/cm3，银粉二d50在0.4-0.7μm，ssa在0.9-1.5m2/g，td在3-4.5g/cm3；
[0030]
上述实施例使用的玻璃粉为同一配方玻璃粉，是由质量分数5％～25％mno2、4％～10％cuo、10％～35％pbo、2％～25％bi2o3、20％～30％sio2、2％～12％tio2、0％～5％teo2、0％～5％zno、0％～2％mgo、2％～12％b2o3、0％～2％li2o的氧化物共融玻璃粉；
[0031]
上述实施例使用的银铜合金粉一是银20铜80的金属粉，d50在0.8-1.5μm，ssa在0.4-0.8m2/g，所述银铜合金粉二为agcu26zn4三元合金粉，d50在0.8-1.5μm，ssa在0.4-0.8m2/g；
[0032]
所述有机载体是由质量分数15％乙基纤维素、4％聚乙烯缩丁醛、2％聚丙烯酸酯、2％聚酰胺腊、5％有机酸分散剂、25％丁基卡必醇醋酸酯、12％二乙二醇单丁醚、15％二乙二醇二丁醚、5％三醋精、15％醇酯十二溶制组成。
[0033]
上述实施例以及参考例银浆生产工艺如下：
[0034]
步骤一，乙基纤维素、聚乙烯缩丁醛、聚丙烯酸、有机酸分散剂、聚酰胺腊粉按、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚、三醋精、醇酯十二一定比例水浴加热溶制均匀，获得均匀载体；
[0035]
步骤二，将玻璃粉、银粉、银铜合金粉按特定的比例加到步骤一溶制的均匀载体
中，搅拌混合均匀；
[0036]
步骤三，将混合均匀浆料置于三辊轧机轧制4-6遍获取细度小于6μm的均匀银浆；
[0037]
步骤四，将均匀主栅银浆印刷于单晶perc蓝膜片，再印刷副栅浆料，770℃共烧后，即是成品单晶perc电池，测试效率以及拉力；
[0038]
各实施例测试电性能以及拉力，如下表：
[0039][0040]
比较实施例与参考例，实施例在较少的玻璃含量以及低的银粉含量条件下获得了可靠的拉力以及较突出的电性能，参考例开压以及ff相比发明实施例均有劣势；
[0041]
比较实施例一与实施例三，实施例三采用两种合金粉混合获得了较好的开压以及较突出的拉力，实施例三开压、串联电阻均有一定的优势，其光电效率高于实施例一，这源于两种不同合金粉复配可有效提高烧结活性，降低玻璃使用量，减弱浆料对电池钝化层的损伤；
[0042]
比较实施例四与参考例，实施例四在低银含条件下，获得了与参考例接近的光电转换效率，且实际拉脱力也无显著的降低，可有效降低银单耗；
[0043]
比较实施例一与实施例二，可观察到使用复配银粉以及搭配合金粉一的使用，可进一步降低玻璃含量，改善浆料腐蚀，优化电池转换效率；
[0044]
从以上是实施例与参考例之间比对可知，银铜合金粉加入到主栅浆料中，可以降低玻璃使用量，减弱浆料对氮化硅钝化层的破坏，改善开压，提高光电效率；同时，由于银铜合金粉具有较低的熔点且与银粉润湿性较好，可提高银层致密程度，提高焊接可靠性。进一步地，由于使用了一定的银铜合金粉，可有效降低电池片单耗，降低电池制造银浆成本，降低电池度电成本，提高光伏能源与其他传统化石能源的竞争力。