一种高粘合稳定性的太阳能电池用银铝浆料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及导电浆料，特别涉及一种太阳能电池用银铝浆料，属于电子领域消耗 材料。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池是将太阳能转化为电能的半导体器件，是一种新兴的绿色能源，能够 有效的利用太阳能代替传统能源，减少二氧化碳的排放，保护自然环境，实现可持续发展。
[0003] 太阳能电池通常需要在强烈的阳光下工作，吸收太阳能辐射的光能，并将其转化 为可以输送和利用的电能。由于太阳能电池工作需要长时间工作在强光照射的环境下，要 求太阳能电池的稳定性极高。其中，较为突出的一项就是太阳能电池对于高温的稳定性。太 阳能电池中各个连接构件都需要经受温度变化的严峻考验，特别是太阳能电池中的电极尤 其重要。因为电极是太阳能电池输送电能的第一道关口，一旦电极出现的问题那么太阳能 电池的整体工作效率/品质都会受到影响，严重的情况下甚至会导致太阳能电池报废失效。
[0004] 安装太阳能电池的地点通常是日照充足、空旷的户外，太阳能电池在强烈的日照 期间温度升高可以达到70°C以上，而在夜间温度则可以降低至零下10°C以下。如此高的温 度差，导致太阳能电池内部的结合层之间容易出现膨胀/收缩应力，长期如此反复，电极和 基板之间微小的收缩系数差都可能造成严重的伤害，并最终导致太阳能电池的失效。
[0005] 现有的电极通常是采用丝网印刷制成的，常用的浆料有银浆料、铝浆料和银铝浆 料，这些浆料在制备的时候已经决定了其烧结形成的电极的成分及膨胀系数，而由于浆料 本身的特性决定，使得无论后续加工烧结过程怎么精确控制，都无法完全克服电极的膨胀 系数差，既电极和基板在使用过程中存在的脱落风险。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的电极和太阳能电池基板膨胀系数缺 少控制的不足，提供一种太阳能电池用银铝浆料。本发明的太阳能电池用银铝浆料成分选 择合理，配合比例优化充分，最终烧结得到的电极能够和太阳能电池基板之间保护极低的 膨胀系数差，进而保证太阳能电池基板和电极能够在工作过程中长期保持良好的稳定性， 不出现电极翘曲、脱落等问题。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0008] 一种太阳能电池用银铝浆料，包括重量百分比的以下成分：导电金属粉料65-80%、玻璃粉7-16%、有机粘结剂6-17%、助剂0.8-1.5%，总计100%。
[0009] 所述导电金属粉料由银粉和铝粉组成，银粉和铝粉的重量比例为:8:1-5:3。
[0010] 所述玻璃粉包含以下成分组成：Si〇2 3-17%，Ti〇2 h2%，Bi2〇3 35-55%，Al2〇34-8%，SrCl2l-7%，B2〇315-38%，Sn〇2 2~5%，Ca0 0.1~2%"^4+100%。
[0011] 本发明的银铝浆料采用银粉和铝粉共同作为混合的导电金属粉料，通过优化导电 金属粉料的比例，有助于使银铝浆料在烧结后形成的混合金属电极具有适宜的热膨胀系 数;同时，本发明的玻璃粉中特别添加一定量的碳酸钙和/或碳酸镁，利用碱金属的碳酸盐， 实现对于银铝浆料的后续烧结结构控制调整，通过碳酸盐的烧结过程中释放出微量的气 体，实现电极结构的多孔化，最终使得浆料膨胀系数小，实现电极的粘结牢固性提升。即可 以实现电极的热膨胀系数可控。当浆料被印刷到基板上，烧结形成太阳能电池电极后，能够 在正常的使用过程中保持适宜的热膨胀系数。通过控制电极的热膨胀系数和基板保持高度 一致，可以更加有效的确保太阳能电池在正常使用过程中，电极和基板之间结合的牢固性， 不易发生异常的翘曲或脱落。
[0012] 其次，本发明的玻璃粉成分配合比例适宜，采用氧化铋和氧化硼作为二氧化硅的 替代物，由于氧化铋和氧化硼两者具有良好的协同性，替代部分二氧化硅后形成的玻璃粉 基础相的主体结构，具有更好的稳定性和熔化特点，能够在烧结过程发挥更好的粘结作用， 烧结固化的电极和太阳能基板的新和度更好，更能够稳定的粘结在其上，保证电极的稳定 性和耐久性。特别是氧化铋和氧化硼的用量比例控制在接近2:1左右时，协同性最佳，银浆 料的易烧结性和粘结性最佳。氯化锶加入后，能够和氧化硼配合形成协同作用，能够最大程 度的降低烧结温度。但是，氯化锶的应用对于玻璃粉的结构稳定性及耐磨性有不良影响，不 宜过量使用。本发明中使用氯化锶的用量经过精心考量得出的最佳用量范围。
[0013] 进一步，所述导电金属粉料中银粉和铝粉的重量比例为5:1-5:2。控制银铝浆料中 银和铝的用量比例，有效的保障银铝浆料烧结固化后的成品中两组分比例保持在适宜的范 围内，即调整电极主要成分的潜在膨胀系数。因此，不宜随意调整银铝浆料中银和铝的用量 比例。
[0014] 进一步，所述玻璃粉的重量百分含量为8-15%，优化玻璃粉的用量，调整烧结后电 极中玻璃相的占比，保证导电电极的粘结稳定性较好，同时导电电极中因为玻璃相的缘故 导致的电阻升高控制在较低的范围内，保证电极在太阳能电池中的导电性能。优选的玻璃 粉的含量为9-14%，在此范围内玻璃粉烧结后的粘结性和导电性均较好，特别是和太阳能 电池基础层的结合力度大。更具体的来说，所述玻璃粉的的重量百分含量可为10%、11%、 13 %等具体百分比例。
[0015] 进一步，所述有机粘结剂的重量百分含量为11-16%，选用适宜的有机粘结剂，可 以控制电极在丝网印刷的过程中印刷的形貌更好，烧结后接近理想的电极形态，对于提升 太阳能电池的光电转化效率具有一定的帮助作用。优选为11-15%，在此范围内有机粘结剂 发挥的基础作用最佳，印刷效果最好，而且烧结后有机粘结剂碳化后残余物较少，对于电极 导电性能的影响小。更具体的来说，所述有机粘结剂的的重量百分含量可为11 %、13%、 14%等具体份数。
[0016] 进一步，所述有机粘结剂包含以下成分组成:邻苯二甲酸二辛酯8-16%，乙基纤维 素12-26%，丁基卡必醇6-8%，间苯二甲酸醇酸树脂5-10%，石油树脂12-24%，松油醇30-45%，总计100%。本发明的有机粘结剂选用的成分包括了邻苯二甲酸二辛酯、乙基纤维素 容易和银粉分散均匀，能够很好的保证电极的印刷均匀度和厚度控制，且保护好烧结形貌。 选用的丁基卡必醇和松油醇具有保证银浆料的流动性和稳定性的作用，能够确保银浆料在 储存过程中性质更加稳定一致，避免银浆料印刷的窗口过窄导致加工困难。其中选用的间 苯二甲酸醇酸树脂和石油树脂是辅助印刷后电极预定形的成分，其配合丁基卡必醇和松油 醇的时候，相互溶解分散性好，而且互相溶解分散后能够与银粉形成较好的包裹结构，即银 粉在其中的分布均匀性，流散性都更加突出，更利于电极的印刷成型，同时，分散均匀的松 油醇和石油树脂在烧结的时候能够反应形成特定的固化结构，使得电极在使用中形态更加 可靠稳定。
[0017] 进一步，本发明的银铝浆料中还含有重量百分比0.01-0.5 %的碱金属碳酸盐和/ 或碱土金属碳酸盐。碱金属或碱土金属碳酸盐混合在银铝浆料中，当印刷好的电极进行烧 结的时候可以发生分解反应，生成气体从而在电极中构建小的孔隙，同时这些孔隙保持电 极在热膨胀系数上具有更强适应热膨胀变化的能力，进而有效的减小电极和晶硅板在温度 变化的时候内部所存在的应力，保证电极和晶体硅长期稳定可靠的结合在一起。优选的，所 述碳酸盐成分是碳酸钙、碳酸镁中的一种或两种。碳酸钙和碳酸镁具有容易获得的优点，成 本极低。更重要的是，碳酸钙和碳酸镁能够在烧结中和银铝浆料烧结形成的电极固熔成一 体，更好的保证电极电流导通能力。优选的，碱土金属碳酸盐的重量百分比为〇. 01-0.2%。
[0018] 进一步，所述助剂是聚酰胺蜡。聚酰胺蜡是一种触变性添加剂，在银浆料中形成强 大的网络结构，其优异的触变性能，具有优异的防流挂能力、防沉降能力，能够保持浆料的 储存稳定性，防止浆料分层淅液等问题发生。能够更好的控制丝网印刷电极过程中电极的 形貌，提高电极烧结前的结构稳定性。优选助剂用量为1-1.4%。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0020] 1.本发明的银铝浆料采用银粉和铝粉共同作为混合的导电金属粉料，通过优化导 电金属粉料的比例，使银铝浆料在烧结后形成的混合金属电极具有适宜的热膨胀系数，即 可以实现电极的热膨胀系数可控。
[0021] 2.当本发明的银铝浆料被印刷到基板上烧结形成电极后，电极在使用过程中能够 保持和基板基本一致的热膨胀系数，有效的确保太阳能电池在使用过程中，电极和基板之 间结合的牢固性，不发生电极翘曲或脱落。
[0022] 3.本发明的玻璃粉成分配合比例适宜，采用氧化硅、氧化铋和氧化硼作为玻璃粉 基础相的主体成分，降低了烧结温度，具有优良的烧结性能。且粘结剂与有机粘接剂的亲和 性好。
【具体实施方式】
[0023]已知部分材料的的热膨胀系数如下：晶体硅大约2.1-3.2 X eT6/°C，铝约13 X e