一种背接触光伏电池的银镍铜三元复合电极及其制备方法与流程

本发明属于电池，涉及一种背接触光伏电池，尤其涉及一种背接触光伏电池的银镍铜三元复合电极及其制备方法。

背景技术：

1、随着光伏行业平价上网与规模化量产持续推进，背接触晶硅电池凭借遮光率低、光电转换效率高的核心优势，逐步成为高效光伏电池的主流发展方向，但目前行业内背接触电池电极仍普遍采用纯银浆料或高银配比浆料制备工艺，存在贵金属银消耗量大、原材料成本居高不下的核心痛点，严重制约背接触电池的规模化普及与降本增效进程，行业对于低成本、高性能、高可靠性的新型电极制备技术需求愈发迫切。

2、cn121908688a公开了一种背接触太阳能电池及其制备方法和光伏组件，其通过在浆料中增加了铝粉的使用比例，降低了对高价银的依赖，在保证电池性能的前提下，可减少制备成本。cn120164656a公开了一种bc电池银镍导电浆料及其制备方法，其采用镍粉替代部分银粉，制备的导电银镍浆用于bc电池，显著降低了成本，可靠性高，并且转换效率优于或与传统全银电极浆料相当。然而，上述专利中，铝粉/镍粉的用量较少而银粉用量较高，成本仍较高，且铝/镍相对于银，存在电阻相对较高，高温过程中易氧化而导致电阻进一步增加的问题。

3、因此，如何开发一种新的电极体系，能够在满足背接触电池电极低接触电阻、高导电稳定性等性能指标的同时，还能大幅削减贵金属银的用量，实现电极极致降本，从而平衡电池光电转换性能、电极长期可靠性与量产经济性，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种背接触光伏电池的银镍铜三元复合电极及其制备方法。本发明依托银、镍、铜三种金属材料的差异化性能与协同互补优势，实现了背接触电池电极结构与导电机制的重构，构建出依次层叠的银基欧姆接触层、镍基扩散阻挡层和铜基导电层，从而精准发挥银的优异欧姆接触性能、镍的铜离子扩散阻隔性能和铜的超高导电低成本优势，在完全满足背接触光伏电池电极低接触电阻和高导电稳定性等性能指标的同时，大幅削减了贵金属银的用量，实现了电极极致降本，完美平衡电池光电转换性能、电极长期可靠性与量产经济性，为高效背接触光伏电池的规模化低成本产业化应用提供了全新技术路径。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种背接触光伏电池的银镍铜三元复合电极的制备方法，包括以下步骤：

4、将银镍复合电极浆料印刷在背接触光伏电池基体的栅线图形上，干燥后将铜电极浆料套印在所述背接触光伏电池基体的栅线图形上，进行烧结，得到所述背接触光伏电池的银镍铜三元复合电极；所述银镍复合电极浆料中的银粉、镍粉与铜电极浆料中的铜粉的质量比为1:(2~4):(8~10)。

5、示例性地，银镍复合电极浆料中的银粉、镍粉与铜电极浆料中的铜粉的质量比可以为1:2:8、1:2:9、1:2:10、1:3:8、1:3:9、1:3:10、1:4:8、1:4:9或1:4:10等。

6、本发明依托银、镍、铜三种金属材料的差异化性能与协同互补优势，实现了背接触电池电极结构与导电机制的重构，构建出依次层叠的银基欧姆接触层、镍基扩散阻挡层和铜基导电层，从而精准发挥银的优异欧姆接触性能、镍的铜离子扩散阻隔性能和铜的超高导电低成本优势，在完全满足背接触光伏电池电极低接触电阻和高导电稳定性等性能指标的同时，大幅削减了贵金属银的用量，实现了电极极致降本，完美平衡电池光电转换性能、电极长期可靠性与量产经济性，为高效背接触光伏电池的规模化低成本产业化应用提供了全新技术路径。

7、其中，银材料优异的浸润性与电学特性，使其可在背接触光伏电池基体的栅线图形上形成连续、致密、低阻的欧姆接触界面，有效降低界面复合损耗，保障背接触电池具备优异的光电转换基础性能；镍材料稳定的金属晶格结构与极低的离子迁移特性，使其可在背接触光伏电池基体与铜基导电层之间构建一道致密的铜离子扩散阻隔屏障，有效抑制铜基导电层中铜元素的迁移渗透，彻底规避铜扩散引发的电池失效风险，大幅提升背接触光伏电池的长期服役稳定性与使用寿命；铜的本征导电性能优于银，铜基导电层可构建低损耗载流通道，有效降低电极体电阻，提升背接触光伏电池的大电流输出能力，且铜材料替代大部分贵金属银，可大幅降低电极浆料的贵金属用量，显著压缩制备成本。

8、进一步地，通过调控银、镍和铜的质量比为1:(2~4):(8~10)，可构建稳定连续的银镍铜导电通路，平衡电极导电性、抗氧化性能与材料成本。若镍含量过少，无法有效阻隔铜氧化，界面接触电阻显著增大；若镍含量过高，会提升电极整体电阻率，降低导电性能。若铜含量过少，降本效果不足且导电网络连续性较差；若铜含量过高，体系抗氧化能力不足，长期服役下电极电学稳定性与可靠性下降。

9、值得指出的是，本发明提供的制备方法可以适配现有光伏丝网印刷量产工艺，无需大幅改造产线，可以有效控制制备成本。

10、优选地，所述银镍复合电极浆料包括银粉、镍粉、第一玻璃粉、第一有机载体、第一触变剂和第一分散剂。

11、优选地，所述银镍复合电极浆料中，所述银粉、镍粉、第一玻璃粉、第一有机载体、第一触变剂和第一分散剂的质量比为20:(40~80):(1~5):(10~15):(1~3):(1~3)。

12、示例性地，银粉、镍粉、第一玻璃粉、第一有机载体、第一触变剂和第一分散剂的质量比可以为20:40:5:15:3:3、20:61:3:12:2:2、20:80:1:10:1:1或20:60:1:15:2:2等。

13、优选地，所述铜电极浆料包括铜粉、第二玻璃粉、第二有机载体、第二触变剂和第二分散剂。

14、优选地，所述铜电极浆料中，所述铜粉、第二玻璃粉、第二有机载体、第二触变剂和第二分散剂的质量比为(60~100):(1~5):(10~15):(1~3):(1~3)。

15、示例性地，铜粉、第二玻璃粉、第二有机载体、第二触变剂和第二分散剂的质量比可以为100:5:15:3:3、81:3:12:2:2、60:1:10:1:1或80:1:15:2:2等。

16、优选地，所述第一玻璃粉包括b2o3、sio2、bi2o3和pbo。

17、优选地，所述第一玻璃粉中，所述b2o3、sio2、bi2o3和pbo的质量比为(10~30):(10~30):(5~15):(30~70)。

18、示例性地，b2o3、sio2、bi2o3和pbo的质量比可以为10:30:5:70、30:10:15:30、20:20:10:50或15:25:12:55等。

19、本发明提供的第一玻璃粉具有低熔点（≤350℃），通过向银镍复合电极浆料中加入第一玻璃粉，低熔点玻璃相具有极强的表面润湿铺展能力，可自发铺覆在凹凸不平的硅基基底表面，有效填充硅基表面微观孔洞、沟壑以及浆料与基底之间的微米级间隙，消除界面气孔与接触盲区，大幅提升浆料对硅基表面的物理贴合程度，实现紧密贴合界面结构。

20、优选地，所述第二玻璃粉包括cuo、sio2、mn2o3和zno。

21、优选地，所述第二玻璃粉中，所述cuo、sio2、mn2o3和zno的质量比为(10~30):(10~30):(5~15):(30~70)。

22、示例性地，cuo、sio2、mn2o3和zno的质量比可以为10:30:5:70、30:10:15:30、20:20:10:50或15:25:12:55等。

23、本发明提供的第二玻璃粉具有高熔点（≥500℃）和高软化粘度（≥180pa·s），通过向铜电极浆料中加入第二玻璃粉，可以使其均匀包覆在铜粉的表面，包裹铜粉，避免铜裸漏在空气组分中，有效防止铜被氧化失效。

24、优选地，所述第一有机载体和所述第二有机载体分别独立地包括树脂和有机溶剂。

25、优选地，所述第一有机载体和所述第二有机载体中，所述树脂和所述有机溶剂的质量比为(1~2):(8~9)。

26、示例性地，树脂和所述有机溶剂的质量比为1:9、2:8、1.5:8.5、1:8或2:9等。

27、优选地，所述树脂包括乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素或丙烯酸树脂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括乙基纤维素和醋酸丁酸纤维素的组合，醋酸丁酸纤维素和丙烯酸树脂的组合，乙基纤维素和丙烯酸树脂的组合，乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素和丙烯酸树脂的组合等。

28、优选地，所述有机溶剂包括丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯或醇酯十六中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯的组合，丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十六的组合，丁基卡必醇和醇酯十六的组合，丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十六的组合等。

29、优选地，所述第一触变剂和所述第二触变剂分别独立地包括气相二氧化硅。

30、优选地，所述第一分散剂和所述第二分散剂分别独立地包括牛脂二胺二油酸盐（tdo）。

31、优选地，所述银镍复合电极浆料的制备方法包括以下步骤：

32、将银粉、镍粉和第一玻璃粉进行第一搅拌分散处理，得到第一混合粉末；将第一有机载体、第一触变剂、第一分散剂与所述第一混合粉末进行第一离心分散处理，得到第一固液混合相；将所述第一固液混合相进行第一研磨和第二离心分散处理，得到所述银镍复合电极浆料。

33、优选地，所述铜电极浆料的制备方法包括以下步骤：

34、将铜粉和第二玻璃粉进行第二搅拌分散处理，得到第二混合粉末；将第二有机载体、第二触变剂、第二分散剂与所述第二混合粉末进行第三离心分散处理，得到第二固液混合相；将所述第二固液混合相进行第二研磨和第四离心分散处理，得到所述铜电极浆料。

35、优选地，所述第一搅拌分散处理和所述第二搅拌分散处理的搅拌转速分别独立地为50rpm~150rpm，例如可以是50rpm、80rpm、100rpm、120rpm或150rpm等。

36、优选地，所述第一搅拌分散处理和所述第二搅拌分散处理的分散转速分别独立地为500rpm~1500rpm，例如可以是500rpm、800rpm、1000rpm、1200rpm或1500rpm等。

37、优选地，所述第一离心分散处理和所述第三离心分散处理的转速分别独立地为3000rpm~5000rpm，例如可以是3000rpm、3500rpm、4000rpm、4500rpm或5000rpm等。

38、优选地，所述第一离心分散处理和所述第三离心分散处理的次数分别独立地为3次~5次，例如可以是3次、4次或5次。

39、优选地，所述第一研磨和所述第二研磨分别独立地在三辊研磨机进行，所述三辊研磨机的前辊、中辊、后辊的转速比为5:8:9，所述中辊的转速为400rpm~600rpm，例如可以是400rpm、450rpm、500rpm、550rpm或600rpm等。

40、优选地，所述第二离心分散处理和所述第四离心分散处理的转速分别独立地为4000rpm~6000rpm，例如可以是4000rpm、4500rpm、5000rpm、5500rpm或6000rpm等。

41、优选地，所述第二离心分散处理和所述第四离心分散处理的次数分别独立地为2次~4次，例如可以是2次、3次或4次。

42、优选地，所述第一玻璃粉的制备方法包括：第一混合所述b2o3、sio2、bi2o3和pbo，进行第一煅烧处理，得到熔融状态的玻璃液；将所述熔融状态的玻璃液置于水中进行第一水淬处理，得到玻璃渣；将所述玻璃渣进行第一球磨处理，得到所述第一玻璃粉。

43、优选地，所述第一煅烧处理的温度为1000℃~1100℃，例如可以是1000℃、1020℃、1050℃、1080℃或1100℃等。

44、优选地，所述第一煅烧处理的升温速率为20℃/min~30℃/min，例如可以是20℃/min、22℃/min、25℃/min、28℃/min或30℃/min等。

45、优选地，所述第一煅烧处理的时间为30min~90min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min等。

46、优选地，所述第二玻璃粉的制备方法包括：第二混合所述cuo、sio2、mn2o3和zno，进行第二煅烧处理，得到熔融状态的玻璃液；将所述熔融状态的玻璃液置于水中进行第二水淬处理，得到玻璃渣；将所述玻璃渣进行第二球磨处理，得到所述第二玻璃粉。

47、优选地，所述第二煅烧处理的温度为1200℃~1400℃，例如可以是1200℃、1250℃、1300℃、1350℃或1400℃等。

48、优选地，所述第二煅烧处理的升温速率为10℃/min~30℃/min，例如可以是10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min或30℃/min等。

49、优选地，所述第二煅烧处理的时间为60min~120min，例如可以是60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等。

50、优选地，所述第一有机载体和第二有机载体的制备方法包括：将所述树脂和有机溶剂进行搅拌混合，得到所述第一有机载体和第二有机载体。

51、优选地，所述搅拌混合的转速为300r/min~800r/min，例如可以是300r/min、400r/min、500r/min、600r/min、700r/min或800r/min等。

52、优选地，所述搅拌混合的温度为60℃~90℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等。

53、优选地，所述搅拌混合的时间为8h~12h，例如可以是8h、9h、10h、11h或12h等。

54、优选地，所述烧结的温度为720℃~780℃，例如可以是720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃或780℃等。

55、本发明中，通过调控烧结的温度为720℃~780℃，可以促使玻璃相充分熔融，推动银镍铜颗粒相互烧结互连，并实现电极与硅基底良好欧姆接触。若烧结的温度过低，玻璃熔融程度不足，金属颗粒烧结互连不充分，导电通路连续性差，电极接触电阻显著升高；若烧结的温度过高，铜、镍易被氧化形成高阻氧化物，熔融玻璃过度流动易造成栅线形变、边缘过刻蚀，金属原子向硅基体过度扩散，增加载流复合损失，降低器件长期可靠性。

56、优选地，所述烧结的升温速率为3℃/min~10℃/min，例如可以是3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min等。

57、优选地，所述烧结的时间为6h~12h，例如可以是6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等。

58、第二方面，本发明提供了一种背接触光伏电池的银镍铜三元复合电极，所述背接触光伏电池的银镍铜三元复合电极由第一方面所述的制备方法制备得到；

59、所述银镍铜三元复合电极包括依次层叠的银基欧姆接触层、镍基扩散阻挡层和铜基导电层。

60、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

61、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

62、本发明依托银、镍、铜三种金属材料的差异化性能与协同互补优势，实现了背接触电池电极结构与导电机制的重构，构建出依次层叠的银基欧姆接触层、镍基扩散阻挡层和铜基导电层，从而精准发挥银的优异欧姆接触性能、镍的铜离子扩散阻隔性能和铜的超高导电低成本优势，在完全满足背接触光伏电池电极低接触电阻和高导电稳定性等性能指标的同时，大幅削减了贵金属银的用量，实现了电极极致降本，完美平衡电池光电转换性能、电极长期可靠性与量产经济性，为高效背接触光伏电池的规模化低成本产业化应用提供了全新技术路径。

63、其中，银材料优异的浸润性与电学特性，使其可在背接触光伏电池基体的栅线图形上形成连续、致密、低阻的欧姆接触界面，有效降低界面复合损耗，保障背接触电池具备优异的光电转换基础性能；镍材料稳定的金属晶格结构与极低的离子迁移特性，使其可在背接触光伏电池基体与铜基导电层之间构建一道致密的铜离子扩散阻隔屏障，有效抑制铜基导电层中铜元素的迁移渗透，彻底规避铜扩散引发的电池失效风险，大幅提升背接触光伏电池的长期服役稳定性与使用寿命；铜的本征导电性能优于银，铜基导电层可构建低损耗载流通道，有效降低电极体电阻，提升背接触光伏电池的大电流输出能力，且铜材料替代大部分贵金属银，可大幅降低电极浆料的贵金属用量，显著压缩制备成本。

64、进一步地，通过调控银、镍和铜的质量比为1:(2~4):(8~10)，可构建稳定连续的银镍铜导电通路，平衡电极导电性、抗氧化性能与材料成本。若镍含量过少，无法有效阻隔铜氧化，界面接触电阻显著增大；若镍含量过高，会提升电极整体电阻率，降低导电性能。若铜含量过少，降本效果不足且导电网络连续性较差；若铜含量过高，体系抗氧化能力不足，长期服役下电极电学稳定性与可靠性下降。