玻璃粉、导电银浆及其制备方法、正面电极和硅太阳能电池与流程

1.本发明涉及硅太阳能电池领域，尤其涉及一种硅太阳能电池正面电极用玻 璃粉、硅太阳能电池正面电极用导电银浆及其制备方法、正面电极和硅太阳能 电池。


背景技术：

2.解决人类发展的能源问题，仍是当前最主要的课题之一，核能和太阳能是 在此背景下逐渐发展起来替代化石能源的最主要的二种化石能源替代方式，但 使用核能可能带来安全隐患，时至今日人类仍然无法解决因核能泄漏导致的环 境污染问题，这导致未来数十年乃至数百年人类对核能的使用受到局限，并不 能大规模的替代化石能源作为清洁能源或新型能源使用，因此太阳能还是当前 可以广泛使用清洁无污染的，最有效的替代化石能源的新型能源。
3.太阳能电池是将太阳能转换成易使用和储存的能源电能的最有效途径，其 受到了广泛的研究，其包括硅太阳能电池、钙钛矿结构太阳能电池、薄膜太阳 能电池、异质结太阳能电池等，其中属硅太阳能电池应用最广泛，技术最成熟。 硅太阳能电池是利用p-n结的光伏效应将太阳光的光子转换来产生电能的装置， 它主要由正面电极、减反射膜、pn结、硅衬底、背电极等构成，正面电极由导 电银浆经过丝网印刷、烘干烧结形成。
4.目前，随着技术的发展，硅太阳能电池技术也出现出多样化，如常规多晶、 多晶黑硅、多晶金刚线、常规单晶电池、perc单晶、se-perc单晶、n型电池等， 电池种类繁多，涉及氮化硅、氧化钛、氧化铝、氧化硅等材料的减反射膜的结 构复杂多样，这导致当前市场上的导电银浆很难兼顾多种硅太阳能电池技术。 本发明提供的硅太阳能电池的导电银浆，可广泛适应各种工艺和技术构造的电 池，具有较优秀的栅线剥离强度和较优异的光电转换效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种硅太阳能电池正面电极的导电银浆的玻璃粉及 包含该玻璃粉的导电银浆，可广泛适用于各种工艺和技术构造的硅太阳能电池， 具有较优秀的栅线剥离强度和较优异的光电转换效率。
6.本发明的另一目的在于提供一种导电银浆的制备方法，该制备方法实施步 骤较少，简单实用。
7.本发明的再一目的在于提供一种包含上述玻璃粉或导电银浆的正面电极及 硅太阳能电池，可广泛适用于各种工艺和技术构造的硅太阳能电池，这些工艺 和技术构造不同的硅太阳能电池均具有较优秀的栅线剥离强度和较优异的光电 转换效率。
8.为了实现上述目的，本发明提供一种适用于硅太阳能电池正面电极的导电 银浆的玻璃粉组合，所述玻璃粉组合包括第一态玻璃粉和第二态玻璃粉，所述 第一态玻璃粉主要包括w或mo元素氧化物中的至少一种、teo2、mgo和li2o， 所述第二态玻璃粉主要包括sio2、bi2o3、cuo和li2o。
9.进一步地，所述第一态玻璃粉还包括改性氧化物，所述改性氧化物为bi、 pb、na、k、al、zn、cu、ca、si、ge、tl、b、ce、ti、fe、sb、v、sn、pr、 sr及ba第一系列元素形成的氧化物或可以分解得到所述第一系列元素形成的氧 化物的物质中的一种或多种。
10.进一步地，以所述第一态玻璃粉所包含各氧化物的总摩尔数为100％计，第 一态玻璃粉中各氧化物对应的摩尔百分比如下：
[0011][0012][0013]
进一步地，所述第二态玻璃粉还包括添加物，所述添加物为pb、zn、w、 ge、b、sb、te及fe第二系列元素形成的氧化物或可以分解得到所述第二系列 元素形成的氧化物的物质中的一种或多种。
[0014]
进一步地，以所述第二态玻璃粉所包含各氧化物的总摩尔数为100％计，第 二态玻璃粉中各氧化物对应的摩尔百分比如下：
[0015][0016]
进一步地，所述玻璃粉的粒径大小为0.2～10.0μm，所述第一态玻璃粉的软 化点较所述第二态玻璃粉的软化点低50℃～150℃，所述第一态玻璃粉和所述第 二态玻璃粉的混合质量比不小于1:3。
[0017]
本发明还提供一种硅太阳能电池正面电极的导电银浆，以所述导电银浆的 总重量为100％计，所述导电银浆包括：
[0018][0019]
进一步地，所述银粉为球形银粉，所述银粉的粒径大小为0.5～4.0μm，d50 为1.0～2.0μm。
[0020]
进一步地，所述有机载体包含有机溶剂、有机树脂、增稠剂、消泡剂和固 化剂，以所述有机载体总重量为100％计，各组分含量如下：
[0021][0022][0023]
本发明还提供一种硅太阳能电池正面电极的导电银浆的制备方法，所述制 备方法包括步骤：制备第一态玻璃粉和第二态玻璃粉，所述第一态玻璃粉包括 w或mo元素氧化物中的至少一种、teo2、mgo和li2o，所述第二态玻璃粉包 括sio2、bi2o3、cuo和li2o，所述第一态玻璃粉或第二态玻璃粉经按质量比称 量各组成原料、混合、熔制、骤冷、干燥和粉碎后制得，所述第一态玻璃粉和 第二态玻璃粉的原料为所对应元素的氧化物或者加热可分解得到对应元素氧化 物的物质；制备有机载体，所述有机载体包含有机溶剂、有机树脂、增稠剂、 消泡剂和固化剂，所述有机载体经混合、水浴加热、离心分散和冷却后制得； 以及提供银粉，将所述银粉、第一态玻璃粉、第二态玻璃粉及有机载体进行混 合、搅拌、滚轧及过滤后制得所述导电银浆。
[0024]
本发明还提供一种硅太阳能电池的正面电极，所述正面电极由上所述的硅 太阳能电池正面电极的导电银浆经过丝网印刷或喷涂的方式印刷到晶硅电池片 上，再经过烘干烧结制得。
[0025]
本发明还提供一种硅太阳能电池，所述硅太阳能电池包括如上所述的正面 电极。
[0026]
相较于现有技术，本发明使用的第一态玻璃粉为teo
2-mgo-li2o主要组成 玻璃粉，相比传统的teo
2-pbo-li2o主要组成玻璃粉，大大降低了铅含量，甚至 可以完全不含铅，这就降低了铅污染，因此teo
2-mgo-li2o玻璃粉较传统的玻 璃粉更加环保；同时，teo
2-mgo-li2o玻璃粉使用高熔点的氧化镁代替大量的 低熔点氧化铅、氧化铋、氧化锌等物质提高了玻璃液的粘度和表面张力，这很 好地克服了传统玻璃粉在低温阶段流动性过强对银粉助烧不充分的问题，提升 了玻璃液对银粉的助烧效果，另外，本发明的teo
2-mgo-li2o玻璃粉使用大量 的wo3和moo3来代替传统的sio2，钨和钼元素在玻璃液高温阶段可以较大幅 度降低玻璃液的高温粘度和表面张力，这就很好地解决了因高含镁元素导致的 高温阶段玻璃液粘度也会较高的问题，使得玻璃液在高温阶段能够很好的流动 和腐蚀电池表面绝缘层，形成优秀的欧姆接触；由此就造就了本发明的teo
2-mgo-li2o玻璃粉优秀的性能，低温玻璃液粘度高表面张力大，高温玻璃 液粘度低表面张力小，使得对银粉的助烧效果好，栅线剥离强度高，对玻璃界 面的腐蚀效果好，接触效果好，电性能优异。
[0027]
本发明在使用了第一态玻璃粉为teo
2-mgo-li2o主要组成玻璃粉的同时， 还使用了第二态sio
2-bi2o
3-cuo-li2o主要组成玻璃粉，进一步提升银粉的助烧 效果和与银浆的接触效果，第二态玻璃粉也是一种低铅或无铅玻璃粉，第二态 玻璃粉硅含量高，同时含有较高的氧化铋和氧化铜，这就导致该玻璃软化点较 高，且在第一态玻璃粉和第二态玻璃粉混合质量比不小于1:3时二者可以很好地 互熔，第二态玻璃粉的软化点高于第一态玻璃粉50℃～150℃，这就很好地弥补 了第一态玻璃粉在高温区粘度低的问题，确保了在高温阶段也有玻璃液较好地 助烧银层，与此同时，在烧结最高温区附近，第一态玻璃液和第二态
玻璃液逐 渐相互融合，这就导致第二态玻璃液中的大量硅元素进入到第一态玻璃液中， 降低了第一态玻璃液对pn结层的破坏性，提升了电池片的开压，也促进了第一 态玻璃液中熔入的银元素大量析出，在接触界面形成较好的接触效果，较低的 接触电阻，提升电池的电性能。
[0028]
不同种类的电池片由于表面结构不同，因此导致导电银浆在其表面烧结后 的附着效果以及腐蚀效果存在很大差异，很难实现一款导电银浆在多种不同电 池片上的使用，本发明提供的导电银浆包含第一态玻璃粉和第二态玻璃粉，助 烧效果优异，栅线剥离强度提高很多，满足了在各种电池片上使用剥离强度的 要求，第一态玻璃粉和第二态玻璃粉的特性相互结合，实现了对不同特征的电 池片的优秀接触效果和优异的电性能。
[0029]
本发明提供的导电银浆可兼容多种工艺的电池片，导电银浆制作的工艺简 单，成本低，其制备的硅太阳能电池及其正面电极，涉及常规多晶、多晶黑硅、 多晶金刚线、常规单晶电池、perc单晶、se-perc单晶等多种类型电池正面电极 和电池，实用性广泛。
具体实施方式
[0030]
本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和 一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定 的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包 含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特 定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预 料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4 和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本发明 中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以 相互组合形成新的技术方案。
[0031]
在本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选 特征可以相互组合形成新的技术方案。在本发明中，如果没有特别的说明，本 文所提到的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，但是优选是顺序进行的。
[0032]
本实施例提供一种硅太阳能电池，主要由正面电极、减反射膜、pn结、硅 衬底、背电极等构成。正面电极由导电银浆经过丝网印刷或喷涂的方式印刷到 晶硅电池片上，再经过烘干烧结制得。本实施例提供一种导电银浆，以导电银 浆的总重量为100％计，该导电银浆包括银粉79.00％～93.00％、第一态玻璃粉 0.30％～8.00％、第二态玻璃粉0.10％～3.00％以及有机载体5.00％～20.00％。其中， 银粉为球形银粉，银粉的粒径大小为0.5～4.0μm，d50为1.0～2.0μm。以有机载 体总重量为100％计，有机载体包含有机溶剂20.0％～80.0％、有机树脂2.0％～20％、 增稠剂1.0％～20.0％、消泡剂0.1％～5.0％以及固化剂0.1％～5.0％。
[0033]
本实施例提供的适用于上述导电银浆的玻璃粉包括第一态玻璃粉和第二态 玻璃粉，第一态玻璃粉包括w或mo元素氧化物中的至少一种、teo2、mgo和 li2o。第一态玻璃粉还包括改性氧化物，改性氧化物为bi、pb、na、k、al、 zn、cu、ca、si、ge、tl、b、ce、ti、fe、sb、v、sn、pr、sr及ba第一系 列元素形成的氧化物或可以分解得到所述第一系列元素形成的氧化物的物质中 的一种或多种。以第一态玻璃粉所包含各氧化物的总摩尔数为100％计，第一态 玻璃粉中各氧化物对应的摩尔百分比如下：teo2为20.0％～50.0％、mgo为5.0％～
25.0％、li2o为10.0％～30.0％、w或mo元素氧化物为2.0％～15.0％、改性 氧化物为0.1％～30.0％。
[0034]
第二态玻璃粉包括sio2、bi2o3、cuo和li2o。第二态玻璃粉还包括添加物， 添加物为pb、zn、w、ge、b、sb、te及fe第二系列元素形成的氧化物或可 以分解得到所述第二系列元素形成的氧化物的物质中的一种或多种。以第二态 玻璃粉所包含各氧化物的总摩尔数为100％计，第二态玻璃粉中各氧化物对应的 摩尔百分比如下：sio2为15.0％～60.0％、bi2o3为1.0％～10.0％、cuo为 2.0％～15.0％、li2o为15.0％～40.0％、添加物为0.1％～25.0％。
[0035]
玻璃粉的粒径大小为0.2～10.0μm，第一态玻璃粉的软化点较第二态玻璃粉 的软化点低50℃～150℃，第一态玻璃粉和第二态玻璃粉的混合质量比不小于 1:3。
[0036]
导电银浆的制备：
[0037]
制备第一态玻璃粉和第二态玻璃粉，按设计的第一态玻璃粉和第二态玻璃 粉配方进行计算、称量、混合、熔制、骤冷、干燥和粉碎制备出粒径合适的第 一态玻璃粉和第二态玻璃粉；第一态玻璃粉和第二态玻璃粉的原料为所对应元 素的氧化物或者加热可分解得到对应元素氧化物的物质；
[0038]
制备有机载体，按照所设计有机载体配方进行计算、称量、混合、水浴加 热并离心分散、冷却制备出所述有机载体；
[0039]
以及提供银粉，将银粉、第一态玻璃粉、第二态玻璃粉及有机载体按照设 置质量比例进行计算、称量、混合、搅拌、滚轧及过滤后制得导电银浆。
[0040]
将所述的导电银浆经过丝网印刷或喷涂的方式印刷到晶硅电池片上，再经 过烘干烧结得到包含所述导电银浆的正面电极。
[0041]
下面结合具体实施例1-10进行说明：
[0042]
第一态玻璃粉的制备：将第一态玻璃粉原料氧化物或者能分解成所述无机 氧化物的化合物或复合物，依次进行计算、称量、混合、熔融、冷淬、粉碎、 分级处理，制成所述抗腐蚀玻璃粉b1-b6，各玻璃粉具体组成比例如表1所示。
[0043]
第二态玻璃粉的制备：将第二态玻璃粉原料氧化物或者能分解成所述无机 氧化物的化合物或复合物，依次进行计算、称量、混合、熔融、冷淬、粉碎、 分级处理，制成所述抗腐蚀玻璃粉c1-c4，各玻璃粉具体组成比例如表2所示。
[0044]
有机载体的制备：将有机载体制作用有机溶剂、有机树脂、增稠剂、消泡 剂、固化剂原料按照质量百分数进行计算、称量、混合搅拌、水浴加热离兴分 散均匀后再冷却得所述有机载体p1。现有技术中适用于有机载体的有机溶剂、 有机树脂、增稠剂、消泡剂、固化剂亦适用于本发明，在此不再赘述。
[0045]
导电银浆的制备：选取2种市场常用玻璃粉编号为a1、a2，a1玻璃粉来 自韩国贝斯公司生产的e066正银玻璃粉，a2玻璃粉来自韩国凤凰公司生产的 a105正银玻璃粉，用作对比例。将准备好的银粉、玻璃粉、有机载体按照导电 银浆的质量百分比组成进行计算，称量，再利用搅拌机将其搅拌均匀，最后利 用三辊机滚轧，经过抽滤得到所述导电银浆d1-d10，具体见表3。
[0046]
将所制备的导电银浆经在不同工艺的电池片上过丝网印刷到电池表面，再 经过烘干、烧结冷却，得到包含印刷银栅线电极的硅太阳能电池，对所得硅太 阳能电池进行效
率测试，栅线剥离强度测试，测试结果见表4。
[0047]
表1第一态玻璃粉实施例摩尔组成表(mol％)
[0048][0049][0050]
表2第二态玻璃粉实施例摩尔组成表(mol％)
[0051]
名称c1c2c3c4sio259.915.245.036.4bi2o34.19.65.86.0cuo6.414.78.52.1li2co315.539.522.730.7pbo3.8 3.22.1zno8.01.5 14.1wo
3 9.21.85.4geo
2 3.33.00.7b2o
3 2.01.00.5
tio
2 1.0
ꢀꢀ
teo21.3 1.0 mgo 2.57.52.0na2co
3 1.50.5 sb2o31.0
ꢀꢀꢀ
[0052]
表3实施例银浆组分表(％)
[0053]
名称银粉含量％第一态玻璃粉/含量％第二态玻璃粉/含量％有机载体含量％d189.6a1/2.2 p1/8.2d289.6a2/2.2 p1/8.2d389.6b1/2.0c1/0.2p1/8.2d489.6b2/1.8c4/0.4p1/8.2d592.7b3/0.6c4/1.5p1/5.2d688.2b4/1.3c3/0.7p1/9.8d786.3b5/1.5c1/1.5p1/10.7d881.7b6/5.7c2/0.3p1/12.3d979.2b1/1.4c2/2.7p1/16.7d1090.4b6/1.7c4/0.4p1/7.5
[0054][0055]
由表4可知，本发明实施例提供的导电银浆制备的硅太阳能电池，d3～d10 导电银浆在多晶电池片、常规单晶电池片、perc-单晶及se-perc-单晶，光电转换 效率均高于对比例d1和d2，在不同电池片上栅线剥离强度优势明显，剥离拉 力较对比高出较多，在多晶和常规单晶片上d1和d2与本发明实施例银浆差异 较小，但在perc-单晶和se-perc-单晶片上，差异明显，d1和d2出现不同程度 的el问题，效率偏明显，由此可见本发明提供导电银浆可兼容多种工艺的电池 片，可广泛用于多晶电池片、常规单晶电池片、perc单晶片、se-perc单晶片， 栅线剥离强度高，光电转换效率高。
[0056]
相较于现有技术，本发明使用的第一态玻璃粉为teo
2-mgo-li2o主要组成 玻璃粉，
相比传统的teo
2-pbo-li2o主要组成玻璃粉，大大降低了铅含量，甚至 可以完全不含铅，这就降低了铅污染，因此teo
2-mgo-li2o玻璃粉较传统的玻 璃粉更加环保；同时，teo
2-mgo-li2o玻璃粉使用高熔点的氧化镁代替大量的 低熔点氧化铅、氧化铋、氧化锌等物质提高了玻璃液的粘度和表面张力，这很 好地克服了传统玻璃粉在低温阶段流动性过强对银粉助烧不充分的问题，提升 了玻璃液对银粉的助烧效果，另外，本发明的teo
2-mgo-li2o玻璃粉使用大量 的wo3和moo3来代替传统的sio2，钨和钼元素在玻璃液高温阶段可以较大幅 度降低玻璃液的高温粘度和表面张力，这就很好地解决了因高含镁元素导致的 高温阶段玻璃液粘度也会较高的问题，使得玻璃液在高温阶段能够很好的流动 和腐蚀电池表面绝缘层，形成优秀的欧姆接触；由此就造就了本发明的 teo
2-mgo-li2o玻璃粉优秀的性能，低温玻璃液粘度高表面张力大，高温玻璃 液粘度低表面张力小，使得对银粉的助烧效果好，栅线剥离强度高，对玻璃界 面的腐蚀效果好，接触效果好，电性能优异。
[0057]
本发明在使用了第一态玻璃粉为teo
2-mgo-li2o主要组成玻璃粉的同时， 还使用了第二态sio
2-bi2o
3-cuo-li2o主要组成玻璃粉，进一步提升银粉的助烧 效果和与银浆的接触效果，第二态玻璃粉也是一种低铅或无铅玻璃粉，第二态 玻璃粉硅含量高，同时含有较高的氧化铋和氧化铜，这就导致该玻璃软化点较 高，且在第一态玻璃粉和第二态玻璃粉混合质量比不小于1:3时二者可以很好地 互熔，第二态玻璃粉的软化点高于第一态玻璃粉50℃～150℃，这就很好地弥补 了第一态玻璃粉在高温区粘度低的问题，确保了在高温阶段也有玻璃液较好地 助烧银层，与此同时，在烧结最高温区附近，第一态玻璃液和第二态玻璃液逐 渐相互融合，这就导致第二态玻璃液中的大量硅元素进入到第一态玻璃液中， 降低了第一态玻璃液对pn结层的破坏性，提升了电池片的开压，也促进了第一 态玻璃液中熔入的银元素大量析出，在接触界面形成较好的接触效果，较低的 接触电阻，提升电池的电性能。
[0058]
不同种类的电池片由于表面结构不同，因此导致导电银浆在其表面烧结后 的附着效果以及腐蚀效果存在很大差异，很难实现一款导电银浆在多种不同电 池片上的使用，本发明提供的导电银浆包含第一态玻璃粉和第二态玻璃粉，助 烧效果优异，栅线剥离强度提高很多，满足了在各种电池片上使用剥离强度的 要求，第一态玻璃粉和第二态玻璃粉的特性相互结合，实现了对不同特征的电 池片的优秀接触效果和优异的电性能。
[0059]
本发明提供的导电银浆可兼容多种工艺的电池片，导电银浆制作的工艺简 单，成本低，其制备的硅太阳能电池及其正面电极，涉及常规多晶、多晶黑硅、 多晶金刚线、常规单晶电池、perc单晶、se-perc单晶等多种类型电池正面电极 和电池，实用性广泛。
[0060]
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明 之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖 的范围。