[发明专利]一种硅太阳能电池电极银包铜浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅太阳能电池电极银包铜浆料及其制备方法，特别是以铜为核、银为壳、中间层为铜-锡-银合金的球形微细金属粉为导电组分的硅太阳能电池导电浆料及其制备方法，属于新材料和太阳能电池领域。

背景技术

太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照的条件下太阳能电池会产生电流，通过栅线和电极将电收集起来并传输出去。工业化生产晶体硅电池由将p型晶硅材料切片，经清洗、化学腐蚀制绒；在受光面磷扩散制成p-n结；涂氮化硅减反射层；用丝网印刷法将铝浆印在硅片背面，将银浆印在硅片正反面；干燥、烧结成为电池片等几个环节组成。正面电极分栅极线和主电极线，栅极主要是接受光转换产生的多数载流子；而主电极主要是使电池片与外部线路连接。电极的性能影响太阳能电池的开路电压、短路电流、并联电阻、串联电阻、转换效率等技术指标。

太阳能电池正面银浆比背面银浆技术要求高和消耗量大二倍，要求具备以下几个条件：（1）能够穿透减反射膜，使浆料与硅基板形成有效接触；2）具有较高的导电性能，实现低串联电阻；（3）较高的线分辨率，以尽量减少重影；（4）有良好的焊接性能，以连接外部线路。

太阳能电池导电银浆主要由银粉、玻璃粉粘合剂、有机载体和添加剂四部分组成。银粉作为导电介质；玻璃粘合剂在高温烧结时熔化，在银粉和硅基底之间形成欧姆接触；有机载体主要起分散和包裹银粉颗粒的作用，使导电银浆中的银粉不容易沉淀和氧化。添加剂作用是提升银粉浆料的工艺性能与综合性能，进一步改进导电银浆导电性能。

导电银浆的关键技术指标主要由银粉的性能决定，而银粉性能主要取决于其形貌结构特征、粒度及粒度分布。银粉在太阳能电池导电银浆中占其质量的70%-90%，是决定银浆和形成银电极性能的关键因素。银粉结构形貌可以是球形、类球形、棒状、片状、树枝状等，片状银粉微粒之间是面接触，理论上导电性会更好一些，但太阳能电池正面电极要求高宽比尽量大，以减少银电极线对硅片的光遮挡，所以太阳能电池导电银浆一般采用球形或类球形银粉。若银粉粒度过大，银浆印刷时就不能完全通过丝网，短时间内也无法烧结致密，烧结膜容易出现孔洞，从而影响导电性。若银粉粒度过小，银粉浆料不易被有机载体完全润湿，导致印刷效果不好，烧结后银膜收缩率大、孔洞多和连接不致密。实验证明采用粒径在1-3μm的球形银粉能够取得良好的电性能，而颗粒均匀性较好的银粉会降低电池的反向漏电流，从而提高开路电压与短路电流，并有效提升并联电阻与转换效率等电性能参数。

正面电极导电银浆中的玻璃粉在高温时熔融，蚀刻减反射膜，并在硅基片和银电极间形成连接。为了取得更好的欧姆接触，正面电极银浆中玻璃粉必须对氮化硅减反射膜具有很好的蚀穿性。传统的正面电极导电银浆中，一般采用含有氧化铅的玻璃粉，因为含铅玻璃粉具有较低的熔点，对氮化硅减反射膜有很好的蚀穿性，同时使银电极具有良好的附着力和较好的电池性能。但是传统的正面电极银浆中铅玻璃在电极烧结过程中容易引起氮化硅减反射膜过度蚀穿。此外，含铅太阳能电池导电银浆存在环境和安全隐患，其使用己受到限制，将逐渐淘汰，无铅环保型导电银浆才能满足大规模太阳能电池生产需求。

国内外已经对硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、钒酸盐玻璃和铋酸盐玻璃等无铅低熔玻璃体系进行了研究。钒酸盐玻璃原材料成本较高，磷酸盐玻璃易水解和化学性质不稳定，硼酸盐玻璃熔点只能降到 600℃ 左右。因为铋与铅的性质相似，因此，铋酸盐玻璃粉的研究开发受到广泛重视，期望用氧化铋代替氧化铅制备无铅玻璃粉。

为了使无铅玻璃粉粘结剂与银粉混合的更加均匀，玻璃粉粘结剂的粒径一般控制在10μm以下，用量控制在导电银浆总重量的0.5%-10%，如果用量不足0. 5%，则会影响减反射膜的蚀刻及硅基材与银电极间的附着力；如果用量超过10%，则会降低银电极导电性能。银浆中的玻璃粉需要有合适的软化温度。当玻璃粉软化温度过低时，在有机载体挥发和分解过程中玻璃粉就开始软化，软化的玻璃粉会阻碍有机载体的挥发，影响烧成银膜的性能，同时过早软化的玻璃液较多地进入银粉颗粒之间会阻碍后续烧结过程中导电网络的形成。 当玻璃粉软化温度过高时，烧结过程中玻璃粉起不到润湿银粉的作用，会导致烧成银膜中空洞较多，导电网络不完整。优选的玻璃粉软化点为400-600℃，这样正面电极导电银浆可以在600-800℃烧结并适当地浸润，还可与硅基板结合良好。