含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料及其製備方法
2023-05-09 00:40:56 1
專利名稱：含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種光伏電池用導電漿料及其製備方法，屬於新材料技術領域。
背景技術：
太陽能電池是一種基於光伏效應將太陽能轉化為電能的半導體器件，又稱光伏電池。根據轉化材料的特性和電池結構的差異，太陽能電池可分為晶體矽太陽能電池、薄膜太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池等，其中以晶矽電池技術最為成熟。在當前的晶矽電池生產工藝中，製造商一般將厚膜導體漿料經絲網印刷、高溫燒結後形成導電電極和背電場，從而獲得高效率的電池片。目前廣泛應用於太陽能電池的厚膜漿料為銀漿和鋁漿。但是在燒結過程中，由於溫度可高達950°C，以及金屬銀、鋁的熱膨脹係數和矽片相差較大，因而容易產生熱應力，或者過燒，從而導致諸如翹曲、微裂紋、鋁包、掉粉、電極附著力弱甚至脫落等不良現象。在漿料中添加燒結抑制劑可避免上述問題的發生，改善電池片的製造工藝。目前在這方面的公開報導比較少。專利CN101009334A公開了一種使用樹脂酸鹽作為燒結抑制劑的太陽能電池導體漿料，所製成的電極燒結溫度和電池性能都有所改善，但是此類抑制劑在高溫燒結後分解所剩下的金屬離子，很可能會影響少數載流子的壽命，降低電池背場的吸雜效用，阻止了電池效率的進一步提升。
發明內容
本發明的目的在於提供一種既能抑制熱應力又無殘餘物影響電池效率的含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料及其製備方法。本發明的目的可通過以下技術方案來實現一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料，其特徵在於所述漿料由以下質量百分比的組份組成
導電相6(Γ95% 無機粘結劑0. 5 8% 燒結抑制劑0.廣10% 有機載體2 40% 添加劑0 10%
各組份的質量百分比之和為100%。所述導電相組份為金屬銀粉或鋁粉，也可含有一種或幾種其它單質金屬，包括Cu、 Mo、Zn、Ag、Pd、Pt、Ni、Ti、In，含量為導電相總質量的0 15%。所述無機粘結劑，即玻璃粉，為矽硼酸鉍體系，不含鉛等有毒有害元素。對玻璃粉的組成無特別要求，在某些條件下，可在玻璃粉中添加其它金屬氧化物以改善某方面性能， 包括但不限於如CaO、MoO3> V2O5, MgO、Ta2O5, ZrO2, BaO, Sb2O3等之中的一種或數種。本發明所述燒結抑制劑為炭黑，含量為漿料總質量的0.廣10%。由於炭黑具有很強的紅外吸收作用，因此可以抑制過燒結行為，減少熱應力的產生和積聚，從而避免矽片裂紋、翹曲等不良現象的發生。這相當於能夠提高漿料的燒結溫度上限，改善燒結溫度範圍， 因此可以提高燒結爐的帶速，進一步減少燒結時間，從而提高了生產效率。燒結溫度甚至可以提高到1000°C以上。對炭黑粒徑沒有嚴格限制，優選為8(Tl50nm。可在電子顯微鏡下測得粒徑值。所述有機載體包括有機溶劑和增稠劑，二者的質量比為有機溶劑增稠劑 =85^98 2 15。有機溶劑為松油醇、丁基卡必醇、苯甲醇、鄰苯二甲酸二乙酯、卵磷脂、檸檬酸三丁酯的一種或幾種；增稠劑為乙基纖維素、丙烯酸樹脂、硝化纖維素、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚甲基丙烯酸酯中的一種或幾種。所述有機溶劑分為兩份，其中總質量的5(Γ80%和增稠劑混合製備所述有機載體，剩餘的用於製備炭黑分散液。本發明所述添加劑，一般為表面活性劑之類的助劑，包括但不限於消泡劑、增塑劑、分散劑、潤溼劑、穩定劑、流平劑、潤滑劑、觸變劑中的一種或數種。此類添加劑可改善漿料某方面的性能。本發明進一步的技術方案是，一種上述含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料的製備方法，其特徵在於，將所述炭黑通過超聲波分散的方式均勻分散在有機溶劑中，製成均一的炭黑分散液，隨後與導電相、無機粘合劑、有機載體、添加劑充分攪拌混合，經三輥軋機反覆研磨即得漿料。可在超聲波分散儀中完成炭黑的分散。更為詳細的步驟如下
(1)製備有機載體按85、8 2 15的比例稱取合適量的有機溶劑和增稠劑，將所稱量有機溶劑分為兩份，其中總質量的50、0%和增稠劑混合製備所述有機載體，剩餘的用於製備炭黑分散液。(2)製備炭黑分散液將炭黑通過超聲波分散的方式均勻分散在上述步驟(1)剩餘的另一份有機溶劑中，即得炭黑分散液。(3)製備漿料將上述有機載體、炭黑分散液與導電相、無機粘結劑、添加劑充分混合後，倒入三輥軋機中反覆研磨至一定的細度和粘度，即得太陽能電池用厚膜導體漿料。炭黑是一種由碳元素組成，並含有少量氫、氧、硫等元素的粉末狀物質，其主要應用是作為補強材料和填料提高橡膠製品(輪胎)的性能，橡膠用炭黑約佔炭黑消耗量的 94%，另外也可作為著色劑、紫外線屏蔽劑、導電劑和抗靜電劑等。本發明基於炭黑的獨特性能，開創了炭黑的一種新功能和應用，即作為材料高溫燒結時的熱抑制劑，以避免熱應力的產生和積聚。這是因為炭黑具有很好的吸光性和反向散射效率，此外在空氣或氧氣中，溫度為450°C至500°C之間開始分解，當溫度達到900°C以上可以完全揮發而沒有殘餘物。目前尚無炭黑這方面應用的公開報導。與其它公開技術相比，本發明製備的銀導體漿料具有如下特點
1、由於添加了燒結抑制劑，漿料在燒結過程中避免了高溫引發的熱應力、矽片彎曲、微裂縫等現象的發生，從而有助於形成光滑平整的電極，改善電池外觀，並提高了電極與矽片的附著力和剝離強度。2、相對於樹脂酸鹽等燒結抑制劑，本發明所述炭黑可以完全分解為碳氧化合物揮發掉，沒有剩餘物殘留在電極中影響電池效率的進一步提升，具有非常明顯的優勢。3、炭黑的強吸收效用提高了漿料的燒結溫度和溫度範圍，最高燒結溫度甚至可提升到1000°C，不僅可以大幅減少燒結時間，同時也抑制了熱應力的產生和積聚等不良現象。
具體實施例方式以下結合具體實施例進一步闡述本發明。應理解，以下實施例僅用於說明本發明而非限制本發明的範圍。凡基於以上內容所實現的技術，或者進行局部改動、修改，這些等價形式都屬於本發明所附權利要求書保護的範圍內。實施例1
稱量銀粉34. lg、玻璃粉1. 3g、松油醇10. Sg,乙基纖維素1. 2g，以及炭黑燒結抑制劑 1. 7g、分散劑0. 9g。將松油醇分成兩份，質量分別為5g和5. Sg ；將乙基纖維素溶解在5. Sg 松油醇中製成有機載體，將炭黑通過超聲波分散的方式分散在5g松油醇中製成炭黑分散液，最後將上述有機載體、炭黑分散液、銀粉、玻璃粉和分散劑混合攪拌後在三輥軋機中研磨，細度13μπι，粘度76kcps，即得晶矽太陽能電池用背電極銀導體漿料。將此漿料，與市場上的太陽能電池正銀、背鋁漿料搭配，經絲網印刷在125X 125mm的單晶矽片形成電極圖案後，在高溫段區間為75(T950°C的鏈式燒結爐中焙燒成型，所得電極具有良好的焊接性能， 180°C剝離實驗測試拉力值為4. 2N,電池轉換效率18. 02%。實施例2:
稱量鋁粉49g、玻璃粉1. 82g、松油醇11. 49g，丁基卡必醇3. 63g，乙基纖維素1. 96g，以及炭黑燒結抑制劑2. 38g。將乙基纖維素溶解在11. 49g松油醇中製成有機載體，將炭黑通過超聲波分散的方式分散在3. 63g 丁基卡必醇中製成炭黑分散液，最後將上述有機載體、 炭黑分散液、銀粉、玻璃粉混合攪拌後在三輥軋機中研磨，直至細度19 μ m，粘度Slkcps，即得晶矽太陽能電池用鋁漿料。將此漿料，與市場上的太陽能電池正銀、背銀漿料搭配，經絲網印刷在125X 125mm的單晶矽片形成電極圖案後，在高溫段區間為60(T98(TC的鏈式燒結爐中焙燒成型，所得電池表面平整無裂縫、矽片不翹曲，無鋁珠、鋁包，附著力好，電池轉換效率 17. 96%ο
權利要求
1.一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料，其特徵在於所述漿料由以下質量百分比的組份組成導電相6(Γ95%無機粘結劑0. 5^8%有機載體2 40%燒結抑制劑0.廣10%添加劑0 10%各組份的質量百分比之和為100%，所述燒結抑制劑為炭黑。
2.根據權利要求1所述的一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料，其特徵在於，所述炭黑粒徑為8(Tl50nm。
3.一種製備如權利要求1所述含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料的方法，其特徵在於，將所述炭黑通過超聲波分散的方式均勻分散在有機溶劑中，製成均一的炭黑分散液， 隨後與導電相、無機粘合劑和有機載體、添加劑充分攪拌混合，經三輥軋機反覆研磨即得漿料。
4.根據權利要求1所述的一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料，其特徵在於所述導電相組份為金屬銀粉或鋁粉。
5.根據權利要求4所述的一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料，其特徵在於所述導電相中含有一種或幾種其它單質金屬，該其它單質金屬是Cu、Mo、Zn、Ag、Pd、Pt、Ni、Ti、 In，含量為導電相總質量的(Tl5%。
6.根據權利要求1所述的一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料，其特徵在於所述無機粘結劑，即玻璃粉，為矽硼酸鉍體系。
7.根據權利要求6所述的一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料，其特徵在於在玻璃粉中添加其它金屬氧化物，該其它金屬氧化物是CaO、Mo03、V2O5, MgO, Ta2O5, ZrO2, BaO, Sb2O3之中的一種或數種。
8.根據權利要求1所述的一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料，其特徵在於所述有機載體包括有機溶劑和增稠劑，二者的質量比為有機溶劑增稠劑=85 98 2^15； 所述有機溶劑為松油醇、丁基卡必醇、苯甲醇、鄰苯二甲酸二乙酯、卵磷脂、檸檬酸三丁酯的一種或幾種；增稠劑為乙基纖維素、丙烯酸樹脂、硝化纖維素、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚甲基丙烯酸酯中的一種或幾種；所述有機溶劑分為兩份，其中總質量的5(Γ80%和增稠劑混合製備所述有機載體，剩餘的用於製備炭黑分散液。
9.根據權利要求1所述的一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料，其特徵在於所述添加劑，為消泡劑、增塑劑、分散劑、潤溼劑、穩定劑、流平劑、潤滑劑、觸變劑中的一種或數種。
全文摘要
本發明涉及一種含有炭黑助劑的光伏電池用導電漿料及其製備方法，所述漿料由以下質量百分比的組份組成導電相60~95%，無機粘結劑0.5~8%，有機載體2~40%，燒結抑制劑0.1~10%，添加劑0~10%，各組份的質量百分比之和為100%；所述燒結抑制劑為炭黑。基於本發明漿料所形成的漿料具有更高的燒結溫度、更廣的燒結溫度範圍和更少的燒結時間，抑制了熱應力、微裂縫、矽片彎曲等不良現象的產生。
文檔編號H01B1/20GK102360584SQ20111028080
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者任進福, 楊貴忠, 許士燕, 陳志鵬 申請人:江蘇泓源光電科技有限公司