[發明專利]一種硅太陽能電池電極銀包銅漿料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410430309.4
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104157331B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 于韶梅;劉炳光;李建生
• 申請（專利權）人: 天津市職業大學
• 主分類號: H01B1/22
• 分類號: H01B1/22;H01B1/16;H01B13/00;H01L31/0224
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技術領域

本發明涉及一種硅太陽能電池電極銀包銅漿料及其制備方法，特別是以銅為核、銀為殼、中間層為銅-錫-銀合金的球形微細金屬粉為導電組分的硅太陽能電池導電漿料及其制備方法，屬于新材料和太陽能電池領域。

背景技術

太陽能電池是一種能將太陽能轉換成電能的半導體器件，在光照的條件下太陽能電池會產生電流，通過柵線和電極將電收集起來并傳輸出去。工業化生產晶體硅電池由將p型晶硅材料切片，經清洗、化學腐蝕制絨；在受光面磷擴散制成p-n結；涂氮化硅減反射層；用絲網印刷法將鋁漿印在硅片背面，將銀漿印在硅片正反面；干燥、燒結成為電池片等幾個環節組成。正面電極分柵極線和主電極線，柵極主要是接受光轉換產生的多數載流子；而主電極主要是使電池片與外部線路連接。電極的性能影響太陽能電池的開路電壓、短路電流、并聯電阻、串聯電阻、轉換效率等技術指標。

太陽能電池正面銀漿比背面銀漿技術要求高和消耗量大二倍，要求具備以下幾個條件：（1）能夠穿透減反射膜，使漿料與硅基板形成有效接觸；2）具有較高的導電性能，實現低串聯電阻；（3）較高的線分辨率，以盡量減少重影；（4）有良好的焊接性能，以連接外部線路。

太陽能電池導電銀漿主要由銀粉、玻璃粉粘合劑、有機載體和添加劑四部分組成。銀粉作為導電介質；玻璃粘合劑在高溫燒結時熔化，在銀粉和硅基底之間形成歐姆接觸；有機載體主要起分散和包裹銀粉顆粒的作用，使導電銀漿中的銀粉不容易沉淀和氧化。添加劑作用是提升銀粉漿料的工藝性能與綜合性能，進一步改進導電銀漿導電性能。

導電銀漿的關鍵技術指標主要由銀粉的性能決定，而銀粉性能主要取決于其形貌結構特征、粒度及粒度分布。銀粉在太陽能電池導電銀漿中占其質量的70%-90%，是決定銀漿和形成銀電極性能的關鍵因素。銀粉結構形貌可以是球形、類球形、棒狀、片狀、樹枝狀等，片狀銀粉微粒之間是面接觸，理論上導電性會更好一些，但太陽能電池正面電極要求高寬比盡量大，以減少銀電極線對硅片的光遮擋，所以太陽能電池導電銀漿一般采用球形或類球形銀粉。若銀粉粒度過大，銀漿印刷時就不能完全通過絲網，短時間內也無法燒結致密，燒結膜容易出現孔洞，從而影響導電性。若銀粉粒度過小，銀粉漿料不易被有機載體完全潤濕，導致印刷效果不好，燒結后銀膜收縮率大、孔洞多和連接不致密。實驗證明采用粒徑在1-3μm的球形銀粉能夠取得良好的電性能，而顆粒均勻性較好的銀粉會降低電池的反向漏電流，從而提高開路電壓與短路電流，并有效提升并聯電阻與轉換效率等電性能參數。

正面電極導電銀漿中的玻璃粉在高溫時熔融，蝕刻減反射膜，并在硅基片和銀電極間形成連接。為了取得更好的歐姆接觸，正面電極銀漿中玻璃粉必須對氮化硅減反射膜具有很好的蝕穿性。傳統的正面電極導電銀漿中，一般采用含有氧化鉛的玻璃粉，因為含鉛玻璃粉具有較低的熔點，對氮化硅減反射膜有很好的蝕穿性，同時使銀電極具有良好的附著力和較好的電池性能。但是傳統的正面電極銀漿中鉛玻璃在電極燒結過程中容易引起氮化硅減反射膜過度蝕穿。此外，含鉛太陽能電池導電銀漿存在環境和安全隱患，其使用己受到限制，將逐漸淘汰，無鉛環保型導電銀漿才能滿足大規模太陽能電池生產需求。

國內外已經對硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、釩酸鹽玻璃和鉍酸鹽玻璃等無鉛低熔玻璃體系進行了研究。釩酸鹽玻璃原材料成本較高，磷酸鹽玻璃易水解和化學性質不穩定，硼酸鹽玻璃熔點只能降到?600℃?左右。因為鉍與鉛的性質相似，因此，鉍酸鹽玻璃粉的研究開發受到廣泛重視，期望用氧化鉍代替氧化鉛制備無鉛玻璃粉。

為了使無鉛玻璃粉粘結劑與銀粉混合的更加均勻，玻璃粉粘結劑的粒徑一般控制在10μm以下，用量控制在導電銀漿總重量的0.5%-10%，如果用量不足0.?5%，則會影響減反射膜的蝕刻及硅基材與銀電極間的附著力；如果用量超過10%，則會降低銀電極導電性能。銀漿中的玻璃粉需要有合適的軟化溫度。當玻璃粉軟化溫度過低時，在有機載體揮發和分解過程中玻璃粉就開始軟化，軟化的玻璃粉會阻礙有機載體的揮發，影響燒成銀膜的性能，同時過早軟化的玻璃液較多地進入銀粉顆粒之間會阻礙后續燒結過程中導電網絡的形成。?當玻璃粉軟化溫度過高時，燒結過程中玻璃粉起不到潤濕銀粉的作用，會導致燒成銀膜中空洞較多，導電網絡不完整。優選的玻璃粉軟化點為400-600℃，這樣正面電極導電銀漿可以在600-800℃燒結并適當地浸潤，還可與硅基板結合良好。