專利名稱：一種環(huán)保型硅太陽能電池正面柵線電極銀導體漿料的制作方法
技術領域：
該發(fā)明涉及一種用于硅太陽能電池正面柵線電極的銀導體漿料。該漿料經(jīng)由生產(chǎn)過程后 在硅太陽能電池片的正面形成金屬銀導線，將光照下太陽能電池片產(chǎn)生的電流導出。銀漿料 通過絲網(wǎng)印刷、烘干、快速燒結熱處理等工序，在硅太陽能電池正面形成柵線電極，這種柵 線電極對太陽入射光的遮擋面很小，同時，銀導線和n型硅面形成良好的歐姆接觸，使電池 片具有較高的光電轉換效率。
背景技術：
在硅太陽能電池工藝中，電極制作是非常重要的一個環(huán)節(jié)。常用的電極技術有磁控濺射、 真空蒸鍍、絲網(wǎng)印刷。絲網(wǎng)印刷工藝具有生產(chǎn)成本低，適合大批量生產(chǎn)的特點，在太陽能電 池片制造中得到應用。硅太陽能電池的電極包括正面銀電極和背場鋁電極，正面銀電極對太 陽能電池片的光電轉換效率影響較大，要求銀柵線越細越好，并且要求柵線與n型硅面實現(xiàn) 良好的歐姆接觸。銀漿料的性能直接決定了太陽能電池片正面電極的性能，是硅太陽能電池 制造中的關鍵材料。
銀漿料由金屬銀粉、玻璃粘結劑、有機載體和添加劑等原料配制而成。金屬銀粉在高溫 時可與硅形成Ag/Si導電小島，同時，在漿料中的歐姆接觸添加劑的作用下，銀導線與n型 硅面可形成良好的歐姆接觸。玻璃粘結劑在漿料中的作用很關鍵，玻璃粘結劑在熱處理時熔 化，將硅表面的太陽光減反射層(通常是SiN,或Ti02膜)融化，使槳料中的銀可以與硅面接 觸，同時，玻璃粘結劑將金屬銀粉附著在硅片表面，形成致密均勻的導電膜，導電膜厚度為 15-25 ym。有機載體使?jié){料呈一種比較穩(wěn)定的懸浮體，便于印刷，且可以較長時間放置而不 產(chǎn)生沉淀。添加劑主要是改善漿料的工藝性能，使?jié){料具有一定的流動性、觸變性。
目前，國內外的漿料公司生產(chǎn)的柵電極銀漿料所使用的玻璃粘結劑是一種含鉛的玻璃。 這種玻璃具有熔點較低，高溫熔化時流動性好，與硅表面浸潤性良好以及電性能穩(wěn)定可靠等 優(yōu)點，所以得到了廣泛應用。但漿料的鉛含量很高，其使用對環(huán)境造成了非常大的污染。而 鉍-硼系、鋅-硼無鉛玻璃在高溫流動性、玻璃與基片的浸潤性等方面與鉛玻璃相比要差一些， 因此，要找出一種適合硅太陽能電池片的無鉛玻璃料是一個難題。同時，銀線與n型硅面的 歐姆接觸方面也是一個技術難題，現(xiàn)有的技術一般在漿料中加入磷(P)元素，但磷(P)元 素有毒害，對生產(chǎn)和使用都有不良影響。本發(fā)明設計出了一種高鋇無鉛玻璃料，完全能代替 傳統(tǒng)的含鉛玻璃料，這種新的玻璃料能在較低溫度下融化并具有較好的流動性，能很好地溶 化硅表面的減反射膜，且工作穩(wěn)定，電性能良好。另外，本發(fā)明通過在配方中添加了適量的 歐姆接觸形成劑，使銀線與n型硅面形成良好的歐姆接觸，從而使硅太陽能電池具有優(yōu)良的 光電性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明是要實現(xiàn)一種環(huán)保型硅太陽能電池正面柵電極銀漿料。該漿料能在燒結爐的快速 熱處理過程中在硅面形成導電性能優(yōu)良的金屬導線，該導線不僅與硅面的附著力好，而且導 線與n型硅面有良好的歐姆接觸，使太陽能電池具有高的光電轉換效率。本發(fā)明通過以下技
術方案來實現(xiàn)
其特點在于，該漿料由以下組分及含量(重量百分比)的原料制成
金屬銀粉60-80% 無鉛玻璃粘結劑1-10% 歐姆接觸添加劑0.05-10% 有機樹脂2-15% 溶劑10-25% 漿料改性劑1-8%
所用的金屬銀粉是由具有一定顆粒大小的球形粉和一定比例的片狀粉組成，球形粉的粉 徑小于lym，球形粉與片狀粉的重量比為(40-80): (60-20)。
所用的玻璃粘結劑是一種無鉛玻璃料，該玻璃料為鋇(Ba)-鋅(Zn)-硼(B)系材料，并添 加了A1A， Si02， Zr02， Ti02， Bi20:,， Na20， Li20,無鉛玻璃粘結劑的配方為
BaO 20-50%
ZnO 10-40%
B203 10-30%
A1203 0.5—10%
Si02 1-10%
Zr02 0-5%
Ti02 0-5%
Bi203 0-10%
Na20 0-10%
Li20 0-20%
上述的無鉛玻璃粘結劑主成分為Ba0， Zn0和B203， BaO的含量為20-50% ， ZnO的含量 為10-40%, BA的含量為10-30%,三種主成分的含量為60-80%。
上述的無鉛玻璃粘結劑中添加了堿金屬氧化物Na20, Li20中的一種或幾種，堿金屬氧化 物的總含量為1-20%。
上述的無鉛玻璃粘結劑中添加了過渡金屬氧化物Zr02， Ti02， BiA中的一種或幾種，過 渡金屬氧化物的總含量為i-io%。
上述的無鉛玻璃粘結劑中添加了八1203和Si02，其含量分別為0. 5-10%和1-10%。
本發(fā)明使用的歐姆接觸添加劑為Ba， Sr， Y，稀土金屬(Pr， Er等)和鑭系元素的一種或 幾種，其用量為0.05-10%，添加形式為這些元素的金屬或化合物。
無鉛漿料使用的有機樹脂選用松香和乙基纖維素、硝酸纖維素、聚乙烯醇縮丁醛和丙烯
4醇中的一種或幾種，其用量為1_20%。
本發(fā)明所用的漿料改性劑包括觸變劑、流平劑、表面活性劑和消泡劑等，漿料改性劑用 量為2_10%。
本發(fā)明所用的有機溶劑選用松節(jié)油、松油醇、環(huán)己酮、蓖麻油、鄰苯二甲酸二丁酯以及 醚類中的一種或幾種，用量為10-25%。
其特征在于，該方法的制造工藝如下 (1)玻璃粘結劑的制備
玻璃粘結劑的組分及含量如下
Ba020-50%
Zn010-40%
B20310-30%
A1A0. 5-腦
Si021-腦
Zr020-5%
Ti020-5%
Bi20:io-腦
Na200-腦
Li200—20%
將上述原料按重量比稱量，混合均勻后放于高鋁坩堝中，在電阻爐里加熱處理，最高溫
度范圍1150-1300°C，保溫時間30-90min，將熔化的玻璃淬火處理得到玻璃顆粒，將玻璃 顆粒球磨粉碎并達到粒徑<10 um。 (2)槳料的配制
將銀粉按原料重量的60-80%，無鉛玻璃粘結劑1-10%，歐姆接觸添加劑0.05-10%, 有機樹脂2-15%，溶劑10-25%,漿料改性劑1_8%稱料。攪拌均勻后在三輥研磨機上進行 研磨，通過一定的研磨過程得到均勻分散的漿料，漿料粒度〈10"m，粘度(25'C下) 70-120Pa. s。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
1. 選用鋇(Ba)-鋅(Zn)-硼(B)系玻璃料作為無鉛玻璃粘結劑，該玻璃加熱熔化時能很好 地溶化硅太陽能電池片硅表面的減反射膜，使銀和硅能良好接觸。通過添加適當?shù)膲A金屬、 過渡金屬氧化物，調控了玻璃料的熔點和高溫粘度，改進了玻璃料的化學穩(wěn)定性和電性能。
2. 漿料中添加了歐姆接觸形成劑Ba， Sr， Y，稀土金屬(Pr, Er等)和鑭系元素，使金 屬銀與n型硅形成良好的歐姆接觸，減小了電極與硅的接觸電阻，使電池片有優(yōu)良的光電轉 換性能。
3. 通過一定比例球形銀粉和片狀銀粉搭配，使銀電極具有良好的導電性。
具體實施例方式
太陽能電池正面柵線電極銀導體漿料的生產(chǎn)工藝如下
1. 無鉛鋇(Ba)-鋅(Zn)-硼(B)系玻璃粘結劑配制按重量百分比稱料。
2. 玻璃熔制及球磨工藝1150-1300°C，保溫時間30-90min，淬火處理得到玻璃顆粒， 將玻璃顆粒球磨粉碎并達到粒徑小于10 U m。
3. 選用合適的金屬銀粉。
4. 漿料配制按一定比例稱量銀粉，玻璃粉，歐姆接觸添加劑，有機樹脂，溶劑，漿料 改性劑，進行混合攪拌。攪拌均勻后在三輥研磨機上進行研磨，通過一定的研磨過程得到均 勻分散的漿料，漿料粒度小于10um，粘度(25X:下)70-120Pa.S。
實施例1
一種環(huán)保型太陽能電池正面柵線電極銀導體漿料(配制100g)，其生產(chǎn)工藝如下
1. 玻璃粘結劑配方(配制100g): Ba0 35g， ZnO 25g， B203 20g， Si02 5g，Al203 5g， Zr02 2g， Ti02 3g， Bi203 lg， Na20 2g， Li20 2g。
2. 玻璃熔制及球磨工藝1200°C， 60min，淬火后球磨至小于10 u m。
3. 金屬銀粉選用球形粉與片狀粉的重量百分比為球形粉片狀粉=60: 40。
4. 槳料配制按銀粉70g，玻璃粉8g，歐姆接觸添加劑3g，有機樹脂2g，溶劑15g，漿 料改性劑2g稱料，并在容器中攪拌分散均勻后進行三輥研磨，控制漿料的粘度(25'C下)為 70-120Pa. s，槳料的粒度小于10 um。
5. 漿料技術參數(shù)
粘度(25。C下)70-120Pa. s。 漿料細度《10um。
銀柵線厚度15-25 yra，寬度50-150 " m。 絲網(wǎng)印刷300目不銹鋼絲網(wǎng)印刷，不塞網(wǎng)。 燒結高溫(800-900°C)/5S。
6. 燒結后性能
電阻《5 mQ/口。
電池片開路電壓(均值)》600 mV
轉換效率(均值)單晶硅片》16%，多晶硅片》15%。
實施例2
一種環(huán)保型太陽能電池正面柵線電極銀導體漿料(配制100g)，其生產(chǎn)工藝如下
1. 玻璃粘結劑配方(配制100g): Ba0 40g， ZnO 25g， B203 15g， Si02 8g， A1203 2g， Zr02 lg， Ti02 2g， Bi203 lg， Na20 2g， Li20 4g。
2. 玻璃熔制及球磨工藝1250°C， 60min，淬火后球磨至小于10 u m。3. 金屬銀粉選用球形粉與片狀粉的重量百分比為球形粉片狀粉=70: 30。
4. 槳料配制:按銀粉75g，玻璃粉6g，歐姆接觸添加劑3g，有機樹脂2g，溶劑13g，漿 料改性劑lg稱料，并在容器中攪拌分散均勻后進行三輥研磨，控制漿料的粘度(25'C下)為 70-120Pa. s，槳料的粒度小于10 um。
5. 漿料技術參數(shù)
粘度(25。C下)70-120Pa. s。 漿料細度《10ym。
銀柵線厚度15-25 um，寬度50-150 um。 絲網(wǎng)印刷300目不銹鋼絲網(wǎng)印刷，不塞網(wǎng)。 燒結高溫(800-900。C)/5S。
6. 燒結后性能
電阻《3 mQ/口。
電池片開路電壓(均值)》600 mV
轉換效率(均值)單晶硅片》16%，多晶硅片>15%。
權利要求
1. 一種環(huán)保型銀漿，其特點在于，該漿料由以下組分及含量(重量百分比)的原料制成金屬銀粉60-80％無鉛玻璃粘結劑1-10％歐姆接觸添加劑0.05-10％有機樹脂2-15％溶劑10-25％漿料改性劑1-8％上述玻璃粘結劑是一種無鉛玻璃料，該玻璃料為鋇(Ba)-鋅(Zn)-硼(B)系材料，并添加了Al2O3，SiO2，ZrO2，TiO2，Bi2O3，Na2O，Li2O，無鉛玻璃粘結劑的配方為BaO 20-50％ZnO 10-40％B2O3 10-30％Al2O30.5-10％SiO2 1-10％ZrO2 0-5％TiO2 0-5％Bi2O30-10％Na2O 0-10％Li2O 0-20％。
2. 根據(jù)權利要求1所述的無鉛玻璃粘結劑為高鋇玻璃料，其主成分為BaO， ZnO和B203，BaO的含量為20-50%， ZnO的含量為10_40% ， B20:i的含量為10-30% ，三種主成分的含量為60-80%。
3. 根據(jù)權利要求1所述的無鉛玻璃粘結劑中添加了堿金屬氧化物Na20， Li20中的一種或幾種，堿金屬氧化物的總含量為1_20%。
4. 根據(jù)權利要求1所述的無鉛玻璃粘結劑中添加了過渡金屬氧化物Zr02， Ti02， BiA中的一種或幾種，過渡金屬氧化物的總含量為1-10%。
5. 根據(jù)權利要求1所述的無鉛玻璃粘結劑中添加了 Al^和Si02，其含量分別為0.5-10%和1-10% 。
6. 根據(jù)權利要求1所述的金屬銀粉是由具有一定顆粒大小要求的球形粉和一定比例的片狀粉組成，球形粉的粉徑小于lym，球形粉與片狀粉的比例(重量比)為(40-80): (60-20)。
7. 根據(jù)權利要求l所述的歐姆接觸添加劑為Ba， Sr， Y，稀土金屬(Pr， Er等)和鑭系元素的一種或幾種，其用量為0.05-10%，添加形式為這些元素的金屬或化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于硅太陽能電池正面柵線電極的環(huán)保型銀導體漿料的配方及其加工方法。該銀漿的組分及含量(重量百分比)為金屬銀粉60-80％、無鉛玻璃粘結劑1-10％、歐姆接觸添加劑0.05-10％、有機樹脂2-15％、溶劑10-25％、漿料改性劑1-8％。該環(huán)保型銀漿的制造方法包括無鉛玻璃粘結劑的配制、銀漿料的配方和漿料的加工工藝。本發(fā)明所研制出的銀漿料利用Ba-Zn-B玻璃料實現(xiàn)了漿料的無鉛化，漿料的含鉛量小于100ppm，其它有害物質如Hg、Cd等的含量均滿足環(huán)保要求。通過在漿料中添加歐姆接觸形成劑使銀線與電池片的硅面形成良好的歐姆接觸。該銀漿應用于硅太陽能電池正面柵線電極，經(jīng)隧道爐快速熱處理后，附著力強，可焊性優(yōu)良，歐姆接觸好，電池轉換效率高。
文檔編號H01L31/18GK101483207SQ20091006044
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月7日 優(yōu)先權日2009年1月7日
發(fā)明者琳 范 申請人:琳 范