[发明专利]一种硅太阳能电池用无铅正面银浆及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极浆料及其制备方法，具体是指一种硅太阳能电池用无铅正面银浆及其制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

传统化石能源日益短缺，因人类能源活动所排放的CO₂已明显改变了大气的成分，并严重影响全球的气温、海平面及气候模式，越来越多的国家和地区已经意识到能源结构的转变势在必行。太阳能的使用已经成为时代潮流，太阳能光伏发电技术是利用太阳能电池组件接收太阳光，然后将太阳光转换为电势能并通过后续的储能装备存储后加以利用的一项便捷的能源转换技术；由于太阳光的持续性及无污染性，光伏发电是可再生能源与清洁能源的代表，也是未来可持续发展新能源开发的最具期待的技术。

目前，利用太阳能发电的代表是硅太阳能电池。硅太阳能电池是由p型硅基片、n型层、减反射膜氮化硅层、正面银电极、铝背场电极和背面银电极这几部分构成。在硅太阳能电池结构中，除硅基片外，正面银电极对太阳能电池的性能产生着重要影响，其原材料正面银浆是制造太阳能电池的核心材料；正面银浆的品质对制备出的电池性能起着决定性的作用，优质的正面银浆是制造高效低成本硅太阳能电池片的关键。目前，国内生产硅太阳能电池所用的正面银浆大部分依赖进口，且大部分硅太阳能电池用的正面银浆为含铅银浆。因此，为摆脱依赖进口浆料的命运和缓解环境污染问题，自主研制出各方面性能都满足硅太阳能电池使用要求的无铅正面银浆，十分迫切且具有重大的意义。

硅太阳能电池用正面银浆主要是由银粉、玻璃粉、有机载体等按照一定比例组成的机械混合物。银粉在银浆中作为导电相，是决定银电极的主要因素；玻璃粉在高温烧结的过程中熔化，将银粉与硅基片粘结起来，特别是在烧结过程中使导电银电极与硅基底形成良好的欧姆接触，保证电子的导出；有机载体主要是在银浆中起到分散和润湿粉体颗粒的作用，使银浆具有良好的印刷性，最后在烧结过程中挥发掉。

玻璃粉在硅太阳能电池用正面银浆的制备过程中起到极其重要的作用。目前所使用的基本都是含铅玻璃粉，业内研究表明：在电池片的烧结过程中，玻璃粉中的氧化铅首先与硅发生氧化还原反应，形成液态的铅；随后，与玻璃粉接触的银粉熔解在液态铅中，形成银-铅合金；接着，液态合金开始腐蚀减反射膜氮化硅层以及硅基片；最后，在降温过程中银与铅发生分相，银在硅基片与玻璃粉内重新结晶，起到导通电子的作用。相关研究发现，铅含量对电极性能有着很大影响，当玻璃粉中的铅含量越高，烧结时熔化的银越多，导致电极与硅基片间比接触电阻率降低。为减少铅对环境的影响，许多专利报道了使用铋-硅-锑、钡-锌-硼、铋-锌-硼等玻璃体系来实现银浆的无铅化，但效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能的硅太阳能电池用无铅正面银浆及其制备方法，该银浆在不含铅的基础上，能有效提高正面银电极与硅基底的欧姆接触、显著提高硅太阳能电池的光电转换效率。

本发明的硅太阳能电池用无铅正面银浆，是由微米银粉、有机粘合剂和无机添加剂三部分构成的混合物，其质量份数为微米银粉占80～88份、有机粘合剂占8～11份、无机添加剂占1.5～12份；其中无机添加剂是在亚微米银粉表面包覆有碲铋碱金属系玻璃，同时在碲铋碱金属系玻璃上析出银晶粒的微晶玻璃颗粒，所述的亚微米银粉粒径为0.05～0.5 μm。

本发明的硅太阳能电池用无铅正面银浆的制备方法，包括下述步骤，以下所述的份均为质量份数：

(1)将聚乙烯醇溶解于去离子水中，配制质量浓度为0.5～3%的聚乙烯醇水溶液；将0.1～5份粒径为0.05～0.5 μm的亚微米银粉放入上述聚乙烯醇水溶液中，超声波震荡分散，获得10～500 g/L的亚微米银粉在聚乙烯醇水溶液中的悬浮液；

(2)将1～3份碲的化合物、0.6～2份铋的化合物、0.2～1份碱金属化合物、0～0.8份硅的化合物、0～0.5份硼酸以及0～0.8份镁钡锶锌的化合物加入到去离子水中进行溶解，混合搅拌均匀，获得100～1000 g/L的混合物水溶液；

(3)将步骤(2)的混合物水溶液加入到步骤(1)的悬浮液中，超声波震荡分散；然后置于雾化器中进行雾化，雾化后的液滴从上至下通过垂直放置的加热管，随后落入室温放置的去离子水中进行冷却；加热管从上到下分布有三个温区，分别为100～150℃、350～550℃、900～1000℃；

(4)收集落入去离子水中的物质并进行干燥，然后进行气流粉碎与分级，获得粒径小于8 μm的无机添加剂；