CN116403756A - 一种n型太阳能电池正面银浆及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种N型太阳能电池正面银浆及其制备方法与应用，涉及太阳能电池的领域，N型太阳能电池正面银浆包括以下组分：银粉、铝粉、主玻璃粉、副玻璃粉以及有机载体；所述主玻璃粉为Pb‑B‑Si玻璃，所述副玻璃粉为V‑Zn‑B玻璃。本申请采用主玻璃粉Pb‑B‑Si玻璃和副玻璃粉V‑Zn‑B玻璃混合使用，主玻璃粉腐蚀SiNx层和Al2O3层，同时促进银粉和铝粉的烧结，保证接触电阻不会提高。副玻璃粉降低整体烧结温度的同时提高与硅片的润湿性，防止出现过多金属钉刺，提高开路电压和电池转化效率，也拓宽了浆料的整体烧结窗口；主副玻璃粉通过良好的比例搭配，降低了玻璃粉整体烧结温度、增强与硅片润湿性，提高开压的同时不会造成接触电阻的升高，提升电池整体效率。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术的领域，尤其是涉及一种N型太阳能电池正面银浆及其制备方法与应用。
背景技术
目前，光伏发电行业日新月异，光伏电池技术也快速升级迭代，晶硅太阳能电池作为太阳能发电系统的核心部分，已经被大规模地应用到各个领域。N型Si电池材料中由于硼含量极低，由硼氧对导致的光致衰退效应基本可以忽略，因此N型Si电池比P型Si电池具有更高的少数载流子寿命，这些优势使得N型Si电池寿命更长，效率更高。
目前N型晶硅太阳能电池片因其特殊的结构，所用正面银浆料中需加入一定量的铝粉来起到降低接触电阻的作用，但铝粉的加入，在降低接触电阻的同时会形成金属钉刺造成开压的损失加大，而玻璃粉因需要同时促进铝粉和银粉的烧结，必须具备较宽的烧结窗口。现有技术如中国专利申请CN110040968A公开了一种玻璃粉及包括该玻璃粉的N型双面太阳能电池正面用银铝浆，其中所用的玻璃粉均为单一玻璃粉，而单种玻璃粉的烧结窗口窄，很难同时对银粉和铝粉起到良好的烧结作用，得到较高的开压和电池效率。因此，如何改善玻璃粉烧结性能，拓宽烧结窗口，提高电池开压和电池效率，已成为业界研究人员努力的方向。
发明内容
针对上述技术问题，本申请提供一种N型太阳能电池正面银浆及其制备方法与应用，通过改善玻璃粉的烧结性能，拓宽烧结窗口，提高太阳能电池的开压和电池效率。
第一方面，本申请提供一种N型太阳能电池正面银浆，采用如下的技术方案：
一种N型太阳能电池正面银浆，包括以下重量百分比的组分：银粉70-90％，铝粉0.5-5％，主玻璃粉1-10％，副玻璃粉0.1-5％，有机载体5-20％；所述主玻璃粉为Pb-B-Si玻璃，所述副玻璃粉为V-Zn-B玻璃。
通过采用上述技术方案，玻璃粉在银奖中主要起到的作用有两个，一是作为金属和陶瓷结合的中间过渡层，将银层牢固附着在基材上形成导电膜；二是在烧结过程中形成液相，通过张力和毛细管作用将银粉和铝粉拉近，促进银粉和铝粉的烧结，使金属颗粒的烧结致密化。而混合玻璃粉中以Pb-B-Si作为主玻璃粉，主玻璃粉可以腐蚀SiNx层和Al2O3层，同时可以促进银粉的烧结，确保接触电阻不会提高，而副玻璃粉可以促进铝粉的烧结，并且副玻璃粉的加入会降低整体的烧结温度同时提高与硅片的润湿性，进而减少金属钉刺的出现，提高了电池的开路电压和转化效率。通过主玻璃粉和副玻璃粉的配合使用，可以平衡银粉和铝粉的烧结温度，使玻璃粉的烧结窗口变宽，提高太阳能电池的开路电压和电池效率。
所述主玻璃粉包括以下重量百分比的组分：PbO 70-80％，B2O3 5-15％，SiO2 1-10％，Bi2O3 5-10％，Al2O3 1-5％。
进一步优选，所述主玻璃粉包括以下重量百分比的组分：PbO 75％，B2O3 10％，SiO25％，Bi2O3 8％，Al2O3 2％。
通过采用上述技术方案，主玻璃粉为Pb-B-Si玻璃，B2O3的加入可以降低玻璃粉的软化点，使玻璃粉的化学性质更加稳定，同时在烧结过程中发挥更好的粘结作用，可以使烧结固化的电极更加稳定地粘结在晶硅电池表面，保证电池的稳定性和耐久性。Bi2O3的加入在一定程度上可以使玻璃份的结构更加紧凑，进一步降低玻璃粉的软化温度，提升烧结效率。SiO2和Al2O3的加入以促进玻璃粉对Al2O3层和SiNx层的腐蚀，促进银粉和铝粉的烧结的同时确保接触电阻不会提高。
可选的，所述副玻璃粉包括以下重量百分比的组分：V2O5 40-60％，ZnO 15-25％，B2O3 20-30％，BaCO3 1-10％。
进一步优选，所述副玻璃粉包括以下重量百分比的组分：V2O5 50％，ZnO 20％，B2O3 25％，BaCO3 5％。
通过采用上述技术方案，副玻璃粉通过V2O5、ZnO、B2O3、BaCO3的配合，可以降低整体的烧结温度，同时提高银浆与硅片的润湿性能，防止出现过多的金属钉刺导致开路电压的损失增大，提高电池开路电压和电池转化效率，并且通过主玻璃粉和副玻璃粉的配合使用可以拓宽浆料的整体烧结窗口。
可选的，所述主玻璃粉和副玻璃粉均通过以下方法制得：将各组分加热熔融后进行高温水淬，水淬后使用球磨机进行球磨至指定大小，得到主玻璃粉或副玻璃粉。
可选的，所述主玻璃粉和副玻璃粉的粒径D50均不超过3μm。
可选的，所述有机载体包括质量比为1：(2-5)：(10-15)的乙基纤维素、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯。
可选的，所述银浆的细度不超过10μm。
第二方面，本申请提供一种N型太阳能电池正面银浆的制备方法，采用如下的技术方案：
一种N型太阳能电池正面银浆的制备方法，包括：将各组分原料混合后进行研磨，研磨结束后刮细度至10μm以下，制得N型太阳能电池正面银浆。
第三方面，本申请提供一种N型太阳能电池正面银浆在N型太阳电池中的应用，采用如下的技术方案：
一种N型太阳能电池正面银浆在N型太阳电池中的应用，包括：将所述银浆在N型晶硅电池片上经丝网印刷、烧结炉烧结得到所需的太阳能电池。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请技术方案中，采用主玻璃粉Pb-B-Si玻璃和副玻璃粉V-Zn-B玻璃混合使用，主玻璃粉腐蚀SiNx层和Al2O3层，同时促进银粉和铝粉的烧结，保证接触电阻不会提高。副玻璃粉降低整体烧结温度的同时提高与硅片的润湿性，防止出现过多金属钉刺，提高了开压和效率，也拓宽了浆料的整体烧结窗口。
2.主玻璃粉和副玻璃粉按照一定比例搭配使用，通过其性能的互补性拓宽了浆料的烧结窗口，减少了金属钉刺的产生。主副玻璃粉通过良好的比例搭配，降低了玻璃粉整体烧结温度、增强与硅片润湿性，提高开压的同时不会造成接触电阻的升高，提升电池整体效率。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。需要说明的是，以下实施例中未注明具体者，均按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。
主玻璃粉的制备例
制备例1-3
主玻璃粉的组分配比参照表1，具体制备方法如下：将各组分投入马弗炉中在1100℃下加热熔融1h，然后进行高温水淬，水淬后使用行星式球磨机球磨1h至粒径D50≤3μm，制得主玻璃粉。
其中，各组分总和为1㎏。
表1：制备例1-3组分配比(wt％)
| PbO | B2O3 | SiO2 | Bi2O3 | Al2O3 | |
| 制备例1 | 70 | 15 | 9 | 5 | 1 |
| 制备例2 | 80 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 制备例3 | 75 | 10 | 5 | 8 | 2 |
制备例4
本制备例与制备例1的区别在于，主玻璃粉的粒径D50为5μm，其余均与制备例1保持一致。
副玻璃粉的制备例
制备例5-7
副玻璃粉的组分配比参照表2，具体制备方法如下：将各组分投入马弗炉中在1100℃下加热熔融1h，然后进行高温水淬，水淬后使用行星式球磨机球磨1h至粒径D50≤3μm，制得副玻璃粉。
其中，各组分之和为1㎏。
表2：制备例5-7组分配比(wt％)
| V2O5 | ZnO | B2O3 | BaCO3 | |
| 制备例5 | 40 | 25 | 25 | 10 |
| 制备例6 | 60 | 15 | 20 | 5 |
| 制备例7 | 50 | 20 | 25 | 5 |
制备例8
本制备例与制备例5的区别在于，副玻璃粉的粒径D50为5μm，其余均与制备例5保持一致。
实施例1
一种N型太阳能电池正面银浆，其组分配比参照表3，具体制备方法如下：按配比，取银粉、铝粉、制备例1中制得的主玻璃粉、制备例5中制得的副玻璃粉、有机载体混合，投入三辊机中进行研磨，研磨充分后刮细度至10μm以下，制得N型太阳能电池正面银浆。
其中，有机载体包括乙基纤维素、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯，乙基纤维素、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯的质量比为1:2:15；各组分原材料总和为10㎏。
实施例2-4
实施例2-4与实施例1的区别在于，原材料组分配比不同，具体组分配比参照表3，其余均与实施例1保持一致。
表3：实施例1-4原材料组分配比(wt％)
| 银粉 | 铝粉 | 主玻璃粉 | 副玻璃粉 | 有机载体 | |
| 实施例1 | 70 | 5 | 10 | 0.1 | 14.5 |
| 实施例2 | 90 | 0.5 | 3.5 | 1 | 5 |
| 实施例3 | 73 | 1 | 5 | 1 | 20 |
| 实施例4 | 85 | 1 | 4 | 1 | 9 |
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，使用等量的主玻璃粉替换副玻璃粉，其余均与实施例1保持一致。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，使用等量的副玻璃粉替换主玻璃粉，其余均与实施例1保持一致。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，主玻璃粉与副玻璃粉的用量相同，添加量均为5.05wt％，其余均与实施例4保持一致。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于，主玻璃粉的添加量为0.1wt％，副玻璃粉的添加量为10wt％，其余均与实施例4保持一致。
性能检测试验
将实施例1-4及对比例1-4中制得的N型太阳能电池正面银浆通过丝网印刷印制到N型晶硅电池片上，然后通过烧结炉烧结制得N型太阳能电池。
取上述实施例和对比例中制得的N型太阳能电池以及市售产品作为对比例，利用拉力机检测附着力，使用IV测试仪检测其电性能，性能检测结果见下表4。
表4：实施例1-4及对比例1-4性能检测结果
通过表4中的数据可以看出，主玻璃粉和副玻璃粉按照一定的配比搭配使用后，通过降低玻璃粉的整体烧结温度，拓宽了烧结窗口，同时增强了与硅片的润湿性，在硅片表面具有更好的附着性能，在提高开路电压的同时保持较低的接触电阻，并且保持较高的转化效率。
通过实施例1-4与市售产品的对比可以看出，本申请技术方案中提供的N型太阳能电池正面银浆中，通过主玻璃粉和副玻璃粉的配合使用，其性能可以达到并优于现有市售产品，具有良好的电学性能表现。
通过对比例1和对比例2中的数据可以看出，单一的主玻璃粉或副玻璃粉相较于混合玻璃粉，其性能明显变差，电池的光电转换效率有明显的降低。这可能是因为单一的玻璃粉的烧结温度范围过小，导致玻璃粉的烧结窗口变窄，难以满足银粉和铝粉的有效烧结，导致在烧结的过程中出现过多的金属钉刺，进而导致电池的开路电压降低的同时电池转化效率下降。
对比例3和对比例4中对主玻璃粉和副玻璃粉的添加比例做了调整，可以看出，当银浆中副玻璃粉的添加量过高时，也会导致电池的电性能下降，具体而言，主玻璃粉的添加量减少、副玻璃粉的添加量增加时，玻璃粉的整体烧结窗口变窄，同时银浆对硅片的润湿性减弱，导致银浆在硅片表面的附着性能变差。
实施例5
本实施例与实施例4的区别在于，主玻璃粉由制备例2制得，其余均与实施例4保持一致。
实施例6
本实施例与实施例4的区别在于，主玻璃粉由制备例3制得，其余均与实施例4保持一致。
实施例7
本实施例与实施例4的区别在于，主玻璃粉由制备例4制得，其余均与实施例4保持一致。
实施例8
本实施例与实施例4的区别在于，副玻璃粉由制备例6制得，其余均与实施例4保持一致。
实施例9
本实施例与实施例4的区别在于，副玻璃粉由制备例7制得，其余均与实施例4保持一致。
实施例10
本实施例与实施例4的区别在于，副玻璃粉由制备例8制得，其余均与实施例4保持一致。
实施例5-10性能检测结果参照下表5。
表5：实施例5-10性能检测结果
通过表5中的数据可以看出，银浆中主玻璃粉和副玻璃粉的组分配比变化也会导致电池电性能的改变，通过将主玻璃粉和副玻璃粉的组分限定在本申请所限定的范围内可以使电池具有更好的电性能，并且在硅片表面的附着性能也更好。另外，通过实施例7和实施例10中的数据可以看出，玻璃粉的粒径过大时不利于烧结，会导致银浆对硅片的润湿性变差，银浆在硅片表面的附着性能降低，同时电池的电性能也有一定的下降。
实施例11
本实施例与实施例4的区别在于，有机载体包括乙基纤维素、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯，乙基纤维素、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯的质量比为1:5:10，其余均与实施例4保持一致。
实施例12
本实施例与实施例4的区别在于，有机载体包括乙基纤维素、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯，乙基纤维素、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯的质量比为1:1:1，其余均与实施例4保持一致。
实施例13
本实施例与实施例4的区别在于，银浆刮细度至15μm，其余均与实施例4保持一致。
实施例11-13性能检测结果见下表6。
表5：实施例11-13性能检测结果
通过表5中的数据可以看出，有机载体中各组分的配比也会在一定程度上对银浆的附着性能以及电池的电性能产生影响，可以看出，当有机载体中各组分的配比在本申请限定的范围中时，银浆在硅片表面具有更好的附着性能，并且制得的电池的电性能也保持在较高的水平，但是当超出本申请中的优选范围时，银浆对硅片的润湿性能会有一定程度的下降，并且会影响到玻璃粉的烧结，影响到电池的电性能。
另外，通过表5中的数据可以看出，当银浆在制备过程中刮细度整体粒度过高时，也会导致银浆在硅片表面的附着性能下降，并且电池的电性能也有一定程度的减弱，这可能是因为粒度过大导致银浆的润湿性能变差导致的。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种N型太阳能电池正面银浆，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：银粉70-90%，铝粉0.5-5%，主玻璃粉1-10%，副玻璃粉0.1-5%，有机载体5-20%；所述主玻璃粉为Pb-B-Si玻璃，所述副玻璃粉为V-Zn-B玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种N型太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述主玻璃粉包括以下重量百分比的组分：PbO 70-80%，B2O3 5-15%，SiO2 1-10%，Bi2O3 5-10%，Al2O3 1-5%。
3.根据权利要求1所述的一种N型太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述副玻璃粉包括以下重量百分比的组分：V2O5 40-60%，ZnO 15-25%，B2O3 20-30%，BaCO3 1-10%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种N型太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述主玻璃粉和副玻璃粉均通过以下方法制得：将各组分加热熔融后进行高温水淬，水淬后使用球磨机进行球磨至指定大小，得到主玻璃粉或副玻璃粉。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种N型太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述主玻璃粉和副玻璃粉的粒径D50均不超过3μm。
6.根据权利要求1所述的一种N型太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述有机载体包括质量比为1：（2-5）：（10-15）的乙基纤维素、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯。
7.根据权利要求1所述的一种N型太阳能电池正面银浆，其特征在于，所述银浆的细度不超过10μm。
8.权利要求1-7任一项所述的一种N型太阳能电池正面银浆的制备方法，其特征在于，包括：将各组分原料混合后进行研磨，研磨结束后刮细度至10μm以下，制得N型太阳能电池正面银浆。
9.权利要求1-7任一项所述的一种N型太阳能电池正面银浆在N型太阳电池中的应用，其特征在于，包括：将所述银浆在N型晶硅电池片上经丝网印刷、烧结炉烧结得到所需的太阳能电池。
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