[发明专利]晶硅太阳能电池正面电极形成用无铅银导电浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池新材料领域，特别涉及一种晶硅太阳能电池正面电极形成用无铅银导电浆料及其制备方法。

背景技术

晶硅太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的半永久性物理电池，随着化石（石油，煤炭，天然气等）能源的极度消耗，产生的能源枯竭以及日益严重的温室效应，人类对新型清洁能源的需求变得越来越迫切。在未来漫长的时间里，太阳将是人类清洁能源的有效提供者，目前，晶硅太阳能电池是将太阳能转化为民用能源有效器件之一，它的应用范围正从航天、军事扩展到人们的日常生活，在不产生新的污染的同时，成本的降低将使太阳能电池得到更为广泛的应用。

普通丝网印刷晶体硅太阳能电池分为单晶硅和多晶硅两种，除了少数N型晶体硅电池外，主流产品是P型电池。一般的制作工艺如下：从厂家购入的掺有硼的硅基片，首先经清洗去除因切片过程造成的晶格损伤部分，形成低表面反射率的绒面构造，然后用三氯氧磷作为扩散源在硅片表面形成0.2-0.5μm深的磷重掺杂区域，称之为发射极（emitter）,发射极和P型基体接合处形成P/N结，另外在发射极表面通过等离子体增强气相沉积（PECVD），在表面形成厚度约80nm的SiN_X(氮化硅)防反射膜，然后在电池片背面印上铝导电浆料和银导电浆料（背银），在烧结后会形成背场（BSF）和焊区电极，在正面SiN_X上印刷正面银浆料（正银），通过烧结形成栅线电极（finger）和主电极（busbar）实现收集电流和提供焊区电极。

正面银浆要在烧结过程中烧穿（fire through）绝缘的SiN_X(氮化硅)防反射膜层，与硅基体形成欧姆接触。良好的欧姆接触表现在两个方面，其一，尽可能低的接触电阻，其二，不产生杂质向发射极过度扩散而引起的烧穿现象，在这其中玻璃粉起至关重要的作用。目前理论是这样认为的，银导电浆料烘干膜在烧到400-600℃，其中的玻璃已开始软化并浸润银粉，并且能溶解部分银粉，随着温度进一步升高，含有银的玻璃开始侵蚀SiN_X，向硅基体扩散并反应，在降温过程中最初溶解于玻璃内的银在硅表面会呈倒金字塔型晶粒析出，与硅形成直接接触。硅基体和上层银之间存在一层玻璃层（厚薄不均），银晶粒和上层银直接接触导通几乎不存在，主要导通原理是通过薄层玻璃的隧穿效应，也就是说接触电阻取决银层下单位面积硅表面上析出的银晶粒大小和数量以及中间玻璃层的厚度，而PbO被认为是决定侵蚀SiNX以及溶解银量的关键因素，因此目前所有的正银浆料均采用了含铅玻璃。

从2006年7月1日起，所有含铅，镉，汞，六价铬，聚溴二苯醚和聚溴联苯，六种有害物质的家电以及其他电子电气设备已禁止在欧盟市场销售。为减少对环境的不良影响，电子材料也必须实现无铅化，对晶硅太阳能电池正面电极形成用的银导电浆料而言，就是要采用无铅玻璃，因此需要研制一种性能优良的环保型晶硅太阳能电池正面电极形成用银导电浆料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶硅太阳能电池正面电极形成用无铅银导电浆料，该银导电浆料在红外烧结炉快速热处理过程中，对SiN_X层和硅基体有合适的侵蚀速率，线电阻低，可焊性好，与基材有良好的接触和附着力。

本发明还提供所述晶硅太阳能电池正面电极形成用无铅银导电浆料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种晶硅太阳能电池正面电极形成用无铅银导电浆料，该浆料主要由以下按质量百分比计的原料混合而成：银粉80-85%，玻璃粉1-5%，铂基材料0.01-0.05%，有机粘合剂10-15%。银含量低于80%，线电阻会增加，增加电池的内阻从而降低电池的光电转换效率；银含量高于85%，会造成体系的无机含量降低，从而降低银层与基材的附着力。玻璃含量低于1%，会造成烧结过程中溶解银的量降低，从而造成接触电阻变大，降低电池性能；玻璃含量超过5%，会造成银层与基材间的玻璃层过厚，增加接触电阻和线电阻，降低电池性能。铂基材料低于0.01%起不到促进玻璃浸蚀SiNx的效果，高于0.05%没有增进浸蚀效果的迹象反而增加成本。有机粘合剂高于15%，印刷效果差，在烧结过程中栅线会坍塌；低于10%，体系粘度过高，会造成丝网漏印困难，虚印严重。