太阳能电池导电银浆的研究进展与市场现状

太阳能电池导电银浆的研究进展与市场现状／彭娟等・１４１・太阳能电池导电银浆的研究进展与市场现状。

彭娟１’２，邓建国１，黄奕刚３

（１四川省新材料研究中心，成都６１００４１；２西南科技大学材料科学与工程学院，绵阳６２１０１０；

３中国工程物理研究院科学城办事处，绵阳６２１９００）

摘要综述了国内外太阳能电池导电银浆的最新研究进展，介绍了银浆中各组分（银粉、玻璃粉、有机载体以及添加剂）对银浆性能的影响，分析了国内外太阳能电池导电银浆市场的应用与需求现状，并对我国导电银装国产化提出了思路与对策。

关键词太阳能电池导电银浆转换效率

中图分类号：ＴＢ３９；ＴＭ６１５文献标识码：Ａ

ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓａｎｄＭａｒｋｅｔＳｉｔｕａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＳｉｌｖｅｒＰａｓｔｅｉｎＳｏｌａｒＣｅｌｌｓＰＥＮＧＪｕａｎｌ～，ＤＥＮＧＪｉａｎｇｕ０１，ＨＵＡＮＧＹｉｇａｎ９３

（１ＳｉｃｈｕａｎＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１；２ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０１０；３ＴｈｅＯｆｆｉｃｅｓｏｆＫｅｘｕｅｃｈｅｎｇ，Ｃｈｉｎａ

ＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００）

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｌａｔｅｓｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｓｉｌｖｅｒｐａｓｔｅｉｎｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｓｉｌｖｅｒｐｏｗｄｅｒ，ｇｌａｓｓｆｒｉｔ，ｏｒｇａｎｉｃｖｅｈｉｃｌｅａｎｄａｄｄｉｔｉｖｅｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｉｌｖｅｒｐａｓｔｅｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｍａｎｄｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｓｉｌｖｅｒｐａｓｔｅｍａｒｋｅｔｉｎｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｇｎａｔｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｇｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｔｈｏｕｇｈｔｓａｎｄｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｔｏｔｈｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｓｉｌｖｅｒｐａｓｔｅｉｎＣｈｉｎａａｒｅａｌｓｏｐｒｏｐｏｓｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｏｌａｒｃｅｉｌｓ，ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｓｉｌｖｅｒｐａｓｔｅ，ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

０引言

随着社会经济的发展以及人类对能源需求的不断增长，化石能源的有限性和在使用过程中对全球气候及环境所造成的影响已经引起了人们的高度重视［１］。因此，现在人们越来越多地关注到对风能、水能、地热能、太阳能等可再生能源的利用，其中太阳能最引人注目。太阳能作为一种清洁能源，已应用在发电、热水、干燥、制冷、采暖等方面口．ｓ］，但现在更多的探讨是如何将太阳能电池、太阳能汽车、太阳能建筑等带到人们的实际生活中去。１９５４年［４］美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次成功制成了转化效率为６％的实用型单晶硅太阳能电池，从此便开启了太阳能电池的发展道路。随着科学技术的不断进步以及人们对太阳能电池开发的不懈努力，太阳能电池已经完全步入产业化应用阶段。目前，我国已成为硅太阳能电池的最大生产和出口国，但是，许多高性能核心材料（如导电银浆等）受到国外企业的垄断，而导电银浆是制备太阳能电池的主要原材料，是获得高效率、低成本太阳能电池的关键材料之一，我国太阳能电池生产所需银浆几乎全部依靠进口，因此很大程度上降低了国内企业生产太阳能电池的效益。本文简要概述了太阳能电池导电银浆各组分对其性能的影响，综述了国内外太阳能电池导电银浆市场的发展现状，提出了银浆国产化思路与建议。

１太阳能电池用导电银浆

太阳能电池分为硅太阳能电池、薄膜太阳能电池以及有机太阳能电池等，其中硅太阳能电池主要包括单晶硅和多晶硅两种，且市场中８０％～９０％份额为硅太阳能电池［５］。目前，单晶硅太阳能电池实验室的最高转换效率可以达到２５．ｏ／；而多晶硅太阳能电池则可以达到２０．４％［６］。硅太阳能电池是由Ｐ型硅基片、ｎ型层、减反射膜、正面银电极、铝背场电极和背面银电极这几部分构成。从硅太阳能电池的基本结构可以发现，除硅基片外，银浆对太阳能电池性能同样能产生重要的影响。

太阳能电池导电银浆主要是由银粉、玻璃粉、有机载体以及其他添加剂（辅料）按照一定比例组成的机械混合物浆料。银粉在银浆中作为导电相，是决定银电极性能的主要因素；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，形成欧姆接触；有机载体主要是在银浆中起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；其他添加剂是为提高太阳能电池性能而加入

＊四川省杰出青年学科带头人资助项目（００８２３４２）

彭娟：女，１９８６年生，硕士生，主要从事太阳能电池导电银浆的研究Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｅｎｇｊｕａｎ３１４＠１６３．ｔｏｍ万方数据

・１４２・

材料导报Ａ：综述篇２０１２年ｌｏ月（上）第２６卷第ｌｏ期

的微量物质。银浆中这些组分的质量和性能直接影响到太阳能电池的转换效率。

１．１银粉对银浆性能的影响

银粉作为太阳能电池导电银浆中的主要成分，其粒径、含量、分散性等都对银浆的性能有着很大的影响。

银粉的粒径会影响银浆的印刷及烧结性能，从而对太阳能电池的电性能产生影响。许多研究结果［７驯表明，如果银粉粒径较大，则会在丝网印刷时堵住网版，使浆料不能漏过网版得到电极图案；但如果银粉粒径较小，则具有较高的比’表面能，在烧结过程中极易团聚而结成银块，冷却后重结晶得到的银颗粒减少，增大电极的比接触电阻。一般银粉粒径选择范围是０．１～２０ｔｔｍ。也有专利报道∞删使用两种或两种以上不同粒径的银粉来制备太阳能电池导电银浆，可以抑制在烧结之后接触电阻的增大以及在形成电极时产生的微小裂纹，提高电池的导电性。

太阳能电池导电银浆中银粉的质量分数一般在７０％～９０％的范围内。杨颖等［１１１认为银粉的质量分数为７０％～８０％时，银浆的流变性和导电性都较合适，如果高于这个范围，将会影响银浆的流变性，从而不利于银浆的印刷，并且导电性也无明显的提高。张翠芬等［１２１在研究银粉与树脂配比对银浆性能的影响时，同样发现，当银粉含量过高时，含有树脂的溶剂无法全部浸润所有银粉的表面，从而使接触电阻增大。任明淑等［】３］不仅分析了银粉的颗粒粒径对太阳能电池性能的影响，而且还研究了银粉粒径分布、热失重等对太阳能电池性能的影响，制备了平均粒径为０．３～１．５／ｚｒｎ、灼烧后热失重不大于０．３％的银粉，用该银粉制备的太阳能电池中电极与硅基片的界面结构平整，欧姆接触好，导电性好。

银粉在银浆中的分散性对太阳能电池性能也有很大影响。ＧｕｉｑｕａｎＧｕｏ等ｎ们通过扫描电子显微镜观察到，用分散性好的银粉制备的银浆烧结后，不发生结块而是形成致密结构，因而很大程度上提高了太阳能电池的性能。韦群燕等［１５］通过对银粉表面的有机改性同样得到在银浆中高度分散的银粉，使制备的电子浆料具有优良的印刷性、稳定性。

除了单独地将银粉作为导电相外，许多专利口６’１７３也提到了将银粉与其他金属或合金颗粒等共混来作为银浆中的导电相，其中包括：（１）Ａｇ与Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｃｏ等；

（２）Ａｇ与Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｃｏ等构成的合金；（３）Ａｇ与由Ａｇ或Ｃｕ包覆的Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｃｏ等。研究发现，通过添加这些金属或合金颗粒等，不仅可以降低太阳能电池电极的成本，而且有效扩大了银浆的烧结范围，使制备的太阳能电池拥有更高的转换效率。

１．２玻璃粉对银浆性能的影响

玻璃粉在太阳能电池电极制备过程中起到极其重要的作用。在制备过程中，玻璃粉的含量、润湿能力、分散性等都对银浆的性能有影响。甘为平等ｕ８３通过研究１１组不同配方的导电银浆，发现当银粉含量不变时，电阻率在一定范围内随着玻璃粉含量的增加而逐渐升高。刘锦华ｕ９］在其专利中报道了用表面活性剂对玻璃粉进行处理，采用的表面活性剂为卵磷酯、壬基酚环氧加成物、丙三醇单油酸酯、磷酸高级脂肪醇酯、三乙醇胺、正辛酯中的一种或几种。经过处理后的玻璃粉具有较好的亲水性，对浆料中的有机载体具有很好的浸润性，使玻璃粉在浆料中具有更好的分散性，提高了浆料在生产过程中的质量稳定性。张亚萍等－－２虬也讨论了，银浆中玻璃粉的润湿能力对Ａｇ／Ｓｉ欧姆接触、银粉烧结和电极导电机制的影响。研究发现，玻璃粉的软化温度低，则润湿能力强，有利于ＳｉＮ减反射膜的腐蚀，形成较理想的Ａｇ／Ｓｉ欧姆接触；有利于银粉烧结，获得致密的电极结构；还有利于量子力学隧道效应的发生，导致低的接触电阻，从而提高电池的性能。

含铅玻璃粉是目前太阳能电池导电银浆中使用最多的玻璃粉，但玻璃粉中铅的含量对电极性能有很大影响。敖毅伟［２门发现玻璃粉中铅含量越高，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，当玻璃粉中铅含量为３０％～６５％（质量分数）时，电极的比接触电阻率为０．０７～０．３６ｆ１・ｃｍ２。陈宁等［２２］在探讨玻璃粉对电池串联电阻影响时，也得到同样的结果．并且还发现随ＰｂＯ玻璃粉含量的增加，浆料电极与硅基底之间的附着力也增大。由于铅对环境有害，研制无铅银浆成为太阳能电池产业发展的趋势。许多专利报道了使用铋一硅一锑汹］、钡一锌一硼圈］、铋一锌一硼口明等玻璃粉来实现银浆的无铅化，制备的银浆不仅环保，而且具备较高的导电性。

１．３有机载体对银浆性能的影响

有机载体主要包括有机溶剂、增稠剂以及其他有机助剂。姚志刚等［ｚ阳研制了丙烯酸树Ｎ／松油醇（粘度为１０３～１０４ｍＰａ・ｓ）和松香／松油醇（粘度为１０４～１０。ｍＰａ・ｓ）的有机载体。研究表明，它们不仅具有传统有机载体在烧结过程中银层不起泡、不龟裂、烧结后无残留的优点，而且在烘干成膜、流平性、触变性等方面也优于传统有机载体，具有成膜强度较高的特点。苟建华等口７］采用有机溶剂和有机添加剂按照质量比为３：１～７：１配制而成的有机载体，其中以松油醇、松节油、醚类中的一种或其组合作为有机溶剂，以乙基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯、丙烯酸树脂、聚丁烯醇缩丁醛中一种或它们的组合与蓖麻油按照质量比为１：３～】：５混合在一起作为有机添加剂，通过丝网印刷制备的太阳能电池正面遮光面积小，光电转换效率高。

郑建华等口８１采用质量比为２：８～４：６的高粘乙基纤维素（粘度为０．２２Ｐａ・ｓ）与低粘乙基纤维素（粘度为０．１Ｐａ・ｓ）的混合物作为增稠剂，用松油醇进行溶解，并加入其他有机助剂形成的有机载体，使银浆具有良好的丝网印刷性能。用该银浆所印制出的电池片，其电极栅线线宽增大量小，边缘清晰且具有一定的高度，与硅基片润湿性好。电池片经烧结后光电转换效率高，具有较高的开路电压、短路电流以及填充因子ＦＦ，较小的串联电阻，同时还具有优越的电极机械性能。

１．４添加剂对银浆性能的影响

Ａ１ｅｘＳ．Ｉｏｎｋｉｎ等［２明在银浆中添加了２．５％～７．５％（质量分数）粒径为３５ｎｍ的纳米锌，与杜邦公司生产的工业标准银浆ＰＶｌ５９以及添加颗粒粒径为３．６ｔ，ｍ、４．４ｐｔｍ的金属锌

万方数据