太阳能电池浆料2019.8.1

太阳能电池浆料

在太阳能电池的表面制备电极引出电流是太阳能发电的关键环节之一。目前业内的常用方式即在太阳能电池片的两面印刷电池浆料做成电极，其中一种是用于太阳能电池背面的铝或铝＋银电极；另一种是用于太阳能电池受光面（正面）的银电极。根据组成成分，太阳能电池浆料分为：银浆、铝浆。

目前，光伏电池浆料约占太阳能电池成本的20%；“十三五”太阳能发展规划提出，到2020年光伏发电要实现用电侧平价上网。减少电池片浆料用量，和硅片的价格下降一起构成电池成本降低的主要驱动力。随着硅片价格下跌，近两年国内电池浆料成本占电池总成本的比重增加。因此，国内众多的太阳能电池生产企业对电池浆料的成本越来越重视。多主栅、超细栅线金属化技术有利于减少正银用量；正银的国产化，也有利于电池企业降低浆料成本。其次，由于浆料次级原材料已可全部自制，已完成完整的工艺链，这样可带来低成本、质量可控及一对一服务保证技术服务的即时性等优势。

浆料产品一个最大特性就是无法定型，随着电池生产技术的不断变化，不同电池厂对原材料的品质要求、工艺路线、生产设备以及其他要求等不一样，而且这些要求都是动态变化，动态调整的；因此，需针对各家电池厂的独特需求，提供定制化服务，双方共同研发创新太阳能电池生产工艺。

一、银浆

电极作为太阳能电池的重要组成部分，主要起收集电流的作用，同时对电池的受光面积和串联电阻有决定性的影响，是太阳能电池转换效率的重要影响因素之一；银浆包括正银和背银。

目前银浆由超细银粉、玻璃粉和有机载体（主要为树脂和有机溶剂等）以及适量添加剂组成，如图1所示。

图1 银浆组成成分

（1）金属银粉

由于银具有良好的导电性，且相对于其他贵金属而言价格便宜，作为银浆中的导电相，银粉纯度要求＞99%，一般占浆料总量的80%～90%；研究结果表明，银粉粒径分布、微观形貌、含量等对太阳电池的转换效率有重要影响。其特性参数主要有粒径、形状、表面状态、比表面积等；目前银浆中广泛使用的是微米、亚微米级超细球形银粉，一般粒径控制在0.1-10μm左右，比表面积为0.2-0.6m2/g好于比表面积大于0.6m2/g的；银粉颗粒形状有球形和片状，球形电性能参数好于片状银粉；粒径过大，银浆的粘度和稳定性有显著的降低，颗粒之间的间隙比较大，烧结成的电极不够紧密，接触电阻大，焊接性也会受到影响；粒径过小，制备困难，容易氧化，在银浆配置过程中难与其他成分混合。不同粒径银粉混合，振实密度大于5g/m3，性能好，振实密度过小时，烧结后收缩大，容易导致断裂，产生空洞等。58-90nm和30-58nm银粉混合，接触电阻小，烧结性能好。

银粉有多种制备方法，其中粒径分布在1μm左右的球形银粉在太阳能电池领域应用广泛，该银粉主要采用化学还原法制备，设备简单，工艺条件容易控制，产品成本低，是目前广泛应用的生产方法。另外，工业用片状银粉主要使用还原球磨法制备，即将化学还原法制得的球形银粉经机械球磨得到片状粉。

（2）玻璃粉

无机相玻璃粉不仅有高温粘结作用，还是银粉烧结的助熔剂，以及形成Ag-Si 欧姆接触的媒介物质，是决定其附着强度、硅表面侵蚀程度、接触电阻大小以及最终电极性能的主要因素，占浆料总量的2-10%；主要的任务就是对减反射膜的侵蚀作用能保证获得良好的机械接触；其次，玻璃粉是银重结晶在硅发射极表面的媒介物质，在低于Ag/Si低共熔点的温度下，可以获得接近理想的Ag/Si欧姆接触；最后，玻璃粉还能溶解银粉，甚至影响银粉的烧结动力学过程。

无机玻璃相的制备一般采用高温熔制法：将各种金属氧化物，比如PbO、B2O3、SiO2，BiO3、Al2O3，V2O5、ZnO等，以一定的比例混合，研磨均匀，利用电炉熔炼，熔制温度为900-1300℃，保温时间为1-2h，待混合物呈澄清均化的玻璃液后，直接倒入装有去离子水的容器中淬火冷却，形成的不规则玻璃体在90-120℃下干燥5h以上；最后将玻璃体球磨成粉体，用不同的目筛筛取一定粒径的玻璃粉体。

研究发现，具有适当融化温度和润湿能力的玻璃粉，有助于降低银电极体电阻和接触电阻，增加焊接拉力，是获得最佳电池性能的关键因素之一。玻璃体比率：增多，

烧结峰值温度下降，体电阻小，接触电阻小；过多银晶粒间玻璃体阻挡层厚，隧道效应几率低，串联电阻大。玻璃相软化液相温度：380-400℃；玻璃相中Pb能与Ag在340℃形成共熔体，Pb含量高，玻璃体中Ag多，冷却时易形成低接触电阻，且玻璃层薄，但Pb含量过高，易腐蚀Si，从而烧穿PN结，烧结冷却后Ag结晶大小和分布取决于Pb含量，Pb含量小，易形成细小分布的结晶银。无铅化：取代Pb元素应具有以下性能：金属氧化物能与SiNx和Si反应；能与Ag低温合金；对Si的腐蚀速度小于SiNx。其中氧化铝可以增加玻璃粉的化学稳定性；ZrO2提高玻璃料的耐碱性；氧化磷是典型的网络形成剂。

（3）有机载体

作为其他固体颗粒的载体，一般占浆料总量的5%～15%。作用是分散和润湿浆料中的银粉及玻璃粉，控制浆料的流变性能，使浆料具有良好的印刷性能，以便转印到硅片上，形成所需的图形，最后在烧结的过程中挥发出去。性能要求不凝聚，无固定沸点，可以在加热过程中逐渐燃烧挥发，到某一温度应燃烧干净，无残留灰分。通过调节有机载体的组成和含量可以改变浆料的粘度、挥发性、触变性等性能，使浆料在印刷时具有较高的流动性，增大栅线高宽比，提高电池的转换效率。常见的有机载体主要有松油醇－乙基纤维素体系和柠檬酸三丁酯－硝化纤维素体系。

有机载体通常包括有机溶剂、有机粘接剂和其他添加剂；有机溶剂的作用是控制浆料的干燥速率和粘接剂的溶解度，可以溶解其他有机物，常温下挥发慢，其重量占有机载体的80%以上，一般为醇、酯、酮类有机物，比如松油醇、柠檬酸三丁酯、醋酸酯等。有机粘接剂的作用就是覆盖固体微粒，阻止微粒的凝聚，结块和沉淀，并赋予浆料合适的流变性，在浆料印刷和干燥后，使固体颗粒粘接在一起，具有一定的强度；一般为高分子聚合物树脂，比如乙基纤维素、苯乙烯、硝化纤维素等。

1.1正面银浆

正银约占电池制造成本的10-12%左右。正银用量约为背银的3倍，含银量达到80-85%左右，银含量过高（＞90%），粘接力、浸焊性下降，银含量低于60%，电阻的变化不稳定。因含银量高，所以正银的价格比背银要高；如果以产值估算，正银导电浆产值可达背银的8-10倍。

导电原理是在光照条件下，硅片中的p-n 结产生的光生电子会朝着电池正面电极运动，空穴朝着背电极运动。如果电子运动到正面电极之前未被缺陷或杂质复合就会被电极收集，进而形成电流流至外电路。因此，这对浆料的要求较高，如形成良好的