太阳能电池浆料201981

《太阳能电池浆料201981》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能电池浆料201981（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

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

2、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，

3、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银浆组成成分第1页/共10页(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%, 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0.1-10ym左右，比表面积为0.2-0.6m2/g好于比表面积大于

4、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1pm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

5、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

6、种金属氧化物，比如PbO、B2O3、 SiO2, Bio3、A12O3, 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900-1300C，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90-120C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

7、率低，串联电阻大。玻璃相软化液相温度：380-400C ；玻璃相中Pb能与Ag在 340C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

8、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 体主要有松油醇一乙基纤维素体系和柠檬酸三丁酯一硝化纤维素体系。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

9、%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。11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

10、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 欧姆接触、低的接触电阻、良好的印刷性、良好的附着力等，从而使电池片具有较高 的光电转换效率。浆料的质量和性能对晶体硅太阳电池的效率有重要影响，近年来晶 体硅太阳电池转换效率的提高大部分要归功于浆料的改善，尤其是正银浆料。不过由 于不同种类太阳电池的结构和制备工艺有差别，对正银浆料的性能要求也有所差异， 主要包括高温型和低温型，分别应用于晶体硅太阳电池和HIT太阳电池。高温烧结型正银浆料一般由银粉、玻璃粉和有机载

11、体等组成。这些组成成分的性 能和比例会直接影响太阳电池的转换效率。HIT太阳电池的正面电极通常在200 C左右进行烧结，因此，必须使用低温型电 极浆料。低温银浆成分主要由银粉、树脂、溶剂及添加剂组成。其中，银粉为导电相， 树脂是粘结相，溶剂用来溶解树脂、控制浆料的挥发性等，添加剂则是用来改变浆料 的各种性能，使其适用于HIT太阳电池电极的印刷和固化工艺。低温固化型正银浆 料中，一种为热塑性浆料，采用热塑性树脂，其溶剂含量较多，固化工艺窗口较窄； 另一种采用热固性树脂，称为热固性浆料，加热时，热固性聚合物在相邻的聚合链间 形成化学键，形成三维网络结构，比热塑性浆料形成的二维结构要刚硬。1.2背面

12、银浆从三种浆料的作用来看，背银的功能性最小，因此技术门槛比较低，背银占电池 生产成本的2-3%。先前的背银通常称之为银铝浆，浆料中含银、铝。一是银铝浆中 的铝在烧结的过程中在背电极与电池之间形成类似的BSF层。（先前的电池片背电极 都是比较宽的两条或三条。）二是降低背银的成本，银和铝的价格有明显差距，背银 的固含量在78%左右。由于背银对电池的性能影响很小，所以电池片厂对背银的要求主要是单耗、焊接 性能等，于是形成基本相同的路线，去铝，降低固含量，不管是杜邦、贺利氏还是福 禄，当前的背银固含量都低于70%，银含量就更低了。因此背银的发展方向是在保持 或提高焊接性能的同时，降低银含量、降低单耗，

13、最终降低成本。1.3银浆的消耗量P型常规电池2018年单片电池银浆消耗量约为125mg,目前通过增加主栅数量以 及减小细栅宽度可以减少正银消耗量，五主栅及多主栅线技术将是未来趋势。随着技 术的更替和新科技的发展，如电镀技术、 3D 打印技术、贱金属栅线技术等，银浆消 耗量有望持续下降。 2018年栅线宽度一般控制在45微米，预计未来还有30%的下降 空间，到2025年下降到30微米左右。细栅线宽度的下降得益于浆料技术及印刷设备精度的提升，印刷设备精度将由目前的 9 微米，提高到 2025 年的 5.5 微米。1.4银浆发展状况及趋势光伏银浆包括了高分子技术，焊接技术、半导体技术、界面技术、导电

14、技术，是 集粉末、冶金、化工、电子、材料几位一体的高新技术领域，属于资金和技术密集型 产业。其核心技术是玻璃粉和有机载体的研发和生产，国产浆料企业若想持续提升竞 争力，面临的挑战也越来越大。正银浆料发展的趋势是降低单耗，降低接触电阻，减 少遮光面积，从而降低成本，提高电池转化率。实施的途径是需要持续改善玻璃粉性 能，有机载体性能，银粉性能，浆料制作技术以及与丝网的合理搭配。这对技术要求 更为严苛，也是正银企业的发展动力。长期以来,凭借长期的技术积累、雄厚的资金实力以及丰富的产业经验，贺利氏、 杜邦、三星和硕禾等四大进口浆料巨头一直占据绝大部分的正银市场份额，居于绝对 主导地位。贺利氏于2008

15、年推出首款正银浆料，到目前为止已相继推出了十代重要 产品，平均每年将光伏电池转换效率提高约0.15%，持续推动行业技术的进步。国内正面银浆起步较晚，2011年之前国产正银一直未有突破。直到2016年，经 过数年技术积累的国产正银企业抓住市场机遇迅速崛起，具备了一定的批量供货能力。 2017年，国产正银企业攻克了二三线电池厂，市场份额逐渐攀升，国产化速度超过 预期。进入2018年来，随着国产正银的产品性能和品质持续性的提升，部分领先的 国产正银企业已拥有部分一线电池大厂客户。据亚化咨询统计，2018年国产正银出 货量约在850吨，约占全球太阳电池正银市场份额的37%，其中年出货量超过50吨的企业

16、包括无锡帝科、深圳首骋、苏州晶银、上海匡宇和常州聚和；而国产正面银粉 的市场份额只有30%。EneryTrend预计2020年国产正银将占到60%的市场份额。二、光伏铝浆铝浆的作用主要是在烧结的过程中，在电池片背面形成铝背场来提高电池片的电 性能。铝背场的作用机理有两个，一个是铝吸杂；一个是形成所谓的P+层；对铝浆 的要求有电性能、外观、翘曲度、附着力等，其中电性能是关键。国内外有很多的相 关专利可以查阅，并结合当前电池片、组件厂的要求，可以预见其将来的发展方向必 定是高电性能、低翘曲度、外观均一、附着力达标。铝浆占电池成本3-4%,是由铝粉、玻璃粉和有机载体组成的具有流变性的混合物， 如图2所示；对铝浆的技术要求有：形成铝背P/P+结，提高开路电压，从而提高电池 的光电转换效率;形成良好的硅铝合金，有牢固的欧姆接触，对硅片进行有效地吸杂； 烧结后获得优良的导电性：化学稳定性好；成本低，优化工艺上能投入生产