晶硅太阳电池用正面银浆技术研究-张愿成
n型topcon晶体硅太阳能电池正银主栅浆料用玻璃粉及其制备方法
n型topcon晶体硅太阳能电池正银主栅浆料用玻璃粉及其制备方法n型TOPCON晶体硅太阳能电池是近年来发展迅速的一种高效太阳能电池，其电池结构包括n型硅衬底、p型衬底、n型衬底上的p型TOPCON层、n型TOPCON层和金属电极等。
其中，正银主栅浆料是电池制备过程中不可或缺的一部分，其主要作用是在n型TOPCON层上形成一层导电银网格，以提高电池的光电转换效率和电流输出能力。
n型TOPCON晶体硅太阳能电池正银主栅浆料具有以下特点：1. 导电性好：正银主栅浆料中的银粉颗粒具有良好的导电性能，能够形成高效的导电银网格，提高电池的输出功率。
2. 粘附性强：正银主栅浆料中的粘合剂能够与硅表面充分结合，形成牢固的粘结，确保导电银网格的稳定性和耐久性。
3. 热稳定性好：正银主栅浆料在电池制备过程中需要经过高温烘烤，因此其材料必须具有良好的热稳定性，以避免在烘烤过程中出现材料烧损或变形等问题。
二、玻璃粉在n型TOPCON晶体硅太阳能电池正银主栅浆料中的应用玻璃粉是一种常见的非金属粉体材料，其主要成分为二氧化硅（SiO2），具有以下特点：1. 导电性差：相对于金属粉末而言，玻璃粉的导电性较差，不适合直接用于导电银网格的制备。
2. 粘附性强：玻璃粉具有较好的粘附性能，能够与其他材料充分结合。
3. 耐高温性好：玻璃粉在高温条件下仍能保持良好的物理和化学性质，不易烧损或变形。
基于以上特点，玻璃粉在n型TOPCON晶体硅太阳能电池正银主栅浆料中的应用主要是作为一种填充材料，用于调节浆料的流变性和黏度，增加浆料的粘附性和热稳定性，提高导电银网格的制备质量和性能。
三、玻璃粉的制备方法1. 原材料准备：选择高纯度的二氧化硅作为主要原料，经过研磨、筛分等工艺处理，得到粒径在1-10μm之间的细粉末。
2. 熔融制备：将细粉末放入高温熔融炉中，在一定的温度和时间条件下进行熔融处理，使其形成均匀的玻璃熔体，然后将熔体冷却成固态玻璃，最终得到玻璃粉。
n型topcon晶体硅太阳能电池正银主栅浆料用玻璃粉及其制备方法
n型topcon晶体硅太阳能电池正银主栅浆料用玻璃粉及其制备方法随着全球环保意识的不断提高，太阳能发电成为了一种越来越受欢迎的清洁能源。
太阳能电池是太阳能发电的核心组件，其中n型topcon晶体硅太阳能电池是目前最为先进的太阳能电池之一。
本文将介绍一种用玻璃粉制备正银主栅浆料的方法，以提高n型topcon 晶体硅太阳能电池的效率和稳定性。
一、n型topcon晶体硅太阳能电池简介n型topcon晶体硅太阳能电池是一种利用n型硅片和p型硅片组成的PN结构太阳能电池。
它的主要特点是在n型硅片表面形成一个p型浅层，再在p型浅层上形成一个n型浅层，形成了一种顶部接触（Top Contact）的结构，因此被称为topcon电池。
这种结构可以减少电池内部反射和电荷复合，提高电池的转换效率和稳定性。
目前，n型topcon晶体硅太阳能电池的转换效率已经达到了24.5%。
二、正银主栅浆料的制备方法正银主栅浆料是n型topcon晶体硅太阳能电池的重要组成部分，它在电池的主栅区域起到了提高电池转换效率和稳定性的作用。
传统的正银主栅浆料是由银粉、有机物和有机溶剂混合而成，但这种浆料容易产生氧化和剥落等问题，影响电池的性能。
为了解决这个问题，研究人员提出了一种用玻璃粉制备正银主栅浆料的方法。
具体步骤如下：1.制备玻璃粉：将适量的硅酸钠和硅酸铝溶解在水中，加热至1000℃以上，形成玻璃熔体，然后将熔体冷却并研磨成粉末。
2.制备正银主栅浆料：将玻璃粉与银粉、有机物和有机溶剂混合，在高温下进行反应，形成一种均匀的浆料。
3.涂覆电池：将正银主栅浆料涂覆在n型topcon晶体硅太阳能电池的主栅区域，并在高温下进行烘干和烧结，形成一层均匀的正银主栅层。
三、正银主栅浆料的性能分析使用玻璃粉制备的正银主栅浆料具有以下特点：1.高温稳定性：玻璃粉可以在高温下稳定存在，不易氧化和剥落，保证了电池的长期稳定性。
2.良好的粘附性：玻璃粉可以与银粉和硅片表面形成牢固的结合，提高了正银主栅层的粘附性和稳定性。
晶体硅太阳能电池正银银粉的制备及性能研究
独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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保密□，在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要银粉是制作晶体硅太阳能电池正银电极的关键材料，对电池的转换效率(η)、串联电阻(R s)、开路电压(V oc)等光电性能有直接影响。
论文以硝酸银为原料，抗坏血酸为还原剂，采用液相还原法制备了高性能正银银粉，并利用扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪等手段对银粉的微观形貌、粒度分布和电极的微观结构等进行了分析，研究了不同分散剂和工艺参数对银粉性能和相应电池片性能的影响。
研究了PVP、阿拉伯树胶、柠檬酸、瓜尔豆胶和明胶5种不同分散剂对银粉性能的影响，结果表明，以明胶为分散剂制备的银粉形貌为类球形，振实密度较高，达到5.56 g·cm-3，分散性和粒径分布也较好。
在明胶分散体系下制备正银银粉，研究了反应液浓度、分散剂用量、溶液PH值和反应温度等工艺因素对银粉性能的影响。
随着C6H8O6溶液浓度从5.1%增加至26.3%，银粉粒径D50先从1.49μm增大到2.33μm，后减小至2.09μm，银粉球形度逐渐改善，相应的电池片转换效率从15.62%逐渐提高至18.18%；随着明胶/硝酸银质量比从0.6%增加7%，银粉分散性和结晶性变好，粒径D50从3.44μm 逐渐减小到1.82μm；随着反应液PH值从0.6增加至3，银粉分散性逐渐改善，粒径从1.65μm增大到1.89μm，随后减小至1.41μm，当PH值为1.2时，电池片转换效率较高，达到17.81%。
晶体硅太阳能电池正面电极银浆
1 SN 908X 晶体硅太阳能电池正面电极银浆SN 908X SN 908X是一种专为晶体硅太阳能电池（是一种专为晶体硅太阳能电池（是一种专为晶体硅太阳能电池（n n +型）正面电极而设计的无铅导电银浆。
在高温烧结时导电银浆中导电组分能有效穿透SiNx 减反膜层与硅片形成良好的欧姆接触，具有印刷性能好，接触电阻小，分辨率高、高宽比大，填充因子高等特点。
1 工艺参数SN908X 固含量85~88% 粘度（Pa·S ）（Brookfield HBT ，25℃，10rpm ）380±20Pa.S 细度(刮板细度机)＜1010μμm 丝网（BOPP 不锈钢网）（BOPP stainless steel ）325/24mesh烘干温度 红外烘干炉，红外烘干炉，250~300250~300250~300℃℃/1min 烧结温度 750-840℃/1~2seconds烘干厚度（膜厚测试仪） 28-4528-45μμm 烧结厚度（膜厚测试仪）25-4025-40μμm 方阻(烧结膜)≤2m 2mΩΩ/□ 可焊性（220℃，62Sn/36Pb/2Ag ） >95% 耐焊性（220℃，62Sn/36Pb/2Ag ）10Seconds电池转换效率（%）单晶硅，平均转换效率≥单晶硅，平均转换效率≥18.6 18.6 18.6 多晶硅，平均转换效率≥多晶硅，平均转换效率≥多晶硅，平均转换效率≥17.217.2稀释剂LEED XS-092 工艺推荐及注意事项2.1 印刷在洁净度不低于1万级的洁净车间中印刷，洁净间通风良好，环境温度为24±224±2℃，印刷前须充分℃，印刷前须充分搅拌均匀。
如果浆料刚从冷藏室取出，须在印刷间静置到恢复常温方可使用。
22.2烘干 在红外网带炉中烘干，在红外网带炉中烘干，烘干的峰值温度为烘干的峰值温度为250~300度，时间根据烘干程度进行调整，时间根据烘干程度进行调整，但不宜过长。
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从数据可以看出，P4和P5电池效率相比P3略有降低，其中采用P4浆料时， 池开压和短路电流下降明显，电池效率下降相对更多。采用P5浆料时，电池开 压下降明显，但短路电流有所提高，电池效率基本与P3持平。
PART Ⅳ ：结果与分析
流变性能测试分析
测试样品配方比例
为测试银浆流变性能，按下述配方制备了三款正面银浆。
w/% 浆料配方 P1 P2
银粉+玻 璃粉
91 91
1#有机载 体
9 0
2#有机载 体
0 9
3#有机载 体
0 0
P3
91
0
三款正面银浆配方
0
9
PART Ⅳ ：结果与分析
银浆粘度曲线测试
P5与G产品制成电池后档位分布
浆料
P5 G产品
Voc
0.6281 0.6291
Hale Waihona Puke Isc8.722 8.695
Rs
0.0018 0.0018
Rsh
147.97 157.11
FF
79.27 79.34
NCell
17.845% 17.835%
18
P5与D产品对比
PART Ⅳ ：结果与分析
主栅数：4 栅线设计线宽:36μm 硅片：156X156多晶 方块电阻 ：82±3/ □ 扩散结深：浅结 印刷机 ： BACCINI 对比片数：各1000片
8
银浆应力扫描测试
PART Ⅳ ：结果与分析
由上图可看出，P1的弹性模量从100Pa剪切应力开始，以一个较慢的速率下降， 下降斜率较小，屈服应力在100Pa-200Pa之间，屈服应力最大，流动性差；P2的屈 服应力靠近50Pa，屈服应力最低，并且可能使银浆在印刷时流动超前于印刷刀的位 置，使少部分银浆过早地透过网孔，大部分银浆则平行于网版流动，导致下墨量偏 轻，不利于银浆的储存；P3的屈服应力为80Pa，最适合银浆丝网印刷。
2#无机添加 剂 0
3#有机载体
9
P5
90.5
0
0.5
9
PART Ⅳ ：结果与分析
P3浆料拉力数据
P5 添加2#无机添加剂浆料拉力数据
从测试数据可以看出添加1#无机添
加剂后，拉力从P3的1.3N左右提高到
1.5N左右，而添加2#无机添加剂后更是 可将拉力提高至1.9N左右。2#无机添加
P4 添加1#无机添加剂浆料拉力数据
P5与D产品制成电池后档位分布
浆料 P5
Voc 0.6329
Isc 8.832
Rs 0.0021
Rsh 281.25
FF 78.93
NCell 18.13%
D产品
0.6319
8.745
0.0020
184.35
79.01
17.94%
19
P5与S产品对比
PART Ⅳ ：结果与分析
主栅数：4 栅线设计线宽:36μm 硅片：156X156多晶 方块电阻 ：82±3/ □ 扩散结深：浅结 印刷机 ： BACCINI 对比片数：各1000片
P5与S产品制成电池后档位分布
浆料
P5 S产品
Voc
0.631 0.632
Isc
8.808 8.797
Rs
0.0016 0.0017
Rsh
159.31 189.97
FF
79.27 79.32
NCell
18.118% 18.126%
20
PART Ⅴ：结论
通过银浆流变性能测试分析、银浆拉力优化研究，改进了正面银浆
第一阶段所施加的应力选择10Pa，第二阶段所施加应力选择1000Pa， 低剪切应力频率设为5Hz，高剪切应力频率设为10Hz； 样品P3第一阶段黏度较大，第二阶段黏度较小，第三阶段恢复到一定的黏度， 并且持续增长，第五阶段的黏度与第三阶段相同并且有持续增长，P3的流变 特性具有比P1、P2更好的印刷性。
3
PART Ⅱ：实验内容设计
银浆流变性能测试分析，改进正面银浆流变性能
正面银浆拉力优化测试
不同厂家银浆电性能对比分析
PART Ⅲ ：实验测试方法
银浆样品制备
称一定比例的银粉、玻璃粉和有机载体，通过搅拌机混合均匀后，置于 三辊机上碾压至刮板细度<10μm后，得到导电浆料。
流变性能表征
选用马尔文公司的流变仪KINEXUS LAB+测试正面银浆的黏度曲线、应 力扫描曲线和应力扫描循环曲线，实验温度设置为25℃。黏度曲线测试时， 剪切速率变化范围从0.1s-1到10s-1，总测试时间为3min。应力扫描曲线时， 应力变化范围从5Pa到1000Pa，测试频率为1Hz。银浆的应力扫描恢复测试 的参数根据银浆的应力扫描测试结果而定。
Isc 8.907 8.847
Rs 0.00250 0.00270
Rsh 272.45 284.25
FF 78.81 78.64
NCell 18.13% 18.01% 17
P5与G产品对比
PART Ⅳ ：结果与分析
主栅数：3 栅线设计线宽:38μm 硅片：156X156多晶 方块电阻 ：85±5/ □ 扩散结深：浅结 印刷机 ：ASYS 对比片数：各2800片
9
PART Ⅳ ：结果与分析
银浆的相位角曲线
由图可以看出，三款银浆初始相位角都在10°左右，表现出较好的静置 稳定性；P2与P3在越过屈服应力后，相位角都在70°左右，流动性好，P1的 相位角变化速度慢，并且最大相位角也不足60°，流动性较差。
10
PART Ⅳ ：结果与分析
银浆应力扫描恢复测试
剂在改善浆料拉力上的作用更明显。
14
PART Ⅳ ：结果与分析
改进款在四主栅多晶电池的拉力结果
焊接 温度 340℃
焊接 温度 360℃
PART Ⅳ ：结果与分析
电池片制备和测试
电性能对比
名称 P3 P4 P5 Voc 0.6324 0.6316 0.6314 Isc 8.8926 8.8857 8.9068 Rs 0.00226 0.00210 0.00190 Rsh 136.01 93.70 58.63 FF 79.04 78.87 78.96 NCell 18.27% 18.19% 18.25%
高宽比可达 0.33以上
银浆拉力优化研究
测试样品配方比例
PART Ⅳ ：结果与分析
实验在P3基础上，按照下述配方配制了P4 、P5正面银浆。 其中，添加剂1是通过改善浆料与硅片的接触来增强拉力，添加剂 2是通过改善银浆的烧结致密性来增强拉力。
w/% 浆料配方
银粉+玻璃粉
P4 90.8
1#无机添加 剂 0.2
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与进口产品性能对比 P5与H产品对比
PART Ⅳ ：结果与分析
主栅数：4
栅线设计线宽:40μm
硅片：156X156多晶 方块电阻 ：85±5/ □ 扩散结深：浅结
印刷机 ： BACCINI
对比片数：各2000片
P5与H产品制成电池后档位分布
浆料 P5 H产品
Voc 0.6335 0.6348
PART Ⅲ ：实验测试方法 拉力性能表征
丝网印刷四主栅156mm x156mm多晶电池片，用镀锡铜带在330℃下焊接，采用 自动拉力机沿180°测试浆料焊接附着力。
电池片制备与性能表征
将正面银浆在自动印刷线印刷在电池片上，所选片源大小为156mm x156mm多晶 片；印刷后的电池片用Despatch 9温区烧结炉烧结；利用博格电池测试仪测试电池片 电性能。
晶硅太阳电池用正面银浆技术研究
目 录
正面银浆介绍 实验内容设计 实验测试方法 结果与分析
结论
PARTⅠ：正面银浆介绍
①正面银浆通过丝网印刷、低温烘干、高温烧结工艺制成太阳能电池电极
②正面银浆的质量直接影响太阳能电池的串联电阻和电池光电转换效率
③正面银浆长年由国外品牌产品垄断，价格高昂，关键技术国产化趋势不可避免
的流变性能和拉力数据。
所开发的正面银浆产品制备出的晶硅电池效率已达到或超过采用国 外品牌银浆的水平，在产品性能上有一定的市场竞争力，可完全替
代进口产品，目前已批量销售。
三款银浆的粘度曲线
由左图看出，3款银浆 的黏度曲线都表现出典型 的假塑形流体流变行为。 P1在初始以及受到剪 切后的黏度始终最大； P2的初始黏度虽明显 小于P1与P3，在受到剪 切后，黏度下降速度较慢 ，说明P2触变性较弱； P3初始黏度与P1接近 ，在受到剪切后，黏度下 降速度明显快于P1，说 明P3的触变性较强。