晶硅太阳电池用正面银浆技术研究

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


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。


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。


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。


20200509-1824554832.png


银浆粘度曲线测试


20200509-184874487.png


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Zda;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。


银浆应力扫描测试


20200509-1645645588.png


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Zda,流动性差;P2的屈服应力靠近50Pa,屈服应力Zdi,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,Z适合银浆丝网印刷。


20200509-644299163.png


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Zda相位角也不足60°,流动性较差。


银浆应力扫描恢复测试


20200509-831074391.png


**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**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。


20200509-1714216907.png20200509-474140079.png

20200509-1913174427.png


银浆拉力优化研究


测试样品配方比例

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。


20200509-1588881664.png

20200509-970538975.png20200509-804882934.png20200509-896860460.png


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#无机添加剂在改善浆料拉力上的作用更明显。


20200509-934103963.png


电池片制备和测试


20200509-301188856.png


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。


与进口产品性能对比


20200509-1888440068.png

20200509-1928410537.png

20200509-533480994.png

20200509-1676691038.png


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。


相关仪器

更多解决方案