一种适用于TOPCon电池LECO技术的导电银浆及其制备方法和应用与流程

本发明涉及太阳能电池，尤其是涉及一种适用于topcon电池leco技术的导电银浆及其制备方法和应用。

背景技术：

1、topcon(tunnel oxide passivated contact，隧穿氧化层钝化接触)技术是目前光伏行业所采用的主流电池片技术。其电池核心结构由电池背面的超薄氧化硅层和重掺杂多晶硅层组成，二者共同形成钝化接触结构。超薄氧化层使多子电子隧穿进入多晶硅层的同时，可阻挡少子的空穴复合，进而使电子在多晶硅层横向传输被金属收集，极大降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升了电池效率。

2、自2022底topcon电池实现正式规模化量产以来，行业需求呈现井喷试发展。据相关数据统计，截止2023年底topcon规划产能超过450gw。预计2024年topcon光伏电池市占率将突破70％。目前，topcon电池量产效率在25.5-25.8％左右。据权威测试机构德国哈梅林太阳能研究所(isfh)测算，topcon理论极限效率为28.7％，量产效率与理论极限效率相比仍然有很大提升空间。

3、光伏电池的提效路径较为明确，主要有光学性能提升(如栅线变细、材料吸光性能优化等)和电学性能改善(如钝化提升、接触优化等)两大类方法。激光增强接触优化(laser-enhanced contact optimization，leco)技术配合topcon电池正成为光伏行电池片效率提升的新方向。该技术通过高强度激光照射电池片，激发电荷载流子，同时施加偏转电压，产生局部电流，引发烧结，使金属与半导体之间的接触电阻显著降低，从而提高填充因子。这不仅有助于topcon电池效率的提升，还有利于降低背面超薄poly化的难度，对topcon电池的持续竞争力具有重要意义。

4、leco技术的优势不仅在于提升电池效率，更重要的是它可以加速降本增效。在实验室中，leco技术最高可将topcon电池转换效率提升0.6％，在量产中已实现约0.3％的效率提升。截至2024年一季度，我国95％以上的光伏电池片企业已采用topcon搭配leco工艺的生产技术。到2024年底，leco技术将成为topcon电池片厂商的标配，topcon电池的技术转换效率或将突破26％的大关，进一步强化topcon技术的持续竞争优势。

5、对于浆料厂商而言，leco技术的烧结机理与传统高温烧结不同，就需要开发与之匹配的新型导电银浆。相较于perc电池，topcon电池正面主要是空穴导电，leco在增加反向电压时激发大量自由电子，在遇到电阻较大的胶体银时会产生瞬时高温，使得银浆和硅形成共融扩散。当扩散接触形成电阻降低，熔融点的热量瞬间消失，温度降低，形成的银硅合金区接触质量高于银结晶。这就需要对浆料有机的组成、银粉的形貌和粒径、玻璃的软化点以及腐蚀能力等作出巨大的调整，对浆料厂商的技术实力和创新能力提出了新的挑战。

6、而太阳能正面电极的形貌、印刷质量、与太阳能电池片的接触程度等是决定太阳能电池转化效率最关键的因素。银粉作为一种贵金属材料，占据光伏银浆成本的90％以上。为了降低银浆成本，在不影响光电转化效率的前提下，如何降低浆料中银粉的使用量也是需要解决的重点问题。因此需要设计新的有机、无机系统，来匹配低银含浆料的开发。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种适用于topcon电池leco技术的导电银浆及其制备方法和应用。本发明采用醚化三聚氰胺甲醛树脂和多元醇树脂配合而成的新型有机载体，可以在显著降低银含量的同时得到更高的短路电流和光电转化效率。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种适用于topcon电池leco技术的导电银浆，包括以下质量份数的原料：

4、银粉：70份-80份；

5、光伏玻璃粉：1份-5份；

6、有机载体：15份-30份；

7、其它添加物：0份-2份。

8、进一步地，所述有机载体包括以下质量百分数的原料：

9、醚化三聚氰胺甲醛树脂：25-45％；

10、聚醚多元醇树脂：30-55％；

11、聚酯多元醇树脂：0-10％；

12、多元醇化合物：0.1-5％；

13、余量为溶剂；

14、上述原料的质量百分数相加为100％。

15、所述醚化三聚氰胺甲醛树脂是指由三聚氰胺甲醛树脂与单元醇在催化剂作用下经缩聚形成的一类化合物，市场上一般统称为三聚氰胺甲醛树脂。

16、优选的，选择醚化程度≥4：1的醚化三聚氰胺树脂，即其结构中至少有4摩尔的醚化单元反应到一摩尔三聚氰胺的三嗪环上。

17、更优选的，所用醚化三聚氰胺甲醛树脂的聚合度(dp＝聚合物平均分子量/每一个三嗪环单元的分子量)≤3，更优选的使用dp＝1.1-1.5之间的单体型醚化三聚氰胺树脂。

18、更优选的，所述醚化三聚氰胺甲醛树脂包括甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂、乙醇醚化三聚氰胺甲醛树脂、正丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂、异丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂、混合醚化三聚氰胺甲醛树脂中的一种或多种。

19、更优选的，选用正丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂、异丁醇醚化三聚氰胺甲醛树脂或二者的混合物。

20、所述聚醚多元醇是指是主链含有醚键(—r—o—r—)，端基或侧基含有不低于2个羟基(—oh)的低聚物。

21、优选的，所述聚醚多元醇树脂的重均分子量mw＝400-5000，官能度≥2。

22、更优选的，所述聚醚多元醇树脂包括聚醚多元醇204、聚醚多元醇206、聚醚多元醇210、聚醚多元醇220、聚醚多元醇220d、聚醚多元醇330、聚醚多元醇330n、聚醚多元醇3050中的一种或多种。

23、所述聚酯多元醇是指由多元羧酸与多元醇等通过缩聚反应得到的端基或侧基含有不低于2个羟基的聚合物。

24、优选的，所述聚酯多元醇树脂的重均分子量mw＝400-3000，官能度≥2。

25、更优选的，所述聚酯多元醇树脂包括聚酯多元醇pol-3195、聚酯多元醇pol-3112、聚酯多元醇pol-356、聚酯多元醇pol-338、聚酯多元醇pol-2375、聚酯多元醇pol-2365、聚酯多元醇pol-7356、聚酯多元醇pol-7349、聚酯多元醇pol-5224、聚酯多元醇pol-5776中的一种或多种。

26、所述多元醇化合物是指官能度大于等于2的多羟基化合物。

27、优选的，所述多元醇化合物包括三丙二醇、季戊四醇、丙三醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、季戊二醇、戊二醇、1,3-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、三缩四乙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种。

28、所述溶剂为本行业常用高沸点溶剂，主要用于稀释和调节浆料的粘度在合理范围，本行业工程师可自行选择，包括并不限于二乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇单丁醚、三丙二醇单甲醚、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯、丙二醇苯醚、苯甲酸苄酯、乙二醇苯醚醋酸酯、己二酸二异丁酯、邻苯二甲酸二甲酯。

29、所述银粉为市售太阳能导电银浆专用银粉，银粉的表面具有有机包覆结构。在实际的操作中，为了使原料更加适用于本发明的技术方案，优选的，所述银粉粒径为0.5-4um，比表面积为0.3-0.8m2/g，具有球状、棒状、粒状、片状、无定形状中的一种或多种；

30、更优选的，银粉的粒径d50为1-2.5μm，比表面积(ssa)为0.35-0.75m2/g，振实密度(td)5.5-6.5g/cm3。本发明所使用的银粉为满足上述参数银粉的一种或几种的混合物。

31、玻璃粉用于在太阳能电池片烧结阶段蚀刻减反射层和助熔银粉。目前leco浆料在金属化方面，基本实现了高温浆料接触的最优模型，即硅片正面金字塔顶硅银合金的可控化，在当前技术条件下，要求玻璃仅腐蚀金字塔顶的少量区域即可，但是需要保证腐蚀质量。

32、对于银硅接触同样存在仅需金字塔顶区域形成合金化的情况，银含不变的情况下，通过其他优化，正常就会将银硅合金化的程度控制到较窄的合理范围。但是，leco浆料降低固含(主要是银含方面)，会在一定程度上减少银硅接触点位，造成接触不良。若通过单纯增加玻璃的形式增加银硅接触点，则会导致正面钝化膜的损伤面积加剧，造成开压下降，所以需要玻璃在不增加钝化膜损伤的情况下提高银硅接触通道的质量和数量。

33、针对低银含leco浆料所用玻璃，需要在不增加玻璃流动的前提下改善接触。因此，本发明所述玻璃粉的基本组成为氧化铅-氧化硅-氧化硼(pbo-sio2-b2o3)，其中氧化铅含量约50-60wt.％，氧化硅含量约15-25wt.％，氧化硼含量约10-20wt.％。

34、优选的，所述玻璃粉还可以包含以下任何一种或几种氧化物，包括氧化钾(k2o)、氧化钠(na2o)、氧化锂(li2o)、氧化钙(cao)、氧化镁(mgo)、氧化锶(sro)、氧化钡(bao)、氧化镍(nio)、氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、五氧化二磷(p2o5)等。单一氧化物用量不超过玻璃总量的5wt.％，多种氧化物的总用量不超过玻璃总用量的15wt.％。

35、所述其它添加物包括用于调节浆料触变性、流平性、分散性、稳定性的助剂，包括并不限于表面活性剂、流平助剂、碳粉、石墨烯、触变剂、蜡粉中的一种或多种。其它添加物的类型和牌号种类繁多，本领域技术人员均可自行选择种类和用量。

36、本发明还提供了所述导电银浆的制备方法，包括以下步骤：

37、s1、将所述有机载体的所有原料搅拌混合均匀；

38、s2、在混合好的有机载体中同时加入银粉、光伏玻璃粉及其它添加物；

39、s3、充分搅拌上述混合物后获得糊状物，继续经三辊研磨机反复碾压此糊状物，研磨至细度fog<5um后，即得所述导电银浆。

40、本发明进一步提供了所述导电银浆的应用，将所制备的导电银浆通过丝网印刷在已具有背面电极的硅片的正面，将印刷好的硅片在200-350℃烘干10-30秒，之后再经过400-760℃烧结30-60秒，得到具有正背面电极的太阳能电池片。

41、本发明有益的技术效果在于：

42、为了得到低固含浆料，在降低银含的同时还要保持浆料本身的粘度、触变特性等，目的是为了保证印制出的银栅线有良好的塑形能力，即又高又细。传统的浆料体系(即比较通用的溶剂、树脂类)无法做到这一点。这是因为一般有机溶剂、树脂的密度在1g/cm3左右，本发明所用银粉的振实密度在6g/cm3左右，银含降低10％，相当于要用6倍体积的有机去补。

43、现有技术中常用溶剂和树脂是无法满足低固含浆料需求的，单纯补溶剂的话浆料粘度会大幅降低，补传统树脂的话虽然能提高浆料粘度，但会极大影响浆料的触变特性，特别是大量高分子量树脂的使用会降低浆料剪切变稀的能力。topcon的浆料是需要丝网高速印刷的，这样会严重降低印刷质量，无法使用。

44、本发明使用特别配制的有机体系来制备低固含浆料，其核心点是醚化三聚氰胺甲醛树脂和多元醇树脂的搭配。本发明的醚化三聚氰胺甲醛树脂和多元醇树脂有机体系是以树脂为主，溶剂比例很低，其优点包括：

45、1、树脂本身是液态的，分子量不高，制备出的浆料粘度和触变性合适，同时能够大幅减少浆料中溶剂的使用，因此能够适用于低银含浆料。

46、2、本行业的电池片生产流程是先印刷，然后经过200-350℃的烘干。传统统银浆的有机体系在烘干过程中基本是常规溶剂单纯的挥发过程，此过程不会使栅线发生明显收缩，对栅线形貌没有产生有利影响。而本发明在这个环节除了溶剂烘干，浆料的有机体系还会发生极高密度的交联反应，包括醚化三聚氰胺甲醛树脂本身的自聚、以及醚化三聚氰胺甲醛树脂中的烷氧基和多元醇树脂中的羟基发生醚化(交换)反应。高树脂含量且高密度的交联反应能够带来更高的烘干收缩率，这意味着得到的银栅线会更窄，也就意味着更高的短路电流和更高的光电转化效率。能够显著提升效率，于本行业而言是一个明显优势。