一种太阳能电池背电极用银粉、银浆和太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池背电极用银粉、太阳 能电池背电极用银浆和一种太阳能电池。
【背景技术】
[0002] 太阳能是一种绿色能源，因其无污染、取之不竭、不受地域资源限制等优点而越来 越受到人们的重视，所以太阳能电池应运而生。太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能 的半导体器件，在光照的条件下太阳能电池会产生电流，通过栅线和电极将电收集起来并 传输出去。太阳能电池背面电极及栅线都是由导电银浆通过高精度印刷后烧结支撑的。
[0003] 目前，常用的太阳能电池用背面银浆主要含有银粉、玻璃粉和有机载体，其中银粉 的性能尤为重要。银浆的好坏、导电银浆成膜后的导电率和致密性等关键技术指标都是由 银粉的性能决定。目前关于银粉的制备方法有不少报道，主要的方法有喷雾热解法、电解 法、微波法、等离子体法、机械化学合成法、化学还原法等。其中化学还原法因其实验设备简 单、操作方便、成本低、节能等优点成为目前制备银粉的主要方法，其主要是采用还原剂在 水溶液中还原硝酸银，经固液分离后洗涤、干燥、球磨过筛，得到银粉。但化学还原法过程中 引入助剂种类较多，后续球磨过程中还会引入球磨介质杂质，导致银粉中杂质含量较高，且 银粉粒度分布不均，易团聚。
【发明内容】
[0004] 本发明解决了现有技术中存在的银粉中杂质含量较高、易团聚导致银粉质量低下 的技术问题。
[0005] 本发明提供了一种太阳能电池背电极用银粉，制备所述太阳能电池背电极用银粉 的步骤包括： S10、往硝酸银溶液中加入氨水，形成银氨溶液； S20、往银氨溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，得到第一溶液； S30、往还原剂溶液中加入聚山梨酯，得到第二溶液； S40、将第一溶液滴加到第二溶液中，反应结束后陈化,固液分离后保留将沉淀并干燥， 得到所述太阳能电池背电极用银粉。
[0006] 本发明还提供了一种太阳能电池背电极用银浆，所述太阳能电池背电极用银浆中 含有银粉、玻璃粉和有机载体；所述银粉为本发明提供的太阳能电池背电极用银粉。
[0007] 最后，本发明提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池的制备步骤包括：在硅片的 背面依次印刷背面银浆和背场铝浆料，烘干后在硅片整片印刷正面银浆，入隧道炉烧结后 得到所述太阳能电池；其中，所述背面银浆为本发明提供的太阳能电池背电极用银浆。
[0008] 本发明提供的太阳能电池背电极用银粉，其通过银镜反应制备得到，即银前驱物 为银氨溶液，同时通过在银氨溶液中引入聚乙烯吡咯烷酮(简称PVP)、在还原剂中引入聚山 梨酯(又称吐温)，通过PVP与吐温的双重保护，能有效防止银粉在制备过程中的团聚，在产 物体系中具有良好的分散性，保证得到粒径跨度窄、颗粒分散性能高的银粉产品；同时不引 入其它有害杂质，能有效提高银粉产品的纯度，保证其高批次重复性。采用该银粉的太阳能 电池背电极用银浆具有较高的导电性能，能有效提高太阳能电池的光电转化效率。
【具体实施方式】
[0009] 本发明提供了一种太阳能电池背电极用银粉，制备所述太阳能电池背电极用银粉 的步骤包括： S10、往硝酸银溶液中加入氨水，形成银氨溶液； S20、往银氨溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，得到第一溶液； S30、往还原剂溶液中加入聚山梨酯，得到第二溶液； S40、将第一溶液滴加到第二溶液中，反应结束后陈化,固液分离后保留将沉淀并干燥， 得到所述太阳能电池背电极用银粉。
[0010] 本发明提供的太阳能电池背电极用银粉，其通过银镜反应制备得到，即银前驱物 为银氨溶液，同时通过在银氨溶液中引入聚乙烯吡咯烷酮(简称PVP)、在还原剂中引入聚山 梨酯(又称吐温)，通过PVP与吐温的双重保护，能有效防止银粉在制备过程中的团聚，在产 物体系中具有良好的分散性，保证得到粒径跨度窄、颗粒分散性高的银粉产品；同时不引入 其它有害杂质，能有效提1?银粉广品的纯度，保证其1?批次重复性。
[0011] 具体地，本发明中，所述银粉是通过将银氨溶液还原制备得到，与现有技术中直接 采用还原剂将硝酸银还原方法不同，一方面，银氨溶液中银离子分散更均匀，另一方面，银 氨溶液的还原反应比硝酸银的还原反应速率更快，银粉沉积速度快，同时本发明中还通过 加入PVP和吐温作为双重保护，能进一步防止银粒子的团聚，从而制备得到粒径跨度窄、颗 粒分散性高的银粉。
[0012] 具体地，本发明中，所述银氨溶液是通过往硝酸银溶液中加氨水得到。本发明的发 明人发现，本发明中所述银氨溶液在制备时，只能采用氨水作为配合剂，当选用其他碱时， 会在体系中引入其它杂质离子，难以保证银粉的纯度，同时其它碱的碱性太强也会导致反 应速率不易控制。为保证后续银镜反应的顺利进行，优选情况下，所述氨水的用量为使所述 银氨溶液的PH值为8、即可。所述氨水可采用25~28wt%的氨水，但不局限于此。
[0013] 本发明中，所述硝酸银溶液可直接采用商购产品，也可以通过将银单质溶解于硝 酸中制备得到，本发明没有特殊限定。优选情况下，所述硝酸银溶液的浓度为3. 4~6. 8g/L。
[0014] 本发明中，所述还原剂可采用适用于银镜反应的各种还原剂，其将银氨配合物中 的阴离子还原，例如可以采用醛类、水合肼或抗坏血酸。本发明中，所述还原剂以抗坏血酸 为例，涉及的还原反应为： 2Ag (NH3) 2+ + C6H8O6 = 2Ag + 2NH4+ + C6H6O6 + 2NH3 上式中，C6H8O6即为抗坏血酸，C6H 6O6为丙烯-1，2, 3-三羧酸(又名乌头酸)。
[0015] 本发明中，发明人通过进一步地实验发现，当还原剂采用抗坏血酸时，得到银粉 质量更高，这是由于抗坏血酸的还原强度相较于其它常用还原剂更温和，有利于控制反应 体系的还原反应速度；因此，本发明中，所述还原剂优选采用抗坏血酸。所述还原剂的用 量可根据银镜反应的化学计量比进行适量选择，优选情况下，还原剂与硝酸银的重量比为 (7~12) :100。
[0016] 如前所述，本发明中往银氨溶液中加入PVP，往还原剂溶液中加入聚山梨酯，能有 效防止银粉在制备过程中的团聚。本发明中，通过同时采用水溶性高分子聚合物PVP作为 保护剂，其中PVP分子内含有极性的内酰胺基和非极性的亚甲基，可通过其中的氮原子和 氧原子与银粒子表面的原子配位，形成较紧密的吸附层；而其C-H长链伸向四周，形成立 体屏障，能有效阻止周围其它的银粒子之间的团聚。发明人发现，本发明的反应体系中，银 粒子的生长机理可能由以下3步组成：（1)银氨溶液中的银离子与PVP先发生反应，其反应 相较于普通银离子与PVP的反应更加彻底；（2)银氨溶液中的银离子被还原为银原子并且 相近距离的银原子相互结合形成最初的银粒子，亦称为一次颗粒；（3) -次颗粒与PVP继 续作用或者与附近的一次颗粒继续作用形成二次颗粒。因此PVP能起到抑制银粒子的团聚 和稳定溶液中的银粒子的作用。同时添加聚山梨酯（即吐温）作为非离子表面活性剂，其在 水中不电离且含有较多的亲水基，一般无疏水基，故与其他表面活性剂相比其具有更好的 稳定性和水溶性，不易受体系内电解质和酸碱性的影响。另外，聚山梨酯很容易与银颗粒之 间建立氢键和亲和作用，比较容易吸附在银颗粒表面，这样既能提供斥力又能起到空间位 阻的作用，从而起到分散作用。因此，本发明中，采用PVP作为保护剂和吐温作为非离子表 面活性剂共同添加到反应溶液中时，能够稳定溶液中的银粒子、并进一步抑制银粒子的团 聚作用，使得银粉粒度均匀，跨度窄，颗粒分散性高。
[0017] 优选情况下，本发明中，聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的重量比为（6、）：100。聚山梨 酯与硝酸银的重量比为（20-30) :100。
[0018] 如前所述，本发明中，所述聚山梨酯用作非离子表面活性剂，其主要作用是分散体 系中的银颗粒。本发明中，若采用现有技术中其它常见的分散剂(例如聚乙二醇（PEG)、曲拉 通X-100 (Trion X-100)或三乙醇胺（TEA))来全部替代或部分替代本发明中采用的聚山 梨酯，均会导致银颗粒的分散性降低。对应地，采用该银粉制备的太阳能电池的光电转换效 率也会略低。
[0019] 另外，作为本发明的一种优选实施方式，为保证反应体系中各原料能均匀分散，还 包括对第二溶液进行强力搅拌的步骤，例如可以采用SZCL型系列恒温磁力搅拌器对第二 溶液进行恒温搅拌，搅拌时间为4(T60min。
[0020] 本发明中，将第一溶液（即含有PVP的银氨溶液)滴加至第二溶液（即含有吐温的还 原剂溶液）后，第二溶液中即开始发生还原反应，银氨配合物中的阴离子被还原成银离子。 发明人发现，本发明中将第一溶液滴加入第二溶液的操作步骤制得的银粉的质量要明显高 于将第二溶液滴加入第一溶液中的操作步骤，这是由于将第二溶液地加入第一溶液中时， 由于第一溶液中银氨配合物相对于还原剂处于过量状态，其还原形成银粒子后极易团聚， 导致银粉粒径跨度大大增加。同时，将第一溶液滴加入第二溶液中，还能有效保证还原反应 的彻底进行。
[0021] 本发明中，在将第一溶液全部滴加至第二溶液后