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摘要：太阳能是今后人类在能源发展方向研究和应用最主要方向之一，而晶体硅太阳能电池是目前转换太阳能的主导产品，其基本电极结构均通过印刷以银或铝为导电主体的导电浆料烧结而成，因此太阳能电池导电浆料是生产太阳能电池的关键材料之一，其性能好坏直接影响光电转换效率和市场应用。本文以导电银浆作为分析对象，重点分析全球及中国范围内导电银浆导电主体的技术发展状况，指引发展动向。
关键词：太阳能电池；导电银浆；导电主体；粘结剂
1 引言
太阳能电池导电浆料是由导电主体、粘结组分、有机载体和添加剂组成的一种糊状物[1]。高性能的太阳能电池银浆不仅穿透能力强和印刷性能好，能使太阳电池表面的栅线达到更好的高宽比，减少太阳能电池表面的遮光面积，而且可以降低电池内部串联电阻，减少光生电流的内部功率损耗，最终能有效地提高太阳电池的光电转换效率[1]。
其中以银粉为主体的导电相是导电银浆的主要成分，占浆料总质量的大部分，决定了浆料的电性能和机械性能。如银粉的含量、形貌、粒度、粒径分布、分散性、振实密度等都影响着浆料的最终性能[2]。
2 导电浆料导电主体发展
导电主体银粉主要用球状银粉、片状银粉、纳米银粉，无铅或有铅玻璃粉、金属玻璃，有机溶剂、增稠剂、表面活性剂等有机载体，分散剂、触变剂、偶合剂和金属及金属氧化物等添加剂[3]-[5]。但银粉作为导电主体，其组成和/或结构形式以及相关特性对导电浆料的影响应当是占较大权重的，由此有必然深入研究其发展趋势。
2.1导电主体发展进程
2003年，默克公司提供了具有涂Ag的Ni粉、Cu粉等组成的组的粉末的功能性糊。紧接一年，信越化学工业株式会社提出的电极材料中银平均粒径0.5μm以上3μm以下和平均粒径4μm以上8μm以下的Ag粒子，能够容易地形成线宽细且电阻损失小的电极。2005年，E.I公司的发明申请中Cu、Au等金属合金平均粒径在3.0-15.0μm。 2006年，该公司又首先研究比表面积为0.20-0.60平米/克的银颗粒。2008年，中国常州亿晶光电科技有限公司的申请中占正面银浆75-85％重量比的精细球形粒径为0.2-2μm银粉，其形成的导电电极的高宽比很高。2009年，中南大学提出太阳能电池正面电极用银导体浆料包含微米粒度范围的球形银粉。赫劳斯贵金属北美康舍霍肯有限责任公司提出聚合物组合物包含涂银玻璃颗粒、涂银石墨颗粒等，可在短时间内在低温下固化，分散性良好。席君杰等人主张包括金属材料，非金属材料，合金材料，超导材料等功能材料包覆银粉部分表面的复合材料，提高银粉材料电子的活性。
2010年之后，彩虹集团还提出导电金属粉中5-6微米银磷铜合金粉占5-15％，其余为1-2微米球形银粉。赫劳斯贵金属北美康舍霍肯有限责任公司提出银粉与选自由镍粉、氧化锡粉以及包含银壳和镍和/或氧化锡核的核壳颗粒。2012年，西北稀有金属材料研究院背面电极浆料中包括三种微米级银粉的粒径分布。
2.2 导电主体体系
通过多年的发展，形成了银导电相较为成熟的改良体系，主要包括以下几个方面： 1、银添加其他导电金属或石墨等导电材料。如费罗公司提出厚膜膏的导电金属部分含有：a.约10-约99重量％的银，和 b.约1-约90重量％的镍合金，所述镍合金选自由镍-铝合金、镍-铬合金和镍-铝-铬合金以及它们的组合所组成的组；2、采用银包覆其他材料，其他材料也多为导电材料。默克专利有限公司提出的金属粉末是一种或多种选自由涂Ag的Ni粉、Cu粉、Ag粉等组成的组的粉末；3、将石墨烯与导电银浆中的银结合，形成复合材料，充当导电银浆的导电相。如无锡光富光伏材料有限公司提出的还原氧化石墨烯纳米银浆料是将重量比为50-85％的还原氧化石墨烯纳米银线化合物。4、银粉粒径和银粉含量方面。一方面银粉的粒径太大，不利于导电浆料的印刷，降低电极导电膜的烧结质量。若银粉的粒径过小，则会降低银粉之间的接触区，影响导电性能。另一方面，银粉含量过高会导致制备导电浆料的成本增加，而低银含量又不能保证电极导电膜的导电性能。
2.3 国内外发展
专利申请状况能较好体现技术发展前沿的时效性。从1图中可以看出，太阳能电池电极银浆料长期以来呈现三分天下的局面，中国、日本、美国是申请量主要贡献者，欧美国家是太阳能电池电极浆料领域的发源地，申请量也相对较多，反映出了美国以及日本较为重视太阳能电池电极浆料技术在我国的专利布局。太阳能电池电极银浆料领域国内申请人省市分布情况。其中，江苏的申请量最大，占国内申请人申请总量的24%；其次是深圳地区，占国内申请人申请总量的17%，可见国内研究主要集中在长三角和珠三角深圳两部分，这与该地区的新型能源领域强大的技术实力是相应的。
3 结论
1）国际上，太阳能电池电极银浆料始于21世纪初期，在中国起步较晚。但从总量和申请人数量从2008年以后呈爆棚式增长的趋势，之后趋于稳定的增长态势。对于该领域国外技术较为先进情况下，近年来中国的公司的研究力度有所加强。国内，太阳能电池电极银浆料技术专利的申请主要分布在江苏、安徽、广东等地，在这些地区申请的专利中，发明专利的质量也达较高水平。2）关于太阳能电池电极银浆料技术的研究主要关注各组分的发展和整体技术的效果，近年来伴随纳米技术、环保政策等的出现，该领域也作了适应性的融合和调整。
参考文献
[1] 王建华,吴季平,徐伟.太阳能应用研究进展[J].水电能源科学，2007,25（4）：155.
[2] 彼得.乌夫尔.太阳能电池-从原理到新概念[M]陈红雨，匡代彬，郭长娟，译.北京化学工业出版社，2009:4.
[3]Mohamed M，Hilali．Effect of Glass Frit Chemistry on the Physical and Electrical Properties of Thick—FiIm Ag Contacts for Silicon Solar Cells [J]．Journal of Electronic Materials，2006，153:5-11.
[4] kyoung Kook Hong，Sung Bin Cho，Joo YouI Huh，et a1．Role of PbO—Based glass frit in Ag thick—film contact formation for crystalline Si solar cells [J]．Metals and Materials Internationnal，2009，15(2)：30.
[5]J Hoornstra，K M Broek，F J Granek，et a1．Lead Free Metallisation Paste for Crystalline Solar Cells:From model to Results [J]．31st IEEE Photovohaic Specialisits Conference，2005:1293-1296.
论文作者:陈兴来
论文发表刊物:《防护工程》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/13
标签：银粉论文; 浆料论文; 太阳能电池论文; 电极论文; 粒径论文; 主体论文; 材料论文; 《防护工程》2017年第10期论文;