专利名称：无铅导电胶及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种导电胶，特别是涉及一种用于太阳能电池以烧附形成背电极的无铅导电胶。
背景技术：
目前的太阳能电池，特别是多晶硅太阳能电池的背电极多是以网印导电胶、铝胶，或银胶后烧附形成的，由于导电胶的组成材料收缩率与硅芯片、铝、或银不同，加上网印后的烧结又属高温过程，因此在与铝胶，或银胶烧附形成背电极时会造成硅芯片翘曲的问题。中国CN1877864A号专利案提出一种将玻璃氧化物掺入铝胶中的技术方案，以降低烧附成背电极后硅芯片的翘曲程度。但由于该专利案提出的玻璃氧化物的成分中包含有50wt%以上的氧化铅，因此，这一技术方案并无法通过欧盟RoHS环保法规而得以实际解决 硅芯片翘曲的问题。美国专利公开2010/0059116A1案提出混入铝胶的铝粉形态为30 七％ 9(^七％的球形铝粉混合不规则型态的铝粉，以改善烧结成背电极后硅芯片翘曲的问题。但由于不规则型态的铝粉的存在，所以烧附成背电极后堆积密度相对松散、填充因子(F.F.正值，FillFactor)偏低，而无法通过品管检验规格，所以也无法实际解决硅芯片翘曲的问题。
发明内容
本发明的目的是在提供一种用于太阳能电池而在烧附形成背电极后无硅芯片翘曲问题产生的无铅导电胶。此外，本发明的另一目的，即在提供一种用于太阳能电池，而在烧附形成背电极后无硅芯片翘曲问题产生的无铅导电胶的制造方法。于是，本发明无铅导电胶包含2wt% 3wt%的玻璃粉、2wt% 4wt%的硅铝合金粉、21wt% 23被％的有机黏结剂、0. 2wt% 0. 5wt%的硬酯酸锌(Zn (C17H35COO) 2)，及平衡量的铝粉(Al)，其中，玻璃粉、硅铝合金粉、有机黏结剂、硬酯酸锌，及铝粉的含量均是以该无铅导电胶总重为100 七％计，且该玻璃粉是由三氧化二铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)、三氧化二硼(B2O3)、氧化钡(BaO)，及三氧化二铋(Bi2O3)构成。再者，本发明一种无铅导电胶的制造方法，包含以下三步骤。首先是依配比准备三氧化二铝、二氧化硅、氧化锌、三氧化二硼、氧化钡、三氧化二铋进行大气熔炼而形成均质的玻璃熔汤，并以水淬过程得到玻璃后研磨成玻璃粉。同时可以依配比熔炼铝、硅成均质合金溶液后，以瞬间雾化过程制得硅铝合金粉。最后以该无铅导电胶总重为100wt%计，秤量2wt% 3wt%的玻璃粉、2wt% 4wt%的娃招合金粉、21wt% 23wt%的有机黏结剂、0. 2wt% 0. 5wt%的硬酯酸锌后加入平衡量的铝粉，均匀分散混合，制得该无铅导电胶。本发明的有益效果在于提出一种不含铅的无铅导电胶，同时提出此种无铅导电胶的制造方法，用以解决长期以来网印导电胶烧附形成背电极后导致硅芯片翘曲的问题。
图I是流程图，说明本发明一种无铅导电胶的较佳实施例的制造方法。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明参阅图1，本发明一种无铅导电胶的一较佳 实施例，是用于太阳能电池网印后烧附形成背电极，且该无铅导电胶是由如图I所示的制造方法所制得。详细来说，以该无铅导电胶总重为100wt%计算，该无铅导电胶包含2wt% 3wt*%的玻璃粉、2wt*% 4wt*%的娃招合金粉、21wt*% 23wt*%的有机黏结剂、0. 2wt*%
0.5wt%的硬酯酸锌，及平衡量的铝粉。以该玻璃粉总重为IOOwt %计，该玻璃粉具有0. lwt% 3被％的三氧化二铝、3wt*% IOwt %的二氧化娃、12wt % 15wt %的氧化锌、7wt % IOwt %的三氧化二硼、
0.lwt% 3wt%的氧化钡，及平衡量的三氧化二铋。特别须说明的是，在本发明中玻璃粉中各组分的组成比例并无严格的限制，但为符合包括欧盟RoHS在内的各式环保法规需求，组成中需无铅的存在。以该硅铝合金粉总重为IOOwt %计，该硅铝合金粉中的硅含量需不小于
12.6wt%,且硅含量可高至99. 9wt%,借硅铝合金粉的添加，有效减少网印导电胶烧附形成背电极后所造成的体积变化而导致的硅芯片翘曲的程度。以该有机黏结剂的总重为IOOwt%计，该有机黏结剂具有lwt% 4被％的聚乙烯醇缩丁醒树脂(Polyvinyl Butyral,PVB)、3wt*% 6wt*%的乙基纤维素(Etlyl Cellulose,EC)、5wt*% 30wt*% 的二乙二醇单丁醚(Butyl Carbitol, BC)、20wt*% 45wt*% 的二乙二醇单丁醚醋酸酯(Butyl Carbitol Aceta, BCA),及平衡量的松油醇(Terpineol),根据实验，在本发明中有机黏结剂中的各组分与各组分的组成比例并不会特别地影响到网印导电胶烧附形成背电极后所造成的体积变化而导致的硅芯片翘曲的程度，所以仅需符合各厂家内部的品管规格即可。该铝粉的型态是球形，较佳地，平均粒径是3 8 ii m，而在导电胶烧结后堆积密度相对致密、有效提高填充因子(F.F.正值，Fill Factor)品管规格。上述的本发明无铅导电胶的较佳实施例，是先进行步骤11，依上述的成分配比准备三氧化二铝、二氧化硅、氧化锌、三氧化二硼、氧化钡、三氧化二铋后，以90(TC 1100°C进行大气熔炼而成均质的玻璃熔汤，再将均质的玻璃熔汤以水淬过程得到玻璃，然后将其研磨成玻璃粉。接着进行步骤12，依上述的成分配比熔炼铝、硅成均质合金溶液后，以瞬间雾化过程制得平均粒径是35 50 iim的娃招合金粉；详细地说,本步骤是在真空感应熔炼(vacuuminductive melting, VIM)炉或是真空电弧溶炼(vacuum arc melting, VAC)炉中，以1500°C 1650°C、低于10_3torr的真空度熔炼铝、硅成均质合金溶液后，用活性低的气体，例如氩气(Ar)或是氮气(N2)以20 30atm的压力喷击以瞬间雾化成硅铝合金粉后，以自然冷却方式，或是以20 30atm的高压氩气或是氮气喷击冷却使硅铝合金粉降温，然后再经例如研磨、筛选而得到平均粒径是35 50 m的硅铝合金粉。
最后进行步骤13，以该无铅导电胶总重为IOOwt%计，秤量2wt% 3wt%的玻璃粉、2wt*% 4wt*%的娃招合金粉、21wt*% 23wt*%的有机黏结剂、0. 2wt*% 0. 5wt%的硬酯酸锌后加入球型铝粉，均匀分散混合后制得该无铅导电胶；较佳地，本步骤进行时先以该有机黏结剂的总重为100￥1:%计,预先将lwt% 4wt%的聚乙烯醇缩丁醒树脂、3wt% 6wt%的乙基纤维素、5wt*% 30wt*%的二乙二醇单丁醚、20wt*% 45wt %的二乙二醇单丁醚醋酸酯，及平衡量的松油醇加热，而在80°C 100°C搅拌而成该有机黏结剂后，将秤量后的玻璃粉、硅铝合金粉、有机黏结剂、硬酯酸锌和铝粉放入混拌槽均匀搅拌成胶体后，利用三滚筒机进行胶体研磨与分散，而制得该无铅导电胶。本发明无铅导电胶组成中并无铅的存在，所以符合欧盟RoHS环保法规，而实际用于网印后烧附形成太阳能电池的背电极时，因为其中的硅铝合金粉的添加，有效减少网印导电胶烧附形成背电极后所造成的体积变化而导致的硅芯片翘曲的程度，因此得以实际解决硅芯片翘曲的问题。
以下透过二个具体实验例验证本发明的无铅导电胶。实验例一以欲制作的玻璃粉的总重为IOOwt %计，秤重2 丨％的三氧化二铝、9wt%的二氧化硅、13%的氧化锌、8wt%的三氧化二硼、Iwt%的氧化钡，及平衡量的三氧化二铋，以混拌机混合均匀后，倒入白金坩埚并放入950°C的高温炉中，待所有氧化物完全熔化后持温10分钟，确保形成均质的玻璃熔汤，然后将玻璃熔汤倒入水中进行水淬过程，制得玻璃后，将玻璃研磨成10微米以下的玻璃粉。以欲制作的硅铝合金粉的总重为10(^七％计，以纯度99. 99%以上的硅块以及铝块中，秤重75wt%的硅和25wt%的铝后，放入真空感应熔炼炉的坩埚中并抽真空至IO^torr以上，令真空感应炉升温至1600°C，待坩埚中的硅块以及铝块完全熔化后，持温10分钟而形成硅铝合金汤液，并在感应线圈所提供的磁场搅拌下使熔融的硅铝合金汤液成分均匀。然后利用20atm的高压氩气喷击，使熔融的硅铝合金汤液雾化成硅铝合金粉后，静置4小时让硅铝合金粉自然冷却降温。接着以欲制作的有机黏结剂的总重为10(^七％计，秤量2wt%的聚乙烯醇缩丁醛树脂、5wt %的乙基纤维素、25wt %的二乙二醇单丁醚、25wt %的二乙二醇单丁醚醋酸酯，及其余比例的松油醇，于混拌容器中在85°C搅拌，制得透明、均质的有机黏结剂。以欲制作的无铅导电胶得总重为IOOwt %，以2wt%的玻璃粉、2wt%的硅铝合金粉、23被％的有机黏结剂，0. 5wt%的硬酯酸锌，剩余比例为球型铝粉(纯度99. 8%以上)的比例秤重上述制作的玻璃粉、硅铝合金粉和有机黏结剂，于混拌槽内均匀搅拌40分钟以形成胶体后，再利用三滚筒机将胶体研磨、分散至细度小于IOum以下，即制得无铅导电胶样本。另，以上述配比、方式但不添加硅铝合金粉，制得无铅导电胶对照。分别将制得的无铅导电胶样本与对照以网版印刷方式涂覆于156mmX 156mm的多 晶硅芯片(裸片厚度为180 ym，且已涂覆正面银胶及背面银胶)上，经200°C烘干、850°C烧附后成背电极后，测得无铅导电胶样本的光电转换效率为16. 16%，开路电压为622mV，短路电流为8. 23A，填充因子为76. 8%，均符合品管规格。重要的是，以无铅导电胶样本烧附成背电极后，硅芯片的弯曲度为I. 39mm，而以不添加硅铝合金粉的无铅导电胶对照烧附形成背电极后，硅芯片的弯曲度为I. 98mm，无铅导电胶样本导致硅芯片的弯曲度足足下降30 %，显见硅铝合金粉的添加，确实有效降低烧附后娃芯片的翅曲。实验例二以欲制作的玻璃粉的总重为10(^七％计，秤重^^%的三氧化二铝、4wt%的二氧化硅、14%的氧化锌、9wt%的三氧化二硼、2wt%的氧化钡，及平衡量的三氧化二铋，以混拌机混合均匀后，倒入白金坩埚并放入1000°C的高温炉中，待所有氧化物完全熔化后持温10分钟，确保形成均质的玻璃熔汤，然后将玻璃熔汤倒入水中进行水淬过程，制得玻璃后，将玻璃研磨至10微米以下。 以欲制作的硅铝合金粉的总重为100wt%计，以纯度99. 99%以上的硅块以及铝块，秤重55wt%的硅和45wt%的铝后，放入真空感应熔炼炉的坩埚中并抽真空至l(T3torr以上，令真空感应炉升温至1600°C，待坩埚中的硅块以及铝块完全熔化后，持温10分钟而形成硅铝合金汤液，并在感应线圈所提供的磁场搅拌下使熔融的硅铝合金汤液成分均匀。然后利用28atm的高压氮气喷击，使熔融的硅铝合金汤液雾化成硅铝合金粉后，以28atm的氮气持续吹拂让硅铝合金粉冷却降温。接着以欲制作的有机黏结剂的总重为10(^丨％计，秤量3wt%的聚乙烯醇缩丁醛树脂、4wt%的乙基纤维素、IOwt %的二乙二醇单丁醚、40wt%的二乙二醇单丁醚醋酸酯，及其余比例的松油醇，于混拌容器中在95°C搅拌，制得透明、均质的有机黏结剂。以欲制作的无铅导电胶得总重为100wt%，以3wt%的玻璃粉、4wt%的硅铝合金粉、21被％的有机黏结剂，0. 2wt%的硬酯酸锌，剩余比例为球型铝粉(纯度99. 8%以上)的比例秤重上述制作的玻璃粉、硅铝合金粉和有机黏结剂，于混拌槽内均匀搅拌40分钟以形成胶体后，再利用三滚筒机将胶体研磨、分散至细度小于IOum以下，即制得无铅导电胶样本。另，以上述配比、方式但不添加硅铝合金粉，制得无铅导电胶对照。分别将制得的无铅导电胶样本与对照以网版印刷方式涂覆于156mmX 156mm的多晶硅芯片(裸片厚度为180 ym，且已涂覆正面银胶及背面银胶)上，经200°C烘干、800°C烧附成背电极后，测得无铅导电胶样本的光电转换效率为16. 02%，开路电压为619mV，短路电流为8. 24A，填充因子为76. 5%，均符合品管规格。重要的是，以无铅导电胶样本烧附成背电极后，硅芯片的弯曲度为I. 01mm，而以不添加硅铝合金粉的无铅导电胶对照烧附形成背电极后，硅芯片的弯曲度为I. 65mm,无铅导电胶样本导致硅芯片的弯曲度足足下降39 %，显见硅铝合金粉的添加，确实有效降低烧附后硅芯片的翘曲问题。综上所述，本发明的无铅导电胶其中没有导致环保疑虑的铅成份，并且在光电转换效率、开路电压、短路电流、填充因子检测等项目上均符合品管检验规格的前提下，有效改善烧附成背电极后硅芯片的翘曲程度，所以确实能达成本发明的目的。
权利要求
1.一种无铅导电胶；其特征在干以该无铅导电胶总重为100wt%计，该无铅导电胶包含2wt*% 3wt*%的玻璃粉、2wt*% 4wt*%的娃招合金粉、21wt*% 23wt*%的有机黏结剂、0. 2wt% 0. 5wt%的硬酯酸锌，及平衡量的铝粉，且该玻璃粉包括三氧化ニ铝、ニ氧化硅、氧化锌、三氧化ニ硼、氧化钡，及三氧化ニ铋。
2.如权利要求I所述的无铅导电胶，其特征在于以该硅铝合金粉总重为100wt%计，该娃招合金粉中的娃含量是12. 6wt% 99. 9wt%,其余组分是招。
3.如权利要求所述的无铅导电胶，其特征在干以该有机黏结剂的总重为100wt%计，该有机黏结剂具有lwt% 4wt%的聚こ烯醇缩丁醒树脂、3wt% 6wt%的こ基纤维素、5wt% 30wt%的ニこニ醇单丁醚、20wt % 45wt%的ニこニ醇单丁醚醋酸酷，及平衡量的松油醇。
4.如权利要求3所述的无铅导电胶，其特征在于该铝粉的型态是球形。
5.一种无铅导电胶的制造方法；其特征在于该无铅导电胶的制造方法包含 (a)依配比准备三氧化ニ招、ニ氧化娃、氧化锌、三氧化ニ硼、氧化钡、三氧化ニ秘进行大气熔炼而形成均质的玻璃熔汤，并以水淬过程得到玻璃后研磨成玻璃粉； (b)依配比熔炼铝、硅成均质合金溶液后，以瞬间雾化过程制得硅铝合金粉'及 (c)以该无铅导电胶总重为100wt*%计,秤量2wt*% 3wt*%的玻璃粉、2wt*% 4wt*%的硅铝合金粉、21wt% 23wt%的有机黏结剂、0. 2wt% 0. 5wt%的硬酯酸锌后加入平衡量的铝粉，均匀分散混合，制得该无铅导电胶。
6.如权利要求5所述的无铅导电胶的制造方法，其特征在干该步骤(b)中的配比是以该硅铝合金粉总重为IOOwt%计，令该硅铝合金粉中的硅含量是12. 6wt% 99. 9wt%,其余组分是铝。
7.如权利要求6所述的无铅导电胶的制造方法，其特征在干该步骤(b)是在1500°C 1650°C、低于10_3torr的真空度熔炼铝、硅成均质合金溶液，并用活性低的气体以20 30atm的压カ喷击以瞬间雾化而制得娃招合金粉。
8.如权利要求7所述的无铅导电胶的制造方法，其特征在于该步骤(b)使用的活性低的气体是选自IS气，或氮气。
9.如权利要求8所述的无铅导电胶的制造方法，其特征在干该步骤(b)还以自然冷却方式使瞬间雾化而使制得硅铝合金粉降温。
10.如权利要求9所述的无铅导电胶的制造方法，其特征在于该步骤(b)还以20 30atm的高压气体喷击冷却瞬间雾化制得的硅铝合金粉使其降温。
11.如权利要求10所述的无铅导电胶的制造方法，其特征在于该高压气体是选自氩气，或氮气。
12.如权利要求5所述的无铅导电胶的制造方法，其特征在干该步骤(c)中是以该有机黏结剂的总重为100wt%#,预先将lwt% 4wt%的聚こ烯醇缩丁醒树脂、3wt% 6wt*%的こ基纤维素、5wt*% 30wt %的ニこニ醇单丁醚、20wt*% 45wt*%的ニこニ醇单丁醚醋酸酷，及平衡量的松油醇在80°C 100°C加热搅拌而成该有机黏结剂。
全文摘要
本发明公开了一种无铅导电胶，包含2wt％～3wt％的玻璃粉、2wt％～4wt％的硅铝合金粉、21wt％～23wt％的有机黏结剂、0.2wt％～0.5wt％的硬酯酸锌，及平衡量的铝粉，且该玻璃粉具有三氧化二铝、二氧化硅、氧化锌、三氧化二硼、氧化钡，及三氧化二铋，本发明提供一种用于太阳能电池的无铅导电胶，借由添加硅铝合金粉而能在烧附成背电极时，与硅芯片稳定附着结合，避免硅芯片翘曲，本发明还提供该无铅导电胶的制造方法。
文档编号H01L31/0224GK102646458SQ201110040040
公开日2012年8月22日 申请日期2011年2月16日 优先权日2011年2月16日
发明者张瑞东, 李至隆, 钟宏硕, 陈淑华, 陈荣志, 黄钦麟 申请人:中国钢铁股份有限公司