晶体硅太阳能电池正面电极导电银浆商业计划书一、业务描述本项目产品为晶体硅太阳能电池正面电极导电银浆，它在太阳能光伏电池 产业链中占据非常重要的地位。太阳能发电又称光伏发电的基本原理就是“光生伏特效应”，简称“光伏 效应”。它首先是由光子转化为电子、光能转化为电能的过程；其次，是形成电 压的过程。有了电压，就像筑高了的大坝，如果两者之间连通，就会形成电流 回路，就像大坝打开形成水流，发挥出它的作用。银浆就是起了导通电流的作 用，起了非常关键的作用。太阳能电池是具有“光伏效应”的半导体器件，该器件的 PN 结被光照后 产生电压，即光能产生电能的过程，那么,根据上述原理，最关键的是必须有连 通回路把电能形成电流，才能使用。因此在太阳能电池的表面制备电极引出电 流，就非常重要。目前，产业化的方案是分别在太阳能电池的两面印刷浆料做 成电极，其中一种是用于太阳能电池背面的铝或铝/银电极；另一种是用于太阳 能电池受光面(正面)的银电极，相较于太阳能电池的性能，其正面电极的要求 非常高，因为它会直接影响太阳能电池的转换效率（关键性能）。 太阳能电池的转换效率，太阳电池把光能转化为电能，但它并不能够将光 能 100%的转换成电能，目前商用太阳能电池的转换效率只有不到 20%，这是由 于材料利用以及“光伏效应”原理的自身缺陷决定的，是太阳能电池的重要性 能参数，因此想方设法提高转换效率变得非常重要且关键，也正是各大太阳能 企业和研究机构的最大核心竞争力和研究方向之一。太阳能电池受光面（正面） 的银电极（银浆），是影响转换效率的重要因素之一，对其它性能参数也有决定 性作用，一般来讲，正面银电极（银浆）必须具备以下条件：1） 具有低的接触电阻和体电阻 2）电极的高宽比要大，减少对阳光吸收的影响 3）具有良好的可印刷性能，能印出极细的线条 4）成本要低 综上所述，太阳能电池要取得优异的性能，电极用银浆的性 能是非常关键的。本项目产品即为制备正面银电极所用的银浆。银电极浆料主要由三部分构成：起导电作用的金属银粉、适用于丝网印刷 技术的有机载体和热处理后起烧透减反层和烧结作用无机载体。其中金属银粉 决定了电池银电极的可焊性、电阻率、成本。无机载体为低熔点玻璃微粉和一 些起助烧作用的金属氧化物,它决定着浆料对减反层的穿透能力和电极对电池 基片的结合力，无机载体对接触电阻具有重要作用。 低熔点玻璃通常由铅硼硅 酸玻璃或铅硅酸玻璃，也有一些不含铅的环保型玻璃。有机载体主要由有机溶 剂、增稠剂、触变剂，流平剂，表面活性剂等组成，它把银粉、无机载体等通过物化作用使浆料具有适用于丝网印刷的如粘度，触变性等的流变性能，使得应用丝网技术能得到所需的印刷精度和效果。另外，太阳电池电极浆料印刷烧结后的厚膜导体必须和半导体基片形成良好的欧姆接触特性，因此，银电子浆料常常还会添加一些特定的掺杂剂。电池的银电极是由丝网印刷工艺将银浆印制于单晶硅和多晶硅太阳能电 池的受光面上。而印刷在受面上的浆料经过快速热处理后，浆料中的有机载体 分解而完全挥发出来，浆料中的低熔点玻璃烧穿减反层后银微粉和电池基片形 成接触而形成电极。丝网印刷由于其成本低，易于大规模生产的特点而被广泛 的应用于晶体硅太阳能电池的生产中。以上可知，浆料集金属纳米材料、无机非金属材料、高分子材料,半导体 等高科技技术于一身，其制备涉及到粉末冶金技术、低熔点玻璃制备技术、浆 料加工技术、半导体技术、流变学等诸多高科技技术领域。现今世界正遭遇前所未有的能源危机和环境危机，原油、天然气和煤炭等 传统能源已不能满足人类对能源日益增长的需求。世界许多国家包括中国已经 把开发新兴能源作为应对能源瓶颈和减少碳排放的一项重要举措，而在上海世博会上我们看到，太阳能在未来城市中扮演的重要角色，看到了人类成功寻找到可替代可持续的新兴能源的希望。 更重要的是，太阳能有无可比拟的绝对优 势：1、能量充足，储量无限，太阳光每秒到达地面的能量如能转化成电能，则每年的发电量相当于世界上能耗的 40 倍。太阳的寿命至少尚有 40 亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球的时间是无限的；2、存在的普遍性和广泛性，太阳能对于地球上绝大多数地区，不论是海洋、沙漠还是高山都具有存在的普遍性，并可就地取用，为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题 提供了美好前景；3、利用的清洁性和安全性，在开发利用过程中几乎不产生任 何废物残渣，甚至其它有毒有害污染，更重要的它是零碳排放；4、利用的经济性，太阳光免费使用又无需运输，还有确实的长寿命和免维护性等一系列优点，太阳能正成为人们生活中越来越现实、越来越可靠的能源。大力发展太阳能光伏产业，将是未来人类生存的能源解决方案、环境解决方案。因此太阳能电池产业在全球正呈现蓬勃发展的趋势。目前我国太阳能电池 产业也处于爆炸式增长阶段，太阳能利用技术的研究开发、商业化生产等方面 都获得了长足发展。本项目产品的客户群是太阳能电池片的生产厂家，主要客户为无锡尚德， 苏州阿特斯，常州天合，江阴海润，晶澳太阳能，天威英利等。二、产品与服务2.1项目产品核心技术本项目的研发主要集中于太阳能电池正面用导电银浆制备、低熔点玻璃微粉优化工艺、有机载体印刷性能提升设计以及银浆与太阳能电池烧结工艺的整合等方面，已经解决以下关键技术： 银浆低熔点玻璃烧结过程中的低电阻微晶化以降低电极的体电阻 低熔点玻璃在浆料中的比例大约在 1.5%-5%重量比，但实际上玻璃是不导电的，因此银电极的体电阻有很重要的一部分是由玻璃贡献的。如果能把不导电的玻璃进行低电阻化则会大大降低电极的体电阻。目前，学术界对这方面的 理论研究还很少。我们在理论上大胆创新，利用玻璃微晶化的原理，在浆料中引入特殊成分，该组成能在电极烧结工艺的冷却过程中与玻璃中的主要成分硅进行反应而破坏玻璃的网状结构而导致玻璃的析晶。玻璃析晶后电阻大大降低 而导致银电极的体电阻的降低。实验结果表明，在扫描电镜的观察中，本产品 在烧结后的电极中能观察到具有导电能力的晶体析出相。 银材料的低成本替代 由于银具有良好的导电性，因此目前正面电极的主要成分为银。从电极的性能综合考虑中，电极材料的导电性固然很重要，但电极中的孔隙度，电极的密度，电极的可焊性，电极与基体的浸润性对电极的最终性能都有显著的影响。 本项目已开发出一种银的替代材料，目前的实验表明，在取代电极中 4%的银后， 电极的性能保持不变，目前实验还在进行，我们的目标是取代 10%的银。 银浆的有机载体的优化以提高浆料的印刷性能图 280 m 电极线 银浆的印刷性能对电极的性能有很重要的影响,目前对太阳能电池电极印刷性能的要求主要是印刷的精度要高,印刷的线精度要达到 0.1-0.15 微米,业界也有要求 0.08 微米线精度的，而且电极的高宽比要小，同时对浆料的印刷稳 定性也有很高的要求。本产品通过采用复合特殊的增稠剂、触变剂和表面活性剂使浆料具有很好的印刷精度和较小的电极高宽比。本产品已能印刷从 80 微米到 3 毫米线宽的银电极。能满足不同太阳能电池制造商的要求。见下图。图 3100 m 电极线图 4 150 m 电极线图 5300 m 电极线图 6 1000 m 电极线 银浆与太阳能电池烧结工艺的整合 由于银浆的烧结过程中并不能完全隔绝 氧气,因此烧结过程中银的氧化会造成电极的体电阻增大，影响光电转化效 率。本产品拟通过以下两方面来降低银浆烧结过程中的银的氧化。一是通过在浆料中加入特殊还原性元素,使之在烧 结过程中挥发出来,在银粉的微观区域形成还原性环境来消耗氧原子以阻止银 的氧化；二是通过对银粉的表面进行处理来进一步降低银粉氧化。 烧结成核技术以降低电极的孔隙率 有机载体在烘烤和灰化的过程中会以气体的形式逸出电极而留下孔洞从而使的电极的体电阻和接触电阻增加.本产品的创新点在于在有机载体中引入带金属离子的高分子聚合物，使得 机载体在烘烤和灰化的过程中留下高度弥散的金属粒子,该金属粒子可从为随后高温烧结时玻璃和银析出成核中心，从而 使得银和玻璃在电极和电极 与 N 区的表面冷却时弥散析出，从而导致较低的接 触电阻，同时也填补有机载体气化时留下的空隙从而降低银电极的空隙率。通 过扫描电镜的观 察我们可以发现浆料在引入带金属离子的聚合物后，电极的空隙率得到明显的降低。下图为本项目生产电极和业界先进水平的比较。可以看 出，用本技术的电极空隙率明显降低。图 7 未采用电极成核技术电极表面图 8 采用成核技术后电极表面 低熔点玻璃的表面处理以提高玻璃在浆料中的分散性 由于玻璃为无机非金属材料，浆料中的主要成分银粉，因此大家对银粉在有机载体中的分散问题都非常重视，有机载体的设计都必须满足银粉的分散性要求。低熔点玻璃为典的无机非金属材料，因此其在有机载体的表现会和具 有典型金属性质的银粉有很大的不同。但长期以来，人们忽略了这个问题。本 产品对低熔点玻璃的 表面进行了特殊处理，处理后的玻璃表面在有机载体中的 分散性很好，从而解决了玻璃在载体中的分散问题。 高效触变剂的选择能获得窄而高的栅线 对国内外的触变剂进行全面对比，结合本产品的实际情况，改性了目前的高效的触变剂，在采用高效的触变剂后，本产品可通过触变剂的不同含量来控制产品的触变性。目前在较好的印刷条件下，本浆料可适用于从 80 微米到 3毫米的电极的印刷。同时在一些优的条件下栅线高度能达到 29 微米的水 图 9电极厚度为 29 微米的横截面2000000180000016000001400000粘度cP.sS-2S-3S-16000004000002000000051015202530剪切率s-112000001000000800000图 10 不同触变性能的浆料的粘度曲线2.2项目产品竞争力分析目前全球生产同类产品的大公司是美国杜邦（Dupont）,德国贺利氏 (Heraeus)和美国福禄（Ferro），他们生产的银浆几乎占领了 90%以上的中国市 场。2.2.1 美国杜邦杜邦公司是光伏行业领先的材料和技术供应商，在光伏材料开发及制造领 域积累了超过 25 年的经验。杜邦光伏解决方案业务部门为太阳能市场提供最广泛的产品组合，其中包括 10 余种光伏生产的关键产品。这些产品的整合应用能 使太阳能组件的输出功率更高、使用寿命更长久。 杜邦的 PV 系列银浆用于太阳能电池的正面及背面电极，杜邦先后在中国市场推出产品 PV147，PV149，PV159，PV160A，杜邦17F是杜邦目前正推出 产品。杜邦的产品在中国占有 主导地位，市场份额超过 50%，尤其在一些大型的太阳能电池厂杜邦占有更高 的市场份额。杜邦的浆料的缺点是价格较为昂贵，因此一些小型太阳能电池制 造企业采用其他公司生产的浆料。杜邦利用其技术的领先优势，在产品的价格上不肯让步，而且对除个别大公司以外的服务并不完善，响应客户要求不及时。杜邦的先进银浆的生产基地 在台湾，因此其交货周期较长。2.2.2 德国贺利氏