CN101425545A

CN101425545A - 一种环保型硅太阳能电池背电场铝浆及其制造方法

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Publication number: CN101425545A
Application number: CNA2008100475236A
Authority: CN
Inventors: 范琳
Original assignee: 范琳
Current assignee: WUHAN SUPERNANO OPTOELEC TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2009-05-06
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: CN101425545B

Abstract

本发明涉及一种用于硅太阳能电池背电场的环保型铝浆的制造方法。该铝浆的组分及含量(重量百分比)为：铝导电粉50－80％、无铅玻璃粘结剂1－10％、三价金属有机化合物0.05－5％、有机树脂2－15％、溶剂10－25％、添加剂2－10％。该环保型铝浆的制造方法包括玻璃粘结剂的配制、有机载体的制备、铝浆料的配方和浆料的加工工艺。本发明所研制出的浆料在生产加工过程中不会添加或产生对人体有害和污染环境的物质，浆料的含铅量小于100ppm，其它有害物质如Hg、Cd等的含量均满足环保要求。该铝浆应用于硅太阳能电池背场电极，经隧道炉快速热处理后，附着力强，欧姆接触好，电池转换效率高。

Description

一种环保型硅太阳能电池背电场铝浆及其制造方法

技术领域

该发明涉及一种用于硅太阳能电池背电场的铝电极浆料。该浆料经由生产过程后会在硅片背面形成p+扩散层(铝背场)，以替代价值昂贵的沉积工艺。通过丝网印刷，使浆料均匀地附着在硅片表面，通过烘干、隧道炉快速热处理等工序，在硅片背阳面形成均匀的铝-硅合金和优良的铝导电层，减小半导体材料和金属铝之间的肖特基势垒，形成良好的欧姆接触，从而获得较高的光电转换效率。

背景技术

在硅太阳能电池工艺中，电极制作是非常重要的一个环节。考虑到太阳能电池所用半导体硅材料，其电极要求尽量消除金属电极与硅材料间的肖特基势垒，从而形成良好的欧姆接触。在目前的工业化生产中，导电金属浆料经由丝网印刷和快速热处理工艺形成电极的技术被广泛采用。电池背场主要使用金属铝浆料。

铝浆料由金属铝粉、玻璃粘结剂、有机载体和添加剂等原料配制而成。金属铝粉在高温时可与硅形成共熔合金，同时，金属铝粉在电极中起导电作用，能和半导体材料硅形成良好的欧姆接触，是硅太阳能电池背电极制作中应用最广泛的金属材料。玻璃粘结剂在烧结处理时熔化，将金属导电粉附着在硅片表面，形成致密均匀的导电膜，导电膜厚度为10-25μm。有机载体起分散作用，使浆料呈一种比较稳定的悬浮体，可以较长时间放置而不产生沉淀。添加剂主要是改善浆料的工艺性能，使浆料具有一定的流动性、触变性。

目前，国内外的浆料公司生产的铝电极浆料所使用的玻璃粘结剂是一种含铅玻璃。这种玻璃具有熔点较低，高温融化时流动性好，与硅表面浸润性良好以及电性能稳定可靠等优点，所以得到了广泛应用。但浆料的铅含量很高，其使用对环境造成了非常大的污染。而无铅玻璃在高温流动性、玻璃与基片的浸润性等方面与铅玻璃比一般要差一些，因此，要找出一种适合硅太阳能电池片的无铅玻璃料是一个难题。本发明设计出了一种铋-硼-硅系无铅玻璃料，完全能代替传统的含铅玻璃料，这种新的玻璃料能在较低温度下融化并具有较好的流动性，能与硅片很好地浸润，工作稳定且电性能良好。另外，本发明通过在配方中添加三价金属有机化合物，提高了Si-Al合金中p+的浓度，使硅太阳能电池的转换效率达到较高水平。本发明还通过一定的制造工艺和配方设计，制造了一种性能优良、工艺性好的环保型太阳能电池背电场铝浆。

发明内容

本发明就是要实现一种环保型太阳能电池背电场铝浆。该浆料能在隧道炉的快速热处理过程中与硅形成合金，从而形成附着力良好且光电转换效率高的背场电极。通过调节玻璃料的组分、有机载体及添加剂成分，可以得到各种现有生产工艺下所需使用的电极浆料。本发明通过以下技术方案来实现：

一种环保型铝电极浆料，其特点在于，该浆料由以下组分及含量(重量百分比)的原料制成：

铝导电粉50-80％

无铅玻璃粘结剂1-10％

三价金属有机化合物0.05-5％

有机树脂2-15％

溶剂10-25％

添加剂2-10％

所用的金属铝导电粉是由具有一定颗粒大小的球形粉和一定比例的片状粉组成，球形粉的粉径小于10μm，球形粉与片状粉的重量比为：(20-80)：(80-20)。

所用的玻璃粘结剂是一种无铅玻璃料，该玻璃料为铋(Bi)-硼(B)-硅(Si)系材料，并添加了Al₂O₃，ZnO，ZrO₂，TiO₂，V₂O₅，Na₂O，Li₂O，无铅玻璃粘结剂配方为：

Bi₂O₃ 40-80％

B₂O₃ 10-30％

SiO₂ 1-10％

Al₂O₃ 1-10％

ZnO 1-20％

ZrO₂ 0-5％

TiO₂ 0-5％

V₂O₅ 0-5％

Na₂O 0-10％

Li₂O 0-20％

上述的无铅玻璃粘结剂中添加了碱金属氧化物Na₂O，Li₂O中的一种或几种，碱金属氧化物的总含量为1-20％。

上述的无铅玻璃粘结剂中添加了过渡金属氧化物ZrO₂，TiO₂，V₂O₅中的一种或几种，过渡金属氧化物的总含量为1-10％。

上述的无铅玻璃粘结剂中添加了Al₂O₃和ZnO，其含量分别为1-10％和1-20％。

无铅浆料使用的有机树脂选用松香和乙基纤维素、硝酸纤维素、聚乙烯醇缩丁醛和丙烯醇中的一种或几种，其用量为1-20％。

无铅浆料所用的有机添加剂包括触变剂、流平剂、表面活性剂和消泡剂等，有机添加剂用量为2-10％。

无铅浆料所用的有机溶剂选用松节油、松油醇、环己酮、蓖麻油、邻苯二甲酸二丁酯以及醚类中的一种或几种，用量为10-25％。

一种环保型铝浆的制造方法，其特征在于，该方法的制造工艺如下：

(1)玻璃粘结剂的制备

玻璃粘结剂的组分及含量如下：

Bi₂O₃ 40-80％

B₂O₃ 10-30％

SiO₂ 1-10％

Al₂O₃ 1-10％

ZnO 1-20％

ZrO₂ 0-5％

TiO₂ 0-5％

V₂O₅ 0-5％

Na₂O 0-10％

Li₂O 0-20％

将上述原料按重量比称量，混合均匀后放于高铝坩埚中，在电阻炉里加热处理，最高温度范围：1100-1350℃，保温时间：30-90min，将熔化的玻璃淬火处理得到玻璃颗粒，将玻璃颗粒球磨粉碎并达到粒径<10μm。

(2)有机载体的配制

将有机高分子树脂按原料重量的2-15％，溶剂按原料重量的10-25％进行称量，然后将高分子树脂加热至80-100℃，直到树脂溶解，得到有机载体。

(3)浆料的配制

将铝导电粉按原料重量的50-80％，无铅玻璃粘结剂1-10％，0.05-5％的三价金属有机化合物，与有机载体和有机添加剂进行混合搅拌。搅拌均匀后在三辊研磨机上进行研磨，通过一定的研磨过程得到均匀分散的浆料，浆料粒度<15μm，粘度(25℃下)25000-45000mPa.s。

本发明的优点在于：

1.选用铋-硼-硅玻璃料作为无铅玻璃粘结剂，实现了硅太阳能电池背场铝浆的无铅化。通过添加适当的碱金属、过渡金属氧化物，调控了玻璃料的熔点，改进了玻璃料的化学稳定性和电性能。

2.通过一定比例球形铝粉和片状铝粉搭配，可以有效调节快速烧结过程中形成合金速率，有效改善了扩散层的均匀性，从而消除了肖特基势垒，获得良好的欧姆接触。

3.添加三价金属有机化合物，在热处理过程中保护金属铝粉的氧化，同时提高铝-硅合金中p+浓度，提高了电池片的转换效率。

4.选用适当的有机载体成分比例，提高了浆料的保存时间，可以使浆料在长时间放置后仍然保持良好的工艺性能。

5.选用适当的添加剂，改变了浆料的流动性，使铝浆的工艺性能较好。

具体实施方式

太阳能电池背场铝浆的生产工艺如下：

1.无铅铋-硼-硅系玻璃粘结剂配制：按重量百分比称料。

2.玻璃熔制及球磨工艺：1100-1350℃，保温时间：30-90min，淬火处理得到玻璃颗粒，将玻璃颗粒球磨粉碎并达到粒径小于10μm。

3.选用需要的导电铝粉。

4.配制有机载体。

5.浆料配制：按一定比例称量铝导电粉、无铅玻璃粘结剂、三价金属有机物，并加入有机载体及有机添加剂进行混合搅拌。搅拌均匀后在三辊研磨机上进行研磨，通过一定的研磨过程得到均匀分散的浆料，浆料粒度小于15μm，粘度(25℃下)25000-45000mPa.s。

实施例1

一种环保型太阳能电池背电场铝浆料(配制100g)，其生产工艺如下：

1.玻璃粘结剂配方(配制100g)：Bi₂O₃ 45g，B₂O₃ 10g，SiO₂ 8g，Al₂O₃ 5g，ZnO 25g，TiO₂ 3g，ZrO₂ 2g，V₂O₅ 2g。

2.玻璃熔制及球磨工艺：1250℃，60min，淬火后球磨至小于10μm。

3.导电铝粉选用球形粉与片状粉的重量百分比为：球形粉∶片状粉＝50∶50。

4.有机载体配制。松节油10g，乙基纤维素9g，并在80-100℃加热处理，使其充分溶解混合。

5.浆料配制：按导电铝粉60g，玻璃粘结剂5g，三价金属有机化合物5g，加入配置好的有机载体和有机添加剂，并在容器中搅拌分散均匀后进行三辊研磨，控制浆料的粘度(25℃下)为25000-45000mPa.s，浆料的粒度小于15μm。

6.浆料性能：

粘度：(25℃下)25000-34000mPa.s。

浆料细度：≤15μm。

烧结厚度：电子外径千分尺测量，15±5μm。

丝网印刷：250目不锈钢丝网印刷，不塞网。

烧结：隧道炉，高温(750-850℃)/10S。

电阻：≤50mΩ/□。

开路电压(均值)≥600mV

转换效率(均值)：单晶硅片≥16％，多晶硅片≥15％。

实施例2

一种环保型太阳能电池背电极用金属铝浆料(配制100g)，其生产工艺如下：

1.玻璃粘结剂配方(配制100g)：Bi₂O₃ 70g，B₂O₃ 10g，SiO₂ 5g，Al₂O₃ 3g，ZnO 2g，TiO₂ 2g，ZrO₂ 2g，Na₂O 3g，Li₂O 3g。

3.导电铝粉选用球形粉与片状粉的重量百分比为：球形粉∶片状粉＝70∶30。

4.有机载体配制。松节油10g，乙基纤维素7g，并在80-100℃加热处理，使其充分溶解混合。

5.浆料配制：按导电铝粉70g，玻璃粘结剂5g，三价金属有机化合物5g，加入配置好的有机载体和有机添加剂，并在容器中搅拌分散均匀后进行三辊研磨，控制浆料的粘度(25℃下)为25000-45000mPa.s，浆料的粒度小于15μm。

6.浆料性能：

粘度：(25℃下)25000-45000mPa.s。

浆料细度：≤15μm。

烧结厚度：电子外径千分尺测量，20±5μm。

丝网印刷：250目不锈钢丝网印刷，不塞网。

烧结：隧道炉，高温(750-850℃)/10S。

电阻：≤50mΩ/□。

开路电压(均值)≥600mV。

转换效率(均值)：单晶硅片≥16％，多晶硅片≥15％。

Claims

1.一种环保型铝浆，其特点在于，该浆料由以下组分及含量(重量百分比)的原料制成：

铝导电粉50-80％

无铅玻璃粘结剂1-10％

三价金属有机化合物0.05-5％

有机树脂2-15％

溶剂10-25％

添加剂2-10％

上述玻璃粘结剂是一种无铅玻璃料，该玻璃料为铋(Bi)-硼(B)-硅(Si)系材料，并添加了Al₂O₃，ZnO，ZrO₂，TiO₂，V₂O₅，Na₂O，Li₂O，无铅玻璃粘结剂的配方为：

Bi₂O₃ 40-80％

B₂O₃ 10-30％

SiO₂ 1-10％

Al₂O₃ 1-10％

ZnO 1-20％

ZrO₂ 0-5％

TiO₂ 0-5％

V₂O₅ 0-5％

Na₂O 0-10％

Li₂O 0-20％

2.根据权利要求1所述的无铅玻璃粘结剂中添加了碱金属氧化物Na₂O，Li₂O中的一种或几种，碱金属氧化物的总含量为1-20％。

3.根据权利要求1所述的无铅玻璃粘结剂中添加了过渡金属氧化物ZrO₂，TiO₂，V₂O₅中的一种或几种，过渡金属氧化物的总含量为1-10％。

4.根据权利要求1所述的无铅玻璃粘结剂中添加了Al₂O₃和ZnO，其含量分别为1-10％和1-20％。

5.根据权利要求1所述的铝导电粉是由具有一定颗粒大小要求的球形粉和一定比例的片状粉组成，球形粉的粉径小于10μm，球形粉与片状粉的比例(重量比)为：(20-80)：(80-20)。

6.根据权利要求1所述的三价金属有机化合物为B、Al、Ga、In有机化合物中的一种或几种，其用量为0.05-5％。

7.根据权利要求1所述的无铅浆料所用的有机树脂选用松香和乙基纤维素、硝酸纤维素、聚乙烯醇缩丁醛和丙烯醇中的一种或几种，其用量为2-15％。

8.根据权利要求1所述的无铅浆料所用的有机添加剂包括触变剂、流平剂、表面活性剂和消泡剂等，有机添加剂用量为2-10％。

9.根据权利要求1所述的无铅浆料所用的有机溶剂选用松节油、松油醇、环己酮、蓖麻油、邻苯二甲酸二丁酯以及醚类中的一种或几种，用量为10-25％。

10.一种环保型铝浆的制造方法，其特征在于，制造工艺包括如下过程：

(1)有机载体的配制

(2)浆料的配制

将铝导电粉按原料重量的50-80％，与(1)中配好的有机载体，2-10％的有机添加剂，0.05-5％的三价金属有机化合物，以及1-10％无铅玻璃粘结剂进行混合搅拌。

(3)环保型铝电极浆料的加工

将(2)中得到的混合原料在三辊研磨机上进行研磨，通过一定的研磨过程得到均匀分散的浆料，浆料粒度<15μm，粘度(25℃下)25000-45000mPa.s。