CN101555388B - 硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂及其制备方法。所述无机粘合剂按质量份组成为：SiO₂10-20％，B₂O₃15-30％，Al₂O₃5-15％，Bi₂O₃15-35％，ZrO₂10-18％，ZnO 10-25％，MoO₃1-8％，总量100％。其制备方法为：将组成无机粘结剂的组份投入混料机中混合均匀，装入瓷坩埚中，置于烘箱中120-150℃干燥3-5小时后，放入高温炉中，800-1100℃熔炼1-2小时，水淬后烘干，用行星式球磨机球磨至10μm以下，烘干得到硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂成品。用本无机粘合剂配制的铝浆烧结时玻璃粉的软化点较低，粘结性好，使铝粉层牢固黏附在硅片上；烧结后膨胀系数较小，电池片弯曲小，碎片率降低。

Description

硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池，特别是涉及一种硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂及其制备方法。

背景技术

在晶体硅太阳能电池的制备过程中，将铝浆印刷在硅片背面，经过烧结在太阳电池硅片的背面形成铝背电场电极，具有降低接触电阻以及提高电池光电转换效率的作用。

铝浆主要由铝粉、有机粘合剂、无机粘合剂以及添加剂等成分组成。其中铝粉是导电相，经烧结后与硅片形成良好的欧姆接触；其中有机粘合剂作为一种载体，使贮存状态下铝浆中的铝粉、玻璃粉、添加剂等易团聚的固体粉末均匀分布，保持悬浮状态，印刷时使铝浆浆料均匀涂布于硅片背面，干燥后将铝粉及玻璃粉附着于硅片上而不脱落，烧结后被碳化，遗留无机粘合剂将铝膜与硅基体粘合；其中无机粘合剂即玻璃粉，在烧结温度下软化以及形成熔融玻璃层，将铝膜与硅基体粘合在一起，要求玻璃粉的软化点较低，低软化点玻璃粉能充分润湿铝粉，使铝粉颗粒间形成紧密接触，降低与硅片之间的接触电阻，形成良好的欧姆接触。

本公司之前使用的作为无机粘合剂的玻璃粉，其组成按质量百分比为：SiO₂10-25％，B₂O₃ 20-35％，Al₂O₃ 5-15％，ZnO 15-25％，CaO 15-25％，总量100％。在生产实践中发现用以上组方的无铅玻璃粉配制的铝浆存在一定的缺点：

(1)铝浆印刷于硅片背面烘干后，烧结温度高，这是因为其中的玻璃粉软化点高，按美国材料试验协会标准ASTM C338-1993玻璃软化点测试方法，测试其软化点＞600℃。玻璃粉具有调节铝浆烧结温度的作用，较高的软化点意味着铝浆的烧结温度高，将可能使部分太阳能电池的p-n结击穿，造成太阳能电池片失效的几率增加。

(2)铝浆印刷于硅片背面，烘干及烧成后，形成的熔融玻璃层膨胀系数高，按GB/T 16920-1997方法测定该熔融玻璃层的膨胀系数＞6.0×10^-6/℃，与硅基体的膨胀系数(约3.5×10^-6/℃)不匹配，造成烧结后电池片弯曲较大，易于碎片，不利于后道组件的生产。

(3)玻璃粉组分中可降低表面张力的成分少，浸润性不够好，粘结性较低，铝背电场电极剥离强度较低，由此会缩短硅太阳能电池的使用寿命。玻璃粉对铝粉的润湿情况是铝背电场电极与硅基体间附着力的重要决定因素之一，润湿情况越好，铝背电场电极与硅基体间的黏着力才会越好。

发明内容

申请人针对生产实践中的硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂存在的上述问题进行了改进研究，提供另一种硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂及其制备方法，该无机粘合剂在不含铅的条件下软化点也较低，可低于600℃，在烧结温度下能迅速软化并流平，润湿铝粉末，以该无机粘合剂配制的铝浆经烧结后，铝背电场电极与硅片有良好的欧姆接触，铝电极层与电池硅片附着力大；其次，该无机粘合剂烧结后形成的熔融玻璃层的膨胀系数较小，电池片弯曲小。

本发明的另一目的是提供上述晶体硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂的制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂及其制备方法，所述无机粘合剂按质量份组成为：

SiO₂ 10-20％，B₂O₃ 15-30％，Al₂O₃ 5-15％，Bi₂O₃ 15-35％，

ZrO₂ 10-18％，ZnO  10-25％，MoO₃  1-8％，总量   100％。

其中：

SiO₂，SiO₂是无机粘合剂或形成的熔融玻璃层的主体成分，以硅氧四面体[SiO₄]的结构组元形成不规则的连续网络。

B₂O₃，以硼氧三角体[BO₃]和硼氧四面体[BO₄]为结构组元，在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体[SiO₄]共同组成结构网络，其作用为降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性，也是良好的助熔剂，能促使玻璃熔制过程加速。

Al₂O₃，属于中间体氧化物，其作用为提高玻璃的化学稳定性、热稳定性，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀。

ZnO，中间体氧化物，以锌氧八面体[ZnO₆]作为网络外体氧化物，其作用为降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的化学稳定性和热稳定性。

ZrO₂，提高玻璃的化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。

Bi₂O₃，其与玻璃形成体SiO₂、B₂O₃等组分共熔时，有相当宽的玻璃形成范围，即使约有1％的SiO₂或B₂O₃存在时，也易于形成玻璃。在玻璃中代替铅，降低玻璃的软化点及黏度。

MoO₃，属于表面活性氧化物，增加玻璃液的润湿能力。

上述硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂的制备方法，依据上述无机粘合剂的组成，按以下步骤制备：

将所述无机粘合剂的组份投入混料机中混合均匀，装入瓷坩埚中，置于烘箱中120-150℃干燥3-5小时后，放入高温炉中，800-1100℃熔炼1-2小时，水淬后烘干，用行星式球磨机球磨至10μm以下，烘干得到硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂成品，其为无铅玻璃粉。

本发明经生产实践检验，具有如下优点：

1.组份中加入一定比例的Bi₂O₃，使玻璃熔化温度降低，黏度减小，软化点降低。

2.玻璃中引入一定比例的ZrO₂，Zr⁴⁺在玻璃中属于网络形成体，与O结合形成立方体[ZrO₃]配位，降低玻璃的膨胀系数，使玻璃粉膨胀系数与硅基体的膨胀系数接近，烧结后电池片弯曲小，碎片率降低。

3.在玻璃中引入一定比例的MoO₃，能降低玻璃的表面张力，显著增加玻璃对铝粉和硅基体的润湿能力，增加铝粉与硅基体间的黏着力。

4.本发明的工艺方法简单，制备省时。

具体实施方式

以下通过实施例来说明本发明的具体实施。

实施例1：

无机粘合剂的组份为：按质量份SiO₂ 14％，B₂O₃ 20％，Al₂O₃ 10％，Bi₂O₃ 25％，ZrO₂ 13％，ZnO 15％，MoO₃ 3％，上述组成如表1中实施例1所示，表1中的组分为质量百分比。

无机粘合剂制备步骤：将上述组份投入混料机中混合均匀，装入瓷坩埚中，置于烘箱中145℃干燥3.5h，放入高温炉中，850℃熔炼1h，水淬后烘干，用行星式球磨机球磨至10μm以下，烘干得到硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂成品，上述制备工艺条件如表2中的实施例1所示。

无机粘合剂性能检验：

按ASTM C338-199标准用SP1000型玻璃软化点测定仪测试其软化点为555℃，按GB/T 16920-1997用推杆式膨胀仪测定膨胀系数为4.8×10^-6/℃。

采用间接检验方法检测硅太阳能电池片铝背场的剥离强度——

先将所得无机粘合剂按下述方法制备成硅太阳能电池铝浆：

按质量份的铝粉68％，玻璃粉2％，有机粘合剂30％配比，其中铝粉为球形，纯度＞99.8％，中位径5-8μm，跨度1.1-1.5，松装密度0.45-0.6g/cm³；玻璃粉为上述实施例1制备所得物；其中有机粘合剂按下述方法制得：按质量份乙基纤维素2.8％，醋丁纤维素1.6％，二乙二醇一乙醚30％，二丙二醇一甲醚30％，邻苯二甲酸二乙酯7.4％，丙二醇丁醚26％，迪高Dispers6550.5％，201甲基硅油1.7％，将上述组份投入不锈钢反应釜内搅拌(70转/分)于130℃反应3小时，所得反应物冷却之后，用200目丝网过滤，得到有机粘合剂成品。

将上述铝粉、玻璃粉以及有机粘合剂原料混合均匀后，用三辊研磨机研磨8小时，得晶体硅太阳能电池铝浆，将铝浆料用280目丝网印刷于太阳能电池硅片背面，于烘箱中200℃下干燥12分钟，进入隧道炉烧结，烧结峰值温度680±10℃，烧结时间15分钟，得太阳能电池硅片铝背电场电极。

太阳能电池硅片铝背电场电极剥离强度的检验按无锡尚德太阳能电力有限公司的铝背场剥离强度的企业检验标准进行，方法如下：

1.取长度约为30cm，宽度约为15cm的钢化玻璃一块；

2.在取样的钢化玻璃上面层叠同样大小的EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)和TPT(聚氟乙烯复合膜)，按照组件正常封装工艺，将电池片放入EVA中后，再放入层压机中进行一次固化；

3.将固化件放置12小时后用小刀进行裁割，将其割为1cm×30cm的小条样品；

4.取其中的几条样品，分别用手工将EVA与电池片背场电极分离2cm左右的一小段，将小条样品固定在LTZ-5管型测力计上，顺着180度的方向，以速度为300mm/min进行剥离，每次剥离10mm，记录其剥离力的测量数据；

合格标准：EVA与铝背场粘结特性好，层压固化后不会脱壳，剥离强度大于20N/cm。

上述软化点、膨胀系数以及剥离强度测试的测试结果如表3实施例1所示。

实施例2-实施例5：

无机粘合剂的组份量、制备步骤以及与本发明无机粘合剂有关性能指标的测试结果分别见表1、表2以及表3，其余工艺过程的说明与实施例1的说明相同。

比较实施例6-7：

其中无机粘合剂的组份量按现有技术的组方(于背景技术中给出)，制备步骤、有关性能指标的测试以及工艺过程的说明与实施例1相同，其也分别列于表1、表2以及表3中。

表1无机粘合剂实施例的组份表

表2无机粘合剂实施例的制备工艺条件

表3无机粘合剂实施例性能指标的测试结果

(从表3中的膨胀系数标准值为＜6.0×10^-6，如何确定的？与硅基体的膨胀系数(约3.5×10^-6/℃)是否差得较多？)

由以上实施例1-5以及比较实施例6-7可看出，本发明的硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂中，加入一定比例Bi₂O₃与其他一定比例的组份配方，在烧结时能使玻璃粉的软化点明显降低，该玻璃粉在不含铅的条件下软化点可低于600℃，在烧结温度下能迅速软化并流平，润湿铝粉末，以该无机粘合剂配制的铝浆经烧结后，铝背电场电极与硅片有良好的附着力及欧姆接触；本发明的无机粘合剂组方中加入一定比例的ZrO₂与其他一定比例的组份配方，玻璃的膨胀系数得到有效降低。玻璃中加入MoO₃后，改善了玻璃的润湿性，粘结强度(剥离强度)得到提高。

Claims (2)

1.一种硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂，其特征在于：所述无机粘合剂按质量份组成为：

SiO₂  12-20％，B₂O₃ 15-30％，Al₂O₃ 5-15％，Bi₂O₃ 15-35％，

ZrO₂  10-18％，ZnO  10-25％，MoO₃  1-8％， 总量  100％。

2.一种硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂的制备方法，其特征在于依据权利要求1所述无机粘合剂的组成，按以下步骤制备：

将所述无机粘合剂的组份投入混料机中混合均匀，装入瓷坩埚中，置于烘箱中120-150℃干燥3-5小时后，放入高温炉中，800-1100℃熔炼1-2小时，水淬后烘干，用行星式球磨机球磨至10μm以下，烘干得到硅太阳能电池铝浆用无机粘合剂成品。