CN101582462B - 晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料及其制备方法，浆料由72-82份的铝粉，0.1-2份氧化锆粉，0.1-5份的无机粘结剂，15-25份的有机粘合剂和1-3份的助剂制成。该浆料经丝网印刷、烧结在硅片上形成铝背场，背场与硅片形成良好欧姆接触，附着力良好，铝膜不脱落，电池转换效率高，电池片的翘曲度低。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池用电子浆料，特别是涉及一种晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料，同时，本发明还涉及所述浆料的制备方法。
背景技术
随着传统能源的日益短缺，以晶体硅太阳能电池为代表的光伏产业迎来了迅猛发展。晶体硅太阳能电池的主要原料晶体硅的价格居高不下，为了有效降低晶体硅太阳能电池的发电成本，需要我们提高晶体硅的使用效率，目前广泛采用降低硅片厚度的方法提高晶体硅的使用效率，现一般使用原始厚度180±20μm的晶体硅片制作太阳能电池。提高晶体硅太阳能电池的转换效率同样降低了晶体硅太阳能电池的成本。
铝背场浆料是制造晶体硅太阳能电池的一种重要原料，能显著提高电池片的转换效率。随着硅片厚度的不断降低，电池片的翘曲度逐渐增大。我们需要不断提高铝浆的性能，来进一步提高电池片的转换效率。我们也需要研制新的铝浆产品，降低电池片的翘曲度。
2006年7月1日起，投放于欧盟成员国市场的新电子和电气设备必须通过RoHS认证，确保不包含铅，汞，镉，六价铬，聚溴二苯醚(PBDE)或聚溴联苯(PBB)。六种有害物质的限值为：铅(Pb)、汞(Hg)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)的最大允许含量为0.1份，镉(Cd)为0.01份，该限值是产品是否符合RoHS指令的法定依据。铝浆中所用无机粘结剂一般含有铅，因此，无机粘结剂的制备应当建立在无铅基础上。
申请人为谭富彬申请的发明专利，公开号CN 1877864A，其发明涉及了一种硅太阳能电池背场铝导电浆料的组成及制备方法，其浆料的组成包括质量份70-80份的铝粉，15-30份的改性有机粘合剂，1-10份的含铟、镓或铊的无机粘结剂玻璃金属粉。无机粘结剂为含铅玻璃粉；有机粘合剂为松香乙基纤维素有机粘合剂。其含铅玻璃粉按质量份PbO40-50份，B2O3 15-25份，SiO2 15-28份，Al2O3 3-6份，V2O5 1-2份配方。其轧制得的铝导电浆料经丝网印刷、烧结在硅片上，铝膜光滑、无铝珠、不起包，不掉灰。
申请人为谭富彬申请的发明专利，公开号CN 1901234A，其发明涉及了一种用化学法合成的硅太阳能电池背场用铝导电浆料的制备方法，其浆料的组成包括质量份70-80份的铝粉，20-30份的改性有机粘合剂，0.1-5份的铟粉，0.1-5份的玻璃。无机粘结剂玻璃是在配制浆料时，同时加入硼粉、二甲基硅氧烷、硬脂酸盐，在浆料烧结成膜的同时氧化、分解获得玻璃原料，并进一步合成无机粘结剂玻璃参与反应。其浆料具有电池光电转换效率高、导电性良好、对硅基体附着牢固的特点。
申请人为季福根申请的发明专利，公开号CN101345263A，其发明涉及了一种太阳能硅光电池用无铅电子浆料组成及制备方法，其浆料组成包括质量份70-75份的铝粉，20-25份的有机粘合剂，1-5份的无机玻璃粉，1-5份的添加剂。其有机粘合剂按质量份乙基纤维素1-3份，树脂0.5-1.5份，十六醇1-4份，二乙二醇甲醚8-10份，二乙二醇丁醚3-7份，松油醇70-80份，正丁醇10-20份配方。其无机玻璃粉按质量份SiO2 2-4份，H3BO3 50-70份，Al2O3 2-4份，Sb2O3 20-30份，ZrO2 2-5份配方。其添加剂按质量份司班35-45份，泵油55-65份配方。其无铅电子浆料经丝网印刷、830±2℃范围内烧结在硅片上，硅片不弯曲，不起铝珠，不起疱，无铝沟，能形成良好欧姆接触，光电转换效率＞17.2％，组件用EVA粘结，不起灰，无铝剥离现象。
目前公知的晶体硅太阳能电池用铝背场浆料主要存在以下缺点：
(1)晶体硅太阳能电池用铝背场浆料一般需添加铟、镓或铊。这些物质或者成本很高，或者有毒。
(2)所制无机粘结剂为含铅或含钒玻璃，铅对环境污染很大，而钒亦对人体有较大毒害。
(3)有机粘合剂中含有低毒物质，对人体有伤害性；且其制备方式工业化程度低，溶剂挥发严重，大气污染严重，效率低下。
(4)晶体硅太阳能电池用铝背场浆料在氧化铝基片上的方阻高，不能与硅基形成良好欧姆接触，使得其电池转换效率低。
(5)浆料触变性差，不能满足高粘度印刷的要求。
(6)不能同时满足低电池片翘曲度和高背场附着力两方面的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料及其制备方法，该浆料经丝网印刷、烧结在硅片上形成铝背场，背场与硅片形成良好欧姆接触，附着力良好，铝膜不脱落，电池转换效率高，电池片的翘曲度低。
本发明提供的技术方案是：一种晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料，由以下质量份的原料制成：72-82份的铝粉，0.1-2份氧化锆粉，0.1-5份的无机粘结剂，15-25份的有机粘合剂，1-3份的助剂。
优选地，所述铝粉为球形，平均粒度1.5-4.5μm，纯度大于99.80％，跨度1.1-1.5，松装密度0.45-0.6g/cm3；所述氧化锆粉为20000目，纯度大于99.00％；所述无机粘结剂为无铅玻璃粉，由按质量份SiO2 2-3份，B2O3 15-30份，Al2O3 1-3份，Bi2O3 40-60份，P2O5 3-5份，ZnO 10-20份和Zn3(PO4)2·4H2O 5-30份组成；所述有机粘合剂由按质量份的乙基纤维素2-5份，苯甲醇1-5份，松油醇20-50份，柠檬酸三丁酯10-30份，乙酰柠檬酸三丁酯10-20份，丁基卡必醇醋酸酯5-30份，蓖麻油0.5-5份，酚醛树脂0.5-5份组成；所述助剂由按质量份司班30-70份，扩散泵油70-30份组成，总量100份。
更为优选地，所述有机粘合剂由按质量份的乙基纤维素3份，苯甲醇3份，松油醇40份，柠檬酸三丁酯20份，乙酰柠檬酸三丁酯12份，丁基卡必醇醋酸酯15份，蓖麻油5份，酚醛树脂2份组成。
更为优选地，所述无机粘结剂为无铅玻璃粉，由按质量份的SiO2 3份，B2O3 25份，Al2O3 2份，Bi2O3 45份，P2O5 4份，ZnO 15份和Zn3(PO4)2·4H2O 6份组成。
更为优选地，所述助剂由按质量份的司班65份，扩散泵油35份组成。
一种所述的晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将组成有机粘合剂的原料在反应釜内80-120℃温度下溶解，得到透明的有机粘结剂；
2)将组成无机粘结剂的原料混合均匀后，装入瓷坩埚中，在烘箱中130℃干燥3.5h后，放入高温炉中，900-1000℃熔炼1h，水淬后烘干，球磨至10μm以下，烘干得到无铅玻璃粉，该玻璃粉膨胀系数低，粘结强度高；
3)将所述铝粉，氧化锆粉，无机粘结剂，有机粘合剂，助剂，混合均匀后用三辊轧机轧至细度12.5μm以下，粘度25000-35000mPa·S，得到方阻＜40mΩ/□的铝导电浆料产品。
本发明的具有如下优点：本发明晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料，通过在有机 粘合剂中添加柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯增加铝浆的分散性、触变性。通过在无机粘合剂中添加磷酸锌增加铝膜与硅基之间的附着力。通过在铝浆中加入膨胀系数小的氧化锆粉降低烧结后电池片的翘曲度。通过在有机粘合剂中添加蓖麻油提高铝浆的润滑性，改善铝浆的印刷性能。通过控制铝浆细度＜12.5μm，提高铝浆的过网性能。通过控制铝浆方阻＜40mΩ/□(氧化铝基片上)提高铝浆印烧于晶体硅太阳电池上的转换效率。因此，该浆料经丝网印刷、烧结在硅片上形成铝背场，背场与硅片形成良好欧姆接触，附着力良好，铝膜不脱落，电池转换效率高，电池片的翘曲度低。
具体实施方式
下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐明本发明，但并不是对本发明的限制，仅仅作示例说明。
实施例1
1制备无铅玻璃粉
SiO2 3份，B2O3 25份，Al2O3 2份，Bi2O3 45份，P2O5 4份，ZnO 15份和Zn3(PO4)2·4H2O 6份，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚中，在烘箱中130℃干燥3.5h后，放入高温炉中，900℃熔炼1h，水淬后烘干，球磨至10μm以下。
2制备有机粘合剂
按质量份乙基纤维素3份，苯甲醇3份，松油醇40份，柠檬酸三丁酯20份，乙酰柠檬酸三丁酯12份，丁基卡必醇醋酸酯15份，蓖麻油5份，酚醛树脂2份，以上物质混合后在反应釜内80-120℃加热、搅拌溶解，得到透明、均一的有机粘合剂。
3铝粉：为市售纯度99.82％，平均粒径4.2μm，铝粉跨度1.45，松装密度0.52g/cm3的球形铝粉。
4氧化锆粉：为市售纯度99.00％，20000目的氧化锆粉。
5助剂：司班-60 65份，扩散泵油35份。
6制备无铅铝背场浆料
按质量份铝粉72份，氧化锆粉1份，无铅玻璃粉3份，有机粘合剂21份，助剂3份使用混料机混合均匀后，用三辊轧机轧至细度≤12.5μm，粘度30000mPa·S，得到无铅铝背场浆料。
将浆料用325目丝网印刷于氧化铝基片上，在峰值温度为670℃的条件下烧结2-3min，冷至室温，测量方阻为30mΩ/□。
将浆料用280目丝网印刷于125mm×125mm单晶硅片上(厚度180±20μm)，经烘干、烧结后测试其电性能数据为：短路电流5.28A，开路电压629mv，光电转换效率17.6％；测试其弯曲度为0.5mm。
将上述印烧了无铅铝背场浆料的单晶硅电池片按以下方法进行剥离强度试验：在钢化玻璃上层叠EVA和TPT，将电池片放入EVA中，然后使用层压机进行封装。封装后的实验样品放置24小时，用刻刀将样品表面的EVA胶裁割成1cm×30cm的小条，使用拉伸试验机进行剥离强度测试(180度方向，速度为300mm/min)。经测量，其剥离强度为25N/cm。
实施例2
1制备无铅玻璃粉
按质量份SiO2 3份，B2O3 15份，Al2O3 1份，Bi2O3 60份，P2O5 3份，ZnO 10份和Zn3(PO4)2·4H2O 8份，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚中，在烘箱中130℃干燥3.5h后，放入高温炉中，950℃熔炼1h，水淬后烘干，球磨至10μm以下。
2制备有机粘合剂
按质量份乙基纤维素2份，苯甲醇5份，松油醇20份，柠檬酸三丁酯30份，乙酰柠檬酸三丁酯10份，丁基卡必醇醋酸酯26份，蓖麻油2份，酚醛树脂5份，以上物质在反应釜内80-120℃加热、搅拌溶解，得到透明、均一的有机粘合剂。
3铝粉：规格同实施例1。
4氧化锆粉：规格同实施例1。
5助剂：司班-8530份，扩散泵油70份。
6制备无铅铝背场浆料
按质量份铝粉82份，氧化锆粉1.9份，无铅玻璃粉0.1份，有机粘合剂15份，助剂1份使用混料机混合均匀后，用三辊轧机轧至细度≤12.5μm，粘度33000mPa·S，得到无铅铝背场浆料。
将浆料用325目丝网印刷于氧化铝基片上，在峰值温度为670℃的条件下烧结2-3min，冷至室温，测量方阻为35mΩ/□。
将浆料用280目丝网印刷于125mm×125mm单晶硅片上(厚度180±20μm)，经烘干、烧结后测试其电性能数据为：短路电流5.29A，开路电压629mv，光电转换效率17.7％；测试其弯曲度为0.6mm。按实施例1的剥离强度试验方法测得的剥离强度为20N/cm。
实施例3
1制备无铅玻璃粉
按质量份SiO2 2.5份，B2O3 20份，Al2O3 1份，Bi2O3 40份，P2O5 5份，ZnO 20份和Zn3(PO4)2·4H2O 11.5份，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚中，在烘箱中130℃干燥3.5h后，放入高温炉中，900℃熔炼1h，水淬后烘干，球磨至10μm以下。
2制备有机粘合剂
按质量份乙基纤维素5份，苯甲醇3.5份，松油醇50份，柠檬酸三丁酯10份，乙酰柠檬酸三丁酯20份，丁基卡必醇醋酸酯8份，蓖麻油3份，酚醛树脂0.5份，以上物质在反应釜内80-120℃加热、搅拌溶解，得到透明、均一的有机粘合剂。
3铝粉：规格同实施例1。
4氧化锆粉：规格同实施例1。
5助剂：司班-8070份，扩散泵油30份。
6制备无铅铝背场浆料
按质量份铝粉75份，氧化锆粉2份，无铅玻璃粉5份，有机粘合剂16.5份，助剂1.5份使用混料机混合均匀后，用三辊轧机轧至细度≤12.5μm，粘度30000mPa·S，得到无铅铝背场浆料。
将浆料用325目丝网印刷于氧化铝基片上，在峰值温度为670℃的条件下烧结2-3min，冷至室温，测量方阻为31mΩ/□。
将浆料用280目丝网印刷于125mm×125mm单晶硅片上(厚度180±20μm)，经烘干、烧结后测试其电性能数据为：短路电流5.28A，开路电压629mv，光电转换效率17.6％；测试其弯曲度为0.6mm。按实施例1的剥离强度试验方法测得的剥离强度为23N/cm。
实施例4
1制备无铅玻璃粉
按质量份SiO2 2份，B2O3 15份，Al2O3 3份，Bi2O3 40份，P2O5 3.5份，ZnO 10.5份和Zn3(PO4)2·4H2O 26份，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚中，在烘箱中130℃干燥3.5h后，放入高温炉中，1000℃熔炼1h，水淬后烘干球磨至10μm以下。
2制备有机粘合剂
按质量份乙基纤维素3.5份，苯甲醇1份，松油醇30份，柠檬酸三丁酯17份，乙酰柠檬酸三丁酯15份，丁基卡必醇醋酸酯30份，蓖麻油0.5份，酚醛树脂3份，以上物质在反应釜内80-120℃加热、搅拌溶解，得到透明、均一的有机粘合剂。
3铝粉：规格同实施例1。
4氧化锆粉：规格同实施例1。
5助剂：司班-8550份，扩散泵油50份。
6制备无铅铝背场浆料
按质量份铝粉79份，氧化锆粉0.1份，无铅玻璃粉1份，有机粘合剂17.9份，助剂2份使用混料机混合均匀后，用三辊轧机轧至细度≤12.5μm，粘度30000mPa·S，得到无铅铝背场浆料。
将浆料用325目丝网印刷于氧化铝基片上，在峰值温度为670℃的条件下烧结2-3min，冷至室温，测量方阻为30mΩ/□。
将浆料用280目丝网印刷于125mm×125mm单晶硅片上(厚度180±20μm)，经烘干、烧结后测试其电性能数据为：短路电流5.29A，开路电压630mv，光电转换效率17.8％；测试其弯曲度为0.6mm。按实施例1的剥离强度试验方法测得的剥离强度为24N/cm。
Claims (6)
1.一种晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料，其特征在于：其由以下质量份的原料制成：72-82份的铝粉，0.1-2份氧化锆粉，0.1-5份的无机粘结剂，15-25份的有机粘合剂，1-3份的助剂。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料，其特征在于：所述铝粉为球形，平均粒度1.5-4.5μm，纯度大于99.80％，跨度1.1-1.5，松装密度0.45-0.6g/cm3；所述氧化锆粉为20000目，纯度大于99.00％；所述无机粘结剂为无铅玻璃粉，由按质量份SiO22-3份，B2O315-30份，Al2O31-3份，Bi2O340-60份，P2O53-5份，ZnO10-20份和Zn3(PO4)2·4H2O 5-30份组成；所述有机粘合剂由按质量份的乙基纤维素2-5份，苯甲醇1-5份，松油醇20-50份，柠檬酸三丁酯10-30份，乙酰柠檬酸三丁酯10-20份，丁基卡必醇醋酸酯5-30份，蓖麻油0.5-5份，酚醛树脂0.5-5份组成；所述助剂由按质量份司班30-70份，扩散泵油70-30份组成，总量100份。
3.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料，其特征在于：所述有机粘合剂由按质量份的乙基纤维素3份，苯甲醇3份，松油醇40份，柠檬酸三丁酯20份，乙酰柠檬酸三丁酯12份，丁基卡必醇醋酸酯15份，蓖麻油5份，酚醛树脂2份组成。
4.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料，其特征在于：所述无机粘结剂为无铅玻璃粉，由按质量份的SiO23份，B2O325份，Al2O32份，Bi2O345份，P2O54份，ZnO 15份和Zn3(PO4)2·4H2O 6份组成。
5.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料，其特征在于：所述助剂由按质量份的司班65份，扩散泵油35份组成。
6.一种权利要求1所述的晶体硅太阳能电池用无铅铝背场浆料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)将组成有机粘合剂的原料在反应釜内80-120℃温度下溶解，得到透明的有机粘结剂；
2)将组成无机粘结剂的原料混合均匀后，装入瓷坩埚中，在烘箱中130℃干燥3.5h后，放入高温炉中，900-1000℃熔炼1h，水淬后烘干，球磨至10μm以下，烘干得到无铅玻璃粉；
3)将所述铝粉，氧化锆粉，无机粘结剂，有机粘合剂，助剂，混合均匀后用三辊轧机轧至细度12.5μm以下，粘度25000-35000mPa·S，得到方阻＜40mΩ/□的铝导电浆料产品。
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