CN101615637A - 太阳能电池电极形成用浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池电极形成用浆料，所述浆料包括质量百分比65～75％的铝粉、20～30％的有机载体、0.2～6％的无机玻璃粉、以及0.5～1％的功能添加剂，所述玻璃粉由至少两种平均粒径的玻璃粉均匀混合而成，该浆料能够有效的抑制硅基片的应力弯曲，能够同硅基材充分形成太阳能电池所要求的背面电场效果；以及一种上述的太阳能电池电极形成用浆料的制备方法：将所述玻璃粉通过超声波分散的方式均匀分散在有机溶剂中，制备玻璃粉分散液使玻璃粉在浆料中分散得更加均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池电极形成用浆料及其制备方法。
背景技术
随着太阳能技术的飞速发展，提高太阳能电池的光电转换效率、降低生产成本已经成为目前太阳能电池行业研发的主要目标。硅基片材料的薄型化是节约材料、降低成本的重要手段之一。但薄硅片抗弯曲应力性能差，在背面铝电极烧结形成后基片弯曲大，导致在组件生产过程中的破碎率增大。
硅片的弯曲主要是由太阳能电池铝背电极在高温烧结过程中由于热膨胀系数同硅基片的差异而产生的弯曲应力造成的，其中电极形成用浆料中的无机玻璃粉粘结剂的膨胀系数通常都远大于硅基片，是造成上述弯曲应力的重要因素之一，无机玻璃粉粘结剂在电极形成用浆料中的主要作用有三个：1)起到铝电极膜同硅基片的粘结作用，使铝电极膜在硅基片上有强的附着性；2)在浆料高温烧结过程中促进铝粉颗粒表面的氧化铝层的熔解，使球形铝粉颗粒之间接触部分能够充分熔烧在一起，形成导电通路；3)粘结或固定铝电极膜中的铝粉颗粒，增强铝电极膜的机械强度和表面性能，使电极铝膜表面光滑，不掉灰不起铝珠。其中，起第1)种作用的玻璃粉一般熔融后积层在铝膜和基片的界面上，对弯曲应力影响较大。
常用的降低电极形成用浆料的烧结应力的方法有降低玻璃粉本身的膨胀系数以及减少浆料中玻璃粉含量，但前者受限于玻璃粉的基本成分，后者将造成电极浆料在机械强度、附着力甚至电性能上的损失。
为了解决上述问题，我们详细研究了玻璃粉粒径分布对硅片弯曲应力的影响。以往的硅太阳能电池的背电极浆料通常使用一种平均粒径在1～10μm的玻璃粉，但在高温烧结过程中，不同粒径的玻璃粉的完全熔解温度略有不同，也就是说完全熔解的时间有先后分别。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池电极形成用浆料，能够有效的抑制硅基片的应力弯曲，能够同硅基材充分形成太阳能电池所要求的背面电场效果(BSF)；同时提供了使玻璃粉在浆料中分散得更加均匀的方法。
本发明的技术方案是：一种太阳能电池电极形成用浆料，所述浆料包括质量百分比65～75％的铝粉、20～30％的有机载体、0.2～6％的无机玻璃粉、以及0.5～1％的功能添加剂，所述玻璃粉由至少两种平均粒径的玻璃粉均匀混合而成。
一种上述的太阳能电池电极形成用浆料的制备方法：将所述玻璃粉通过超声波分散的方式均匀分散在有机溶剂中，制备玻璃粉分散液；再将所述玻璃粉分散液同铝粉、有机载体以及功能添加剂均匀混合制得浆料。
本发明进一步的技术方案是：
一种太阳能电池电极形成用浆料，所述浆料包括质量百分比65～75％的铝粉、20～30％的有机载体、0.2～6％的无机玻璃粉、以及0.5～1％的功能添加剂，铝粉颗粒形状是球状或近球状，铝粉纯度≥99.97％，所述铝粉平均粒径在1～10μm。所述玻璃粉由至少两种平均粒径的玻璃粉均匀混合而成，使玻璃粉整体粒径分布呈现多峰特性。
所述玻璃粉由以下物质混合而成：
质量百分比20～40％的平均粒径在0.8～3μm的玻璃粉；
质量百分比60～80％的平均粒径在3～10μm的玻璃粉。
所述玻璃粉优选的由以下物质混合而成：
质量百分比20～40％的平均粒径在0.8～2μm的玻璃粉；
质量百分比40～75％的平均粒径在2～5μm的玻璃粉；
质量百分比5～20％的平均粒径在5～10μm的玻璃粉。
一般来说，玻璃粉体系中，超细的玻璃粉(例如小于2微米)含量不能过多，否则会加剧电极的弯曲应力，另一方面，如果玻璃粉的平均粒径过大，则电极表面状况以及机械强度降低。
所述玻璃粉平均粒径由控制控制行星球磨机的研磨时间以及研磨球大小以及配比制得，所述研磨球采用氧化锆球，所述研磨罐采用氧化锆罐或玛瑙罐。
所述玻璃粉包括B2O3-SiO2-PbO系列玻璃、无铅Bi2O3-SiO2-ZnO-B2O3系列玻璃中的一种或两种、以及少量(1～5％)氧化物添加剂，所述氧化物添加为MgO、CaO、V2O5、ZnO中的一种或多种。
所述有机载体由聚合物和有机溶剂混合而成，其中有机载体质量百分比的5～20％为聚合物、80～95％为有机溶剂，其主要作用是调节所述浆料的印刷性能，提高电极浆料的成膜性。所述聚合物为纤维素类、树脂类等聚合物，其可采用乙基纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素、酚醛树脂中的一种或多种；所述有机溶剂为醇类、醚类、脂类溶剂中的一种或多种混合物，其可采用松油醇、卡必醇、柠檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚中的一种或多种混合。所述有机溶剂的质量百分比的50％～75％用来同所述聚合物混合制备所述有机载体，剩下的质量百分比25％～50％的有机溶剂用来制备玻璃粉分散液。
所述功能添加剂可选用常用涂料助剂，也可根据印刷条件以及储存要求等选用表面活性剂、触变剂、烧结促进剂、粘网防止剂、分散剂以及消泡剂中的一种或多种混合。
一种上述的太阳能电池电极形成用浆料的制备方法，将所述玻璃粉通过超声波分散的方式均匀分散在上述25％～50％的有机溶剂中，制备玻璃粉分散液；再将所述玻璃粉分散液同铝粉、有机载体以及功能添加剂均匀混合制得浆料。这样可以使得玻璃粉更加均匀地分散在所述浆料中。
所述超声波分散方式包括采用直插式的超声波分散器、超声波搅拌器或将装有玻璃粉有机溶剂的混合物的容器放入通过水做传输媒介的超声波发生器/清洗器中。
上述浆料的具体制作方法如下：
1)聚合物和有机溶剂混合制备有机载体：将聚合物按有机载体质量的5～20％，有机溶剂按有机载体质量的80～95％进行称量。然后将所述有机溶剂分为两部分。一部分按质量百分比为有机溶剂的50～75％称量，同聚合物混合并加热到60-90℃，直到聚合物溶解，形成透明粘稠液体，得到所述有机载体。剩余部分占有机溶剂质量的25～50％留下待用。
2)玻璃粉和有机溶剂混合制备玻璃粉分散液：将所述的玻璃粉通过超声波分散的方式均匀分散在上述留下待用的有机溶剂中，制备成玻璃粉分散液。
3)将铝粉按所需比例混合均匀后放入搅拌机中，加入有机载体、玻璃粉分散液、功能添加剂进行预搅拌。
4)将上述搅拌后的混合原料在三辊研磨机上进行研磨，得到分散均匀的浆料，然后进行真空脱泡处理，浆料细度＜20微米，粘度3.5～4.5万mPa.s。
上述电极浆料印刷性能优秀，浆料细度在20微米以下，适合100～400目的不锈钢或尼龙丝网。通过丝网印刷的方式在太阳能电池硅基片上形成薄膜，印刷后的浆料经过160～240℃烘干，然后在650～900度℃的高温烧结后，形成弯曲应力低、电性能优秀、同基片结合紧密的太阳能电池背铝电极。
本发明中我们提出了通过控制玻璃粉粒径分布的方式，来控制熔融后玻璃成分在铝电极膜中的位置分布，尤其控制积层在硅片/铝膜界面的玻璃成分的量，从而减少弯曲应力的作用。玻璃粉的平均粒径采用光散射法进行测量。
本发明优点是：
1.本发明所述浆料能够有效的抑制硅基片的应力弯曲，能够同硅基材充分形成太阳能电池所要求的背面电场效果(BSF)，具有导电性良好、接触电阻低、对硅基片附着牢固、铝电极膜表面光滑、不起泡、不掉灰、不起铝珠、特别适合厚度小于200μm的硅基片使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
按照质量百分比称量：
玻璃粉3％，
乙基纤维素0.5％，
树脂2％，
松油醇12％，
二乙二醇甲醚8％，
丁基卡必醇醋酸酯4％，
平均粒径为5.62μm球状铝粉70％，
功能添加剂0.5％。
其中，玻璃粉为B2O3-SiO2-PbO系列玻璃粉，软化点500℃，由以下三种混合而成(三种不同平均粒径的玻璃粉占总的玻璃粉质量百分比)：
平均粒径1.52μm的玻璃粉25％；
平均粒径3.12μm的玻璃粉65％；
平均粒径6.54μm的玻璃粉10％。
将乙基纤维素、树脂、松油醇、丁基卡必醇醋酸酯，加热到70-90度，使纤维素和树脂完全溶解，形成透明有机载体。
将上述三种玻璃粉通过超声波分散、均匀分散在有机溶剂二乙二醇甲醚中，形成玻璃粉分散液。
最后，将铝粉、上述有机载体、玻璃粉分散液、以及功能添加剂加入搅拌机中混合成预备物料，然后用三辊研磨机混炼成细度小于20μm，，粘度3.5～4.5万mPas的电极形成用浆料。
实施例2：
按照质量百分比称量：
玻璃粉3％，
乙基纤维素1％，
树脂1％，
松油醇10％，
二乙二醇甲醚8％，
丁基卡必醇醋酸酯5％，
平均粒径为5.62μm球状铝粉71.5％，
功能添加剂0.5％。
其中，玻璃粉采用无铅Bi2O3-SiO2-ZnO-B2O3系列玻璃，软化点496℃，由以下三种混合而成(三种不同平均粒径的玻璃粉占总的玻璃粉质量百分比)：
平均粒径1.22μm的玻璃粉35％；
平均粒径3.42μm的玻璃粉50％；
平均粒径6.94μm的玻璃粉15％。
将乙基纤维素、树脂、松油醇、丁基卡必醇醋酸酯，加热到70-90度，使纤维素和树脂完全溶解，形成透明有机载体。
将上述三种玻璃粉通过超声波分散、均匀分散在有机溶剂二乙二醇甲醚中，形成玻璃粉分散液。
最后，将铝粉、上述有机载体、玻璃粉分散液，以及功能添加剂加入搅拌机中混合成预备物料，然后用三辊研磨机混炼成细度小于20μm，粘度3.5～4.5万mPas的电极形成用浆料。
比较例1
玻璃粉采用无铅Bi2O3-SiO2-ZnO-B2O3系列玻璃，软化点496℃，平均粒径2.42μm。
其余浆料各部分组成及其制备方法同实施例2。
将上述所得电极形成用浆料通过丝网印刷，在规格125mmx125mm两面制绒的单晶硅基片上形成电极薄膜，在生产线上进行试用，印刷厚度为每片用浆料0.9g，进隧道炉烘干，温度200℃。烘干后铝膜电极无脱落现象，然后换另一面印刷正面银浆，烘干后进隧道炉烧结，峰值温度850℃，出炉后测量电性能、基片弯曲度、电极附着性以及外观。
测定的各项性能平均值如表1所示：
表1
| 表面情况 | 下弯 | IscA | VocV | FF | 效率％ | |
| 实施例1 | 良好 | ＜1mm | 5.45 | 0.608 | 0.76 | 16.95 |
| 实施例2 | 良好 | ＜1mm | 5.51 | 0.609 | 0.75 | 16.94 |
| 比较例1 | 良好 | 2～3mm | 5.49 | 0.605 | 0.75 | 16.90 |
如表1所示，采用多种细度玻璃粉组合的太阳能电池形成用铝浆弯曲度较低，电性能更加优越。
Claims (9)
1.一种太阳能电池电极形成用浆料，所述浆料包括质量百分比65～75％的铝粉、20～30％的有机载体、0.2～6％的无机玻璃粉、以及0.5～1％的功能添加剂，其特征在于：所述玻璃粉由至少两种平均粒径的玻璃粉均匀混合而成。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池电极形成用浆料，其特征在于：所述玻璃粉由以下物质混合而成：
质量百分比20～40％的平均粒径在0.8～3μm的玻璃粉；
质量百分比60～80％的平均粒径在3～10μm的玻璃粉。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池电极形成用浆料，其特征在于：所述玻璃粉由以下物质混合而成：
质量百分比20～40％的平均粒径在0.8～2μm的玻璃粉；
质量百分比40～75％的平均粒径在2～5μm的玻璃粉；
质量百分比5～20％的平均粒径在5～10μm的玻璃粉。
4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能电池电极形成用浆料，其特征在于：所述玻璃粉包括B2O3-SiO2-PbO系列玻璃、无铅Bi2O3-SiO2-ZnO-B2O3系列玻璃中的一种或两种、以及氧化物添加剂，所述氧化物添加为MgO、CaO、V2O5、ZnO中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2或3所述的太阳能电池电极形成用浆料，其特征在于：所述有机载体由聚合物和有机溶剂混合而成，所述聚合物可采用乙基纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素、酚醛树脂中的一种或多种；所述有机溶剂可采用松油醇、卡必醇、柠檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚中的一种或多种混合。
6.根据权利要求1或2或3所述的太阳能电池电极形成用浆料，其特征在于：所述功能添加剂由表面活性剂、触变剂、烧结促进剂、粘网防止剂、分散剂以及消泡剂中的一种或多种构成。
7.一种权利要求1所述的太阳能电池电极形成用浆料的制备方法，其特征在于：将所述玻璃粉通过超声波分散的方式均匀分散在有机溶剂中，制备玻璃粉分散液；再将所述玻璃粉分散液同铝粉、有机载体以及功能添加剂均匀混合制得浆料。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池电极形成用浆料的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为松油醇、卡必醇、柠檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚中的一种或多种混合。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池电极形成用浆料的制备方法，其特征在于：所述超声波分散方式包括采用直插式的超声波分散器、超声波搅拌器或将装有玻璃粉有机溶剂的混合物的容器放入通过水做传输媒介的超声波发生器/清洗器中。
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