CN101728439A - 一种晶体硅太阳能电池铝浆组成及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种晶体硅太阳能电池铝浆组成及其制备方法，其铝浆组成包括质量百分比50～85％的球形铝粉，2～15％的无铅玻璃粘接剂，10～35％的有机载体，0.5～6％的金属或非金属粉末添加剂，经制备后得到铝浆；所得到的铝浆用于单晶硅太阳能电池，可使硅片翘曲小，铝膜致密均匀无铝珠，不起苞，附着力强，光电转换效率高。

Description

一种晶体硅太阳能电池铝浆组成及其制备方法

技术领域

本发明属于电池用铝浆技术领域，尤其是涉及一种晶体硅太阳能电池铝浆组成及其制备方法。

背景技术

多晶硅及单晶硅太阳能电池是太阳能光伏产业的重要分支，硅太阳能电池作为一种取之不竭的绿色环保可再生能源在国内外得到了迅猛的发展，铝浆(铝导电浆料)用于制作晶体硅太阳能电池背面电场。目前，为了进一步降低太阳能电池的制造成本和市场销售价格，从而缩小太阳能电池发电与化石类能源发电的成本差距，硅片尺寸从125×125mm或156×156mm，厚度从210μm逐步向180μm以下发展。随着硅片厚度的不断减薄，传统铝浆烧结后，硅片容易翘曲，直接影响硅太阳能电池的成品率以及导电性能。

目前，从国内外公开的专利技术来看，为了制备欧姆接触好、光电转换效率高的太阳能电池，有多种技术途径可以采取和应用。株式会社村田制作所申请的Si太阳电池用导电性组成物专利，公开番号为特开平10-247418，通过选择合适的金属铝粉和树脂，采用PbO-B₂O₃-SiO₂、Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃，以降低铝与硅半导体的接触电阻，在n⁺/p/p⁺形成优异的铝扩散P⁺层，构成BSF(铝背电场)层，从而提高开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子FF。但PbO-B₂O₃-SiO₂系玻璃因其含有有毒物质PbO而不允许使用，Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃由于成本较高，不利于进一步降低晶体硅太阳能电池铝浆的成本。中国专利CN100446277C公开了一种硅太阳电池背场铝导电浆料的组成和制备方法，铝导电浆料由质量百分比70-80％的铝粉、15-30％改性有机粘接剂、40-60％无机粘接剂、1-10％玻璃金属粉为原料混合制备而成，采用该种方法制备的单晶硅太阳能电池硅片翘曲为0.50～0.80mm，光电转换效率最高达17.08％，其铝膜光滑、无铝珠；但其无机粘接剂制备过程比较复杂，同时单晶硅太阳能电池硅片翘曲仍较高，而且光电转换效率还不能满足太阳能电池进一步发展的要求。福禄公司在WO 2009/032429中指出，当硅片厚度尺寸从200～300μm降至150μm时，由于烧结应力会使硅片翘曲，烧结应力是由于铝(膨胀系数232×10^-7/℃，20～300℃)与硅(膨胀系数26×10⁷/℃，20～300℃)膨胀系数不匹配而造成的。

减少硅片翘曲有许多方法，包括有减少铝浆印刷时的转移量、通过特殊冷却技术使基体产生塑性形变以减少基体翘曲等等。但最行之有效的办法还是通过一定的配方设计和制造工艺，制造一种欧姆接触性能好、光电转换效率高的太阳能电池铝浆，减少或消除Al层与Si片的应力产生根源。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种晶体硅太阳能电池铝浆组成及其制备方法，以实现烧结后硅片翘曲小，铝膜致密均匀无铝珠、不起苞、光电转换效率高的目的。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种晶体硅太阳能电池铝浆组成，其包括质量百分比50～85％的球形铝粉，2～15％的无铅玻璃粘接剂，10～35％的有机载体，0.5～6％的金属或非金属粉末添加剂，总量为100％；所述的金属铝粉为活性铝含量大于等于99.8％，平均粒径为2.0～8.0μm，比表面积为0.6～1.5m²/g，松装密度为0.6～0.8g/cm³，振实密度为1.0～1.8g/cm³；所述有机载体按质量百分比由有机树脂2～20％、添加剂2～12％、溶剂8～30％配制而成。

所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其无铅玻璃粘接剂按质量百分比由氧化钡0～40％，二氧化硅1～20％，三氧化二硼3～20％，三氧化二铋0～82％，氧化钙1～20％，三氧化二铝0～10％，氧化锌1～15％，氧化镁0～5％，氧化锂0～5％，二氧化锰2～5％，氧化锆0～5％配制而成。

所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其有机载体的有机树脂为乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种。

所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其有机载体的添加剂为邻苯二甲酸二丁酯、乙二醇苯醚、邻苯二甲酸二乙酯、蓖麻油、环己酮、卵磷脂、糠酸、硬脂酸、司班中的一种或几种。

所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其有机载体溶剂为松油醇、松节油、柠檬酸三丁酯、乙酸乙酯中的一种或几种。

所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其金属或非金属粉末添加剂为硼、硅、锌、锑、锡中的一种或几种，所述粉末添加剂的平均粒度2～10μm。

一种晶体硅太阳能电池铝浆的制备方法，其按以下步骤完成：

(1)、将组成有机载体的原料，在75～96℃条件下水浴加热溶解，得到澄清透明均匀的有机载体溶液，冷却备用；

(2)、将组成无铅玻璃粘接剂的原料充分混合均匀后，装入石英坩埚中，放入熔化炉中，加热至1200～1300℃，保温熔制1～3h，水淬，破碎至2～3mm后，装入聚氨酯球磨罐中，按重量比玛瑙球∶玻璃料∶去离子水＝1.5∶1∶1，球磨机以400rpm的转速球磨8～24h，经脱水、烘干、筛分得到粒径小于8μm的玻璃粉；

(3)、按质量百分比将所述球形铝粉、有机载体溶液、玻璃粉、金属或非金属粉末添加剂混合均匀后，用三辊研磨机研磨至粒度8～15μm，粘度为20～90Pa.s，得到产品铝浆。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

一、在有机载体中加入环氧树脂，能够有效地改善铝浆印刷、干燥后铝膜在硅片上的附着力得到明显提高，使得在烧结铝层前的工序转移过程中铝膜耐磨性增加；

二、在有机载体中加入卵磷脂，能够有效地改善铝导电浆料的流变性能，便于印刷工艺的质量控制；

三、无铅环保玻璃粘接剂既改善了与铝导电层和基板的附着力，又大大地改善了铝导电层与硅片的欧姆接触，对降低接触电阻Rc、提高开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子FF起到了重要的作用；

四、采用金属或非金属粉末添加剂，有利于保护铝浆在烧结过程中的氧化过程得到控制，从而对保证铝层的导电性，进一步改善铝硅界面的欧姆接触起到了积极作用；

五、本发明所述的晶体硅太阳能电池铝浆，用于单晶硅太阳能电池，使单晶硅光电转换效率＞17.4％。单晶硅180μm的156×156mm薄片，铝膜致密均匀无铝珠，不起苞，不弯曲，结合牢。

具体实施方式

实施例1

1、制备有机载体

按质量百分比由乙基纤维素EK-100 5.0％、环氧树脂2.0％、蓖麻油5％、乙二醇苯醚2％、邻苯二甲酸二丁酯15％、卵磷脂1.0％、糠酸0.5％、硬脂酸2.0％、邻苯二甲酸二乙酯2.5％、松油醇60％、松节油5％组成，总量为100％；以上物质混合后在不锈钢容器内75～96℃水浴加热，至固体状树脂全部溶解，得到清澈透明均匀的有机载体。

2、制备无铅玻璃粘接剂粉

按质量百分比由三氧化二硼16％、二氧化硅19％、氧化钡32％、三氧化二铝18％、氧化钙15％组成，总量为100％；另外再加五氧化二钒1％，用双辊球磨机混合均匀，装入石英坩埚中，放入程序控制玻璃熔化炉中加热至1220℃，保温熔制1.5h，从炉中取出快速倒入去离子水中淬冷，破碎至2～3mm后，装入聚氨酯球磨罐中，按重量比玛瑙球∶玻璃料∶去离子水＝1.5∶1∶1，行星球磨机以400rpm的转速球磨8～24h，经脱水、烘干、筛分得到粒径小于8μm的玻璃粉；

3、金属铝粉：活性铝含量大于等于99.8％，平均粒径为2.0～8.0μm，比表面积为0.6～1.5m²/g，松装密度为0.6～0.8g/cm³，振实密度为1.0～1.8g/cm³；

4、金属或非金属粉末添加剂：平均粒度为4μm的硼粉，5μm的硅粉；

5、制备太阳能电池铝浆

按质量百分比金属铝粉75.0％、无铅玻璃粘接剂粉3.0％、硼粉1.5％、硅粉0.5％、有机载体20％混合均匀后，用三辊研磨机研磨至粒度8～15μm，粘度36Pa.s，得到产品铝浆。

上述方法制备所得铝导电浆料用于制作125×125mm、厚度180μm的单晶硅太阳能电池铝背场，在网带炉中在880±5℃烧结，峰值温度保温时间10s，完成太阳能电池制作后，在光谱照度为100mw/cm²、光谱AM1.5、电池温度25℃条件下测得太阳能电池的性能参数平均数值如下：

开路电压(Voc)	短路冲击电流(Ish)	并联电阻(Rsh)	串联电阻(Rs)	填充因子(FF)	转换效率(Eff)
						627mV	5388mA	106.74Ω	0.0062Ω	77.75％	17.69％

铝导电层颜色均匀、光滑、无铝珠、不起苞，硅片翘曲度小于0.65mm。

实施例2

1、制备有机载体

按质量百分比由乙基纤维素EK-100 5.0％、环氧树脂2.0％、蓖麻油5％、乙二醇苯醚1.0％、邻苯二甲酸二丁酯18.5％、卵磷脂1.0％、邻苯二甲酸二乙酯2.5％、松油醇60％、松节油5％组成，总量为100％；以上物质混合后在不锈钢容器内75～96℃水浴加热，至固体状树脂全部溶解，得到清澈透明均匀的有机载体。

2、制备无铅玻璃粘接剂粉

按质量百分比由三氧化二硼18％、二氧化硅17％、氧化钡34％、三氧化二铝16％、氧化钙15％组成，总量为100％；另外再加五氧化二钒2％，熔制方法同实施例1；

3、金属铝粉：规格同实施例1；

4、金属或非金属粉末添加剂：平均粒度为3μm硼粉；

5、制备太阳能电池铝浆

按质量百分比金属铝粉75.0％、无铅玻璃粘接剂粉1.0％、硼粉2.0％、有机载体22％混合均匀后，用三辊研磨机研磨至粒度8～15μm，粘度36Pa.s，得到产品铝浆。

上述方法制备所得铝导电浆料用于制作125×125mm、厚度180μm的单晶硅太阳能电池铝背场，在网带炉中在880±5℃烧结，峰值温度保温时间10s，完成太阳能电池制作后，在光谱照度为100mw/cm²、光谱AM1.5、电池温度25℃条件下测得太阳能电池的性能参数平均数值如下：

开路电压(Voc)	短路冲击电流(Ish)	并联电阻(Rsh)	串联电阻(Rs)	填充因子(FF)	转换效率(Eff)
						625.4mV	5333mA	93.18Ω	0.00682Ω	77.69％	17.439％

铝导电层颜色均匀、光滑、无铝珠、不起苞，硅片翘曲度小于0.50mm。

Claims (7)

1.一种晶体硅太阳能电池铝浆组成，其特征在于：其包括质量百分比50～85％的球形铝粉，2～15％的无铅玻璃粘接剂，10～35％的有机载体，0.5～6％的金属或非金属粉末添加剂，总量为100％；所述的金属铝粉为活性铝含量大于等于99.8％，平均粒径为2.0～8.0μm，比表面积为0.6～1.5m²/g，松装密度为0.6～0.8g/cm³，振实密度为1.0～1.8g/cm³；所述有机载体按质量百分比由有机树脂2～20％、添加剂2～12％、溶剂8～30％配制而成。

2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其特征在于：其无铅玻璃粘接剂按质量百分比由氧化钡0～40％，二氧化硅1～20％，三氧化二硼3～20％，三氧化二铋0～82％，氧化钙1～20％，三氧化二铝0～10％，氧化锌1～15％，氧化镁0～5％，氧化锂0～5％，二氧化锰2～5％，氧化锆0～5％配制而成。

3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其特征在于：其有机载体的有机树脂为乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其特征在于：其有机载体的添加剂为邻苯二甲酸二丁酯、乙二醇苯醚、邻苯二甲酸二乙酯、蓖麻油、环己酮、卵磷脂、糠酸、硬脂酸、司班中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其特征在于：其有机载体溶剂为松油醇、松节油、柠檬酸三丁酯、乙酸乙酯中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池铝浆组成，其特征在于：其金属或非金属粉末添加剂为硼、硅、锌、锑、锡中的一种或几种，所述粉末添加剂的平均粒度2～10μm。

7.一种晶体硅太阳能电池铝浆的制备方法，其特征在于：其按以下步骤完成：

(1)、将组成有机载体的原料，在75～96℃条件下水浴加热溶解，得到澄清透明均匀的有机载体溶液，冷却备用；

(2)、将组成无铅玻璃粘接剂的原料充分混合均匀后，装入石英坩埚中，放入熔化炉中，加热至1200～1300℃，保温熔制1～3h，水淬，破碎至2～3mm后，装入聚氨酯球磨罐中，按重量比玛瑙球∶玻璃料∶去离子水＝1.5∶1∶1，球磨机以400rpm的转速球磨8～24h，经脱水、烘干、筛分得到粒径小于8μm的玻璃粉；

(3)、按质量百分比将所述球形铝粉、有机载体溶液、玻璃粉、金属或非金属粉末添加剂混合均匀后，用三辊研磨机研磨至粒度8～15μm，粘度为20～90Pa.s，得到产品铝浆。