CN101789456A

CN101789456A - 一种太阳能电池用无铅铝浆

Info

Publication number: CN101789456A
Application number: CN201010118869A
Authority: CN
Inventors: 张利娟; 齐增亮; 赵莹
Original assignee: Xian Hongxing Electronic Paste Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Hongxing Electronic Paste Technology Co Ltd
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2010-07-28

Abstract

本发明提供一种太阳能电池用无铅铝浆，主要用作生产太阳能电池导电电极。该无铅铝浆主要由质量百分比为70-80％的铝粉、19-30％的有机粘合剂、0.1-5％的无机玻璃粉以及0.1-2％的第一添加剂组成。其中有机粘合剂包括质量百分比为40-60％的松油醇、1-5％的乙基纤维素、1-5％的卵磷脂以及20-50％的第二添加剂。主要解决了现有太阳能电池用铝浆导电性差、光电转换效率低的技术问题。具有导电性能好，光电转换效率高等的优点。

Description

一种太阳能电池用无铅铝浆

技术领域

本发明涉及一种生产太阳能电池导电电极的原料，具体涉及一种无铅太阳能电池铝浆的组成及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极可将电能输出。

具有P型硅的太阳能电池结构，其负电极通常在电池的正面或阳面，而其正电极在背面。当光照射时，合适波长的辐射导致了半导体中产生空穴-电子对。在P-N结上存在的电势差使空穴和电子以相反的方向迁移穿过该结，从而产生了电流的流动，这种流动可将电能传递给外电路。

在形成太阳能电池的过程中，铝浆料通常被丝网印刷在硅片的背面并进行干燥；干燥完成后对该硅片进行焙烧(高于铝熔点的温度)，形成Al-Si熔体。随后，在冷却阶段中形成掺杂有铝的硅外延生长层，该层通常被称作背场层；背场层有助于提高太阳能电池的转化效率。

目前，太阳能电池导电铝浆所采用的玻璃粘结剂是一种铋-硅-铅玻璃混合粉末，该种玻璃粉虽然具有软化温度低、电性能稳定等优点，但是该体系中含铅比例较高，对环境的污染较大，不符合环保要求。在太阳能电池日益普及的情况下，含铅太阳能电池导电铝浆的使用已受到限制，不久将逐渐被淘汰，必须研制出高导电性能的无铅导电铝浆代替有铅导电铝浆，以满足大规模太阳能电池生产需求。

硅太阳能电池在目前国内外的研究中是十分的活跃的，其背电极铝浆作为电池的电极在转化效率中起着重要的意义。因此，除解决电池的光电转化效率外，铝膜要在烧结后对硅基体附着牢固，烧结后基片不产生翘曲，不起铝珠，不起疱，组件时不起灰，且根据ROHS指令要环保使用。

目前公知的太阳能电池的背电场电极的专利中一般都为含铅的铝导电浆料，在使用过程中会对环境造成污染。

申请人谭富彬申请的中国专利，公开号为CN18877864A，其发明涉及了一种太阳能电池背场铝导电浆料的组成及制备方法，在此浆料中无机粘合剂玻璃粉中包含质量百分比为40-50％的氧化铅。

发明内容

本发明提供一种太阳能电池用无铅铝浆，主要解决了现有太阳能电池用铝浆导电性差、光电转换效率低、烧结后翘曲大以及起珠起疱的问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种太阳能电池用无铅铝浆，它的配方按质量百分比计含有：

铝粉 70-80

有机粘合剂 19-30

无机玻璃粉 0.1-5

第一添加剂 0.1-2

其中有机粘合剂的配方按质量百分比计含有：

松油醇 40-60

乙基纤维素 1-5

卵磷脂 1-5

第二添加剂 20-50

以上所述太阳能电池用无铅铝浆，它的较佳配方按质量百分比计含有：

铝粉 71-75

有机粘合剂 21-28

无机玻璃粉 1-4

第一添加剂 0.5-1.8

以上所述太阳能电池用无铅铝浆，它的最佳配方按质量百分比计含有：

铝粉 72-75

有机粘合剂 23-25

无机玻璃粉 1.5-3.5

第一添加剂 1-1.5

以上所述第一添加剂为含钒或含钒的氧化物，颗粒粒径＜10μm。

以上所述第二添加剂包括乙二醇苯醚、丁基卡必醇、卡必醇醋酸酯中的一种或几种，若为两种或两种以上时，可以以任意比例配比。

以上所述铝粉的纯度为98％以上，表面覆盖有氮化铝层的微球型铝粉。该铝粉可以满足电性能，降低硅片烧结后弯曲，不起铝珠，其平均粒径为1-5μm。

以上所述无机玻璃粉包括SiO₂、Bi₂O₃、TiO₂、B₂O₃、ZnO、MgO，其配方按质量百分比计含有：

SiO₂ 20-50

Bi₂O₃ 30-60

TiO₂ 3-10

B₂O₃ 1-4

ZnO 0-3

MgO 0-2

以上所述无机玻璃粉的配方较佳的质量百分比范围是：

SiO₂ 25-35

Bi₂O₃ 35-50

TiO₂ 3-8

B₂O₃ 2-4

ZnO 0-2

MgO 0-2

以上所述的无机玻璃粉其粒径小于10μm，在浆料中占的比例约为0.1-5％。

太阳能电池用无铅铝浆的制备：

制备有机粘合剂：按上述有机粘合剂的配方，在50-100℃温度下溶解，得到透明的有机粘合剂；

制备无机玻璃粉：将按上述配方配比好的玻璃氧化物粉末混合均匀，装入坩埚中，放入硅碳棒炉，升温至1000-1200℃，熔炼0.5-1小时，将溶化后的玻璃淬火后装入球磨罐，球磨24小时后，得到粒度≤10m的玻璃粉，烘干备用。

制备铝导电浆料：按上述配方取氮化铝包裹的铝粉70-80％，有机粘合剂20-30％，含有0.1-5％的无铅玻璃粉，以及0.1-2％的第一添加剂，混合后，再用三辊轧机辊扎制粒径≤15μm，粘度为30000-400000mPa·s的无铅铝导电浆料。

本发明的优点在于：

按本发明配方所获得的太阳能电池铝浆不含铅，完全符合环保要求，能在太阳能电池表面形成附着力强，低欧姆接触电阻，无铝珠，形成硅铝化合物时不起疱，转化效率高，是含铅铝浆的理想取代物。

经制备得到的铝浆，具有导电性能好，光电转换效率高，硅片烧结后翘曲小，不起珠，不起疱等优点。

具体实施方式

本发明提供一种尤其适用于硅太阳能电池背场用的铝导电浆料，其主要由铝粉、有机粘合剂、无机玻璃粉和第一添加剂四部分组成，配方机理说明如下：

其中铝粉在浆料中主要起导电功能相。

有机粘合剂能够稳定的分散无机组合物，与无机组合物在外界压力的作用下形成具有一定粘度的浆料。主要为浆料体系提供与承印基材之间牢固连接的桥梁作用，为浆料体系提供稳定性、适合印刷的粘度和触变性，良好的印刷性能以及良好的加工工艺性能，调整浆料体系的物性指标。

本发明的无机玻璃粉组合物的主要功能是提供一种提高在焙烧过程中熔融铝接触硅的效率的手段，除此之外，还能使基片额外增加一定的粘结性。另一个功能是降低表面分化，同时使焙烧的晶片保持低形变或弯曲。在实际应用中，本发明的玻璃组合物的平均粒径为1-10μm，优选平均粒径为2-6μm。玻璃料的软化点应为300-600℃，在总浆料中玻璃料的量占总浆料0.1-5％。

第一添加剂是浆料的辅助材料，可以更好的使浆料在烧结后的表面张力下降，使基片与浆料的粘附性加强；一般选用颗粒粒径小于10μm的含钒或含钒的氧化物。

表-1 本发明具体实施例一至十，按质量百分比(％)具体如下：

原料一二三四五六七八九十

铝粉 72.0 71.0 73.0 74.0 75.0 72.5 76.0 77.0 80.0 78.5

玻璃粉 2.2 1.8 1.6 1.7 1.5 1.4 2.0 1.5 1.0 1.0

有机粘合计 24.8 27.2 23.4 21.8 22.5 25.3 21.5 21 18.5 19.5

第一添加剂 1 0 2 1.5 1 0.8 0.5 0.5 0.5 1

表-2本发明有机粘合剂的具体实施例一至五，按质量比(％)具体如下：

原料一二三四五

松油醇 48 50 55 60 57

乙基纤维素 3 5 3 5 4

卵磷脂 2 1 2 1.5 1.5

乙二醇苯醚 12 10 20 0 15

丁基卡必醇 35 30 0 8.5 22.5

卡必醇醋酸酯 0 4 20 15 0

表-3无机玻璃粉具体实施五例，按质量百分比(％)具体如下：

原料一二三四五

SiO₂： 48 50 39 40 38

Bi₂O₃：37 33 45 43 45

TiO₂： 10 10 8 7 9

B₂O₃： 2 3 4 3 2

ZnO： 1 2 2 4 3

MgO： 2 2 2 3 3

取表-1中实施例一，表-2中实施例二，表-3中实施例三的数据，进行太阳能电池用无铅铝浆的制备：

制备有机粘合剂：松油醇50％，乙二醇苯醚10％，乙基纤维素5％，丁基卡必醇30％，卡必醇醋酸酯4％，卵磷脂1％，以上各物加热至50-100℃，至乙基纤维素溶解完为止，得到透明的具有良好的润滑性、印刷性载体；

制备无机玻璃粉：按质量百分比SiO₂：50％，Bi₂O₃：33％，TiO₂：10％，B₂O₃：3％，ZnO：2％，MgO：2％；混料均匀后置于瓷坩埚中，在1200℃熔炼1小时，水淬后放入球磨罐中球磨24小时至粒度≤10μm，150℃烘干。

制备铝导电浆料：微球型铝粉72％，玻璃粉2.2％，有机载体24.8％，1％的第一添加剂，混匀后，用三辊轧机至研磨细度≤15μm，粘度为30000-400000mPa·s，得到无铅铝导电浆料。

上述所得的铝导电浆料在生产试用：

印刷量(湿重)0.80g；功率(Pm)：2.547W，短路电流(Isc)：5.379A，开路电压(Uoc)0.624V，填充因子(FF)：75.80％，转化效率(Eff)17.140％；用游标卡尺测定弯曲＜1mm，铝膜光滑、无铝珠、不起疱、不起灰，组件用EVA粘结铝膜无剥离现象，不含铅。

取表-1中实施例二，表-2中实施例一，表-3中实施例一的数据，进行太阳能电池用无铅铝浆的制备：

制备有机粘合剂：松油醇48％，乙二醇苯醚12％，乙基纤维素3％，丁基卡必醇35％，卵磷脂2％，以上各物加热至50-100℃，至乙基纤维素溶解完为止，得到透明的具有良好的润滑性、印刷性载体；

制备无机玻璃粉：质量百分比SiO₂：48％，Bi₂O₃：37％，TiO₂：10％，B₂O₃：2％，ZnO：1％，MgO：2％，熔制方法按例一进行，得粒度≤10μm的玻璃粉。

制备铝导电浆料：微球型铝粉71％，玻璃粉1.8％，有机载体27.2％。混匀后，用三辊轧机至研磨细度≤15μm，粘度为30000-400000mPa·s，得到无铅铝导电浆料。

上述所得的铝导电浆料在生产试用：

印刷量(湿重)0.80g；功率(Pm)：2.528W，短路电流(Isc)：5.330A，开路电压(Uoc)：0.622，填充因子(FF)：76.22％，转化效率(Eff)：17.01％；用游标卡尺测定弯曲＜1mm，铝膜光滑、无铝珠、不起疱、不起灰，组件用EVA粘结铝膜无剥离现象。

Claims

1.一种太阳能电池用无铅铝浆，其特征在于，它的配方按质量百分比计含有：

铝粉 70-80

有机粘合剂 19-30

无机玻璃粉 0.1-5

第一添加剂 0.1-2

其中有机粘合剂的配方按质量百分比计含有：

松油醇 40-60

乙基纤维素 1-5

卵磷脂 1-5

第二添加剂 20-50

2.根据权利要求1所述的太阳能电池用无铅铝浆，其特征在于，它的配方按质量百分比计含有：

铝粉 71-75

有机粘合剂 21-28

无机玻璃粉 1-4

第一添加剂 0.5-1.8

3.根据权利要求1所述的太阳能电池用无铅铝浆，其特征在于，它的配方按质量百分比计含有：

铝粉 72-75

有机粘合剂 23-25

无机玻璃粉 1.5-3.5

第一添加剂 1-1.5

4.根据权利要求1至3任一所述的太阳能电池用无铅铝浆，其特征在于：所述第一添加剂为含钒或含钒的氧化物，颗粒粒径＜10μm。

5.根据权利要求1至3任一所述的太阳能电池用无铅铝浆，其特征在于：所述第二添加剂包括乙二醇苯醚、丁基卡必醇、卡必醇醋酸酯中的一种或几种，若为两种或两种以上时，可以以任意比例配比。

6.根据权利要求1至3任一所述的太阳能电池用无铅铝浆，其特征在于：所述铝粉的纯度为98％以上，表面覆盖有氮化铝层的微球型铝粉，其平均粒径为1-5μm。

7.根据权利要求1至3任一所述的太阳能电池用无铅铝浆，其特征在于：所述的无机玻璃粉其粒径小于10μm，在浆料中占的比例约为0.1-5％。

8.根据权利要求1至3任一所述的太阳能电池用无铅铝浆，其特征在于：所述无机玻璃粉包括SiO₂、Bi₂O₃、TiO₂、B₂O₃、ZnO、MgO，其配方按质量百分比计含有：

SiO₂ 20-50

Bi₂O₃ 30-60

TiO₂ 3-10

B₂O₃ 1-4

ZnO 0-3

MgO 0-2

9.根据权利要求1至3任一所述的太阳能电池用无铅铝浆，其特征在于：所述无机玻璃粉的配方按质量百分比计含有：

SiO₂ 25-35

Bi₂O₃ 35-50

TiO₂ 3-8

B₂O₃ 2-4

ZnO 0-2

MgO 0-2

10.一种太阳能电池用无铅铝浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.制备有机粘合剂：按上述有机粘合剂的配方，在50-100℃温度下溶解，得到透明的有机粘合剂；

B.制备无机玻璃粉：按上述配方配比好的玻璃氧化物粉末混合均匀，装入坩埚中，放入硅碳棒炉，升温至1000-1200℃，熔炼0.5-1小时，将溶化后的玻璃淬火后装入球磨罐，球磨24小时后，得到粒度≤10m的玻璃粉，烘干备用；

C.制备铝导电浆料：按上述配方取氮化铝包裹的铝粉70-80％，有机粘合剂20-30％，含有0.1-5％的无铅玻璃粉，以及0.1-2％的第一添加剂，混合后，辊扎制粒径≤15μm，粘度为30000-400000mPa·s的无铅铝导电浆料。