CN101989625A

CN101989625A - 一种太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法

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Publication number: CN101989625A
Application number: CN2009101092090A
Authority: CN
Inventors: 谭伟华
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: CN101989625B

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法，所述浆料的组分包括铝粉、无机粘结剂、有机载体，还包括金属粉添加剂，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为10～150nm，且选自镁粉、铍粉、锂粉中的一种或几种。本发明制备得到铝导电浆料储存稳定性好，不易沉降结块，丝网印刷时不易漏网，印刷在晶体硅太阳电池面上烧结后，电池串联电阻大大降低，填充因子增大，单晶硅太阳能电池片的平均光电转化效率大于17.60％。

Description

一种太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种太阳能电池用原料，更具体涉及一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法。

【背景技术】

晶体硅太阳能电池是一种取之不竭的绿色环保可再生能源，当前国际研究非常活跃。铝导电浆料属于电子信息材料之一，同时也是制作晶体硅太阳能电池的主要辅助材料，随着晶硅材料的低成本的提炼工艺的日益成熟，导电浆料在太阳能电池材料成本中占有越来越大的比重。铝浆的制作与烧结工艺对其性能有着很大的影响。

铝浆主要由功能性粉体(铝粉)、有机载体和高温下起粘结作用的粘结组分组成。铝粉作为导电相，它决定了浆料的电性能，并影响着成膜后的物理和机械性能；粘结相的主要作用是使固化膜层与基体牢固结合起来，在元件烧结过程中起连接、拉紧、固定导电相相粒子的作用。有机载体是聚合物在有机溶剂中的溶液，起着控制浆料的流变特性，调节浆料的粘稠度，使固态的导电相、粘结相和其他作用的固体微粒混合物分散成具有流体特性的浆料，以便于转印到基板上，是印刷膜和干燥膜的临时粘结剂，有机载体主要由有机溶剂和增稠剂组成。各种粉体在有机载体中进行充分搅拌和分散后形成膏状的厚膜浆料。烧结后的厚膜导体是由金属和粘结成分组成。

当前，我国在该类浆料的研究与制作还处在起步阶段。目前对导电浆料的研究主要集中在：(1)如何在铝导电浆料方面提高太阳能电池的光电转换效率；(2)浆料在烧结后对硅基体附着力牢固，烧结后外观良好，不起疤、不起泡；(3)在丝网印刷时施工性能好，不会漏网，并且储存稳定性好，不易沉降、结块。市场上目前已有的产品，放置在丝网上，未进行印刷时容易产生漏网现象，影响产品品质；在保存时极易沉降结块，严重影响了导电浆料的使用；并且光电转换效率有待提高。

【发明内容】

本发明解决的及时问题是现有技术中太阳能电池用导电浆料在丝网印刷时容易产生漏网以及储存性能不佳的问题，特提供一种新型的太阳能电池用铝导电浆料。

本发明还提供这种新型的太阳能电池用铝导电浆料的制备方法。

本发明提供一种太阳能电池用铝导电浆料，所述浆料的组分包括铝粉、无机粘结剂、有机载体，还包括金属粉添加剂，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为10～150nm，且选自镁粉、铍粉、锂粉中的一种或几种。

本发明还提供一种太阳能电池用铝导电浆料的制备方法，包括配制有机载体，制备无机粘结剂，再将有机载体、无机粘结剂、铝粉、金属粉添加剂混合、研磨；其中，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为10～150nm，且选自镁粉、铍粉、锂粉中的一种或几种。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的铝导电浆料组成中含有一定量的纳米级金属粉添加剂，在静止状态时，在整个浆料体系中会形成一种三维网状结构，该网状结构只有在高剪切应力状态下才能够被破坏，因此，在静止或低剪切速度下，体系内的物质处网状结构中，浆料的粘度很大，即使丝网的孔径较大，也不容易造成漏网。但是，随着切应力的增大，体系内三维网状结构的平衡状态被破坏，切应力的作用使得这些聚集体颗粒沿流动方向定向运动，颗粒流动时比低剪切速率时自由，导电浆料粘度下降。因此，导电浆料具有良好的触变性能，成品太阳能电池导电浆料在长期储存时，不容易发生沉降作用。另外，在丝网印刷的高强度剪切应力下，则可顺利地从丝网中漏出，从而保证太阳能电池导电浆料具有良好的施工性能。

(2)本发明提供的导电浆料组分中的金属添加剂镁粉、铍粉或锂粉的化学性质活泼，在通过网带烧结炉时燃烧，消耗铝膜表面的氧，从而保护铝不被氧化，提高了铝膜的导电性能。因此，太阳能电池片的串联电阻也大大降低，填充因子增大，电池片的平均光电转化效率也得以提高。

所以，本发明提供的铝导电浆料静置在丝网上不容易漏网，并且储存性能好，采用丝网印刷到单晶或多晶硅太阳能电池上烧结成膜后，电池串联电阻大大降低，填充因子增大，单晶硅电池片的平均光电转化效率大于17.60％。

【具体实施方式】

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供一种太阳能电池用铝导电浆料，所述浆料的组分包括铝粉、无机粘结剂、有机载体，还包括金属粉添加剂，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为10～150nm，优选为30～80nm；且所述金属粉添加剂选自镁粉、铍粉、锂粉中的一种或几种。所述金属粉添加剂优选为镁粉，镁粉活性适中，比铍粉活泼，比锂又差点，在空气中不会氧化，容易燃烧与氧反应，又容易获得，因此优选镁粉。

具有该组成的导电浆料能很好的解决漏网问题，可长时间保存，并且浆料烧结后形成的铝膜串联电阻小。本发明导电浆料中金属粉添加剂粉体的中值粒径D₅₀为10-150nm，优选为30-80nm。中值粒径不能太大，太大则起不到防沉降的效果，太小则加工困难，并造成材料成本的升高，符合上述条件的金属粉体可以通过特殊的工艺途径得到，市场上也商家供应该类金属粉体，比如SINONANO公司的金属粉体。

对于本发明公开的太阳能电池铝导电浆料中的铝粉，是通过氮气雾化法得到的活性铝含量在98.5％以上的球形铝粉。该产品可以通过商购得到，如河南远洋公司生产的中值粒径D₅₀为3.0～6.0μm球状铝粉，湖南恒昌股份有限公司生产D₅₀小于6μm的球状铝粉等。

具有本发明公开的组成的太阳能电池导电浆料具有很好的触变性能，静置丝网上时不易漏网，施工性能良好，成品导电浆料长期储存无沉降结块现象。由本发明提供的太阳能电池导电浆料烧结后得到的导电膜的方块电阻也出现了较大程度的降低，从而使硅太阳能电池的欧姆串联电阻降低及填充因子的提高，导致太阳能电池的光电转换效率也有较大的提高，单晶硅电池的平均光电转化效率大于17.65％。

以所述太阳能电池用铝导电浆料的总重量为基准，所述铝导电浆料包括60～85wt％的铝粉，0.5～8.0wt％的无机粘接剂，15～30wt％的有机载体，0.05～5.0wt％的金属粉添加剂。本发明公开的太阳能电池导电浆料中，采用的金属粉添加剂为镁粉、铍粉或锂粉中的一种或几种。金属粉添加剂的量不能太少，太少则铝浆烧结时，达不到保护铝粉不被空气氧化的效果，太多会使铝粉在整个体系的百份含量相对降低，影响铝背场的形成，使电池片的开路电压降低，从而导致电池的光电转换效率下降。因此，以太阳能电池导电浆料的总重量为基准，金属添加剂的含量占总重量的0.05～5wt％，优选占总重量的0.2～3wt％。

上述导电铝粉或金属粉添加剂的中值粒径可通过现有的测试中值粒径的方法和仪器进行测试，如：采用BT-9300型激光粒度分析仪测试。

根据本发明，上述有机载体包括乙基纤维素、溶剂，含或不含改性酚醛或环氧树脂，上述有机载体中的各成分含量可以在较大范围内变动，优选情况下，以所述有机载体的总重量为基准，乙基纤维素含量为3.0-15wt％，改性酚醛或环氧树脂含量为0-8.0wt％，溶剂含量为80-97wt％，进一步优选为乙基纤维素含量为5.0-10wt％，改性酚醛或环氧树脂含量为0-5.0wt％，溶剂含量为85-95wt％。

其中，本发明的有机载体中，溶剂可以为本领域中常用的各种有机溶剂，优选情况下，溶剂为混合溶剂，由松油醇、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、丁基卡必醇、松节油、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯中的至少两种混合而成。并且混合溶剂中，各成分的含量相互之间没有关系，只要混合溶剂总重量在其范围内即可。以上各种溶剂均可通过商购得到。

因此，进一步的优选，以所述有机载体的总重量为基准，所述有机载体的组分包括3～10wt％的乙基纤维素，30～70wt％的松油醇，10～45wt％的邻苯二甲酸二丁酯，5～20wt％的二乙二醇丁醚或丁基卡必醇，0～20wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯或丁基卡必醇醋酸，0～15wt％的松节油。

上述有机载体可通过如下方法制备得到，如将乙基纤维素，含或不含改性酚醛或环氧树脂，混合溶剂在50-80℃下混合，使乙基纤维素、含或不含改性酚醛或环氧树脂充分溶解并搅拌均匀，得到透明均一的有机载体。

所述无机粘结剂为玻璃粉，所述玻璃粉的成分包括氧化铋、氧化硼、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化锶中的一种或几种。

本发明还提供一种太阳能电池用铝导电浆料的制备方法，包括配制有机载体，制备无机粘结剂，再将有机载体、无机粘结剂、铝粉、金属粉添加剂混合、研磨；其中，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为10～150nm，优选为30～80nm，且选自镁粉、铍粉、锂粉中的一种或几种。

本发明的方法的组分含量，以所述太阳能电池用铝导电浆料的总重量为基准，所述铝导电浆料包括60～85wt％的铝粉，0.5～8.0wt％的无机粘接剂，15～30wt％的有机载体，0.05～5.0wt％的金属粉添加剂。

更具体的，上述将球形铝粉、无机粘接剂、金属粉添加剂及有机载体混合方式为：将有机载体置于高速分散机的不锈钢罐中，一边搅拌，一边加入无机粘接剂和金属粉添加剂，搅匀；然后将球形铝粉分2-3次加入到无机粘接剂、金属添加剂和有机载体形成的混合物中。每次加入后搅匀，再加下一次；全部加完后，高速搅匀；最后用三辊研磨机研磨10-15次，研磨细度至＜20μm，即可得到本发明的太阳能电池导电浆料。

本发明公开的太阳能电池导电浆料在烧结时外观良好，丝网印刷时能避免漏网问题，长时间保存不存在沉降结块现象；并且有该太阳能电池导电浆料制备得到的太阳能电池光电转化效率高。

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的太阳能电池导电浆料及其制备方法。

步骤一：有机载体的配置

以所需制备的有机载体的总重量为基准，取30重量份的松油醇，54重量份的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，混合均匀，将16重量份的乙基纤维素溶于上述的混合溶剂中，加热到70℃，使其充分溶解，并搅拌均匀，得到均一澄清的有机载体A1。

步骤二：无机粘结剂的制备

取68重量份的氧化铋，17重量份的三氧化二硼，7重量份的二氧化硅，6重量份的氧化锌，2重量份的氧化铝，加入到高速V型混合机中混合20min，至均匀，得到由氧化物混合体粉末组成的无机粘结剂。

步骤三：太阳能电池导电浆料的制备

以所需制备的太阳能电池导电浆料的总重量为基准，取23重量份的有机载体A1置于高速分散机的不锈钢罐中，在搅拌的情况下加入2重量份的无机粘结剂粉末以及2重量份的金属镁粉(SINONANO公司生产，中值粒径D₅₀为50nm)，然后以500rad/min的转速搅拌10min。

加入73重量份球形铝粉(河南远洋公司生产的超纯铝粉，中值粒径D₅₀为4.5μm)，分两次加入，搅拌60min。再用

的三辊研磨机研磨12次，得到太阳能电池背场铝导电浆料S1。

实施例2

步骤一：有机载体的配置

与实施例1相同。

步骤二：无机粘结剂的制备

将实施例1中步骤二得到氧化物混合体装入瓷坩埚中，放入硅碳棒炉，升温预热到500℃保温0.5小时，再升至1250℃，熔炼1小时，水淬，烘干至含水＜8％，采用破碎机器将其破碎至150μm，再装入球磨罐，控制氧化锆球的质量∶料∶去离子水＝2∶1∶0.5，罐速100转/分，球磨48小时，过滤，烘干得到粒度D₅₀为2.5微米左右的玻璃粉。

步骤三：太阳能电池导电浆料的制备

以所需制备的太阳能电池导电浆料的总重量为基准，取23重量份的有机载体A1置于高速分散机的不锈钢罐中，在搅拌的情况下加入3.9重量份的无机粘结剂粉末以及0.1重量份的金属镁粉(SINONANO公司生产，中值粒径D₅₀为50nm)，然后以500rad/min的转速搅拌10min。

的三辊研磨机研磨12次，得到太阳能电池背场铝导电浆料S2。

实施例3

步骤一：有机载体的配置

与实施例1相同。

步骤二：无机粘结剂的制备

取60重量份的氧化铅，25重量份的三氧化二硼，5重量份的二氧化硅，3重量份的氧化锌，4重量份的氧化锶，2重量份的氧化钙，1重量份的氧化铝，加入到高速V型混合机中混合20min，至均匀，得到无机粘结剂粉末。

步骤三：太阳能电池导电浆料的制备

以所需制备的太阳能电池导电浆料的总重量为基准，取25重量份的有机载体A1置于高速分散机的不锈钢罐中，在搅拌的情况下加入8.0重量份无机粘结剂粉末及5.0重量份的金属镁粉(SINONANO公司生产，中值粒径D₅₀为50nm)，然后以500rad/min的转速搅拌10min。

加入62重量球形铝粉(河南远洋公司生产的超纯铝粉，中值粒径D₅₀为4.5μm)，分两次加入，搅拌60min。再用的三辊研磨机研磨10次，得到太阳能电池背场铝导电浆料S3。

实施例4

除将实施例3中步骤三的5重量份的镁粉改为3重量的镁粉和2重量份的铍粉(SINONANO公司生产，中值粒径D₅₀为50nm)，其余与实施例1相同。

该实施例得到太阳能电池铝导电浆料S4。

实施例5

除将实施例1中步骤三的镁粉的粒径改为150nm外，其余与实施例1相同。

该实施例得到太阳能电池铝导电浆料S5。

实施例6

除将实施例1中步骤三的镁粉的粒径改为10nm外，其余与实施例1相同。

该实施例得到太阳能电池铝导电浆料S6。

对比例1

本对比例用于对比说明本发明公开的太阳能电池导电浆料及其制备方法。

去除实施例1步骤三中2重量份的金属镁粉，将导电铝粉改为75重量份，其余和实施例1相同。

该对比例得到太阳能电池背场铝导电浆料D1。

对比例2

本对比例用于说明现有技术中的太阳能电池导电浆料及其制备方法。

去除实施例2步骤三中的0.1重量份的金属镁粉，将导电铝粉改为73.1重量份，其余和实施例2相同。

该对比例得到太阳能电池背场铝导电浆料D2。

性能测试

对上述制备得到的太阳能电池导电浆料S1-S6、D1和D2进行如下性能测试：

1、浆料粘度

按照GB/T17473.5-1998规定的方法进行，采用日本理音VT-04F黏度剂，2#转子，在25℃下测定。

2、储存稳定性

将导电浆料密封保存在25℃的环境下，三个月后检测导电浆料下层粘度的变化情况，并观察金属粉末是否发生沉降。

3、是否漏网

将导电浆料均匀分摊在丝网280目的金属丝网上，保持浆料的厚度在20mm，静置5min，在丝网背面观察浆料是否有渗出现象。

4、外观

用肉眼观察铝膜表面是否有有铝珠、铝疱、网印痕迹等。

5、附着力

在25℃的环境下，用自来水浸泡7天，观察金属膜或线条是否脱落。

6、光电转化效率

将上述所得的导电浆料在生产线试用，单晶硅片规格：125×125mm，厚度为200μm(腐蚀前)，印刷前厚度为180μm，印刷丝网目数为250目，印刷铝背场浆料重量为每片用浆1.0g左右，烘干温度为250℃约5min。在印刷正面电极银浆后，过隧道炉烧结，烧结温度为810-940℃，温度成梯度分布，烧结时间为2min，峰值温度时间约为2s，出炉后测试电池片的各项性能。每次在测试铝浆料的性能时，与其配套的背面银浆采用FERRO公司的3347牌号，正面银浆采用33462牌号。

其中，电池片的转化效率用太阳能电池片专用测试仪器，如单次闪光模拟器进行测试。测试条件为标准测试条件(STC)：光强：1000W/m²；光谱：AM1.5；温度：25℃。测试方法按照IEC904-1进行。

将测试的结果列入表1中。

表1导电铝浆料性能测试结果

从表1中实施例与对比例的结果可以看出，由本发明所制得的太阳能电池背场铝导电浆料在进行丝网印刷时，不会出现漏网现象；并且该导电浆料的储存稳定性好，成品导电浆料在三个月储存后，导电金属粉未发生严重的沉降现象。将本发明的导电浆料印刷在单晶硅太阳电池片上时，在烧结峰值温度为810-940℃，烧结时间为2min，峰值温度时间约为2s的情况下，得到的电池片的外观良好，铝膜不脱落，单晶硅电池的平均光电转化效率大于17.60％。

Claims

1.一种太阳能电池用铝导电浆料，所述浆料的组分包括铝粉、无机粘结剂、有机载体，还包括金属粉添加剂，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为10～150nm，且选自镁粉、铍粉、锂粉中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其中，所述金属粉添加剂为镁粉。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其中，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为30～80nm。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的太阳能电池用铝导电浆料，其中，以所述太阳能电池用铝导电浆料的总重量为基准，所述铝导电浆料包括60～85wt％的铝粉，0.5～8.0wt％的无机粘接剂，15～30wt％的有机载体，0.05～5.0wt％的金属粉添加剂。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其中，以所述有机载体的总重量为基准，所述有机载体的组分包括3～10wt％的乙基纤维素，30～70wt％的松油醇，10～45wt％的邻苯二甲酸二丁酯，5～20wt％的二乙二醇丁醚或丁基卡必醇，0～20wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯或丁基卡必醇醋酸，0～15wt％的松节油。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其中，所述无机粘结剂为玻璃粉，所述玻璃粉的成分包括氧化铋、氧化硼、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化锶中的一种或几种。

7.一种太阳能电池用铝导电浆料的制备方法，包括配制有机载体，制备无机粘结剂，再将有机载体、无机粘结剂、铝粉、金属粉添加剂混合、研磨；其中，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为10～150nm，且选自镁粉、铍粉、锂粉中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池用铝导电浆料的制备方法，其中，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为30～80nm。

9.根据权利要求7所述的太阳能电池用铝导电浆料的制备方法，其中，以所述太阳能电池用铝导电浆料的总重量为基准，所述铝导电浆料包括60～85wt％的铝粉，0.5～8.0wt％的无机粘接剂，15～30wt％的有机载体，0.05～5.0wt％的金属粉添加剂。