CN102169739B - 太阳电池用纳米铝浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳电池用纳米铝浆技术领域，特别涉及晶体硅太阳电池用纳米铝浆及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种晶体硅太阳电池用纳米铝浆，该纳米铝浆烧结后硅片光电转换效率高、铝膜均匀、无铝珠等缺陷。本发明晶体硅太阳电池用纳米铝浆由50～80重量份的铝合金粉、2～10重量份的无机粘结剂和20～40重量份的有机载体组成。本发明的纳米铝浆可广泛运用于晶体硅太阳电池，光电转换率高出普通铝浆0.3％以上，丝印烧结性能优异。

Description

太阳电池用纳米铝浆及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳电池用纳米铝浆技术领域，特别涉及晶体硅太阳电池用纳米铝浆及其制备方法。

技术背景

随着现在太阳电池的材料以及制作水平不断提高，太阳电池的少子寿命也不断的增加，即少子的扩散长度不断增长，当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时，背表面的复合速度(Sb)对太阳电池特性的影响就很明显。从现在的商业太阳电池来看，为了降低太阳电池的成本，提高效率，生产厂家也在不断地减小硅片的厚度，以降低原材料的价格，因此为了提高电池的效率，必须考虑降低电池背表面的复合速度，提高长波光谱响应。所以铝背场的好坏将直接影响到太阳电池的输出特性。

在使用纳米浆料制备与微米浆料导电性相当的导电涂层时，涂层的厚度就可以相应的降低，浆料的消耗也会减少。而金属纳米颗粒的熔点较之块体金属会有非常明显的降低，这一特性就使得纳米浆料的烧结温度大大降低，可以进一步节能降耗。

目前新型高性能纳米银导电浆料/墨水产品主要还是集中在美国、日本、德国、韩国的一些企业。日本Nokia研发中心的Z.Radivojevicl等人使用该公司制造的纳米导电墨水在塑料基板上喷涂导电图形，该技术采用喷墨打印机的喷墨技术，制备的导电涂层线宽可达30μm，虽然报道中没有给出涂层电性能的具体数据，导电颗粒间的连接非常紧密，涂层致密性很好；美国南达科他州矿业技术学院的加成制造实验室一直以来都在从事微米尺度无掩膜材料沉积技术(Maskless Mesoscale Material Deposition，简称M3D)，该技术的两个重要的组成部分就是Direct Write和Ink Jet技术，这两种技术的基础材料就是纳米导电浆料，他们使用美国CimaNanoTech公司生产的纳米银导电墨水，可以制造出复杂的微米尺度导电图形。

美国的企业如Cima NanoTech所制造的商业化纳米导电墨水产品固体颗粒含量可达60％，该公司还开发了具有自组装性能的纳米导电浆料，其在透明柔性基材上均匀涂膜后，能自组装成一种网状结构，经低温烧结便可制成透光性好的导电柔性薄膜材料；美国杜邦公司的电子浆料产品产量一直位于世界前列，其在新型浆料上的开发力度也是处于行业前茅，并在2008年推出一种新型太阳能电池专用导电银浆料(一种有机银胶体)，由于使用效果好，已经开始被世界各地的用户采纳使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳电池用纳米铝浆，该纳米铝浆烧结后硅片光电转换效率高、铝膜均匀、无铝珠等缺陷。

本发明太阳电池用纳米铝浆由50～80重量份的铝合金粉、2～10重量份的无机粘结剂和20～40重量份的有机载体组成。

优选的，太阳电池用纳米铝浆由60～75重量份的铝合金粉、3～6重量份的无机粘结剂和22～35重量份的有机载体组成。

铝合金粉的组成按重量份计为Al：93～97份、Si：2～5份、Ti：0.3～0.6份、V：0.3～0.5份和稀土元素：0.06～0.12份。

优选的，铝合金粉的组成按重量份计为Al：92～99份、Si：2～7份、Ti：0～0.7份、V：0～0.6份和稀土元素：0.05～0.15份。

铝合金粉的稀土元素为Sc、La、Y、Lu、Gd、Nd中的至少一种。

铝合金粉粒径优选为1～5微米。

铝合金粉可以通过常用的技术手段增强其导电性能，例如：可以用表面处理去除铝表层的氮化物。铝合金粉还可以用有机物进行包覆，使其长期放置于大气环境不被氧化。

无机粘结剂优选为无铅低玻粉。无铅低玻粉按质量份计由三氧化二铋20～85份、二氧化硅3～40份、三氧化硼2～30份、氧化钙8～20份、氧化锆0～5份、氧化锌0.7～3份、氧化钡3～40份和氧化镁0～6份组成。

优选的，无铅低玻粉按质量份计由三氧化二铋55～70份、二氧化硅10～25份、三氧化硼2～5份、氧化钙8～15份、氧化锆0.5～2份、氧化锌0.7～2份和氧化钡3～10份。

无机粘结剂粒径优选为4～10微米。

有机载体按质量份计由溶剂88～95份、有机粘结剂3～10份和添加剂0.1～2份组成。

溶剂为松油醇、松节油、乙酸丁酯、丁基卡必醇醋酸酯中的一种或几种组成。

有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、酚醛树脂、环氧树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的一种或几种。

添加剂由消泡剂和流平剂组成，消泡剂为有机硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝、亚胺和酰胺类消泡剂中的至少一种。

流平剂为乙二醇苯醚、糠酸、卵磷脂、司班、蓖麻油、环己酮类流平剂中至少一种。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述太阳电池用纳米铝浆的制备方法，50～80重量份的铝合金粉、2～10重量份的无机粘结剂和20～40重量份的有机载体混合后研磨制成纳米铝浆。

制备方法具体包括以下步骤：

(1)于70～85℃将有机载体混匀备用；

(2)将无机粘结剂研磨至5～10微米的粉末；

(3)将铝合金粉、无机粘结剂和有机载体分散均匀，通过纳米研磨制出粒径在50～200纳米的铝浆。

本发明的有益效果是：

采用与稀土金属合金化的铝合金粉，能够形成良好的欧姆接触，显著提高光电转换效率；

对铝合金粉进行表面处理，去除铝粉表面的氮铝化合物、氧化物及其他污染物层，既可以提高界面电性能，还可防止铝粉氧化，结团等，利于浆料的制备和性能的稳定；

通过有机载体和无机粘结剂的优化组合，纳米电子浆料具有极佳丝印性能、烧结性能等。

本发明的纳米铝浆可广泛运用于晶体硅型太阳能电池，光电转换率高出普通铝浆0.3％以上，丝印烧结性能优异。

具体实施方式

实施例1：

1、铝合金粉的制备

将按重量份计为96份高纯Al、3份Si、0.5份Ti的、0.4份V，0.1份的稀土元素熔炼、制粉，粒径1～3μm。表面处理，去除了铝表层的氮化物。

2、无机粘结剂的制备

无铅低玻粉按质量份计三氧化二铋65份，二氧化硅15份，三氧化硼3份，氧化钙10份，氧化锆1份，氧化锌1份，氧化钡5份混合，熔炼、球磨制成粒径5μm左右的粉末。

3、有机载体的制备

有机载体按质量份计由90份溶剂，8份有机粘结剂，2份添加剂组成，于70～85℃混匀备用。

溶剂为松油醇或松节油，有机粘结剂为酚醛树脂或环氧树脂，添加剂为有机硅氧烷、糠酸和卵磷脂。

4、纳米铝浆的制备

铝合金粉6.5公斤、无机粘结剂0.5公斤和有机载体3.0公斤用高速分散机分散均匀，然后通过纳米研磨系统制备出粒径在80nm纳米的晶体硅太阳电池用铝浆。

上述制备的纳米铝浆用于制作125mm*125mm、厚度180μm的单晶硅电池铝背场，在网带炉中800℃烧结，峰值温度保温时间10s。电池片在标准条件(1000W/m²，AM1.5，25℃)下测试，批量电池(100片)的光电转换的平均效率18.30％。

实施例2：

1、铝合金粉的制备

将按重量份计为95份高纯Al、4份Si、0.4份Ti的、0.5份V，0.1份的稀土元素熔炼、制粉，粒径1～3μm。表面处理，去除了铝表层的氮化物，同时还用有机物进行包覆。

2、无机粘结剂的制备

无铅低玻粉按质量份计三氧化二铋60份，二氧化硅20份，三氧化硼3份，氧化钙10份，氧化锆1份，氧化锌1份，氧化钡5份混合，熔炼、球磨制成粒径5μm左右的粉末。

3、有机载体的制备

有机载体按质量份计由90份溶剂，8份有机粘结剂，2份添加剂组成，于70～85℃混匀备用。

溶剂为松油醇或松节油，有机粘结剂为酚醛树脂或环氧树脂，添加剂为有机硅氧烷、糠酸和卵磷脂。

4、纳米铝浆的制备

按质量比铝粉7.0公斤、无机粘结剂0.5公斤、有机载体2.5公斤用高速分散机分散均匀，然后通过纳米研磨系统制备出粒径在80nm纳米的晶体硅太阳电池用铝浆。按质量比将铝浆的各个组分用高速分散剂分散均匀，然后通过纳米研磨系统制备出粒径在80nm纳米的晶体硅太阳电池用铝浆。

上述制备的纳米铝浆用于制作125mm*125mm、厚度180μm的单晶硅电池铝背场，在网带炉中800℃烧结，峰值温度保温时间10s。电池片在标准条件下测试，批量电池(100片)的光电转换的平均效率18.25％。

实施例3：

1、铝合金粉的制备

将按重量份计为95份高纯Al、4份Si、0.4份Ti的、0.5份V，0.1份的稀土元素熔炼、制粉，粒径1～3μm。表面处理，去除了铝表层的氮化物，同时还用有机物进行包覆。

2、无机粘结剂的制备

无铅低玻粉按质量份计三氧化二铋60份，二氧化硅20份，三氧化硼3份，氧化钙10份，氧化锆1份，氧化锌1份，氧化钡5份混合，熔炼、球磨制成粒径5μm左右的粉末。

3、有机载体的制备

有机载体按质量份计由90份溶剂，8份有机粘结剂，2份添加剂组成，于70～85℃混匀备用。

溶剂为松油醇或松节油，有机粘结剂为酚醛树脂或环氧树脂，添加剂为有机硅氧烷、糠酸和卵磷脂。

4、纳米铝浆的制备

按质量比铝粉7.3公斤、无机粘结剂0.4公斤、有机载体2.3公斤用高速分散机分散均匀，然后通过纳米研磨系统制备出粒径在80nm纳米的晶体硅太阳电池用铝浆。按质量比将铝浆的各个组分用高速分散剂分散均匀，然后通过纳米研磨系统制备出粒径在80nm纳米的晶体硅太阳电池用铝浆。

上述制备的纳米铝浆用于制作125mm*125mm、厚度180μm的单晶硅电池铝背场，在网带炉中800℃烧结，峰值温度保温时间10s。电池片在标准条件下测试，批量电池(100片)的光电转换的平均效率18.05％。

Claims (8)

1.太阳电池用纳米铝浆，其特征在于：由50～80重量份的铝合金粉、2～10重量份的无机粘结剂和20～40重量份的有机载体组成；所述铝合金粉的组成按重量份计为Al：93～97份、Si：2～5份、Ti：0.3～0.6份、V：0.3～0.5份和稀土元素：0.06～0.12份。

2.根据权利要求1所述的太阳电池用纳米铝浆，其特征在于：由60～75重量份的铝合金粉、3～6重量份的无机粘结剂和22～35重量份的有机载体组成。

3.根据权利要求1或2所述的太阳电池用纳米铝浆，其特征在于：所述无机粘结剂为无铅低玻粉；无铅低玻粉按质量份计由三氧化二铋20～85份、二氧化硅3～40份、三氧化硼2～30份、氧化钙8～20份、氧化锆0～5份、氧化锌0.7～3份、氧化钡3～40份和氧化镁0～6份组成。

4.根据权利要求1或2所述的太阳电池用纳米铝浆，其特征在于：所述有机载体按质量份计由溶剂88～95份、有机粘结剂3～10份和添加剂0.1～2份组成。

5.根据权利要求4所述的太阳电池用纳米铝浆，其特征在于：所述溶剂为松油醇、松节油、乙酸丁酯、丁基卡必醇醋酸酯中的一种或几种组成。

6.根据权利要求4所述的太阳电池用纳米铝浆，其特征在于：所述有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、酚醛树脂、环氧树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的一种或几种。

7.根据权利要求4所述的太阳电池用纳米铝浆，其特征在于：所述添加剂由消泡剂和流平剂组成，消泡剂为有机硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝、亚胺和酰胺类消泡剂中的至少一种；流平剂为乙二醇苯醚、糠酸、卵磷脂、司班、蓖麻油、环己酮类流平剂中至少一种。

8.太阳电池用纳米铝浆的制备方法，其特征在于：50～80重量份的铝合金粉、2～10重量份的无机粘结剂和20～40重量份的有机载体混合后研磨制成50～200纳米的铝浆；所述铝合金粉的组成按重量份计为Al：93～97份、Si：2～5份、Ti：0.3～0.6份、V：0.3～0.5份和稀土元素：0.06～0.12份。

9、根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)于70～85℃将有机载体混匀备用；

(2)将无机粘结剂研磨至5～10微米的粉末；

(3)将铝合金粉、无机粘结剂和有机载体分散均匀，通过纳米研磨制出粒径在50～200纳米的铝浆。