CN102332322A

CN102332322A - 强附着力太阳能电池铝浆及其制备方法

Info

Publication number: CN102332322A
Application number: CN201110165984A
Authority: CN
Inventors: 宋财根; 董政; 邵晓东; 汪涛; 程遵义; 王利平
Original assignee: NINGBO GUANGBO NEW NANOMATERIALS STOCK CO Ltd
Current assignee: NINGBO GUANGBO NEW NANOMATERIALS STOCK CO Ltd
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-06-20
Also published as: CN102332322B

Abstract

本发明公开一种强附着力太阳能电池铝浆，该浆料由以下质量百分比的各组分制备：铝粉60%～84%，改性有机粘合剂15%～35%，无机粘合剂1%～10%。本发明还公开一种上述铝浆的制备方法，本发明具有不含有铅等有毒物质，对人体危害性小，铝膜与硅基片之间能形成良好的欧姆接触，翘曲度低，光电转换效率高，不易脱落的优点。

Description

强附着力太阳能电池铝浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池用的铝浆技术领域，具体的说是一种强附着力太阳能电池铝浆及其制备方法。

背景技术

近年来，随着传统能源的日益短缺，以晶体硅太阳能电池为代表的光伏产业得到了迅猛的发展。晶体硅太阳能电池背场铝浆是太阳能电子浆料中的主要组成部分, 用于晶体硅太阳能电池背表面电场的形成, 同时作为太阳能电池的背电极使用。

晶体硅太阳能电池背场铝浆主要由铝粉、有机粘合剂和无机粘合剂-金属玻璃粉组成。铝粉作为铝电极浆料中的功能相, 烧结后铝粉间互相连接构成导电通道, 并与硅形成硅铝合金实现欧姆接触, 因此铝粉的各项性能对硅太阳能电池输出特性、电极的外观和机械强度起着关键性影响；有机粘合剂用于分散超微细粉形成膏状组合物, 通常由溶剂、起增稠作用的高分子聚合物和助剂组成，其挥发性是影响电子浆料储存稳定性、浆料制备元器件过程的烧结工艺温度、膜层质量以及电子元器件性能的重要因素之一；金属玻璃粉是铝电极浆料中的重要成分, 起着溶蚀铝粉表面不导电薄膜层以及黏结铝粒子的作用, 因此其组分和含量对电极的电特性和表面特性有至关重要的影响。

为了有效降低晶体硅太阳能电池的发电成本，目前广泛采用降低硅片厚度（150～180μm）的方法提高晶体硅的使用效率；此外，通过研制高性能的晶体硅太阳能电池用银浆、铝浆，提高其转换效率，也是降低成本的有效途径。

目前市场上主流的晶体硅太阳能电池背场铝浆的主要缺点如下：

⑴ 浆料中的有机粘合剂含有低毒物质，制备过程中挥发严重，效率低下，对人体危害性大；

⑵ 无机粘合剂金属玻璃粉含有铅等有毒元素，对环境和人体都有一定程度的毒害；

⑶ 铝膜与硅基片之间无法形成良好的欧姆接触，易脱落、起疱，导致其光电转换效率低下；

⑷ 为降低晶体硅太阳能电池成本，无法同时满足低翘曲度和强附着力两方面的要求。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种浆料中不含有铅等有毒物质，对人体危害性小，铝膜与硅基片之间能形成良好的欧姆接触，翘曲度低，光电转换效率高，不易脱落的强附着力太阳能电池铝浆。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种强附着力太阳能电池铝浆，该浆料由以下质量百分比的各组分制备：铝粉60%～84%，改性有机粘合剂15%～35%，无机粘合剂（金属玻璃粉）1%～10%。

本发明上述的铝粉为纯度99.9～99.99%、平均粒径为2.0～8.0μm的铝粉。

本发明上述的改性有机粘合剂由质量百分比为10%～50%的松油醇，10%～30%的松节油，5%～20%的苯甲醇，5%～20%的丁基卡必醇醋酸酯，1%～15%的乙基纤维素，1%～10%的有机硅化合物（如改性聚二甲基硅氧烷），1%～5%的山梨醇酐硬脂酸酯制备而成。

本发明上述的无机粘合剂金属玻璃粉为无铅玻璃粉，由质量百分比20%～50%的B₂O₃，20%～40%的SiO₂，10%～20%的Al₂O₃，5%～10%的ZnO，5%～10%的V₂O₅制备而成。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供上述强附着力太阳能电池铝浆的制备方法，制备步骤为：

（1）改性有机粘合剂的制备：按配方比例称取配置改性有机粘合剂的原料，混合均匀，在80～150℃温度下边加热边搅拌的溶解方式，时间为60～120min得到透明的改性有机粘合剂。

（2）无机粘合剂的制备：按配方比例称取配置无机粘合剂的原料混合均匀后，在烘箱中145~155℃干燥1.5~2.5h；然后在1000～1200℃温度下熔炼0.8~1.2h，水淬后烘干，再球磨3～6h，烘干得到平均粒径为10μm以下的无铅金属玻璃粉；

（3）电池铝浆制备：按配方，将铝粉、步骤（1）制备的改性无机粘合剂、步骤（2）制备的无机粘合剂-金属玻璃粉，混合均匀后研磨轧浆2～5次后得到细度为15μm以下的背场铝浆。

本发明上述的研磨轧浆为采用三辊研磨机进行的研磨轧浆。

本发明的优点和有益效果：

⑴ 铝粉是浆料的重要组分，本发明选用99.9～99.99%的铝锭制成的铝粉，平均粒径为4.0～8.0μm，在满足浆料电性能的同时，无铝珠，无铝包，铝膜光滑平整。

⑵ 有机粘合剂中加入松节油，烧结时会产生还原气氛，保护铝不被氧化，提高铝膜的导电性能。

⑶ 有机硅化合物、山梨醇酐硬脂酸酯的加入，改良了有机粘合剂之间的相互连接性，增强了浆料的流平性，印刷过网性能明显提高，同时铝膜在烘干后粘结强度高，在烧结后不脱落、附着力超强（本发明铝浆的附着力大于5N，可称为强附着力铝浆），经印刷、烧结后晶体硅的翘曲度低。

⑷ 金属玻璃粉中加入了一定比例的Al、Zn、V元素，使得铝背场与硅片之间的欧姆接触良好，附着力明显增强，电性能及转换效率相应提升，同时未加入铅元素物质，是环保型产品。

具体实施方式

下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐明本发明，但并不是对本发明的限制，仅仅示例说明。

实施例1

1、铝粉

市售纯度为99.95%，平均粒径为5.2μm的球形铝粉。

2、改性有机粘合剂的制备

称取32%的松油醇，20%的松节油，17%的苯甲醇，20%的丁基卡必醇醋酸酯，5%的乙基纤维素，3.5%的有机硅化合物（改性聚二甲基硅氧烷），2.5%的山梨醇酐硬脂酸酯，以上各物混合后加热至80～100℃溶解100min，得到透明的具有良好润滑性、印刷性的胶体。

3、无铅玻璃粉的制备

40%的B₂O₃，35%的SiO₂，15%的Al₂O₃，5%的ZnO，5%的V₂O₅，用混料机混合均匀后，装入陶瓷坩埚内，在烘箱中150℃干燥2h，放入马弗炉中，1000～1200℃熔炼1h，水淬后烘干，再用行星球磨机3h，烘干得到10μm以下的无铅金属玻璃粉。

4、铝背场浆料的制备

按质量百分比67%的铝粉，28%的改性有机粘合剂，5%的无机粘合剂金属玻璃粉，混合均匀后用三辊研磨机轧浆3次后，得到细度≤12μm，粘度28kcps的铝背场浆料。

将上述浆料用280目丝网印刷于氧化铝基片上，在峰值温度为750℃的条件下烧结30～60s，冷却至室温，测量方阻为12.3 mΩ/□。

将上述浆料用280目丝网印刷于125mm×125mm单晶硅片上（厚度180±5μm）,经烘干、烧结后测试其电性能，得到数据如下表1：

表1 实施例1制备样品经烘干、烧结后测试的电性能

用游标卡尺测定弯曲在0.5mm左右；铝膜灰色、光滑，无铝珠、无铝疱，不起灰，外观性能优良，拉力测试结果为附着力大于5N。

实施例2

1、铝粉

市售纯度为99.95%，平均粒径为5.2μm的球形铝粉。

2、改性有机粘合剂的制备

20%的松油醇，30%的松节油，17%的苯甲醇，20%的丁基卡必醇醋酸酯，8%的乙基纤维素，1.5%的有机硅化合物（改性聚二甲基硅氧烷），3.5%的山梨醇酐硬脂酸酯，以上各物混合后加热至80～100℃溶解100min，得到透明的具有良好润滑性、印刷性的胶体。

3、无铅玻璃粉的制备

27%的B₂O₃，40%的SiO₂，20%的Al₂O₃，5%的ZnO，8%的V₂O₅，用混料机混合均匀后，装入陶瓷坩埚内，在烘箱中150℃干燥2h，放入马弗炉中，1000～1200℃熔炼1h，水淬后烘干，再用行星球磨机3h，烘干得到10μm以下的无铅金属玻璃粉。

4、铝背场浆料的制备

按质量百分比70%的铝粉，22%的改性有机粘合剂，8%的无机粘合剂金属玻璃粉，混合均匀后用三辊研磨机轧浆3次后，得到细度≤12μm，粘度32kcps的铝背场浆料。

将上述浆料用280目丝网印刷于氧化铝基片上，在峰值温度为750℃的条件下烧结30～60s，冷却至室温，测量方阻为11.6 mΩ/□。

将上述浆料用280目丝网印刷于125mm×125mm单晶硅片上（厚度180±5μm）,经烘干、烧结后测试其电性能，得到数据如下表2：

表2 实施例2制备样品经烘干、烧结后测试的电性能

Figure 2011101659845100002DEST_PATH_IMAGE002

实施例3

1、铝粉

市售纯度为99.95%，平均粒径为5.2μm的球形铝粉。

2、改性有机粘合剂的制备

45%的松油醇，13%的松节油，8%的苯甲醇，18%的丁基卡必醇醋酸酯，10%的乙基纤维素，5%的有机硅化合物（改性聚二甲基硅氧烷），1%的山梨醇酐硬脂酸酯，以上各物混合后加热至80～100℃溶解100min，得到透明的具有良好润滑性、印刷性的胶体。

3、无铅玻璃粉的制备

49%的B₂O₃，24%的SiO₂，15%的Al₂O₃，7%的ZnO，5%的V₂O₅，用混料机混合均匀后，装入陶瓷坩埚内，在烘箱中150℃干燥2h，放入马弗炉中，1000～1200℃熔炼1h，水淬后烘干，再用行星球磨机3h，烘干得到10μm以下的无铅金属玻璃粉。

4、铝背场浆料的制备

按质量百分比75%的铝粉，20%的改性有机粘合剂，5%的无机粘合剂金属玻璃粉，混合均匀后用三辊研磨机轧浆3次后，得到细度≤12μm，粘度35kcps的铝背场浆料。

将上述浆料用280目丝网印刷于氧化铝基片上，在峰值温度为750℃的条件下烧结30～60s，冷却至室温，测量方阻为12.2 mΩ/□。

将上述浆料用280目丝网印刷于125mm×125mm单晶硅片上（厚度180±5μm）,经烘干、烧结后测试其电性能，得到数据如下表3：

表3 实施例3制备样品经烘干、烧结后测试的电性能

从上述表1-3可知，本发明的浆料具有导电性能好，光电转换效率高，经印刷、烧结后晶体硅的翘曲度低，无铝珠，无铝疱，附着力超强（大于5N）等优点。

Claims

1.一种强附着力太阳能电池铝浆，其特征在于：该浆料由以下质量百分比的各组分制备：铝粉60%～84%，改性有机粘合剂15%～35%，无机粘合剂1%～10%。

2.根据权利要求1所述的强附着力太阳能电池铝浆，其特征在于：所述的铝粉为纯度99.9～99.99%、平均粒径为2.0～8.0μm的铝粉。

3.根据权利要求1所述的强附着力太阳能电池铝浆，其特征在于：所述的改性有机粘合剂由质量百分比为10%～50%的松油醇，10%～30%的松节油，5%～20%的苯甲醇，5%～20%的丁基卡必醇醋酸酯，1%～15%的乙基纤维素，1%～10%的有机硅化合物，1%～5%的山梨醇酐硬脂酸酯制备而成。

4.根据权利要求1所述的强附着力太阳能电池铝浆，其特征在于：所述的无机粘合剂为由质量百分比20%～50%的B₂O₃，20%～40%的SiO₂，10%～20%的Al₂O₃，5%～10%的ZnO，5%～10%的V₂O₅制备而成。

5.一种权利要求1所述的强附着力太阳能电池铝浆的制备方法，其特征在于：制备步骤为：

（1）改性有机粘合剂的制备：按配方比例称取配置改性有机粘合剂的原料，混合均匀，在80～150℃温度下边加热边搅拌的溶解方式，时间约为60～120min，得到透明的改性有机粘合剂；

（3）电池铝浆的制备：按配方，将铝粉、步骤（1）制备的改性无机粘合剂、步骤（2）制备的无机粘合剂-金属玻璃粉，混合均匀后研磨轧浆2～5次后得到细度为15μm以下的背场铝浆。

6.根据权利要求5所述的强附着力太阳能电池铝浆的制备方法，其特征在于：所述的研磨轧浆采用三辊研磨机进行。