CN102347094B

CN102347094B - 一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆及其制造方法

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Publication number: CN102347094B
Application number: CN201110201999.2A
Authority: CN
Inventors: 张海旺; 甘景豪; 刘继宇; 甘卫平
Original assignee: Hunan V-Power Advanced Materials Technology Coltd
Current assignee: Hunan V-Power Advanced Materials Technology Coltd
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2031-07-18
Also published as: CN102347094A

Abstract

本发明涉及一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆及其制造方法。该浆料的组份及含量(wt％)为：铝粉40～80％、铝硅合金粉3～45％、无铅玻璃粉0.5～10％、有机溶剂10～26％、增稠剂2～12％、有机助剂0.3～6％。该铝浆的制造方法包括铝硅合金粉的制备、无铅玻璃粉配制、有机载体的制备、各组份的配比以及浆料的合成工艺。本发明组分配比合理、制备工艺简单、制备的铝浆与太阳能电池硅基板附着力强、浆料的生产成本低、可有效提高太阳能电池光电转换效率，烧结制备的铝背场剥离强度高、铝背场形成良好、电池片弯曲度小、电池光电转换效率高。适于工业化生产。

Description

一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆及其制造方法

技术领域

该发明涉及一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆及其制造方法。属于太阳能电池制备技术领域。

技术背景

太阳能是一种取之不尽，用之不竭的清洁型能源，随着煤炭，石油等不可再生能源的日益枯竭，开发、利用太阳能成为近些年的热点。太阳能电池是将太阳能转变电能的一种半导体器件，它将成为利用太阳能的重要手段之一。

目前晶体硅太阳能电池是市场上的主导产品，晶体硅太阳能电池的基本结构由p型硅基板，n型层，减反射膜(TiO₂，SiO₂或Si₃N₄)，正面银电极，铝背场电极和背面银电极组成。其中铝背场是通过丝网印刷铝浆在晶硅电池的背面形成的。在烧结过程中，铝浆中的铝粉颗粒和硅基板形成铝硅合金，并在硅的表面形成掺铝的P⁺外延层，也就是BSF。铝背场的主要作用是降低背电场的表面复合速率，增加少子寿命，从而提高开路电压。

目前市场上所用的有些铝浆中所含玻璃粉的线膨胀系数较高在电池烧结过程中，由于玻璃粉、铝粉与硅基板线膨胀系数的差别，导致背场产生铝包，翘曲，开裂，灰分等问题，严重影响电池的生产质量，降低电池的光电转换效率。在专利CN 100446277C所介绍的铝浆中了添加Ga，In，Tl等功能元素，有提高电池效率的作用，但是Ga，In价格昂贵，Tl为有毒物质，都对工业化生产不利。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、制备工艺简单、制备的铝浆与太阳能电池硅基板附着力强、浆料的生产成本低、可有效提高提高太阳能电池光电转换效率的制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆及其制造方法

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆，由下述组分按重量百分比(wt％)组成：

铝粉40～80％，

铝硅合金粉3～45％，

无铅玻璃粉0.5～10％，

有机溶剂10～26％，

增稠剂2～12％，

有机助剂0.3～6％。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆中，所述铝粉的粒径小于12μm，形状为球形或类球形。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆中，所述的铝硅合金粉的化学式为Al_1-XSi_X(X＝0.01～0.2)，粉末粒径控制在D50为5～8μm，氧含量小于100ppm。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆中，所述无铅玻璃粉粒径为4～5μm，由下述组份按重量百分比组成：

Bi₂O₃20～60％，

SiO₂5～20％，

ZnO10～50％，

SnO₂2～15％，

Al₂O₃1～10％，

Sb₂O₃2～15％，以及K₂O、CaO、BaO、MnO₂中的至少一种，总含量为1～15％；各组分重量百分之和为100％。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆中，所述的有机溶剂为松油醇和柠檬酸三丁酯，总含量为10～26％。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆中，所述的增稠剂为乙基纤维素或硝基纤维素，含量为2～12％。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆中，所述的有机助剂为流平剂、消泡剂、表面活性剂和防沉剂，有机助剂的总含量为0.3～6％。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆中，铝硅合金粉采用喷雾法制成，喷雾气体介质为氩气。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆的制造方法，包括下述步骤：

第一步：有机载体的配制

根据所配浆料重量，按重量比分别取有机溶剂15～30％、增稠剂4～12％、有机助剂0.3～6％混合后加热至60～80℃，搅拌至各组分全部互溶，制得有机载体；

第二步：无铅玻璃粉的制备

按设计的无铅玻璃粉各组分配比，取Bi₂O₃、SiO₂、ZnO、SnO₂、Al₂O₃、Sb₂O₃、K₂O、CaO、BaO、MnO₂混合后，加热至1200～1650℃，保温20～40分钟，水淬，得到玻璃颗粒，将玻璃颗粒球磨至粒径为4～5μm的玻璃粉末；

第三步：浆料的配制

将铝粉按所配浆料重量的40～80％、铝硅合金粉3～45％、无铅玻璃粉0.5～10％与配好的有机载体混合搅拌均匀后，研磨至细度＜15μm，得到制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆的制造方法，所述无铅玻璃粉的制备中，所述混合是在V型混料器中混料后，倒入刚玉坩埚中在高温炉中加热水淬。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆的制造方法，所述浆料的配制中，所述混合搅拌是在行星搅拌机上进行，所述行星搅拌机的公转转速90rpm/min，自转转速5000rpm/min，搅拌时间90～120min。

本发明一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆的制造方法，所制备的晶硅太阳能电池铝背场的铝浆测试粘度为60～70Pa.s(25℃、Brookfield HBT 14#转子)。

本发明由于采用上述组分配比，在铝背场浆料中由于添加了铝硅合金粉末，在电池的制备过程中通过丝网印刷均匀地分布在电池背面，通过快速烘干，隧道烧结在晶硅电池背面形成均匀的铝硅合金层和铝背场(BSF)，使得铝背场与硅片有更好的附着力，能够使铝浆和硅基板达到良好的线膨胀系数匹配，同时也使烧结工艺窗口更宽，并能在快速烧结过程中更好的形成铝背场，通过铝背场的作用减少了太阳能电池中少子的复合，提高了开路电压和短路电流，从面获得高效的转换效率，有效提高电池光电转换效率，在生产的过程中减少了低效片的产生。本发明使用铝硅合金粉末能够降低浆料的生产成本，提高光电转换效率和附着力。本发明所采用的玻璃粉不含铅、镉对环境有害的元素。同时由于玻璃粉成分设计的合理性，能很好的协调铝背面与硅基片线膨胀系数的不匹配性，使制成的电池片翘曲度小，减少了电池片在后续的加工和组件生产中的碎片率。

综上所述，本发明组分配比合理、制备工艺简单、制备的铝浆与太阳能电池硅基板附着力强、浆料的生产成本低、可有效提高提高太阳能电池光电转换效率，烧结制备的铝背场剥离强度高、铝背场形成良好、电池片弯曲度小、电池光电转换效率高。适于工业化生产。

具体实施方式

实施例1

一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆，实施工艺如下：

(1)有机载体的制备：按浆料的质量百分比松油醇6％、柠檬酸三丁酯4％、乙基纤维素2％、流平剂1％、表面活性剂0.5％、防沉剂1％、消泡剂0.5％称量各组份，称量完成后将混合物在水浴锅中加热至60℃，然后用电动搅拌机进行搅拌直至有机物全部互溶，制得有机载体；

(2)无机玻璃料的制备：按质量百分比Bi₂O₃20％、SiO₂15％、ZnO 20％、SnO₂15％、Al₂O₃10％、Sb₂O₃15％、MnO₂2％、K₂O 3％配制成氧化物混合粉末，然后在V型混料机中混料4小时混合均匀。将混合均匀的粉末料加入到刚玉坩锅中在高温炉中加热到1500℃保温20分钟，然后水淬得到玻璃颗粒料。将玻璃颗粒料球磨粉碎至4～5μm后，得到无机玻璃粉末。

(3)浆料的制备：按质量百分比铝粉70％、铝硅合金粉10％、玻璃粉末5％、有机载体15％称量各组份，称量完成后在行星搅拌机上进行混合搅拌，将搅拌完成后的混合料在三辊研磨机上研磨，通过一定的研磨道次得到均匀分散的铝硅合金浆料，控制浆料细度＜15μm，粘度60～70Pa.s(25℃、Brookfield HBT 14#转子)。

(4)电池片的制备：通过丝网印刷将铝硅合金浆料与背电极银浆、正电极银浆分别印刷到PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)后的硅片上(硅片为125×125mm，对角165mm)，在隧道烧结炉中进行快速烘干、烧结制成太阳能电池片。

制做完成后的电池片用游标卡尺测量其弯曲度为0.36～0.65mm，铝膜表面光滑、不起灰、无铝珠、无铝刺。用太阳能电池封装胶膜(EVA)粘接铝膜无脱落现象。用太阳能自动分选仪测试电池片的电性能，结果见表1.

实施例2

一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆，实施工艺如下：

(1)有机载体的制备：按质量百分比松油醇9％、柠檬酸三丁酯1％、乙基纤维素5％、流平剂1％、表面活性剂0.3％、防沉剂0.5％、消泡剂0.2％称量各组份称量各组份，称量完成后将混合物在水浴锅中加热至60℃，然后用电动搅拌机进行搅拌直至有机物全部互溶，制得有机载体.

(2)无机玻璃料的制备：按质量百分比Bi₂O₃50％、SiO₂10％、ZnO 30％、SnO₂2％、Al₂O₃3％、Sb₂O₃2％K₂O 1％、CaO 2％、MnO₂1％配制成氧化物混合粉末，然后在V型混料机中混料4小时混合均匀。将混合均匀的粉末料加入到刚玉坩锅中在高温炉中加热到1400℃保温20分钟，然后水淬得到玻璃颗粒料。将玻璃颗粒料球磨粉碎至4～5μm后，得到无机玻璃粉末。

(3)浆料的制备：按质量百分比铝粉50％、铝硅合金粉30％、玻璃粉末3％、有机载体17％称量各组份，称量完成后在行星搅拌机上进行混合搅拌，将搅拌完成后的混合料在三辊研磨机上研磨，通过一定的研磨道次得到均匀分散的铝硅合金浆料，控制浆料细度＜15μm，粘度60～70Pa.s(25℃、Brookfield HBT 14#转子)。

(4)电池片的制备：通过丝网印刷将铝硅合金浆料与背电极银浆、正电极银浆分别印刷到PECVD后的硅片上以后(硅片为125×125mm，对角165mm)，在隧道烧结炉中进行快速烘干、烧结制成太阳能电池片。

制做完成后的电池片用游标卡尺测量其弯曲度为0.4～0.6mm，铝膜表面光滑、不起灰、无铝珠、无铝刺。用EVA粘接铝膜无脱落现象。用太阳能自动分选仪测试电池片的电性能，结果见表1.

实施例3

一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆，实施工艺如下：

(1)有机载体的制备：按质量百分比松油醇3％、柠檬酸三丁酯7％、乙基纤维素3％、流平剂0.5％、表面活性剂0.4％、防沉剂1％、消泡剂0.1％称量各组份，称量完成后将混合物在水浴锅中加热至60℃，然后用电动搅拌机进行搅拌直至有机物全部互溶，制得有机载体.

(2)无机玻璃料的制备：按质量百分比Bi₂O₃40％、SiO₂5％、ZnO 40％、SnO₂7％、Al₂O₃1％、Sb₂O₃3％、BaO 1％、MnO₂3％配制成氧化物混合粉末，然后在V型混料机中混料4小时混合均匀。将混合均匀的粉末料加入到刚玉坩锅中在高温炉中加热到1450℃保温20分钟，然后水淬得到玻璃颗粒料。将玻璃颗粒料球磨粉碎至5μm以下后，得到无机玻璃粉末。

(3)浆料的制备：按质量百分比铝粉60％、铝硅合金粉18％、玻璃粉末7％、有机载体15％称量各组份，称量完成后在行星搅拌机上进行混合搅拌，将搅拌完成后的混合料在三辊研磨机上研磨，通过一定的研磨道次得到均匀分散的铝硅合金浆料，控制浆料细度＜15μm，粘度60～70Pa.s(25℃、Brookfield HBT 14#转子)。

制做完成后的电池片用游标卡尺测量其弯曲度为0.36～0.65mm，铝膜表面光滑、不起灰、无铝珠、无铝刺。用EVA(太阳能电池封装胶膜)粘接铝膜无脱落现象。用太阳能自动分选仪测试电池片的电性能，结果见表1。

表1电池片电性能测试结果

Claims

1.一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆，由下述组分按重量百分比(wt%)组成：

铝粉40～80%，

铝硅合金粉3～45%，

无铅玻璃粉0.5～10%，

有机溶剂10～26%，

增稠剂2～12%，

有机助剂0.3～6%；

所述的铝硅合金粉的化学式为Al_1-XSi_X，X=0.01～0.2，粉末粒径控制在D50为5～8μm，氧含量小于100ppm。

2.根据权利要求1所述的一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆，其特征在于：所述铝粉的粒径小于12μm，形状为球形或类球形。

3.根据权利要求1所述的一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆，其特征在于：所述无铅玻璃粉粒径为4～5μm，由下述组分按重量百分比组成：

Bi₂O₃20～60%，

SiO₂5～20%，

ZnO10～50%，

SnO₂2～15%，

Al₂O₃1～10%，

Sb₂O₃2～15%，

以及K₂O、CaO、BaO、MnO₂中的至少一种，总含量为1～15%，各组分重量百分之和为100%。

4.根据权利要求1所述的一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆，其特征在于：所述的有机溶剂为松油醇和柠檬酸三丁酯，总含量为10～26%；所述的增稠剂为乙基纤维素或硝基纤维素，含量为2～12%；所述的有机助剂为流平剂、消泡剂、表面活性剂和防沉剂，有机助剂的总含量为0.3～6%。

5.根据权利要求1所述的一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆，其特征在于：铝硅合金粉采用喷雾法制成，喷雾气体介质为氩气。

6.制备如权利要求1-5任意一项所述一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆的方法，包括下述步骤：

第一步：有机载体的配制

根据所配浆料重量，按重量比分别取有机溶剂15～30%、增稠剂4～12%、有机助剂0.3～6%混合后加热至60～80℃,搅拌至各组分全部互溶,制得有机载体；

第二步：无铅玻璃粉的制备

第三步：浆料的配制

将铝粉按所配浆料重量的40～80%、铝硅合金粉3～45%、无铅玻璃粉0.5～10%与配好的有机载体混合搅拌均匀后，研磨至细度＜15μm，得到制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆。

7.根据权利要求6所述的一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆的制备方法，其特征在于：所述无铅玻璃粉的制备中，所述混合是在V型混料器中混料后，倒入刚玉坩埚中在高温炉中加热水淬。

8.根据权利要求6所述的一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆的制备方法，其特征在于：所述浆料的配制中，所述混合搅拌是在行星搅拌机上进行，所述行星搅拌机的公转转速90rpm/min，自转转速5000rpm/min，搅拌时间90～120min。

9.根据权利要求6所述的一种制备晶硅太阳能电池铝背场的铝浆的制备方法，其特征在于：所制备的晶硅太阳能电池铝背场的铝浆测试粘度为60～70Pa.s。