CN102496418A - 一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆及其制备方法，所述合金铝浆用作生产晶硅太阳能电池的背面电场，该合金铝浆由质量百分比为70-79%的铝硅锌合金粉、19-30%的有机粘合剂、1-5%的无机玻璃粉及0.1-1%的添加剂组成。该合金铝浆的制备方法包括有机粘合剂的制备、无机玻璃粉的配制、合金铝浆的配方和浆料的加工工艺。本发明通过改善了合金铝浆和硅片的欧姆接触及附着性能，增加了硅-铝合金中的p+浓度，防止硅片翘曲，具有优异的导电性能，良好的粘结性和高光电转换效率等优点。

Description

一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生产晶硅太阳能电池背电场的原料，具体涉及一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆及其制备方法。
背景技术
硅基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。
在晶硅太阳能电池生产工艺中，电池背电场主要使用金属铝浆料，铝浆料由金属铝粉、有机粘合剂、无机玻璃粉和添加剂等原料配制而成。铝粉在高温时可与硅形成共熔合金，并在电极中起导电作用，能和半导体材料硅形成良好的欧姆接触；无机玻璃粉在高温烧结过程中熔化，将铝粉附着在硅片表面，形成致密均匀的导电膜；有机粘合剂起分散作用，使粉体均匀分散在浆料中，形成一种稳定的悬浮体，保持浆料内各组分的配比；添加剂是用来改变浆料的工艺性能，使浆料具有一定的流动性、触变性、可塑性，使浆料易于丝网印刷。
目前，晶硅太阳能电池在国内外的研究十分活跃，其背电场铝浆作为电池的电极在转换效率中起着重要的意义，目前国内外的晶硅太阳能电池背电场铝浆都是采用单一的金属铝粉制备，仍然存在印刷烧结后出现硅片翘曲、附着力差、烧制后形成铝珠等情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防止硅片翘曲，具有优异的导电性能，良好的粘结性和高光电转换效率的一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆及其制备方法。
通过使用铝硅锌合金粉，使浆料在高温热处理过程中与硅片形成良好附着力，产生硅-铝锌合金，使硅片背场产生p+型半导体，提高晶硅太阳能电池的转换效率，通过调节合金铝浆中有机粘合剂、无机玻璃粉和添加剂的组分及配比，可以适应现有晶硅太阳能电池的各种生产工艺。
本发明的技术解决方案如下：一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，所述合金铝浆配方按质量百分比为：
铝硅锌合金粉  70-79；
有机粘合剂    19-30；
无机玻璃粉    1-5；
添加剂        0.1-1。
进一步的，所述合金铝浆配方按质量百分比为：
铝硅锌合金粉  72-76；
有机粘合剂    21-23；
无机玻璃粉    2.1-3.5；
添加剂        0.2-0.6。
所述铝硅锌合金粉的组分按质量百分比为：
铝：91-99 ；  硅：0.1-6 ；  锌：0.1-3。
进一步，所述铝硅锌合金粉的组分按质量百分比为：
铝：92-97  ； 硅：2-5  ； 锌：1-3。
在上述所述铝硅锌合金粉中，铝的含量在95%以上，合金粉的平均粒径为1-5μm。
所述有机粘合剂的组分配方按质量百分比为：
松油醇：45-55 ；  乙基纤维素：5-10  ； 二乙二醇丁醚乙酸酯：40-50。
所述无机玻璃粉包括SiO2、Bi2O3、B2O3、ZnO、BaO、CaO，其配方按质量百分比为：
 SiO2 ：0.1-20  ； Bi2O3 ：40-80  ；  B2O3 ：0.1-5
     ZnO ：1-10   ；   BaO ：0.1-5   ；  CaO ：0.1-2。
进一步，所述无机玻璃粉包括SiO2、Bi2O3、B2O3、ZnO、BaO、CaO，其配方按质量百分比为：
     SiO2 ：5-15  ； Bi2O3 ：50-75  ；  B2O3 ：2-4
     ZnO ：4-8    ；  BaO ：1-3   ；  CaO ：1-1.5。
所述添加剂为含钛的氧化物，具体为氧化钛、氧化锡和氧化锑中的至少一种，该添加剂颗粒粒径小于5μm。
一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆的制备方法，包括以下步骤：
   a、 制备有机粘合剂：按上述有机粘合剂的配比混合后，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：按上述无机玻璃粉的配比，称量所有氧化物粉末，混合均匀，装入坩埚中，放入高温电阻炉中，升温至1000-1200℃，熔炼0.5-1小时，将熔化后的玻璃淬火后装入球磨罐，球磨24小时后，得到粒度小于5μm的玻璃粉，烘干备用；
   c、 制备导电合金铝浆：按上述配方取铝硅锌合金粉，有机粘结剂，无机玻璃粉和添加剂，混合均匀后，在三辊研磨机上进行研磨分散，制得均匀分散，精细度小于15μm，粘度为40000-80000mPa·S的导电合金铝浆。
   本发明的优点在于：
    1、使用铝硅锌合金粉，缩小了浆料中合金粉和硅片的膨胀系数差异，防止电池产生翘曲，增强了合金铝浆的附着力，增加了欧姆接触，提高了电池片的转换效率。
    2、选用铋-硼-硅-锌等氧化物组成的无机玻璃粉，实现了浆料的无铅化。通过调节金属氧化物的配比，可以实现调控无机玻璃粉的熔点等物化性能，改进了无机玻璃粉的物化稳定性和电性能。
    3、采用本发明中有机粘结剂的成分比例，增加了浆料的保存时间，使浆料在长时间放置后仍保持均匀分散特性。
4、选用本发明中添加剂，改善了浆料的物化性能，使浆料易于丝网印刷。
在晶硅太阳能电池生产过程中，通过丝网印刷，使浆料均匀地附着在硅片表面，经过烘干、高温烧结等工序后，本发明采用铝硅锌合金作为铝浆基料，利用含钛的氧化物作为添加家，在硅片背面形成均匀的铝-硅-锌合金和优异的铝导电层，形成良好的欧姆接触，同时使硅片背面形成p+扩散层（铝背场），延长少子寿命，从而获得更高的光电转换效率，并且有利于晶硅太阳能电池生产工艺中的丝网印刷。
具体实施方式
本发明提供一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，主要是由铝硅锌合金粉、有机粘合剂、无机玻璃粉和添加剂四个部分组成，配方机理说明如下：
铝硅锌合金粉在浆料中是导电功能相，其在高温时可与硅形成共熔合金，并在电极中起导电作用，能和半导体材料硅形成良好的欧姆接触。
有机粘结剂起分散作用，使无机粉体均匀分散在浆料中，形成一种稳定的悬浮体，保持浆料内各组分的配比。
无机玻璃粉在高温烧结过程中熔化，将铝粉附着在硅片表面，形成致密均匀的导电膜。
添加剂是用来改变浆料的工艺性能，使浆料具有一定的流动性、触变性、可塑性，使浆料易于丝网印刷。
   晶硅太阳能电池背电场合金铝浆的制备方法，生产工艺如下：
   a、 制备有机粘合剂：按上述有机粘合剂的配比混合后，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：按上述无机玻璃粉的配比，称量所有氧化物粉末，混合均匀，装入坩埚中，放入高温电阻炉中，升温至1000-1200℃，熔炼0.5-1小时，将熔化后的玻璃淬火后装入球磨罐，球磨24小时后，得到粒度小于5μm的玻璃粉，烘干备用；
   c、 制备导电合金铝浆：按上述配方取铝硅锌合金粉，有机粘结剂，无机玻璃粉和添加剂，混合均匀后，在三辊研磨机上进行研磨分散，制得均匀分散，精细度小于15μm，粘度为40000-80000mPa·S的导电合金铝浆。
实施例1
    一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆（配制1000g），其所述合金铝浆中各成分配比如下：
 铝硅锌合金粉  760g；
 有机粘合剂    217g；
 无机玻璃粉    20g；
 添加剂        3g。
其中，铝硅锌合金粉中；铝：729.6g,  硅：19.0g,  锌：11.4g；
有机粘合剂中：松油醇：97.65g,乙基纤维素：17.36g,二乙二醇丁醚乙酸酯：101.99g；
无机玻璃粉中：SiO2 ：2.8g,  Bi2O3 ：14.6g,   B2O3 ：0.8g,
                  ZnO ：1.2g,  BaO ：0.4g,     CaO ：0.2g；
添加剂： 氧化钛：0.5g， 氧化锡：1.5g，  氧化锑：1.0g。
 合金铝浆的性能：
粘度：（25℃，Brookfield HB Ⅱ Pro+） 58300mPa·S。
精细度：≤ 10μm。
方阻：≤ 30毫欧/方。
上述合金铝浆和对比铝浆在晶硅太阳能电池中印刷生产试用，其电性能结果比较如下：
浆料 湿重 Uoc Isc Rs Rsh FF Eff
本发明铝浆 1.501 618.5 8.35 3.1 26.3 78.20 16.60
对比铝浆 1.520 617.2 8.35 2.9 23.0 78.10 16.54
  备注：Uoc是开路电压，Isc是短路电流，Rs是串联电阻，Rsh是并联电阻，FF是填充因子，Eff是转换效率。
用本发明浆料生产的电池片的翘曲度小于1mm，无铝包、铝刺等不良现象。
实施例2
    一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆（配制1000g），其所述合金铝浆中各成分配比如下：
铝硅锌合金粉  760g；
有机粘合剂    217g；
无机玻璃粉    20g；
添加剂        3g。
其中，铝硅锌合金粉中；铝：729.6g,  硅：21.3g,  锌：9.1g；
有机粘合剂中：松油醇：98.82g,乙基纤维素：18.445g,二乙二醇丁醚乙酸酯：98.735g；
无机玻璃粉中：SiO2 ：2.6g,  Bi2O3 ：14.6g,   B2O3 ：0.8g,
                  ZnO ：1.1g,  BaO ：0.6g,     CaO ：0.3g；
添加剂： 氧化钛：0.5g， 氧化锡：1.5g，  氧化锑：1.0g。
  合金铝浆的性能：
粘度：（25℃，Brookfield HB Ⅱ Pro+） 63200mPa·S。
精细度：≤ 10μm。
方阻：≤ 30毫欧/方。
上述合金铝浆和对比铝浆在晶硅太阳能电池中印刷生产试用，其电性能结果比较如下：
浆料 湿重 Uoc Isc Rs Rsh FF Eff
本发明铝浆 1.481 618.63 8.41 2.9 17 77.77 16.63
对比铝浆 1.490 615.95 8.36 2.7 34 78.15 16.54
  备注：Uoc是开路电压，Isc是短路电流，Rs是串联电阻，Rsh是并联电阻，FF是填充因子，Eff是转换效率。
用本发明浆料生产的电池片的翘曲度小于1mm，无铝包、铝刺等不良现象。

Claims (10)

1.一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，其特征在于所述合金铝浆配方按质量百分比为：
   铝硅锌合金粉  70-79；
   有机粘合剂    19-30；
   无机玻璃粉    1-5；
   添加剂        0.1-1。
2.根据权利要求1所述的晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，其特征在于所述合金铝浆配方按质量百分比为：
   铝硅锌合金粉  72-76；
   有机粘合剂    21-23；
   无机玻璃粉    2.1-3.5；
   添加剂        0.2-0.6。
3.根据权利要求1或2所述的晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，其特征在于：所述铝硅锌合金粉的组分按质量百分比为：
   铝：91-99   硅：0.1-6   锌：0.1-3。
4.根据权利要求3所述的晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，其特征在于：所述铝硅锌合金粉的组分按质量百分比为：
   铝：92-97   硅：2-5   锌：1-3。
5.根据权利要求1-4所述的晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，其特征在于：所述铝硅锌合金粉中，铝的含量在95%以上，合金粉的平均粒径为1-5μm。
6.根据权利要求1或2所述的晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，其特征在于：所述有机粘合剂的组分配方按质量百分比为：
  松油醇：45-55   乙基纤维素：5-10   二乙二醇丁醚乙酸酯：40-50。
7.根据权利要求1或2所述的晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，其特征在于：所述无机玻璃粉包括SiO2、Bi2O3、B2O3、ZnO、BaO、CaO，其配方按质量百分比为：
       SiO2 ：0.1-20  ； Bi2O3 ：40-80  ；  B2O3 ：0.1-5
       ZnO ：1-10    ；  BaO ：0.1-5   ；  CaO ：0.1-2。
8.根据权利要求7所示的晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，其特征在于：所述无机玻璃粉包括SiO2、Bi2O3、B2O3、ZnO、BaO、CaO，其配方按质量百分比为：
       SiO2 ：5-15  ； Bi2O3 ：50-75   ； B2O3 ：2-4
       ZnO ：4-8    ；  BaO ：1-3    ； CaO ：1-1.5。
9.根据权利要求1或2所述的晶硅太阳能电池背电场合金铝浆，其特征在于：所述添加剂为含钛的氧化物，具体为氧化钛、氧化锡和氧化锑中的至少一种，该添加剂颗粒粒径小于5μm。
10.一种晶硅太阳能电池背电场合金铝浆的制备方法，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比混合后，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：按上述无机玻璃粉的配比，称量所有氧化物粉末，混合均匀，装入坩埚中，放入高温电阻炉中，升温至1000-1200℃，熔炼0.5-1小时，将熔化后的玻璃淬火后装入球磨罐，球磨24小时后，得到粒度小于5μm的玻璃粉，烘干备用；
   c、 制备导电合金铝浆：按上述配方取铝硅锌合金粉，有机粘结剂，无机玻璃粉和添加剂，混合均匀后，在三辊研磨机上进行研磨分散，制得均匀分散，精细度小于15μm，粘度为40000-80000mPa·S的导电合金铝浆。
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