CN102592704B - 一种用于太阳能电池的铝浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能电池的铝浆，该铝浆包括：铝粉、铜粉、无铅玻璃粉、有机载体，有机载体由有机溶剂和有机添加剂组成，铝粉为球形和/或鳞片形，铝粉的粒径包含有粗、细两种；无铅玻璃粉采用镧、硼、锌玻璃体系。其制备方法为：将上述无铅玻璃粉原料混合均匀后放于高温马弗炉进行加热、保温，再将熔化后的玻璃粉末颗粒淬火后进行研磨；将有机溶剂和有机添加剂按比例进行混合搅拌均匀即可；将铝粉、铜粉、无铅玻璃粉、有机载体进行称重在容器中搅拌均匀放入三辊研磨机中进行研磨，即得到均匀的用于太阳能电池的铝浆。在满足太阳能电池电性能的前提下，还能够满足无铅环保要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝浆，具体涉及一种用于太阳能电池的铝浆及其制备方法。
背景技术
在硅太阳能电池生产工艺中，背电极制作是非常重要的工序。背电极金属铝浆经由丝网印刷并经隧道炉快速热处理后，可以在太阳能电池硅片的背阳面形成铝背场，提高开路电压同时，烧结过程中形成的硅-铝合金可以消除硅片与电极之间的肖特基势垒，实现良好的欧姆接触，从而提高太阳能电池的转换效率。这种工艺剔除了传统工艺中形成P+区需要的昂贵的微加工过程，使太阳能电池的大规模生产成为可能。硅太阳能电池的结构一般分为六层。背电极所用的金属铝浆决定了P+型扩散层和背部金属层的形成，从而对整个电池的工作性能产生较大影响。另外，与正面所用金属银浆不同，背面金属铝浆要覆盖背阳面硅片的绝大部分表面。因此，背面铝电极也很容易引起硅片发生弯曲变形等问题。
导电铝浆的质量直接影响太阳能电池的串联电阻和电池光电转换效率，它是太阳能电池生产中的一个非常关键的技术要点。目前太阳能电池导电铝浆在玻璃混合粉末中含有铅、汞、镉、聚溴联苯、聚溴二苯等有害物质，该种玻璃粉末虽然具有软化温度较低、电性能稳定等优点，但是该体系含铅比例较高，对环境的污染较大，不符合环保要求。在太阳能电池日益普及的情况下，含铅太阳能电池导电铝浆的使用已受到限制，不久将逐渐被淘汰，必须研制高导电性能的无铅导电铝浆，以满足大规模太阳能电池生产需求。另外在现有的铝浆中使用铝粉的粒径基本上是一致的，这样若铝粉粒径过大丝网印刷会出现裂纹，而且会增大接触电阻，若铝粉粒径过小，铝粉会出现团聚问题，影响其铝粉分布的均匀性。因此，有必要对铝粉的粒径进行有效调控。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种不含铝的太阳能电池铝浆，在满足太阳能电池电性能的前提下，使太阳能电池能够满足国际市场对太阳能电池的无铅环保要求，同时使丝网印刷后的铝背板导线分布、致密。本发明的另一个目的还在于，提供一种制备上述铝粉的工艺方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，所述铝浆包括：65～75wt％的铝粉、5～15wt％的无铅玻璃粉、10～15wt％的有机载体，所述有机载体由有机溶剂和有机添加剂组成，两者间的重量比为4∶1～6∶1，所述的铝粉为球形和/或鳞片形，所述铝粉的粒径包含有1～2μm和3～6μm两种，所述铜粉的粒径为3～6μm；所述有机溶剂包括松油醇、松节油、丁基卡必醇、邻苯酯类、增塑剂和表面活性剂中的任一种或它们的组合；所述有机添加剂为纤维素；所述无铅玻璃粉采用镧、硼、锌玻璃体系，其组分包括：0.5～1wt％的La2O3、70～85wt％的B2O3、2～5wt％的Al2O3、2～5wt％的ZnO、1～5wt％的Na2O、2～5wt％的Li2O、3～8wt％的V2O5和0.5～1wt％的P2O5。
优选的技术方案是，在所述铝粉中粒径为1～2μm的约占15～35％，粒径为3～6μm的约占65～85％。
优选的技术方案还有，所述无铅玻璃粉的粒径为1～3μm。
优选的技术方案还有，所述的纤维素包括乙基纤维素、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素中的任一种或它们的组合。
优选的技术方案还有，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯和/或丙烯酸树脂。
优选的技术方案还有，所述的表面活性剂为三乙醇胺、氢化蓖麻油、卵磷脂。
优选的技术方案还有，所述的有机溶剂还包括偶联剂、流平剂、分散剂和触变剂中的任一种或它们的组合。
进一步优选的技术方案是，所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸脂、铝酸脂和有机络合物中的任一种或它们的组合。
进一步优选的技术方案是，所述的流平剂为丙烯酸酯；所述的分散剂为硬脂酰胺与高级醇；所述的触变剂为气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土。
本发明的另一个技术方案是，提供了一种用于太阳能电池的铝浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法的工艺步骤如下：
第一步、无铅玻璃粉的制备，按无铅玻璃粉的组分及重量百分比配备原料：0.5～1wt％的La2O3、70～85wt％的B2O3、2～5wt％的Al2O3、2～5wt％的ZnO、1～5wt％的Na2O、2～5wt％的Li2O、3～8wt％的V2O5和0.5～1wt％的P2O5；
第二步、将上述原料按照重量比称重，混合均匀后放于高温马弗炉进行加热，温度控制在1200～1500℃，然后保温30～60分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒淬火后进行研磨；
第三步、有机载体制备，将有机溶剂和有机添加剂按照重量比例4∶1～6∶1进行混合搅拌均匀即可；
第四步、太阳能电池导电铝浆的制备，将65～75wt％铝粉，无铅玻璃粉5～15wt％，5～10wt％的铜粉、有机载体10～15wt％，进行称重在容器中搅拌均匀放入三辊研磨机中进行研磨，即得到均匀的用于太阳能电池的铝浆。
本发明的优点和有益效果在于：按本发明配方所获得的太阳能电池铝浆不含铅，完全符合环保要求，能在太阳能电池表面形成附着力强、低欧姆接触电阻的导电电极，电池光电转换效率高，是含铅铝浆的理想取代物。另外由于在该铝浆中选用了两种粒径的铝粉，使丝网印制出的电极致密均匀，接触电阻小，粘结牢固。另外由于在该铝浆中加入铜粉，从而提高了导电效果。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明是一种用于太阳能电池的铝浆，该铝浆包括：65wt％的铝粉、10wt％的铜粉、10wt％的无铅玻璃粉、15wt％的有机载体，所述有机载体由有机溶剂和有机添加剂组成，两者间的重量比为4∶1，所述的铝粉为球形，所述铝粉的粒径包含有1μm和3μm两种，所述铜粉的粒径为3μm；所述有机溶剂包括松油醇、松节油、丁基卡必醇、苯二甲酸二丁酯、增塑剂和表面活性剂中的任一种或它们的组合；所述有机添加剂为纤维素；所述无铅玻璃粉采用镧、硼、锌玻璃体系，其组分包括：1wt％的La2O3、70wt％的B2O3、5wt％的Al2O3、5wt％的ZnO、5wt％的Na2O、5wt％的Li2O、8wt％的V2O5和1wt％的P2O5。在所述铝粉中粒径为1μm的约占20％，粒径为3μm的约占60％。所述无铅玻璃粉的粒径为1μm。所述的纤维素包括乙基纤维素。所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯和/或丙烯酸树脂。所述的表面活性剂为三乙醇胺、氢化蓖麻油、卵磷脂。所述的有机溶剂还包括偶联剂、流平剂、分散剂和触变剂中的任一种或它们的组合。所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸脂、铝酸脂和有机络合物中的任一种或它们的组合。所述的流平剂为丙烯酸酯；所述的分散剂为硬脂酰胺与高级醇；所述的触变剂为气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土。
本发明的另一个技术方案是，提供了一种用于太阳能电池的铝浆的制备方法，所述制备方法的工艺步骤如下：
第一步、无铅玻璃粉的制备，按无铅玻璃粉的组分及重量百分比配备原料：1wt％的La2O3、70wt％的B2O3、5wt％的Al2O3、5wt％的ZnO、5wt％的Na2O、5wt％的Li2O、8wt％的V2O5和1wt％的P2O5；
第二步、将上述原料按照重量比称重，混合均匀后放于高温马弗炉进行加热，温度控制在1200℃，然后保温60分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒淬火后进行研磨；
第三步、有机载体制备，将有机溶剂和有机添加剂按照重量比例4∶1进行混合搅拌均匀即可；
第四步、太阳能电池导电铝浆的制备，将65wt％的铝粉、10wt％的铜粉，10wt％的无铅玻璃粉，15wt％的有机载体，进行称重在容器中搅拌均匀放入三辊研磨机中进行研磨，即得到均匀的用于太阳能电池的铝浆。
实施例2
本发明是一种用于太阳能电池的铝浆，该铝浆包括：75wt％的铝粉、5wt％的铜粉、10wt％的无铅玻璃粉、10wt％的有机载体，所述有机载体由有机溶剂和有机添加剂组成，两者间的重量比为6∶1，所述的铝粉为球形，所述铝粉的粒径包含有2μm和6μm两种，所述铜粉的粒径为4μm；所述有机溶剂包括松油醇、松节油、丁基卡必醇、邻苯二甲酸二癸酯、增塑剂和表面活性剂中的任一种或它们的组合；所述有机添加剂为纤维素；所述无铅玻璃粉采用镧、硼、锌玻璃体系，其组分包括：0.5wt％的La2O3、80wt％的B2O3、3wt％的Al2O3、2wt％的ZnO、3wt％的Na2O、2wt％的Li2O、4wt％的V2O5和0.5wt％的P2O5。在所述铝粉中粒径为2μm的约占20％，粒径为6μm的约占60％。所述无铅玻璃粉的粒径为3μm。所述的纤维素包括乙基纤维素。所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯和/或丙烯酸树脂。所述的表面活性剂为三乙醇胺、氢化蓖麻油、卵磷脂。所述的有机溶剂还包括偶联剂、流平剂、分散剂和触变剂中的任一种或它们的组合。所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸脂、铝酸脂和有机络合物中的任一种或它们的组合。所述的流平剂为丙烯酸酯；所述的分散剂为硬脂酰胺与高级醇；所述的触变剂为气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土。
本发明的另一个技术方案是，提供了一种用于太阳能电池的铝浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法的工艺步骤如下：
第一步、无铅玻璃粉的制备，按无铅玻璃粉的组分及重量百分比配备原料：0.5wt％的La2O3、80wt％的B2O3、3wt％的Al2O3、2wt％的ZnO、3wt％的Na2O、2wt％的Li2O、4wt％的V2O5和0.5wt％的P2O5。
第二步、将上述原料按照重量比称重，混合均匀后放于高温马弗炉进行加热，温度控制在1500℃，然后保温40分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒淬火后进行研磨；
第三步、有机载体制备，将有机溶剂和有机添加剂按照重量比例4∶1进行混合搅拌均匀即可；
第四步、太阳能电池导电铝浆的制备，将75wt％的铝粉，5wt％的铜粉，10wt％的无铅玻璃粉，10wt％的有机载体，进行称重在容器中搅拌均匀放入三辊研磨机中进行研磨，即得到均匀的用于太阳能电池的铝浆。
实施例3
本发明是一种用于太阳能电池的铝浆，该铝浆包括：70wt％的铝粉、7wt％的铜铝粉、8wt％的无铅玻璃粉、15wt％的有机载体，所述有机载体由有机溶剂和有机添加剂组成，两者间的重量比为5∶1，所述的铝粉为球形，所述铝粉的粒径包含有1.5μm和4μm两种，所述铜粉的粒径为5μm；所述有机溶剂包括松油醇、松节油、丁基卡必醇、邻苯二甲酸二辛酯类、增塑剂和表面活性剂中的任一种或它们的组合；所述有机添加剂为纤维素；所述无铅玻璃粉采用镧、硼、锌玻璃体系，其组分包括：0.5wt％的La203、75wt％的B203、5wt％的Al203、5wt％的ZnO、3wt％的Na2O、2wt％的Li2O、4wt％的V2O5和0.5wt％的P2O5。在所述铝粉中粒径为1.5μm的约占35％，粒径为4μm的约占65％。所述无铅玻璃粉的粒径为2μm。所述的纤维素包括乙基纤维素。所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯和/或丙烯酸树脂。所述的表面活性剂为三乙醇胺、氢化蓖麻油、卵磷脂。所述的有机溶剂还包括偶联剂、流平剂、分散剂和触变剂中的任一种或它们的组合。所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸脂、铝酸脂和有机络合物中的任一种或它们的组合。所述的流平剂为丙烯酸酯；所述的分散剂为硬脂酰胺与高级醇；所述的触变剂为气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土。
本发明的另一个技术方案是，提供了一种用于太阳能电池的铝浆的制备方法，所述制备方法的工艺步骤如下：
第一步、无铅玻璃粉的制备，按无铅玻璃粉的组分及重量百分比配备原料：0.5wt％的La2O3、75wt％的B2O3、5wt％的Al2O3、5wt％的ZnO、3wt％的Na2O、2wt％的Li2O、4wt％的V2O5和0.5wt％的P2O5。
第二步、将上述原料按照重量比称重，混合均匀后放于高温马弗炉进行加热，温度控制在1500℃，然后保温30分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒淬火后进行研磨；
第三步、有机载体制备，将有机溶剂和有机添加剂按照重量比例4∶1进行混合搅拌均匀即可；
第四步、太阳能电池导电铝浆的制备，将70wt％的铝粉，7wt％的铜粉，8wt％的无铅玻璃粉，15wt％的有机载体，进行称重在容器中搅拌均匀放入三辊研磨机中进行研磨，即得到均匀的用于太阳能电池的铝浆。
硅太阳能电池背电场铝浆的组成及原理：
硅太阳能电池背电场铝浆主要由无机粘结相、金属导电铝粉、有机载体和改性剂等原料按一定的比例组成。
无机粘结相是一种超细玻璃粉，它是由可形成玻璃的各种氧化物经高温熔合，然后水淬细化得到。无机粘结相在整个浆料里所占比例一般小于10％，但却起到了非常重要的作用。加人超细玻璃粉以后，可以明显降低烧结峰值温度，使金属铝粉在经峰值温度后形成铝膜，且形成的铝膜表面光滑，不起灰，同时膜与硅片有较强的附着力。目前硅太阳能电池的正银电极，背铝、银铝电极的形成会采用一次共烧结技术，玻璃粉作为调节烧结温度和成膜形态的关键成分，在浆料组成中起着非常重要的作用。
与普通的电子封装用浆料不同，太阳能电池电极用浆料除了要求导电良好，还要与硅这种半导体材料形成良好的欧姆接触，这样才能起到提高光电转换效率的作用。Ni、Al、Zn、Sb等贱金属可以与半导体形成欧姆接触，有报道称锌浆可以作为一种良好的欧姆接触材料。铝作为价格相对便宜的贱金属，非常适合作为背面金属化所用金属材料。铝-硅合金共融体促进了铝背场的形成，同时金属铝与硅可以形成欧姆接触。研究表明，铝粉的颗粒大小、粉粒形态和浆料里铝粉所占比例这些因素对浆料的电性能有很大影响。颗粒较小的铝粉的比表面积较大，经烧结后形成的电极表面致密、光洁。也有研究表明，对铝粉表面改性或是掺入部分其他金属粉料，能对电池性能改进起到积极作用。
有机成分会在浆料烧结过程中完全挥发，但这并不意味着可以忽视有机成分对浆料性能产生的影响。通常我们指的有机成分包括了有机高分子聚合物、有机溶剂、有机添加剂等等。浆料的流变性，固体粒子的浸润性，金属粉料的悬浮性和流动性以及浆料整体的触变性等都靠有机成分来调节。目前的太阳能电池生产工艺普遍采用丝网印刷，而有机成分调节了丝网印刷工艺条件，决定了印刷质量的优劣。有机成分还必须在烧结过程中完全碳化除去，否则会在导电体内留下大电阻杂质，影响电池片的转换效率。
硅太阳能电池本质上是一种半导体pn结器件，而器件的核心部分硅片的参数在某个时期某种特定的技术条件下是固定的，所以在电池加工生产的后续环节中，为提高电池的转换效率，对电极浆料的适度改性是改进电池性能的有效方法。研究显示，为配合浆料以上三种成分而添加的改性剂，通常起到防止金属粉氧化，提高P+区域杂质浓度，改善玻璃料烧结状态等作用，这些都在一定程度上提高了硅太阳能电池的转换效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，所述铝浆包括：65～75wt％的铝粉、5～10wt％的铜粉、5～15wt％的无铅玻璃粉、10～15wt％的有机载体，所述有机载体由有机溶剂和有机添加剂组成，两者间的重量比为4∶1～6∶1，所述的铝粉为球形和/或鳞片形，所述铝粉的粒径包含有1～2μm和3～6μm两种，所述铜粉的粒径为3～6μm；所述有机溶剂包括松油醇、松节油、丁基卡必醇、邻苯酯类、增塑剂和表面活性剂中的任一种或它们的组合；所述有机添加剂为纤维素；所述无铅玻璃粉采用镧、硼、锌玻璃体系，其组分包括：0.5～1wt％的La2O3、70～85wt％的B2O3、2～5wt％的Al2O3、2～5wt％的ZnO、1～5wt％的Na2O、2～5wt％的Li2O、3～8wt％的V2O5和0.5～1wt％的P2O5。
2.如权利要求1所述的用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，在所述铝粉中粒径为1～2μm的占15～35％，粒径为3～6μm的约占65～85％。
3.如权利要求1所述的用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，所述无铅玻璃粉的粒径为1～3μm。
4.如权利要求1所述的用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，所述的纤维素包括乙基纤维素、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素中的任一种或它们的组合。
5.如权利要求1所述的用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯和/或丙烯酸树脂。
6.如权利要求1所述的用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，所述的表面活性剂为三乙醇胺、氢化蓖麻油、卵磷脂。
7.如权利要求1所述的用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，所述的有机溶剂还包括偶联剂、流平剂、分散剂和触变剂中的任一种或它们的组合。
8.如权利要求7所述的用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸脂、铝酸脂和有机络合物中的任一种或它们的组合。
9.如权利要求7所述的用于太阳能电池的铝浆，其特征在于，所述的流平剂为丙烯酸酯；所述的分散剂为硬脂酰胺或高级醇；所述的触变剂为气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土。
10.一种权利要求1所述用于太阳能电池的铝浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法的工艺步骤如下：
第一步、无铅玻璃粉的制备，按无铅玻璃粉的组分及重量百分比配备原料：0.5～1wt％的La2O3、70～85wt％的B2O3、2～5wt％的Al2O3、2～5wt％的ZnO、1～5wt％的Na2O、2～5wt％的Li2O、3～8wt％的V2O5和0.5～1wt％的P2O5；
第二步、将上述原料按照重量比称重，混合均匀后放于高温马弗炉进行加热，温度控制在1200～1500℃，然后保温30～60分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒淬火后进行研磨；
第三步、有机载体制备，将有机溶剂和有机添加剂按照重量比例4∶1～6∶1进行混合搅拌均匀即可；
第四步、太阳能电池导电铝浆的制备，将65～75wt％的铝粉，5～10wt％的铜粉、无铅玻璃粉5～15wt％，有机载体10～15wt％，进行称重在容器中搅拌均匀放入三辊研磨机中进行研磨，即得到均匀的用于太阳能电池的铝浆。
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