CN102779567B - 硅太阳能电池用背电极铝浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅太阳能电池用背电极铝浆，一种硅太阳能电池用背电极铝浆，其包括粉体和有机载体，其中粉体的质量百分含量为75～85％，剩余的为有机载体，该粉体包括铝粉和无机玻璃相，该无机玻璃相包括氧化铋10～40wt％，氧化硼5～15wt％，氧化硅20～40wt％，氧化锌5～40wt％，氧化铝0～5wt％，氧化锆0～2wt％，氧化锶0～1wt％，氧化锑0～15wt％。该背电极铝浆能有效的减少烧结后铝背场和硅片间由于热膨胀系数不匹配造成的翘曲，并且铝背场表面光滑，无明显铝珠、铝包等不良。本发明还提供一种上述硅太阳能电池用背电极铝浆的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅太阳能电池用背电极铝浆及其制备方法。
背景技术
作为重要的清洁能源，近年来硅太阳能电池呈现快速增长趋势，而硅太阳能电池的重要耗材之一的导电浆料需求也日益增长。硅太阳能电池用导电浆料主要包括正电极银浆、背电极银铝浆和背电极铝浆三部份，其中背电极铝浆由铝粉、无机玻璃相和有机载体经辊压而成。通常采用丝网印刷技术将背电极铝浆涂覆于太阳能电池硅片的背面，再经隧道炉快速热处理(RTP，Rapid Temperature Process)在太阳能电池硅片的背面形成硅-铝层，即铝背场(BSF，Back SurfaceField)。该铝背场可消除硅与金属电极之间的肖特基势垒，实现良好的欧姆接触，减少接触电阻，从而提高硅太阳能电池的转换效率。同时，由于重金属类杂质在铝中的溶解度远大于硅，因此铝背场的吸杂特性能有效降低重金属对转换效率的不良影响。
由于背电极铝浆要覆盖太阳能电池硅片背面的绝大部分区域，且铝跟硅的热膨胀系数差异较大(铝：24×10-6m/℃，硅：3×10-6m/℃)，因此烧结后形成的硅-铝层很容易引起硅片翘曲变形等问题，造成后续硅片层压封装的困难。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种有效解决上述问题的背电极铝浆。
另外，还有必要提供一种上述背电极铝浆的制备方法。
一种硅太阳能电池用背电极铝浆，其包括粉体和有机载体，其中粉体的质量百分含量为75～85％，剩余的为有机载体，该粉体包括铝粉和无机玻璃相，其中粉体中铝粉的质量百分含量为95～98％，剩余的为无机玻璃相；该铝粉为表面包覆有氮化铝的球形铝粉，且铝粉的粒径分布为1～9μm，该铝粉的粒径分布分为四个区间段，每一区间段的铝粉的质量百分含量为：1～4μm的铝粉的质量百分含量为1～15wt％；4～6μm的铝粉的质量百分含量为20～60wt％；6～8μm的铝粉的质量百分含量为20～60wt％；8～9μm的铝粉的质量百分含量为0～30wt％；该无机玻璃相包括质量百分含量为10～40％的氧化铋，质量百分含量为5～15％的氧化硼，质量百分含量为20～40％的氧化硅，质量百分含量为5～40％的氧化锌，质量百分含量为0～5％的氧化铝，质量百分含量为0～2％的氧化锆，质量百分含量为0～1％的氧化锶及质量百分含量为0～15％的氧化锑。
一种硅太阳能电池用背电极铝浆的制备方法，其包括如下步骤：
(a)粉体的制备：
铝粉为表面包覆有氮化铝的的球形铝粉，按下述成份和配比制备铝粉：
粒径区间1：1～4μm，质量百分含量：1～15wt％；
粒径区间2：4～6μm，质量百分含量：20～60wt％；
粒径区间3：6～8μm，质量百分含量：20～60wt％；
粒径区间4：8～9μm，质量百分含量：0～30wt％；
按下述成份和配比制备无机玻璃相：
氧化铋：10～40wt％；
氧化硼：5～15wt％；
氧化硅：20～40wt％；
氧化锌：5～40wt％；
氧化铝：0～5wt％；
氧化锆：0～2wt％；
氧化锶：0～1wt％；
氧化锑：0～15wt％；
按铝粉的质量百分含量为95～98％，剩余的为无机玻璃相的配比分别称取铝粉和无机玻璃相，放入V型混料机进行混合，混料时间为8h；
(b)有机载体的制备
有机树脂：8～30wt％；
溶剂：70～90wt％；
消泡剂：0.5～1wt％；
增塑剂：1～5wt％；
表面活性剂：0.5～2wt％；
触变剂：0.5～2wt％；
按上述成份和配比关系制备有机载体，混合后搅拌并保持温度为100～120℃；
(c)背电极铝浆的制备
按粉体的质量百分含量为75～85％，剩余的为有机载体的比例将粉体与有机载体进行混合并搅拌，然后使用三辊研磨机进行研磨，三辊研磨机的辊距为80～150μm，研磨次数为5～10次。
本发明设计一种硅太阳能电池用背电极铝浆，通过选择特殊的无机玻璃相成份，能有效的减少烧结后铝背场和硅片间由于热膨胀系数不匹配造成的翘曲，并且铝背场表面光滑，无明显铝珠、铝包等不良。
具体实施方式
本发明较佳实施例的硅太阳能电池用背电极铝浆，其包括粉体和有机载体，其中背电极铝浆中粉体的质量百分含量为75～85％，剩余的为有机载体。粉体包括铝粉和无机玻璃相，其中粉体中铝粉的质量百分含量为95～98％，剩余的为无机玻璃相。
(1)铝粉
所述铝粉为表面包覆有氮化铝的高真圆度的球形铝粉，氮化铝起保护作用。所述铝粉的粒径分布为1～9μm。将所述铝粉的粒径分布分为四个区间段，每一区间段的铝粉的质量百分含量为：
粒径区间1：1～4μm，质量百分含量：1～15wt％；
粒径区间2：4～6μm，质量百分含量：20～60wt％；
粒径区间3：6～8μm，质量百分含量：20～60wt％；
粒径区间4：8～9μm，质量百分含量：0～30wt％。
(2)无机玻璃相
所述无机玻璃相是一种无铅玻璃相，为铋-硼-硅-锌系玻璃相，并可选择性添加氧化铝、氧化锆、氧化锶和氧化锑。
所述无机玻璃相包括的组分及每一组分的质量百分含量如下：
氧化铋(Bi2O3)：10～40wt％；
氧化硼(B2O3)：5～15wt％；
氧化硅(SiO2)：20～40wt％；
氧化锌(ZnO)：5～40wt％；
氧化铝(Al2O3)：0～5wt％；
氧化锆(ZrO)：0～2wt％；
氧化锶(SrO)：0～1wt％；
氧化锑(Sb2O3)：0～15wt％。
(3)有机载体
所述有机载体包括有机树脂、溶剂、消泡剂、增塑剂、表面活性剂及触变剂，其中各组分的质量百分含量如下：
有机树脂：8～30wt％；
溶剂：70～90wt％；
消泡剂：0.5～1wt％；
增塑剂：1～5wt％；
表面活性剂：0.5～2wt％；
触变剂：0.5～2wt％。
有机树脂选用乙基纤维素、醋丁纤维素、酚醛树脂及酚醛环氧树脂中的一种或几种。
溶剂选用松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一种或几种。
消泡剂选用硅油及改性聚醚类中的一种或几种。消泡剂可降低有机载体的表面张力，减少丝网印刷时气泡的产生。
增塑剂选用柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种。增塑剂可增加有机载体的粘附力。
表面活性剂选用卵磷脂、司盘及聚醚类物质中的一种或几种。表面活性剂可促进粉体在有机载体中分散。
触变剂选用聚酰胺蜡及氢化蓖麻油中的一种或几种。触变剂可使浆料受力变稀，静置变稠，提高浆料的印刷性。
本发明较佳实施例的硅太阳能电池用背电极铝浆的制备，其包括如下步骤：
(a)粉体的制备
按上述成份和配比关系分别制备铝粉和无机玻璃相；再将铝粉和无机玻璃相按前述配比分别称取，放入V型混料机进行混合，混料时间为8h，得到均匀的粉体。
(b)有机载体的制备
按上述成份和配比关系制备有机载体原料，混合后加热至温度为100～120℃，搅拌直至树脂溶解，溶液成为均匀液体，得到有机载体。
(c)背电极铝浆的制备
将粉体与有机载体按所述配比进行混合搅拌，然后使用三辊研磨机进行研磨，辊距为80～150μm，研磨次数为5～10次，得到均匀分散的膏状的铝浆。
该背电极铝浆的细度<10μm，粘度为20000～50000mpa·s。
使用325目不锈钢丝网将所述背电极铝浆印刷于125*125mm单晶硅片(硅片厚度为200μm)，再使用链式隧道炉进行烧结，烧结温度为850～900℃，烧结时间为10秒。烧结后形成的硅铝层(铝背场)呈灰白色，表面光滑且无铝珠、铝包。测试样品的翘曲度，翘曲度范围为0.8～1.1mm，符合业界翘曲度<1.3mm的要求。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
(1)粉体的制备：
按下述组分与重量比例配制铝粉：
1～4μm铝粉：15wt％；
4～6μm铝粉：40wt％；
6～8μm铝粉：45wt％；
按下述组分与重量比例配制无机玻璃相：
Bi2O3：18wt％；
B2O3：10wt％；
SiO2：30wt％；
ZnO：30wt％；
Al2O3：1wt％；
ZrO：0.5wt％；
SrO：0.5wt％；
Sb2O3：10wt％。
将铝粉按重量为95wt％，无机玻璃相按重量为5wt％的比例，放入V型混料机，混料8小时后取出，得到均匀的粉体。
(2)有机载体的制备：
乙基纤维素：14wt％；
松油醇：77wt％；
硅油：1wt％；
二乙二醇丁醚醋酸酯：5wt％；
司盘：1wt％；
聚酰胺蜡：2wt％。
将上述成份和重量比的有机载体原料混合后加热至100～120℃，电动搅拌直至树脂溶解形成均匀的溶液，得到有机载体。
(3)铝浆的制备：
称取80wt％重量比的粉体及20wt％重量比的有机载体进行混合并搅拌均匀，然后在三辊研磨机中进行研磨，辊距调整为100μm，研磨10次后得到均匀分散的铝浆。
(4)铝浆的性能测试：
所述铝浆的细度＜10μm，粘度(25℃)为20000～40000mpa·s。
使用325目不锈钢丝网将所述铝浆印刷于125*125mm单晶硅片(硅片厚度为200μm)，再使用链式隧道炉进行烧结，烧结温度为850～900℃，烧结时间为10秒。烧结后形成的硅铝层(铝背场)的厚度为25±5μm。铝背场呈灰白色，表面光滑且无铝珠、铝包。
电性能测试结果：
串联电阻＜8mΩ；开路电压＞0.618V；转换效率＞16.7％。
测试结果表明，样品的电性能良好。
翘曲度测试：
分别对10个样品进行翘曲度测试，翘曲度的平均值为1.062mm。
实施例2
(1)粉体的制备：
按下述组分与重量比例配制铝粉：
1～4μm铝粉：10wt％；
4～6μm铝粉：30wt％；
6～8μm铝粉：50wt％；
8～9μm铝粉：10wt％。
按下述组分与重量比例配制无机玻璃相：
Bi2O3：10wt％；
B2O3：15wt％；
SiO2：40wt％；
ZnO：23wt％；
Al2O3：1wt％；
ZrO：0.5wt％；
SrO：0.5wt％；
Sb2O3：10wt％。
将铝粉按重量比为96wt％，无机玻璃相按重量比为4wt％的比例，放入V型混料机，混料8小时后取出，得到均匀的粉体。
(2)有机载体的制备：
乙基纤维素：10wt％；
二乙二醇丁醚：81.5wt％；
硅油：1wt％；
柠檬酸三丁酯：5wt％；
卵磷脂：0.5wt％；
氢化蓖麻油：2wt％。
将上述成份和重量比的有机载体原料混合后加热至100～120℃，电动搅拌直至树脂溶解形成均匀的溶液，得到有机载体。
(3)铝浆的制备：
称取77wt％重量比的粉体及23wt％重量比的有机载体进行混合并搅拌均匀，然后在三辊研磨机中进行研磨，辊距调整为100μm，研磨10次后得到均匀分散的铝浆。
(4)铝浆的性能测试：
所述铝浆的细度＜10μm，粘度(25℃)为30000～50000mpa·s。
使用325目不锈钢丝网将所述铝浆印刷于125*125mm单晶硅片(硅片厚度为200μm)，再使用链式隧道炉进行烧结，烧结温度为850～900℃，烧结时间为10秒。烧结后形成的硅铝层(铝背场)的厚度为25±5μm。铝背场呈灰白色，表面光滑且无铝珠、铝包。
电性能测试结果：
串联电阻＜10mΩ；开路电压＞0.613V；转换效率＞16.4％。
测试结果表明，样品的电性能良好。
翘曲度测试：
分别对10个样品进行翘曲度测试，翘曲度的平均值为0.984mm。
本发明设计一种硅太阳能电池用背电极铝浆，通过选择特殊的无机玻璃相成份，能有效的减少烧结后由于铝背场和硅片间热膨胀系数不匹配造成的翘曲，并且铝背场表面光滑，无明显铝珠、铝包等不良。
Claims (10)
1.一种硅太阳能电池用背电极铝浆，其包括粉体和有机载体，其中粉体的质量百分含量为75～85％，剩余的为有机载体，其特征在于：该粉体包括铝粉和无机玻璃相，其中粉体中铝粉的质量百分含量为95～98％，剩余的为无机玻璃相；该铝粉为表面包覆有氮化铝的球形铝粉，且铝粉的粒径分布为1～9μm，该铝粉的粒径分布分为四个区间段，每一区间段的铝粉的质量百分含量为：1～4μm的铝粉的质量百分含量为1～15wt％；4～6μm的铝粉的质量百分含量为20～60wt％；6～8μm的铝粉的质量百分含量为20～60wt％；8～9μm的铝粉的质量百分含量为0～30wt％；该无机玻璃相包括质量百分含量为10～40％的氧化铋，质量百分含量为5～15％的氧化硼，质量百分含量为20～40％的氧化硅，质量百分含量为5～40％的氧化锌，质量百分含量为0～5％的氧化铝，质量百分含量为0～2％的氧化锆，质量百分含量为0～1％的氧化锶及质量百分含量为0～15％的氧化锑。
2.如权利要求1所述的硅太阳能电池用背电极铝浆，其特征在于：该有机载体包括有机树脂、溶剂、消泡剂、增塑剂、表面活性剂及触变剂，其中各组分的质量百分含量为：有机树脂：8～30wt％；溶剂：70～90wt％；消泡剂：0.5～1wt％；增塑剂：1～5wt％；表面活性剂：0.5～2wt％；触变剂：0.5～2wt％。
3.如权利要求2所述的硅太阳能电池用背电极铝浆，其特征在于：该有机树脂为乙基纤维素、醋丁纤维素、酚醛树脂及酚醛环氧树脂中的一种或几种。
4.如权利要求2所述的硅太阳能电池用背电极铝浆，其特征在于：该溶剂为松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一种或几种。
5.如权利要求2所述的硅太阳能电池用背电极铝浆，其特征在于：该消泡剂选用硅油及改性聚醚类中的一种或几种。
6.如权利要求2所述的硅太阳能电池用背电极铝浆，其特征在于：该增塑剂为柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种。
7.如权利要求2所述的硅太阳能电池用背电极铝浆，其特征在于：该表面活性剂为卵磷脂、司盘及聚醚类物质中的一种或几种。
8.如权利要求2所述的硅太阳能电池用背电极铝浆，其特征在于：该触变剂为聚酰胺蜡及氢化蓖麻油中的一种或几种。
9.一种硅太阳能电池用背电极铝浆的制备方法，其包括如下步骤：
(a)粉体的制备：
铝粉为表面包覆有氮化铝的的球形铝粉，按下述成份和配比制备铝粉：
粒径区间1：1～4μm，质量百分含量：1～15wt％；
粒径区间2：4～6μm，质量百分含量：20～60wt％；
粒径区间3：6～8μm，质量百分含量：20～60wt％；
粒径区间4：8～9μm，质量百分含量：0～30wt％；
按下述成份和配比制备无机玻璃相：
氧化铋：10～40wt％；
氧化硼：5～15wt％；
氧化硅：20～40wt％；
氧化锌：5～40wt％；
氧化铝：0～5wt％；
氧化锆：0～2wt％；
氧化锶：0～1wt％；
氧化锑：0～15wt％；
按铝粉的质量百分含量为95～98％，剩余的为无机玻璃相的配比分别称取铝粉和无机玻璃相，放入V型混料机进行混合，混料时间为8h；
(b)有机载体的制备
有机树脂：8～30wt％；
溶剂：70～90wt％；
消泡剂：0.5～1wt％；
增塑剂：1～5wt％；
表面活性剂：0.5～2wt％；
触变剂：0.5～2wt％；
按上述成份和配比关系制备有机载体，混合后搅拌并保持温度为100～120℃；
(c)背电极铝浆的制备
按粉体的质量百分含量为75～85％，剩余的为有机载体的比例将粉体与有机载体进行混合并搅拌，然后使用三辊研磨机进行研磨，三辊研磨机的辊距为80～150μm，研磨次数为5～10次。
10.如权利要求9所述的硅太阳能电池用背电极铝浆的制备方法，其特征在于：该有机树脂为乙基纤维素、醋丁纤维素、酚醛树脂及酚醛环氧树脂中的一种或几种；该溶剂为松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一种或几种；该消泡剂选用硅油及改性聚醚类中的一种或几种；该增塑剂为柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种；该表面活性剂为卵磷脂、司盘及聚醚类物质中的一种或几种；该触变剂为聚酰胺蜡及氢化蓖麻油中的一种或几种。
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