CN103165214B

CN103165214B - 一种太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法

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Publication number: CN103165214B
Application number: CN201110416273.0A
Authority: CN
Inventors: 谭伟华; 符燕青
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: CN103165214A

Abstract

本发明提供一种太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法，本发明所提供太阳能电池用铝导电浆料，包括铝粉、无机粘结剂、有机载体，还包括金属粉添加剂，其中，金属粉添加剂为铅粉和/或铋粉。采用本发明的太阳能电池用铝导电浆料，一方面可进一步降低烧结温度，节约能耗，另一方面可以改善铝粉与铝粉颗粒以及铝粉和硅片之间的欧姆接触，形成均匀致密的硅铝合金层，降低铝膜的方块电阻，以达到提高太阳能电池光电转换效率的目的。

Description

一种太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池用原料，更具体涉及一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法。

背景技术

铝导电浆料属于电子信息材料之一，同时也是制作晶体硅太阳能电池的主要辅助材料，在该电池材料成本中占有相当的比重。硅太阳能电池是一种取之不竭的绿色环保可再生能源，当前国际研究非常活跃。铝浆的成分组成、制作、印刷以及烧结工艺都对太阳能电池的性能有着很大的影响。随着行业的技术发展，硅太阳能电池的光电转化效率也越来越高。如何在保证烧结后的基本性能满足行业要求的条件下，尽可能多的在铝浆方面提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率，成为该类浆料研究的核心问题。

通常的硅基太阳能电池铝导电浆料的主体组分为球形金属铝粉，而球形铝粉外围通常包裹有一定厚度的氧化铝薄层；而现有技术中，太阳能电池用铝导电浆料的烧结工艺通常为：采用200~325目的丝网，将浆料印刷在单晶或多晶硅太阳能电池的背光面上，烘干温度为150℃，烘干3~5分钟，再入隧道炉烧结，预热温度为200~400℃，时间为30~60秒，峰值温度为880~950℃，时间为1~6秒；在这样的烧结温度与时间下，由于玻璃粉的熔蚀作用，球形铝粉外面包裹的氧化铝层部分破裂，铝单质流出，铝粉颗粒之间相互接触而提供电子传输的通道，同时，铝单质扩散入硅片之间形成硅铝合金层；因为高于硅铝共晶点的时间一般很短（5~8秒钟），铝粉颗粒之间无法完全熔融形成均匀密实的金属铝层，铝粉与硅层之间形成的硅铝层也可能存在缝隙或空洞，这样就增大了铝背场的接触电阻，从而造成了电池光电转化效率的降低。通常，也不能以大幅度提高烧结的温度或时间来改善硅铝层的状况，因为这样可能导致铝珠或铝疱的形成。

发明内容

本发明为解决现有技术中太阳能电池用铝导电浆料烧结温度较高时间较长，形成的铝膜方块电阻较高，制得的太阳能电池光电转换效率不够高的技术问题，提供一种新型的太阳能电池用铝导电浆料。

本发明提供一种太阳能电池用铝导电浆料，包括铝粉、无机粘结剂、有机载体，还包括金属粉添加剂，其中，金属粉添加剂为铅粉和/或铋粉。

本发明还提供一种制备本发明所提供太阳能电池用铝导电浆料的方法，包括配制有机载体，制备无机粘结剂，再将有机载体、无机粘结剂、铝粉、金属粉添加剂混合、研磨。

本发明的发明人意外发现，在太阳能电池用铝导电浆料中添加铅和/或铋金属粉末后，制备太阳能电池时，铝导电浆料的烧结温度明显降低，由此铝导电浆料制得的太阳能电池的光电转换效率也明显提高。推测其原因为：铅和/或铋金属粉末的熔点都低于金属铝的熔点，在烧结温度还未达到硅铝合金的共晶温度时，低熔点金属粉末首先熔化，并且，因为该类金属具有很好的流动性，这样它就可以填充在铝粉颗粒之间以及铝粉和硅片之间的“空洞”，形成较厚以及均匀致密的硅铝合金层，并且得到的硅铝层光滑、附着力良好，同时也可降低铝膜的方块电阻，达到提高太阳能电池光电转换效率的目的。而且，铅和/或铋金属粉末可与铝或硅形成合金，能在铝粉之间或铝粉和硅片之间起到一定的粘接作用，因此能替代一部分玻璃粉，降低玻璃粉的用量，从而更进一步降低铝背场的串联电阻，使太阳能电池的光电转换效率进一步提高。另外，在太阳能电池用铝导电浆料中添加铅和/或铋金属粉末，还可在较低的温度下，促使硅铝之间形成硅铝合金层，从而降低铝浆烧成的温度，使导电铝浆料的烧结峰值温度处在780~850℃之间，比以往铝浆料的烧结温度要低许多，大大节约了能耗。

本发明提供一种太阳能电池用铝导电浆料，一方面可进一步降低烧结温度，节约能耗，另一方面可以改善铝粉与铝粉颗粒以及铝粉和硅片之间的欧姆接触，形成均匀致密的硅铝合金层，降低铝膜的方块电阻，以达到提高太阳能电池光电转换效率的目的。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所提供的太阳能电池用铝导电浆料，优选的，金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为0.5~5.0µm，金属粉添加剂的比表面积σ≥0.6m²/g；进一步优选的，金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为1.0~3.0µm，金属粉添加剂的比表面积σ为0.9~4.5m²/g；能够更好的填充在铝粉颗粒之间以形成密实的硅铝层，同时也不会增加金属添加剂的加工成本。

本发明所提供的太阳能电池用铝导电浆料中，金属粉添加剂优选为铅粉，可进一步降低成本。

本发明所提供的太阳能电池用铝导电浆料，以所述太阳能电池用铝导电浆料的总重量为基准，优选的，金属粉添加剂的含量为0.5~5.0wt%；进一步优选的金属粉添加剂的含量为1.0~3.0wt%；在充分起到填充作用的同时，也能更好的提高太阳能电池的光电转换效率。

本发明所提供的太阳能电池用铝导电浆料，以所述太阳能电池用铝导电浆料的总重量为基准，优选的，铝粉的含量为70~80wt%，无机粘接剂的含量为0.2~3.0wt%，有机载体的含量为15~30wt%。得到的铝浆施工效果更好，丝网印刷在电池片上的烧结后对硅片的附着力高，且制得的太阳能电池的光电转化效率也更高。

本发明所提供的太阳能电池用铝导电浆料，以所述有机载体的总重量为基准，优选的，有机载体的组分包括3~15wt%的乙基纤维素，70~95wt%的混合溶剂，0.5~15wt%的助剂；助剂由氢化蓖麻油、聚酰胺蜡粉、十六醇、十八醇中的一种或几种组成，所述混合溶剂由松油醇、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、松节油、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯、二乙二醇单丁醚乙酸酯、邻苯二甲酸二丁酯或磷酸三丁酯中的两种或两种以上组成。

本发明所提供的太阳能电池用铝导电浆料，无机粘结剂为玻璃粉，优选的，玻璃粉为铅硼酸盐玻璃粉或铋硼酸盐玻璃粉；优选的，无机粘结剂的中值粒径D₅₀为0.5~3.0µm。对铝粉烧结的填充效果更好，从而使铝浆对硅片有更好的附着力。

本发明所提供的太阳能电池用铝导电浆料，优选的，铝粉为球形铝粉，铝粉的中值粒径D₅₀为1.0~8.0µm；进一步优选的，铝粉外包有氧化铝薄层，所述氧化铝薄层的厚度为5~20nm。

本发明所提供的太阳能电池用铝导电浆料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将所述的乙基纤维素与助剂溶解在松油醇或其他上述有机溶剂组成的混合溶剂中，在40~70℃下使乙基纤维素或助剂充分溶解并搅拌均匀，得到透明的有机载体。

（2）将先称好的有机载体置于高速分散机的不锈钢罐中，一边搅拌，一边加入玻璃粉和金属添加剂，搅匀；分多次加入铝粉，每次加入先搅匀，再加下一次；全部加完后，高速搅匀；再用三辊研磨机进行研磨10~15次，研磨至细度＜20微米，粘度控制在40000-70000m·Pas（日本理音VT-04F旋转黏度计，2#转子），即可得铝导电浆料成品。

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

步骤一：有机载体的配置

以所需制备的有机载体的总重量为基准，取20重量份的松油醇，54重量份的丁基卡必醇，15重量份邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，混合均匀，组成混合溶剂，将8重量份的乙基纤维素，2重量份的聚酰胺蜡粉， 1重量份的十六醇溶于上述的混合溶剂中，加热到65℃，使其充分溶解，并搅拌均匀，得到均一澄清的有机载体A1。

步骤二：无机粘结剂的制备

取58重量份的氧化铋，22重量份的三氧化二硼，12重量份的二氧化硅，5重量份的氧化钙，3重量份的氧化铝，加入到高速V型混合机中混合20min，至均匀，得到由氧化物混合体粉末装入瓷坩埚中，放入硅碳棒炉，升温预热到500℃保温0.5小时，再升至1250℃，熔炼1小时，水淬，烘干至含水＜8%，采用破碎机器将其破碎至150微米，再装入球磨罐，控制氧化锆球的质量：料：去离子水=2：1：0.5，罐速100转/分，球磨48小时，过滤，烘干得到粒度D₅₀为2.5微米左右的玻璃粉。

步骤三：导电铝浆的制备

以所需制备的铝导电浆料的总重量为基准，取24重量份的有机载体A1置于高速分散机的不锈钢罐中，在搅拌的情况下加入1.0重量份的无机粘结剂粉末以及2.0重量份的中值粒径D₅₀为2.5微米左右的金属添加剂铅粉，然后以500rad/min的转速搅拌10min。

加入73重量份中值粒径D₅₀为4.5微米球形铝粉，分两次加入，搅拌60min。再用Ø150的三辊研磨机研磨10次，得到太阳能电池背场铝导电浆料S1。

实施例2

除将实施例1中步骤三的金属添加剂铅粉改为铅粉和铋粉的混合粉外，其余与实施例1相同。该实施例得到太阳能电池铝导电浆料S2。

实施例3

除将实施例1中步骤三的金属添加剂铅粉的量改为0.5重量份，无机粘结剂粉末的量改为2.5重量份外，其余与实施例1相同。该实施例得到太阳能电池铝导电浆料S3。

实施例4

除将实施例1中步骤三的金属添加剂铅粉的量改为5.0重量份，无机粘结剂粉末的量改为0.2重量份,铝粉的含量改为70.8重量份外，其余与实施例1相同。该实施例得到太阳能电池铝导电浆料S4。

实施例5

除将实施例1中步骤三中D₅₀为2.5微米的铅粉替代为D₅₀为5.0微米的铅粉外，其余与实施例1相同。该实施例得到太阳能电池铝导电浆料S5。

实施例6

除将实施例1中步骤三的金属添加剂铅粉改为铋粉外，其余与实施例1相同。该实施例得到太阳能电池铝导电浆料S6。

对比例1

去除实施例1步骤三中2.0重量份的金属添加剂，将无机粘结剂粉末1.0重量份的改为3.0重量份，其余和实施例1相同。

该对比例得到太阳能电池背场铝导电浆料D1。

按下面工艺将S1-S6及D1制作的浆料制作成太阳能电池片，分别记作S11-S66及D11。

将上述所得的浆料采用280目网板丝网印刷在单晶硅上，单晶硅片规格：125×125mm，腐蚀前厚度为200µm，印刷前厚度为180µm。印刷重量为每片用浆1.0克左右，烘干温度为150℃，烘干时间为3分钟，再入隧道炉烧结，峰值温度为840℃，时间为1秒，烧成厚度为255µm的太阳能电池片。

将D1制作的浆料按上述基本相同的工艺（不同之处在于，峰值温度为900℃），制得太阳能电池片，记作D22。

分别取200片S11-S66及D11-D22电池片，进行性能测试。

性能测试

1、铝膜方块电阻

采用GB/T17473.3-1998规定的方法进行，用分辨率为0.001Ω的数显万用表测定，单位为mΩ/□，计算S1-S6及D1-D2所对应的200片电池片的平均方块电阻值，记入表1中。

2、附着力

在25℃的环境下，用自来水浸泡7天，观察金属膜或线条是否脱落，测得的结果记入表1中。

3、铝膜外观

用肉眼观察铝膜表面是否有有铝珠、铝疱、网印痕迹等，测得的结果记入表1中。

4、光电转化效率

电池片的转化效率用太阳能电池片专用测试仪器，如单次闪光模拟器进行测试。测试条件为标准测试条件(STC) ：光强：1000W/m²；光谱：AM1.5；温度：25℃。测试方法按照IEC904-1进行，S11-S66及D11-D22所对应的200片电池片的平均光电转化效率，记入表1中。

表1

样品	峰值温度	铝膜方块电阻	附着力	铝膜外观	光电转化效率
						S11	840℃	6.5mΩ/□	良好，铝膜不脱落	表面光滑，不起珠，不起疱	18.36%
S22	840℃	10.5 mΩ/□	良好，铝膜不脱落	表面光滑，不起珠，不起疱	18.30%
						S33	840℃	17.8 mΩ/□	良好，铝膜不脱落	表面光滑，不起珠，不起疱	18.25%
S44	840℃	6.5 mΩ/□	良好，铝膜不脱落	表面光滑，不起珠，不起疱	18.20%
						S55	840℃	10 mΩ/□	良好，铝膜不脱落	表面光滑，不起珠，不起疱	18.28%
S66	840℃	17.5 mΩ/□	良好，铝膜不脱落	表面光滑，不起珠，不起疱	18.32%
						D11	840℃	54.6 mΩ/□	铝膜有脱落现象	表面灰暗，不起珠，不起疱	16.32%
D22	900℃	33.2 mΩ/□	良好，铝膜不脱落	表面光滑，不起珠，不起疱	17.75%

从表1中实施例与比较例的结果可以看出，由本发明所提供的太阳能电池背场铝导电浆料在制备太阳能电池片时，烧结的峰值温度为840℃，相对于对D22中的峰值温度明显降低，降低了能耗；同时，采用本发明所提供的太阳能电池背场铝导电浆料能较大幅度地提高电池的光电转换效率，形成的铝膜方块电阻小，硅铝层表面光滑，附着力良好，由本发明的铝导电浆料制得的普通单晶硅太阳能电池的平均光电转化效率都大于18.20%。而采用D1所提供的铝导电浆料，同样在840℃的条件下制得的太阳能电池片光电效率明显降低，铝膜灰暗，且有脱落现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能电池用铝导电浆料，包括铝粉、无机粘结剂、有机载体，其特征在于，还包括金属粉添加剂，所述金属粉添加剂为铅粉和/或铋粉；所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为0.5~5.0µm，所述金属粉添加剂的比表面积σ≥0.6m²/g；以所述太阳能电池用铝导电浆料的总重量为基准，所述金属粉添加剂的含量为0. 5~5.0wt%。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述金属粉添加剂为铅粉。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述金属粉添加剂的中值粒径D₅₀为1.0~3.0µm。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述金属粉添加剂的比表面积σ为0.9~4.5m²/g。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，以所述太阳能电池用铝导电浆料的总重量为基准，所述铝粉的含量为70~80wt%，所述无机粘结剂的含量为0.2~3.0wt%，所述有机载体的含量为15~30wt%。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述有机载体包括乙基纤维素、混合溶剂和助剂；以所述有机载体的总重量为基准，所述乙基纤维素的含量为3~15wt%，所述混合溶剂的含量为70~95wt%，所述助剂的含量为0.5~15wt%。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述助剂由氢化蓖麻油、聚酰胺蜡粉、十六醇、十八醇中的一种或几种组成；

所述混合溶剂由松油醇、丁基卡必醇、松节油、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯、二乙二醇单丁醚乙酸酯、邻苯二甲酸二丁酯或磷酸三丁酯中的两种或两种以上组成。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述无机粘结剂为玻璃粉，所述玻璃粉为铅硼酸盐玻璃粉或铋硼酸盐玻璃粉；所述无机粘结剂的中值粒径D₅₀为0.5~3.0µm。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述铝粉为球形铝粉，所述铝粉的中值粒径D₅₀为1.0~8.0µm；所述铝粉外包有氧化铝薄层，所述氧化铝薄层的厚度为5~20nm。

10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的太阳能电池用铝导电浆料的制备方法，包括配制有机载体，制备无机粘结剂，再将有机载体、无机粘结剂、铝粉、金属粉添加剂混合、研磨。