CN103177790B

CN103177790B - 太阳能电池背场过渡浆料及其制备方法和太阳能电池片的制备方法以及太阳能电池片

Info

Publication number: CN103177790B
Application number: CN201110437768.1A
Authority: CN
Inventors: 谭伟华; 姜占锋
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: CN103177790A

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池背场过渡浆料，以太阳能电池背场过渡浆料的总质量为基准，所述太阳能电池背场过渡浆料中含有70-80wt%的球形硅铝合金粉，0.5-3.0wt%的无机玻璃粉，17-29.5wt%的有机载体；所述球形硅铝合金粉中硅含量为10-15wt%。本发明还提供了所述太阳能电池背场过渡浆料的制备方法、一种太阳能电池片的制备方法以及由该方法得到的太阳能电池片。采用本发明提供的方法制备得到的太阳能电池片的硅片底层、硅铝合金层、铝层三层之间具有良好的附着力，无掉粉现象，表面金属膜光滑、无缺陷，不起珠或疱；且太阳能电池片的弯曲度小，开路电压高，光电转换效率高达18.40%以上。

Description

太阳能电池背场过渡浆料及其制备方法和太阳能电池片的制备方法以及太阳能电池片

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池背场过渡浆料及其制备方法和一种太阳能电池片的制备方法以及由该方法制备得到的太阳能电池片。

背景技术

当前关于太阳能电池的研究非常活跃，太阳能电池有望成为未来电力供应的主要支柱。太阳能电池的背场导电浆料是制作太阳能电池的主要辅助材料，形成的背电场可以提高太阳能电池的开路电压和短路电流。因此，太阳能电池的背场导电浆料的组成和制作工艺对太阳能电池片的性能有着很大的影响。

目前，常用的背场导电浆料主要由功能性粉体(金属粉，例如纯铝粉)、有机载体和高温下起粘结作用的无机玻璃粉组成。其中，金属粉作为导电相，它决定了浆料的电性能，并影响着成膜后的物理和机械性能。无机玻璃粉的主要作用是使浆料固化膜层与硅基体牢固结合，在烧结过程中起连接、拉紧、固定导电相相粒子的作用。有机载体用于控制浆料的流变特性和粘稠度，调节浆料的施工性能。浆料中的各种粉体在有机载体中进行充分搅拌和分散后形成膏状物。浆料烧结后形成的固化膜层由金属和无机氧化物成分组成。

现有技术中公开的各种太阳能电池用浆料，制成晶体硅太阳能电池后光电转换效率仍不够理想，且烧结温度高，烧结后形成的金属膜表面容易产生疤痕，与硅基体难以牢固附着，且由于金属膜与硅基片之间的热膨胀差异，电池片容易翘曲。因此，深入研究太阳能电池用浆料的组成及制造方法，是改善太阳能电池光电转换效率、提高金属膜与硅基体之间附着力、电池片不翘曲的关键技术之一。

发明内容

本发明解决了现有技术中的背场导电浆料存在的太阳电池光电转换效率不够理想、烧结后形成的金属膜与硅基体之间难以牢固附着、且电池片易翘曲的问题。

本发明提供了一种太阳能电池背场过渡浆料，以太阳能电池背场过渡浆料的总质量为基准，所述太阳能电池背场过渡浆料中含有70-80wt％的球形硅铝合金粉，0.5-3.0wt％的无机玻璃粉，17-29.5wt％的有机载体；所述球形硅铝合金粉中硅含量为10-15wt％。

本发明还提供了所述太阳能电池背场过渡浆料的制备方法，包括将无机玻璃粉先均匀分散于有机载体中，然后分批加入球形硅铝合金粉，研磨后得到所述太阳能电池背场过渡浆料。

本发明还提供了一种太阳能电池片的制备方法，包括以下步骤：先在硅片背面印刷背面银电极浆料，烘干后印刷本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料，然后再印刷铝导电浆料，烘干后在硅片正面印刷正面银电极浆料，烘干后烧结，得到所述太阳能电池片。

最后，本发明提供了一种太阳能电池片，所述太阳能电池片由本发明提供的制备方法制备得到。

本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料，通过采用球形硅铝合金粉替代现有技术中常用的纯铝粉，作为浆料中的导电功能材料，且该球形硅铝合金粉中硅含量在10-15wt％，由于该球形硅铝合金粉的熔点低于铝粉熔点，能有效降低烧结温度，且烧结后形成的硅铝合金层厚度比普通铝粉大，相当于增加了铝原子在p型硅中的掺杂浓度，从而可提高电池的开路电压1-2mV以上。同时由于硅铝合金粉中铝在硅中分散均匀，因此可大大降低浆料中无机玻璃粉的含量，减弱无机玻璃粉对太阳能电池串联电阻的影响，从而提高本发明的太阳能电池背场过渡浆料的光电转化效率。另外，采用本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料烧结后形成的硅铝层的热膨胀系数与p型硅基底更接近，烧结后电池片的弯曲度大大降低。

采用本发明提供的方法制备得到的太阳能电池片的硅片底层、硅铝合金层、铝层三层之间具有良好的附着力，无掉粉现象，表面金属膜光滑、无缺陷，不起珠或疱；且太阳能电池片的弯曲度小，开路电压高，光电转换效率高，例如156mm×156mm多晶硅太阳能电池的平均光电转换效率高达17.30％以上。

具体实施方式

从硅铝合金相图可知，硅含量为12.6wt％的硅铝合金的熔点为577℃。本发明的发明人发现，本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料中，采用球形硅铝合金粉替代现有技术中常用的纯铝粉，作为浆料中的导电功能材料，且该球形硅铝合金粉中硅含量在10-15wt％，由于该球形硅铝合金粉的熔点低于铝粉熔点，因此能有效降低烧结温度。且烧结后形成的硅铝合金层厚度比普通铝粉大，相当于增加了铝原子在p型硅中的掺杂浓度，从而可提高电池的开路电压1-2mV以上。

同时，由于硅铝合金粉中铝在硅中分散均匀，因此可大大降低浆料中无机玻璃粉的含量，减弱无机玻璃粉对太阳能电池串联电阻的影响，从而提高本发明的太阳能电池背场过渡浆料的光电转化效率。另外，采用本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料烧结后形成的硅铝层的热膨胀系数与p型硅基底更接近，烧结后电池片的弯曲度大大降低。

本发明中，所述球形硅铝合金粉由成分均匀的硅铝合金块直接熔融雾化得到。所述球形硅铝合金粉也可直接采用商购产品，本发明没有特殊限定。本发明中，所述球形硅铝合金粉的中粒径D₅₀为0.1-8.0μm。

本发明的发明人通过大量实验发现，采用不同粒径的球形硅铝合金粉可使小粒径合金粉填充于大粒径合金粉体的空隙中，更有效地增加烧结后硅铝合金层的致密度。因此，优选情况下，所述球形硅铝合金粉由两种或两种以上不同中粒径的硅铝合金粉组成。更优选情况下，所述球形硅铝合金粉由两种不同中粒径的硅铝合金粉组成，其中一种球形硅铝合金粉的中粒径D₅₀为5-6μm，另一种球形硅铝合金粉的中粒径D₅₀为1-2μm。进一步地，以所述太阳能电池背场过渡浆料的总质量为基准，中粒径D₅₀为5-6μm的球形硅铝合金粉的含量为50-60wt％，中粒径D₅₀为1-2μm的球形硅铝合金的含量为10-20wt％。

本发明中，所述无机玻璃粉和无机载体均为现有技术中常用的各种无机玻璃粉、无机载体，本发明没有特殊限定。

例如，所述无机玻璃粉可以采用Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉。所述Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉中含有氧化铋、三氧化二硼、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化锶等中的一种或多种。具体地，所述Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉的组成为：氧化铋(Bi₂O₃)占40-75wt％，三氧化二硼(B₂O₃)占10-30wt％，二氧化硅(SiO₂)占5-20wt％，氧化锌(ZnO)占0.5-15wt％，氧化铝(Al₂O₃)占0-5.0wt％，氧化镁(MgO)占0-5.0wt％，氧化锶(SrO)占0-3.0wt％，氧化钙(CaO)占0-3.0wt％。所述Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉可直接采用商购产品，也可自己合成，合成方法为：将以上各类氧化物粉末按比例混合均匀，熔炼、水淬、过滤、烘干，研磨至所需粒径即得到所述Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉。优选情况下，所述无机玻璃粉的中粒径D₅₀为0.5-3.0μm、始熔点为600±10℃。

所述有机载体中含有有机溶剂、增稠剂和助剂。其中，所述有机溶剂可采用现有技术中常用的多种溶剂的组合，例如可选自松油醇、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、丁基卡必醇、松节油、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯中的两种或两种以上。所述增稠剂选自乙基纤维素、硝化纤维素、树脂类粘结剂中的一种或多种。所述助剂选自聚酰胺粉末、改性氢化蓖麻油、十六醇、十八醇中的一种或多种。以所述有机载体的总质量为基准，其中溶剂的含量为70-95wt％，增稠剂的含量为3.0-15wt％，助剂的含量为0.5-5.0wt％。

具体地，所述无机载体的配制方法为：将增稠剂与助剂溶解加入有机溶剂中，在20-70℃下使增稠剂、助剂充分溶解并搅拌均匀，即得到透明的有机载体。

本发明中，为保证球形硅铝合金粉与无机玻璃粉能均匀分散，所述球形硅铝合金粉为分批加入。优选情况下，所述球形硅铝合金粉的分批次数为2-3次，每次加入后搅拌均匀，再加入下一批次；全部加完后，高速搅拌均匀。所述研磨可采用三辊研磨机进行，研磨次数为10-15次，研磨至浆料细度至＜20μm，即得到本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料。

本发明中，为了减少太阳背电极的串联电阻，使少数载流子能更有效收集，本发明中在印刷本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料之后，再印刷一层现有技术中常用的普通背场铝导电浆料，该普通背场铝导电浆料的功能导电材料为纯铝，因为纯铝的电阻率比硅铝合金的低，因此，整个太阳电池的正极(以P型硅为基底)可获得最低的串联电阻。另外，普通背场铝导电浆料在烧结过程中，还可掩盖硅铝合金粉烧结过程中可能产生的铝珠或铝疱，从而得到表面光滑、缺陷的金属膜，外观良好。

具体地，本发明中，印刷本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料的湿膜厚度为5-10μm，印刷普通背场的铝导电浆料的湿膜厚度为10-15μm。

本发明中，所述铝导电浆料为现有技术中常用的普通背场浆料。例如，以所述铝导电浆料的总质量为基准，所述铝导电浆料中含有70-80wt％的球形铝粉、0.1-10wt％的无机玻璃粉和10-29.9wt％的有机载体。所述铝导电浆料中所采用的无机玻璃粉与有机载体可与本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料中的无机玻璃粉和有机载体相同或不同，本发明没有特殊限定。本发明中，所述铝导电浆料也可直接采用商购产品，例如硕禾科技股份有限公司的108C铝浆。

本发明中，在印刷背面银电极浆料和印刷铝导电浆料后的烘干温度均为120-150℃，烘干时间均为3-5min。

根据本发明的方法，印刷正面银电极浆料后烘干和烧结的步骤可直接在隧道炉中进行。所述隧道炉内的温度呈梯度分布，过隧道炉的时间为1-3分钟。优选情况下，所述隧道炉内的烧结峰值温度为900±20℃，峰值温度下烧结的时间为0.5-2s。

本发明中，所述硅片可为单晶硅片或多晶硅片，本发明没有特殊限定。

以下结合实施例对本发明做进一步说明。实施例及对比例中所采用原料均通过商购得到。

实施例1

(1)无机玻璃粉的制备：称取60wt％的Bi₂O₃，17wt％的B₂O₃，8wt％的SiO₂，10wt％的ZnO，3wt％的Al₂O₃，2wt％MgO，采用V型混合机混合均匀，装入瓷坩埚中，放入硅碳棒炉，升温预热至550℃并保温0.5h，再升温至1250℃，熔炼0.5h，水淬过滤，将得到的玻璃珠装入球磨罐，按照质量比氧化锆球：玻璃珠：去离子水＝4：1：0.5，罐速100转/min，球磨7h，过滤后烘干，得到本实施例的中粒径D₅₀为1.5μm、始熔点为595℃的无机玻璃粉。

(2)有机载体的配制：按照质量比松油醇：丁基卡必醇：丁基卡必醇醋酸酯＝70：20：10将其混合均匀，得到混合溶剂。称取90wt％的混合溶剂，加入8.0wt％增稠剂乙基纤维素STD-4(陶氏产粘度为4)，1.5wt％的改性氢化蓖麻油，0.5wt％十六醇，加热至60℃使充分溶解，并搅拌均匀，得到均一澄清的有机载体。

(3)导电浆料的制备：称取中粒径D₅₀为5.0-6.0μm的球形硅铝合金粉(硅含量均为12.60wt％)60重量份，中粒径D₅₀为1.0-2.0μm的球形硅铝合金粉(硅含量均为12.60wt％)18重量份，混合均匀。搅拌状态下，往高速分散机的不锈钢罐中同时加入21重量份的步骤(2)的有机载体和1重量份的步骤(1)的无机玻璃粉，搅拌均匀，然后分3次加入已混合均匀的球形硅铝合金粉78重量份，每次加入先搅匀，再加下一次；全部加完后，高速搅匀。最后用的三辊研磨机进行研磨20次，至浆料细度小于20μm，得到本实施例的太阳能电池背场过渡浆料，记为S1。

(4)太阳能电池片的制备：多晶硅片规格：156mm×156mm，厚度为200μm(腐蚀前)，印刷前厚度为180μm。先采用200目的丝网在硅片背面印刷背面银电极浆料(杜邦16C)，120℃烘干5min；然后采用280目的丝网印刷步骤(3)的太阳能电池背场过渡浆料S1，印刷湿膜厚度为8μm；然后再采用同样目数的丝网印刷铝导电浆料(硕禾科技股份有限公司的108C铝浆)，印刷湿膜厚度为12μm，120℃烘干5min，最后采用200目的丝网在硅片正面印刷正面银电极浆料(杜邦PV505)，然后转入隧道炉内进行烘干烧结，隧道炉温度呈梯度分布，过隧道炉的时间为2min，烧结峰值温度为900℃，峰值温度下烧结1s，出炉后得到本实施例的太阳能电池片，记为S10。

实施例2

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的太阳能电池背场过渡浆料S2和太阳能电池片S20，不同之处在于：

步骤(3)中，采用78重量份的中粒径D₅₀为4.0-5.0μm的球形硅铝合金粉(硅含量均为12.60wt％)替代实施例1中的60重量份的中粒径D₅₀为5.0-6.0μm球形硅铝合金粉(硅含量均为12.60wt％)和18重量份的中粒径D₅₀为1.0-2.0μm的球形硅铝合金粉(硅含量均为12.60wt％)。

实施例3

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的太阳能电池背场过渡浆料S3和太阳能电池片S30，不同之处在于：

步骤(3)中，两种粒径的球形硅铝合金粉的硅含量均为15wt％。

实施例4

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的太阳能电池背场过渡浆料S4和太阳能电池片S40，不同之处在于：

步骤(3)中，两种粒径的球形硅铝合金粉的硅含量均为10wt％。

实施例5

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的太阳能电池背场过渡浆料S5和太阳能电池片S50，不同之处在于：

步骤(3)中，中粒径D₅₀为5.0-6.0μm球形硅铝合金粉(硅含量均为12.60wt％)的用量为50重量份，中粒径D₅₀为1.0-2.0μm的球形硅铝合金粉(硅含量均为12.60wt％)的用量为25重量份，无机玻璃粉的用量为3重量份，有机载体的用量为22重量份。

实施例6

采用实施例1制得的太阳能电池背场过渡浆料S1制备本实施例的太阳能电池片S60，不同之处在于：

步骤(4)中，印刷太阳能电池背场过渡浆料S1的湿膜厚度为10μm，印刷铝导电浆料108C的湿膜厚度为15μm。

对比例1

采用与实施例1相同的步骤制备本对比例的太阳能电池背场过渡浆料DS1和太阳能电池片DS10，不同之处在于：

步骤(3)中，将两种不同粒径的球形硅铝合金粉均替换成对应粒径的球形纯铝粉。

对比例2

采用与实施例1相同的步骤制备本对比例的太阳能电池背场过渡浆料DS2和太阳能电池片DS20，不同之处在于：

步骤(3)中，采用76重量份的中粒径D₅₀为4.0-5.0μm的球形纯铝粉替代实施例1中的60重量份的中粒径D₅₀为5.0-6.0μm球形硅铝合金粉(硅含量均为12.60wt％)和18重量份的中粒径D₅₀为1.0-2.0μm的球形硅铝合金粉(硅含量均为12.60wt％)，无机玻璃粉的用量为3重量份。

对比例3

采用实施例1制得的太阳能电池背场过渡浆料S1制备本对比例的太阳能电池片DS30，不同之处在于：

步骤(4)中，在硅片背面印刷背面银电极浆料和太阳能电池背场过渡浆料S1后，不印刷铝导电浆料，而直接在硅片正面印刷正面银电极浆料(杜邦PV505)，然后烘干烧结，得到本对比例的太阳能电池片DS30。

性能测试

(1)表面状况：目测各太阳能电池片S10-S60和DS10-DS30的背场表面状况，光滑、无铝珠、无起疱，记为OK，否则记为NG。

(2)附着力：室温条件下，将各太阳能电池片S10-S60和DS10-DS30用自来水浸泡7天，背场金属膜不脱落或用钝器轻刮不脱落，记为OK，否则记为NG。

(3)弯曲度：将各太阳能电池片S10-S60和DS10-DS30的弯曲程度用游标卡尺测量，单位为mm。重复测试200次，记录弯曲度的平均值。

(4)开路电压和光电转化效率：采用单次闪光模拟器按照IEC904-1公开的方法对各电池片进行测试得到。测试条件为标准测试条件(STC)：光强：1000W/m²；光谱：AM1.5；温度：25℃。重复测试200次，记录开路电压和光电转化效率的平均值。

测试结果如表1所示。

表1

从上表1的结果可以看出，采用本发明提供的太阳能电池背场过渡浆料制备的太阳电池片中，背场与硅基底附着力良好，表面金属膜光滑、无缺陷，不起铝珠或铝疱，电池片弯曲度小，开路电压高于0.6231V，156mm×156mm多晶硅太阳能电池的平均光电转换效率高达17.30％以上。

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

1.一种太阳能电池背场过渡浆料，其特征在于，以太阳能电池背场过渡浆料的总质量为基准，所述太阳能电池背场过渡浆料中含有70-80wt%的球形硅铝合金粉，0.5-3.0wt%的无机玻璃粉，17-29.5wt%的有机载体；所述球形硅铝合金粉中硅含量为10-15wt%。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背场过渡浆料，其特征在于，所述球形硅铝合金粉由成分均匀的硅铝合金块熔融雾化得到；所述球形硅铝合金粉的中粒径D₅₀为0.1-8.0μm。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背场过渡浆料，其特征在于，所述球形硅铝合金粉由两种或两种以上不同中粒径的球形硅铝合金粉组成。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池背场过渡浆料，其特征在于，所述球形硅铝合金粉由两种不同中粒径的球形硅铝合金粉组成，其中一种球形硅铝合金粉的中粒径D₅₀为5-6μm，另一种球形硅铝合金粉的中粒径D₅₀为1-2μm。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池背场过渡浆料，其特征在于，所述无机玻璃粉中含有氧化铋、三氧化二硼、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化锶中的一种或多种；所述无机玻璃粉的中粒径D₅₀为0.5-3.0μm、始熔点为600±10℃；

所述有机载体中含有有机溶剂、增稠剂和助剂；所述有机溶剂选自松油醇、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、松节油、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯中的两种或两种以上；所述增稠剂选自乙基纤维素、硝化纤维素、树脂类粘结剂中的一种或多种；所述助剂选自聚酰胺粉末、改性氢化蓖麻油、十六醇、十八醇中的一种或多种。

6.权利要求1所述的太阳能电池背场过渡浆料的制备方法，其特征在于，包括将无机玻璃粉先均匀分散于有机载体中，然后分批加入球形硅铝合金粉，研磨后得到所述太阳能电池背场过渡浆料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述研磨的次数为10-15次，至浆料细度＜20μm。

8.一种太阳能电池片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先在硅片背面印刷背面银电极浆料，烘干后印刷权利要求1-5任一项所述的太阳能电池背场过渡浆料，然后再印刷铝导电浆料，烘干后在硅片正面印刷正面银电极浆料，烘干后烧结，得到所述太阳能电池片。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，印刷太阳能电池背场过渡浆料的湿膜厚度为5-10μm，印刷铝导电浆料的湿膜厚度为10-15μm。

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，以铝导电浆料的总质量为基准，所述铝导电浆料中含有70-80wt%的球形铝粉、0.1-10wt%的无机玻璃粉和10-29.9wt%的有机载体。

11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，印刷背面银电极浆料后，烘干温度为120-150℃，时间为3-5min；印刷铝导电浆料后，烘干温度为120-150℃，时间为3-5min。

12.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，印刷正面银电极浆料后的烘干和烧结步骤均在隧道炉内进行，隧道炉温度呈梯度分布，过隧道炉的时间为1-3分钟；烧结峰值温度为900±20℃，峰值温度下烧结的时间为0.5-2s。

13.一种太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片由权利要求8-12任一项所述的制备方法制备得到。