CN103177792B - 太阳能电池用无铅背铝浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池用无铅背铝浆料，包括下列重量份的组份：无铅玻璃粉0.5％～3％、微细球形铝粉65％～80％、有机载体10％～28％、溶剂4％～10％、增塑剂1％～3％、分散剂0.3％～1％和无机添加剂0.1％～1％。还公开了该太阳能电池用无铅背铝浆料制备方法。本发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料及其制备方法，具有优异的印刷性，印刷过程中不堵网、不干网；烧结后与硅片形成良好的欧姆接触，不产生铝珠及铝包，使电池片翘曲度降低，开路电压及转化效率升高。

Description

太阳能电池用无铅背铝浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子材料设备技术领域，特别涉及一种太阳能电池用无铅背铝浆料及其制备方法。

背景技术

随着最近几年人们对能源危机认识的加深，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。太阳能光伏发电技术作为太阳能利用中最具意义的技术，成为世界各国竞相研究应用的热点。由此，最近全世界三年太阳能电池的需求逐年攀升，由2008年的7.9GWp，到2009年的9.86GWp，再到2010年的20.5GWp。

太阳能电池的结构成本中，导电浆料是除了硅材料之外，影响太阳能电池成本最重要的材料，约占电池片成本的15％～20％。太阳能电池导电浆料是太阳能电池的光电转换效率的重要影响因素。行业中主要将银浆用做太阳能电池的正背面电极，铝浆则作为背面电极。

目前常用的太阳能电池用无铅背铝浆料主要存在以下缺点：

印刷性不好，印刷过程中易出现堵网和干网的现象；烧结后与硅片的接触电阻较高，且易产生铝珠及铝包，通常电池片转化效率为12％～15％，转化效率较低，开路电压仅为0.5V左右，电池片的翘曲度高达1.8mm，严重影响电池片的综合性能。

因此，如何使太阳能电池用无铅背铝浆料在印刷过程中不堵网、不干网，在其与硅片烧结后不产生铝珠及铝包，降低电池片翘曲度，提高开路电压及转化效率是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种太阳能电池用无铅背铝浆料及其制备方法，使用该太阳能电池用无铅背铝浆料制备的太阳能电池片具有优异的印刷性，印刷过程中不堵网、不干网，烧结后与硅片形成良好的欧姆接触，不产生铝珠及铝包，使电池片翘曲度降低，开路电压及转化效率升高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种太阳能电池用无铅背铝浆料，包括下列重量份的组份：无铅玻璃粉0.5％～3％、微细球形铝粉65％～80％、有机载体10％～28％、溶剂4％～10％、增塑剂1％～3％、分散剂0.3％～1％和无机添加剂0.1％～1％。

优选的，所述无铅玻璃粉由下列重量份的组份组成：55％～70％Bi₂O₃、15％～30％B₂O₃、2％～8％ZnO、3％～7％Al₂O₃、5％～10％SiO₂和0.5％～2％InO。

优选的，所述微细球形铝粉的活性铝重量份含量在所述微细球形铝粉含量的98％以上，粒径范围为1μm～8μm。

优选的，所述有机载体由下列重量份的组份组成：

乙基纤维素树脂5％～10％；

丙烯酸树脂3％～10％；

丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种组成的混合物80％～92％。

优选的，所述溶剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种组成的混合物。

优选的，所述增塑剂为乙酰柠檬酸醋酸酯、柠檬酸三己酯和柠檬酸三正丁酯中的一种或几种组成的混合物。

优选的，所述无机添加剂为MgO、TiO₂、ZnO、Nb₂O₅、ZrO₂、SrO、B₂O₃、InO、GaO和B中的一种或几种组成的混合物。

一种太阳能电池用无铅背铝浆料制备方法，包括以下步骤：

1)按质量百分比将55％～70％Bi₂O₃、15％～30％B₂O₃、2％～8％ZnO、3％～7％Al₂O₃、5％～10％SiO₂和0.5％～2％InO混合均匀，各组份质量百分比总和为100％；将上述混合物经热熔、冷却、球磨和过筛得到所述无铅玻璃粉，所述无铅玻璃粉粒径范围：0.5μm～3.0μm，软化点400℃～600℃，膨胀系数：58×10^-7/K～70×10^-7/K；

2)按质量百分比将5％～10％的乙基纤维素树脂、3％～10％的丙烯酸树脂加入到由80％～92％的丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种组成的混合物中，各组份质量百分比总和为100％；在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得所述有机载体；

3)按质量百分比将0.5％～3％的所述无铅玻璃粉、65％～80％的所述微细球形铝粉、10％～28％的所述有机载体、4％～10％的所述溶剂、1％～3％的所述增塑剂、0.3％～1％的所述分散剂和0.1％～1％的所述无机添加剂混合均匀，各组份质量百分比总和为100％；在三辊机上分散至20μm以下，过滤得到太阳能电池用无铅背铝浆料。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料及其制备方法，通过改变玻璃粉和铝粉的比例，降低烧结后跟硅片的接触电阻，提高电池转化效率；通过改变树脂和溶剂的比例，调节产品的粘度和印刷性，防止印刷过程中的干网、堵网现象；通过改变增塑剂的比例，调节浆料的印刷性、流平性及烧结后电阻；通过改变助剂的含量，调整浆料的分散性；通过改变无机添加物的比例，调节电池片的翘曲度和电池转化效率。采用发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料制备的太阳能电池片具有优异的印刷性，印刷过程中不堵网、不干网，烧结后与硅片形成良好的欧姆接触，不产生铝珠及铝包，使电池片翘曲度降低，开路电压及转化效率升高。

具体实施方式

本发明公开了一种太阳能电池用无铅背铝浆料，使用该太阳能电池用无铅背铝浆料制备的太阳能电池片具有优异的印刷性，印刷过程中不堵网、不干网；烧结后与硅片形成良好的欧姆接触，不产生铝珠及铝包，电池片翘曲度低，转化效率高。

本发明提供了一种太阳能电池用无铅背铝浆料，包括下列重量份的组份：无铅玻璃粉0.5％～3％、微细球形铝粉65％～80％、有机载体10％～28％、溶剂4％～10％、增塑剂1％～3％、分散剂0.3％～1％和无机添加剂0.1％～1％。

本发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料，通过改变玻璃粉和铝粉的比例，降低烧结后跟硅片的接触电阻，提高电池转化效率；通过改变树脂和溶剂的比例，调节产品的粘度和印刷性，防止印刷过程中的干网、堵网现象；通过改变增塑剂的比例，调节浆料的印刷性、流平性及烧结后电阻；通过改变助剂的含量，调整浆料的分散性；通过改变无机添加物的比例，调节电池片的翘曲度和电池转化效率。采用发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料制备的太阳能电池片具有优异的印刷性，印刷过程中不堵网，不干网，烧结后与硅片形成良好的欧姆接触，不产生铝珠及铝包，电池片翘曲度较低，开路电压及转化效率较高。

无铅玻璃粉由下列重量份的组份组成：55％～70％Bi₂O₃、15％～30％B₂O₃、2％～8％ZnO、3％～7％Al₂O₃、5％～10％SiO₂和0.5％～2％InO。

微细球形铝粉的活性铝重量份含量在微细球形铝粉含量的98％以上，粒径范围为1μm～8μm。

有机载体由下列重量份的组份组成：乙基纤维素树5％～10％；丙烯酸树脂3％～10％；丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种组成的混合物80％～92％。

溶剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种组成的混合物。

增塑剂为乙酰柠檬酸醋酸酯、柠檬酸三己酯和柠檬酸三正丁酯中的一种或几种组成的混合物。

无机添加剂为MgO、TiO₂、ZnO、Nb₂O₅、ZrO₂、SrO、B₂O₃、InO、GaO和B中的一种或几种组成的混合物。

本发明还提供了一种上述太阳能电池用无铅背铝浆料制备方法，包括以下步骤：

1)按质量百分比将55％～70％Bi₂O₃、15％～30％B₂O₃、2％～8％ZnO、3％～7％Al₂O₃、5％～10％SiO₂和0.5％～2％InO混合均匀，各组份质量百分比总和为100％；将上述混合物经热熔、冷却、球磨和过筛得到无铅玻璃粉，无铅玻璃粉粒径范围：0.5μm～3.0μm，软化点400℃～600℃，膨胀系数：58×10^-7/K～70×10^-7/K；

2)按质量百分比将5％～10％的乙基纤维素树脂、3％～10％的丙烯酸树脂加入到由80％～92％的丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种组成的混合物中，各组份质量百分比总和为100％；在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得有机载体；

3)按质量百分比将0.5％～3％的无铅玻璃粉、65％～80％的微细球形铝粉、10％～28％的有机载体、4％～10％的溶剂、1％～3％的增塑剂、0.3％～1％的分散剂和0.1％～1％的无机添加剂混合均匀，各组份质量百分比总和为100％；在三辊机上分散至20μm以下，过滤得到太阳能电池用无铅背铝浆料。

以下结合表1～表4对本发明所提供的一种太阳能电池用无铅背铝浆料及其制备方法作进一步详细说明。

表1无铅玻璃粉配比

表2有机载体配比

表3浆料配比

表4实验数据

实施例1：

1)制备无铅玻璃粉

按质量百分比将55％Bi₂O₃、24％B₂O₃、6％ZnO、4％Al₂O₃、10％SiO₂和1％InO混合均匀后，加热到1000℃后保温2小时，然后将该玻璃粉冷却，球磨至无铅玻璃粉粒径为0.5μm～3.0μm后，经过325目标准筛过滤后备用。此时的无铅玻璃粉软化点400℃～600℃，膨胀系数：58×10^-7/K～70×10^-7/K。

2)制备有机载体

按质量百分比将10％的乙基纤维素树脂、10％的丙烯酸树脂加入到80％的松油醇稀释剂中，在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得有机载体。

3)制备浆料

按质量百分比将0.5％的上述无铅玻璃粉、10％的上述有机载体、80％的微细球形铝粉、6％的溶剂、2.4％的增塑剂、1％的分散剂和0.1％的无机添加剂混合均匀，在三辊机上分散至20μm以下，过滤得到太阳能电池用无铅背铝浆料。

本实施例中的溶剂为松油醇；2.4％的增塑剂为1.6％乙酰柠檬酸醋酸酯和0.8％柠檬酸三己酯的混合物；1％的分散剂为0.4％BYK-110和0.6％BYK-111的混合物。

4)将上述浆料使用丝网印刷于单晶硅片上，单晶硅片的规格156×156mm，厚度为180μm。经烘干烧结后测试其电性能数据：翘曲度1.1mm，开路电压629.2mV，转化效率18.47％。实验结果说明了采用发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料制备的太阳能电池片，电池片翘曲度较低，开路电压及转化效率较高。

实施例2：

1)制备无铅玻璃粉

按质量百分比将58.5％Bi₂O₃、30％B₂O₃、2％ZnO、3％Al₂O₃、6％SiO₂和0.5％InO混合均匀后，加热到950℃后保温2小时，然后将该玻璃粉冷却，球磨至无铅玻璃粉粒径为0.5μm～3.0μm后，经过400目标准筛过滤后备用。此时的无铅玻璃粉软化点400℃～600℃，膨胀系数：58×10^-7/K～70×10^-7/K。

2)制备有机载体

按质量百分比将8％的乙基纤维素树脂、5％的丙烯酸树脂加入到由40％丁基卡必醇、30％松油醇和17％十二酯醇组成的稀释剂中，在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得有机载体。

3)制备浆料

按质量百分比将1.5％的上述无铅玻璃粉、28％的上述有机载体、65％的微细球形铝粉、4％的溶剂、1％的增塑剂、0.3％的分散剂和0.2％的无机添加剂混合均匀，在三辊机上分散至20μm以下，过滤得到太阳能电池用无铅背铝浆料。

本实施例中4％的溶剂为2.2％丁基卡必醇、1.1％松油醇和0.7％十二酯醇的混合物；增塑剂为柠檬酸三正丁酯；分散剂为BYK-111。

4)将上述浆料使用丝网印刷于单晶硅片上，单晶硅片的规格156×156mm，厚度为180μm。经烘干烧结后测试其电性能数据：翘曲度1mm，开路电压628.5mV，转化效率18.32％。实验结果说明了采用发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料制备的太阳能电池片，电池片翘曲度较低，开路电压及转化效率较高。

实施例3：

1)制备无铅玻璃粉

按质量百分比将62％Bi₂O₃、18.5％B₂O₃、4％ZnO、5％Al₂O₃、9％SiO₂和1.5％InO混合均匀后，加热到920℃后保温2小时，然后将该玻璃粉冷却，球磨至无铅玻璃粉粒径为0.5μm～3.0μm后，经过400目标准筛过滤后备用。此时的无铅玻璃粉软化点400℃～600℃，膨胀系数：58×10^-7/K～70×10^-7/K。

2)制备有机载体

按质量百分比将6％的乙基纤维素树脂、4％的丙烯酸树脂加入到由40％丁基卡必醇醋酸酯和50％松油醇组成的稀释剂中，在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得有机载体。

3)制备浆料

按质量百分比将3％的上述无铅玻璃粉、14.5％的上述有机载体、68％的微细球形铝粉、10％的溶剂、3％的增塑剂、0.5％的分散剂和1％的无机添加剂混合均匀，在三辊机上分散至20μm以下，过滤得到太阳能电池用无铅背铝浆料。

本实施例中10％的溶剂为4.5％丁基卡必醇醋酸酯和5.5％松油醇的混合物；3％的增塑剂为0.8％乙酰柠檬酸醋酸酯、1.6％柠檬酸三己酯和0.6％柠檬酸三正丁酯的混合物；0.5％的分散剂为0.2％BYK-111和0.3％Dispers-655的混合物。

4)将上述浆料使用丝网印刷于单晶硅片上，单晶硅片的规格156×156mm，厚度为180μm。经烘干烧结后测试其电性能数据：翘曲度1.2mm，开路电压629.7mV，转化效率18.52％。实验结果说明了采用发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料制备的太阳能电池片，电池片翘曲度较低，开路电压及转化效率较高。

实施例4：

1)制备无铅玻璃粉

按质量百分比将57％Bi₂O₃、19.5％B₂O₃、8％ZnO、7％Al₂O₃、6.5％SiO₂和2％InO混合均匀后，加热到980℃后保温2小时，然后将该玻璃粉冷却，球磨至无铅玻璃粉粒径为0.5μm～3.0μm后，经过325目标准筛过滤后备用。此时的无铅玻璃粉软化点400℃～600℃，膨胀系数：58×10^-7/K～70×10^-7/K。

2)制备有机载体

按质量百分比将7％的乙基纤维素树脂、8％的丙烯酸树脂加入到由55％的丁基卡必醇和30％的十二酯醇组成的稀释剂中，在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得有机载体。

3)制备浆料

按质量百分比将2％的上述无铅玻璃粉、18.1％的上述有机载体、72％的微细球形铝粉、5％的溶剂、1.7％的增塑剂、0.7％的分散剂和0.5％的无机添加剂混合均匀，在三辊机上分散至20μm以下，过滤得到太阳能电池用无铅背铝浆料。

本实施例中5％的溶剂为3％丁基卡必醇和2％十二酯醇的混合物；1.7％的增塑剂为0.3％柠檬酸三己酯和1.4％柠檬酸三正丁酯的混合物。0.7％的分散剂为0.4％BYK-110和0.3％Dispers-655的混合物。

4)将上述浆料使用丝网印刷于单晶硅片上，单晶硅片的规格156×156mm，厚度为180μm。经烘干烧结后测试其电性能数据：翘曲度0.9mm，开路电压629.4mV，转化效率18.18％。实验结果说明了采用发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料制备的太阳能电池片，电池片翘曲度较低，开路电压及转化效率较高。

实施例5：

1)制备无铅玻璃粉

按质量百分比将70％Bi₂O₃、15％B₂O₃、3.2％ZnO、6％Al₂O₃、5％SiO₂和0.8％InO混合均匀后，加热到900℃后保温2小时，然后将该玻璃粉冷却，球磨至无铅玻璃粉粒径为0.5μm～3.0μm后，经过325目标准筛过滤后备用。此时的无铅玻璃粉软化点：400℃～600℃，膨胀系数：58×10^-7/K～70×10^-7/K。

2)制备有机载体

按质量百分比将5％的乙基纤维素树脂、3％的丙烯酸树脂加入到92％的丁基卡必醇稀释剂中，在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得有机载体。

3)制备浆料

按质量百分比将0.9％的上述无铅玻璃粉、13.2％的上述有机载体、75％的微细球形铝粉、8％的溶剂、1.5％的增塑剂、0.8％的分散剂和0.6％的无机添加剂混合均匀，在三辊机上分散至20μm以下，过滤得到太阳能电池用无铅背铝浆料。

本实施例中的溶剂为丁基卡必醇；增塑剂为乙酰柠檬酸醋酸酯；0.8％的分散剂为0.5％BYK-110、0.1％BYK-111和0.2％Dispers-655的混合物。

4)将上述浆料使用丝网印刷于单晶硅片上，单晶硅片的规格156×156mm，厚度为180μm。经烘干烧结后测试其电性能数据：翘曲度1mm，开路电压630.2mV，转化效率18.61％。实验结果说明了采用发明提供的太阳能电池用无铅背铝浆料制备的太阳能电池片，电池片翘曲度较低，开路电压及转化效率较高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种太阳能电池用无铅背铝浆料，其特征在于，包括下列重量份的组份：无铅玻璃粉0.5％～3％、微细球形铝粉65％～80％、有机载体10％～28％、溶剂4％～10％、增塑剂1％～3％、分散剂0.3％～1％和无机添加剂0.1％～1％；

所述无铅玻璃粉由下列重量份的组份组成：55％～70％Bi₂O₃、15％～30％B₂O₃、2％～8％ZnO、3％～7％Al₂O₃、5％～10％SiO₂和0.5％～2％InO；

所述无机添加剂为MgO、TiO₂、ZnO、Nb₂O₅、ZrO₂、SrO、B₂O₃、InO、GaO和B中的一种或几种组成的混合物。

2.如权利要求1所述的太阳能电池用无铅背铝浆料，其特征在于，所述微细球形铝粉的活性铝重量份含量在所述微细球形铝粉含量的98％以上，粒径范围为1μm～8μm。

3.如权利要求1所述的太阳能电池用无铅背铝浆料，其特征在于，所述有机载体由下列重量份的组份组成：

乙基纤维素树脂5％～10％；

丙烯酸树脂3％～10％；

丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种组成的混合物80％～92％。

4.如权利要求1所述的太阳能电池用无铅背铝浆料，其特征在于，所述溶剂为丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种组成的混合物。

5.如权利要求1所述的太阳能电池用无铅背铝浆料，其特征在于，所述增塑剂为乙酰柠檬酸醋酸酯、柠檬酸三己酯和柠檬酸三正丁酯中的一种或几种组成的混合物。

6.一种权利要求1所述的太阳能电池用无铅背铝浆料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按质量百分比将55％～70％Bi₂O₃、15％～30％B₂O₃、2％～8％ZnO、3％～7％Al₂O₃、5％～10％SiO₂和0.5％～2％InO混合均匀，各组份质量百分比总和为100％；将上述混合物经热熔、冷却、球磨和过筛得到所述无铅玻璃粉，所述无铅玻璃粉粒径范围：0.5μm～3.0μm，软化点400℃～600℃，膨胀系数：58×10^-7/K～70×10^-7/K；

2)按质量百分比将5％～10％的乙基纤维素树脂、3％～10％的丙烯酸树脂加入到由80％～92％的丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、松油醇和十二酯醇中的一种或几种组成的混合物中，各组份质量百分比总和为100％；在80℃恒温条件下，完全溶解，保温2小时后，用250目标准筛过滤得所述有机载体；

3)按质量百分比将0.5％～3％的所述无铅玻璃粉、65％～80％的所述微细球形铝粉、10％～28％的所述有机载体、4％～10％的所述溶剂、1％～3％的所述增塑剂、0.3％～1％的所述分散剂和0.1％～1％的所述无机添加剂混合均匀，各组份质量百分比总和为100％；在三辊机上分散至20μm以下，过滤得到太阳能电池用无铅背铝浆料。