CN103474127B - 一种具有上转换特性的晶硅电池背面铝浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有上转换特性的晶硅电池背面铝浆。以重量百分比含量计，所述铝浆包括60—80％的铝粉，0.1—6％的玻璃粉，15—35％的有机载体，0.5—10％的添加剂。该铝浆烧结于电池背面后，可将波长较长的红外光转变为波长较短的便于太阳能电池吸收的光波，提高太阳能电池的红外光谱响应，以获得短路电流大、转换效率高的太阳能电池。

Description

一种具有上转换特性的晶硅电池背面铝浆
技术领域
本发明涉及一种具有上转换特性的晶硅电池背面铝浆。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转换成电能的半导体器件，在光照条件下太阳能电池内部会产生光生电流，通过电极可将电能输出。具有P型硅的太阳能电池结构，其负电极通常在电池的正面，而其正电极在背面。当光照射时，合适波长的辐射导致了半导体中产生空穴一电子对。在P-N结上存在的电势差使空穴和电子以相反的方向迁移穿过该结，从而产生了电流的流动，这种流动可将电能传递给外电路。
在形成太阳能电池的制造过程中，铝浆通常被丝网印刷在硅片的背面并进行干燥；干燥完成后对该硅片进行烧结。铝浆的主要作用在于两个：其一是铝成分在烧结过程中扩散到硅体中形成重掺杂的p+层即背电场，在背电场的作用下电子被推离背面进而降低了背面空穴被电子复合的几率，提高了开路电压；另一方面铝粉烧结后在电池背面形成镜面，可将透过电池而未被电池吸收的太阳光重新反射回电池内部增加了光子被太阳能电池吸收的几率进而提高了电池的短路电流。故而铝浆的性能对于提高太阳能电池光电特性是十分重要的。
在常规的太阳能电池中，电池光电转换效率损失的重要部分在于由于光子能量小于电池材料的光学带隙不能在电池内部激发载流子，这决定于太阳能电池材料的固有属性。即使铝浆将这部分光子反射回电池内部也很难被电池吸收。解决这一问题最常用的方法是制备多结太阳能电池，即在带隙较大的电池底部制备一结带隙较小的太阳能电池，用于吸收透过上面电池未被吸收的波长较长的太阳光。这需要考虑两结电池之间短路电流、开路电压的匹配，以及两结电池之间的连接问题。同时，电池效率不能随结数的增加而无限增加。在没有聚光条件的辅助下，多结电池在发电成本上远高于常规电池。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种具有上转换特性的晶硅电池背面铝浆。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述具有上转换特性的晶硅电池背面铝浆，包括如下重量百分比的组分：
铝粉60—80％
玻璃粉0.1—6％
有机载体15—35％
添加剂0.5—10％；
所述添加剂为稀土掺杂量为2—20％的氟化物玻璃；或Er掺杂量为2—20％的InF、Er掺杂量为2—20％的氟锆酸盐、Er掺杂量为2—20％的氟磷酸盐中的一种或多种；或稀土掺杂量为2—20％的重金属卤化物；或Eu、Yb共掺杂的多组分硅酸盐玻璃，其中Eu的掺杂量为1—10％，Yb的掺杂量为1—10％。所述掺杂量是指掺杂物在混合物中的重量百分比含量，例如，稀土掺杂量为2—20％的氟化物玻璃就是指氟化物玻璃中含有重量百分比含量为2—20％的稀土，这种表述方法为本领域公知的表述方式。
优选地，所述稀土掺杂的氟化物玻璃为Nb掺杂的氟砷酸盐、Er掺杂的CdF2、Er掺杂的PbF2、Er掺杂的YF3、Nb掺杂氟铅酸盐(Nb:Pb5M3F19，其中的M指Al、Ti、V、Cr、Fe或Ca)、钬掺杂的氟钡酸盐(Ho:BaY2F8)、镨掺杂的氟钾酸盐(PrK2YF5)、铥掺杂的锆系氟化物(Tm:ZBLAN)中的一种或多种。
优选地，所述稀土掺杂的重金属卤化物为Cs3A2Cl9、Cs3A2Br9、Cs3A2I9中的一种或多种，其中，A指稀土元素镧(La)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)或钇(Y)。
优选地，所述Eu、Yb共掺杂的多组分硅酸盐玻璃为钨酸盐晶体(Nd(WO4)3)、饵掺杂的钒酸盐(Er:YVO4)、钇铝石榴石(Y3Al5O12)中的一种或多种。
优选地，所述添加剂的平均粒径为0.01～10μm。
优选地，所述铝粉的平均粒径为1～10μm。
优选地，所述玻璃粉为铅系、铋系玻璃中的一种或多种。
优选地，所述有机载体为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯十二、DBE、乙基纤维素、树脂中的一种或多种。
优选地，所述铝浆还包括分散剂，所述分散剂在铝浆中的重量百分比为0.5—10％。
优选地，所述分散剂为硬脂酸、司班、卵磷脂、油酸、月桂酸中的一种或多种。
上述添加剂为具有光谱上转换发光材料。
制备上述铝浆时是分别准备好铝粉、玻璃粉和添加剂，有机载体则由松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯十二、DBE、乙基纤维素、树脂中的一种或多种物质混合后在100-200℃溶解、搅拌均匀制得，然后将各原料组分混合，制得铝浆。
使用的有机载体是由10％乙基纤维素、65％松油醇、5％二乙二醇丁醚、6％醇酯、12％丁基卡必醇、2％酚醛树脂混合，在100-200℃溶解、搅拌均匀制得的有机载体
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种具有上转换特性的晶硅电池背面铝浆，赋予了铝浆第三个功能作用，即将两个或更多个能量小于电池材料带隙而不能被电池吸收的光子变成一个能量大于电池带隙的光子反射回电池内部使之被电池吸收，进而减少电池光电转换效率的重要损失部分提高电池的转换效率。本发明铝浆烧结于电池背面后，可将波长较长的红外光转变为波长较短的便于太阳能电池吸收的光波，提高太阳能电池的红外光谱响应，以获得短路电流大、转换效率高的太阳能电池。即，本发明能在不提高电池成本、不改变现有工艺前提下提高太阳能光伏电池的光电转换效率。另外，通过EDS、IPC等常用的元素分析手段分析出本发明铝浆中同时含有稀土元素、卤族元素、氧元素中的两种及两种以上。
附图说明
图1为实施例1中特殊添加剂含量不同，电池片红外量子效率的变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如表1所示，浆料A为对照组，浆料A1至A5为本发明铝浆的五种具体实施方法。
表1 铝浆配比(w％)
其中，所有铝浆使用的玻璃粉为Bi2O3-SiO2-ZnO系无铅玻璃粉，型号为BP3100；使用的有机载体是由10％乙基纤维素、65％松油醇、5％二乙二醇丁醚、6％醇酯、12％丁基卡必醇、2％酚醛树脂混合，在100-200℃溶解、搅拌均匀制得的有机载体，其中百分比含量指重量百分比含量。
表2为各组铝浆的性能对比
表2 实施例铝浆电性能比较
为了进一步证明特殊添加剂的作用，试验了实施案例中所选Er:PbF2添加剂含量(fd)不同制备的铝浆应用于电池片后电池红外响应曲线的变化曲线见图1。从图1中可以看出特殊添加剂的加入，提高了电池的红外响应特性，也证明了前文理论分析的正确性。
实施例2
如表3所示，浆料B为对照组，浆料B1至B5为本发明铝浆的五种具体实施方法。
表3 铝浆配比(w％)
其中，所有铝浆使用的玻璃粉为Bi2O3-SiO2-ZnO系无铅玻璃粉，型号为BP3100；使用的有机载体是由10％乙基纤维素、65％松油醇、5％二乙二醇丁醚、6％醇酯、12％丁基卡必醇、2％酚醛树脂混合，在100-200℃溶解、搅拌均匀制得的有机载体，其中百分比含量指重量百分比含量。
表4为各组铝浆的性能对比
表4 实施例铝浆电性能比较
实施例3
如表5所示，浆料C为对照组，浆料C1至C5为本发明铝浆的五种具体实施方法。
表5 铝浆配比(w％)
其中，所有铝浆使用的玻璃粉为Bi2O3-SiO2-ZnO系无铅玻璃粉，型号为BP3100；使用的有机载体是由10％乙基纤维素、65％松油醇、5％二乙二醇丁醚、6％醇酯、12％丁基卡必醇、2％酚醛树脂混合，在100-200℃溶解、搅拌均匀制得的有机载体，其中百分比含量指重量百分比含量。
表6为各组铝浆的性能对比
表6 实施例铝浆电性能比较
实施例4
如表7所示，浆料A为对照组，浆料A1至A5为本发明铝浆的五种具体实施方法。
表7 铝浆配比(w％)
其中，所有铝浆使用的玻璃粉为Bi2O3-SiO2-ZnO系无铅玻璃粉，型号为BP3100；使用的有机载体是由10％乙基纤维素、65％松油醇、5％二乙二醇丁醚、6％醇酯、12％丁基卡必醇、2％酚醛树脂混合，在100-200℃溶解、搅拌均匀制得的有机载体，其中百分比含量指重量百分比含量。分散剂为卵磷脂。
表8为各组铝浆的性能对比
表8 实施例铝浆电性能比较

Claims (9)

1.一种具有上转换特性的晶硅电池背面铝浆，其特征在于，所述铝浆包括如下重量百分比的组分：
铝粉  60—80％
玻璃粉  0.1—6％
有机载体  15—35％
添加剂  0.5—10％；
所述玻璃粉为铅系、铋系玻璃粉中的一种或多种；所述添加剂为稀土掺杂量为2—20％的氟化物玻璃；或Er掺杂量为2—20％的InF、Er掺杂量为2—20％的氟锆酸盐、Er掺杂量为2—20％的氟磷酸盐中的一种或多种；或稀土掺杂量为2—20％的重金属卤化物；或Eu、Yb共掺杂的多组分硅酸盐玻璃，其中Eu的掺杂量为1—10％，Yb的掺杂量为1—10％。
2.如权利要求1所述的铝浆，其特征在于，所述稀土掺杂的氟化物玻璃为Nb掺杂的氟砷酸盐、Er掺杂的CdF2、Er掺杂的PbF2、Er掺杂的YF3、Nb掺杂氟铅酸盐、钬掺杂的氟钡酸盐、镨掺杂的氟钾酸盐、铥掺杂的锆系氟化物中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的铝浆，其特征在于，所述稀土掺杂的重金属卤化物为Cs3A2Cl9、Cs3A2Br9、Cs3A2I9中的一种或多种，其中，A指稀土元素La、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc或Y。
4.如权利要求1所述的铝浆，其特征在于，所述Eu、Yb共掺杂的多组分硅酸盐玻璃为钨酸盐晶体、饵掺杂的钒酸盐、钇铝石榴石中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的铝浆，其特征在于，所述添加剂的平均粒径为0.01～10μm。
6.如权利要求5所述的铝浆，其特征在于，所述铝粉的平均粒径为1～10μm。
7.如权利要求1所述的铝浆，其特征在于，所述有机载体为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯十二、DBE、乙基纤维素、树脂中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的铝浆，其特征在于，所述铝浆还包括分散剂，所述分散剂在铝浆中的重量百分比为0.5～10％。
9.如权利要求8所述的铝浆，其特征在于，所述分散剂为硬脂酸、司班、卵磷脂、油酸、月桂酸中的一种或多种。
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