CN103854720B

CN103854720B - 一种太阳能电池铝背场浆料及其制备方法

Info

Publication number: CN103854720B
Application number: CN201210505169.3A
Authority: CN
Inventors: 钟景明; 孙本双; 王立惠; 胡楠; 李广坤; 罗文�
Original assignee: XIBEI INST OF RARE METAL MATERIAL
Current assignee: Ningxia Medium Color New Materials Co ltd; Northwest Rare Metal Materials Research Institute Ningxia Co ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-12-03
Also published as: CN103854720A

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池铝背场浆料及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：提供铝粉混合物；提供混合无机粘结剂；提供有机混合物，将铝粉混合物、混合无机粘结剂和有机混合物调制成太阳能电池背表面场铝浆料。

Description

一种太阳能电池铝背场浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池铝背场浆料及其制备方法，特别涉及高填充因子的太阳能电池铝背场浆料及其制备方法。

背景技术

太阳能电池铝背场浆料一般印刷在电池片的背面除背电极银浆外的其他区域。它主要起到电池背表面钝化，光反射等作用。虽然不作为电流输出的主要通道，但印刷面积大，既要保证电池片不发生弯曲，又要有较好的附着强度和导电性。目前，国内外的专利中，在铝粉方面，大多使用氮气物化法生产的微米级铝粉，且以6～8微米的为主；无机粘结材料方面，仍以单纯的玻璃粉末进行添加，使电池片出现的缺陷是：填充因子（FF）偏低。FF是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。因电池背表面附近缺陷浓度偏高，导致有效载流子寿命偏低，电池的串联电阻高，而填充因子低，光电转换效率下降。若硅电池背表面附近的重金属杂质或空位能扩散至硅片表面或被有效吸除，会使串联电阻降低而填充因子升高，光电转换效率有一定的提高。现有技术中，单晶硅电池片平均填充因子并不理想，一般在76%以下。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种新的太阳能电池铝背场浆料及其制备方法。

在根据本发明的制备方法的实施方案中，优选地，将铝粉混合物、混合无机粘结剂及有机混合物调制成太阳能电池背表面的铝浆料。

优选地，铝粉混合物、混合无机粘结剂及有机混合物这三者的重量百分含量分别为50%～75wt%、1%～10wt%和15%～40wt%。换言之，由铝粉混合物、混合无机粘结剂及有机混合物这三者形成的混合物中包含：

铝粉混合物50%～75wt%

混合无机粘结剂1%～10wt%和

有机混合物15%～40wt%。

通常通过如下方式得到几种不同粒径的铝粉混合物：将中位粒径分别为2～3μm、4～5μm和6～8μm的铝粉进行混合。优选地，按照重量百分含量分别为10%～35wt%、10%～40wt%和25%～80wt%的比例将这三种不同粒径的铝粉进行混合。

采用氮气雾化法制备的粒径为2～3μm、4～5μm和6～8μm的铝粉可满足本发明的目的。举例来说，这些粒径的铝粉可购自河南远洋铝业。

混合无机粘结剂优选地包含第一无机粘结剂和第二无机粘结剂，这两种无机粘结剂相同或不同。优选地，这两种无机粘结剂包含不同的组分。

本领域中常用的混合无机粘结剂是将Bi₂O₃、PbO、V₂O₅、ZnO、Al₂O₃、B₂O₃、SiO₂、TiO₂、CaO、MgO、Li₂O、Na₂O等氧化物中的几种经混合、烧结、水淬等工艺过程制得，一般采用单一添加方式，电池片的填充因子偏低。

在本发明的一个具体实施方案中，将两种无机粘结剂按质量比25:1～1:1的比例混合均匀，得到混合无机粘结剂。

优选地，以25:1～1:1，更优选20:1～2:1,更优选18:1～3:1的比例将第一无机粘结剂和第二无机粘结剂进行混合。

优选地，第一种无机粘结剂通过将45～75wt%Bi₂O₃，0.5～10wt%ZnO，5～26wt%B₂O₃，0～13wt%SiO₂，0～6wt%TiO₂在1050℃～1450℃熔制并经水淬制得。

优选地，第二种无机粘结剂由CuO基复合粉末10～40wt%和Bi₂O₃60～90wt%组成，其中CuO基复合粉末通过如下方式制得：将粒径为20～80nm，纯度大于99.0%的Cu₂O粉和粒径为10～80μm，纯度大于99.0%的Ga₂O₃粉，按照质量比1:2～1:15的比例进行混合，放入行星球磨机球磨2～8小时（h），充分混合均匀，烘干后先经600℃预烧2h，之后在1000～1350℃烧结5～10h，并破碎球磨。

本发明的浆料的调制工艺过程基本与现有技术相同。举例来说，可以通过如下方式进行：先将有机物混合物混合搅拌，待均匀后，加入无机粘结相和铝粉混合物搅拌，最后通过三辊研磨机轧制或球磨机磨制可得浆料。

在本发明中，有机混合物的作用是将铝粉和无机粘结剂均匀地分散并能通过丝网印刷工艺印刷于硅片的表面，其在电池片的烘干和烧结初期全部挥发，起到帮助铝粉和无机粘结剂均匀涂覆于硅片表面的作用。本领域中常用的有机混合物包括脂类、醇类、醚类等，其中脂类主要有：乙基纤维素、二乙二醇丁醚醋酸酯、邻苯二甲酸酯类、酚醛树脂等，醇类主要有：苯甲醇、松油醇、乙醇等，醚类主要有：乙二醇醚类等。

上述方法生产的太阳能电池铝背场浆料，因降低了光生载流子的复合率，使得太阳能电池获得较大的填充因子。在本发明的一个实施方案中，实现了大于78.0%的填充因子。在本发明的一个实施方案中，实现了大于80.0%的填充因子。在本发明的一个实施方案中，实现了大于85.0%的填充因子。

根据本发明的太阳能电池铝背场浆料还优选具有如下优点中的一种或多种：

提高的电池背场反射率；

降低的光生载流子的复合率；

工艺简单且容易控制；

产品性能稳定；和

易于实现工业化。

具体实施方式

出于说明而非限制性目的，提供如下具体实施例以进一步说明本发明。

出于本说明书的目的，在说明书和权利要求书中所有表示成分的量、反应条件等的数字在所有的情况下应被理解为由术语“约”修饰，除非另有指定。相应地，以下的说明书和所附权利要求书中给出的数值参数是近似值，其可根据本发明试图得到的所希望的性质而变化，除非有相反的指示。至少，且不打算限制等同原则在权利要求范围上的应用，每个数值参数应该至少按照所报道的有效数字的位数并按照通常的四舍五入技术来解释。

本文中所使用的原料都是可以从市场上购得的，除非另有说明。

实施例1

首先将2～3μm、4～5μm和6～8μm的铝粉按照重量百分含量分别为15wt%、35wt%和50wt%的比例进行混合，得到这三种铝粉的混合物。

然后，通过混合两种无机粘结剂进行无机粘结剂的制备。

第一种无机粘结剂通过将72wt%Bi₂O₃，3wt%ZnO，25wt%B₂O₃混合均匀，在马弗炉中于1250℃熔制40分钟，经水淬制得。

第二种无机粘结剂通过将CuO基复合粉末与纯度大于99.0%Bi2O3按照40wt%和60wt%混合，其中CuO基复合粉末如下方式制得：将平均粒径为80nm，纯度大于99.0%的Cu2O粉末和平均粒径为80nm，纯度大于99.0%的Ga₂O₃粉末，按照质量比1:3的比例进行混合，放入罐体和介质为氧化锆材质的行星球磨机中球磨6h，充分混合均匀，60℃烘干后，先经600℃预烧2h，之后在1350℃烧结8h，破碎、球磨并干燥。

将这两种无机粘结剂按质量比10:1的比例混合得到无机粘结剂。

之后，通过如下方式制备有机相混合物：将20g乙基纤维素溶于80g松油醇中并加热至80℃，搅拌使其溶解透明，将2g丁基卡必醇，5g丁基卡必醇醋酸酯，3g马来酸二丁酯，4g邻苯二甲酸二丁酯和1g卵磷脂分别加入上述松油醇中，用高速分散机以600转/分的速率分散30分钟。

最后，进行浆料的调制。具体地，将已制备好的铝粉混合物与无机粘结剂及有机相按59wt%、6wt%和35wt%的比例混合，经分散机以600转/分的速率分散30分钟，再用三辊轧机轧制1小时，得到太阳能电池铝背场浆料。

在将所制备的铝背场浆料在硅太阳能电池生产线上经丝网印刷、烘干、快速烧结后，用DLSK-FXJ7型AAA级分选机测得其平均填充因子为：78.06%。

实施例2

首先，将2～3μm、4～5μm和6～8μm的铝粉按照重量百分含量分别为12wt%、32wt%和56wt%的比例混合成铝粉混合物。

然后，通过混合两种无机粘结剂进行无机粘结剂的制备。

第一种无机粘结剂通过将64wt%Bi₂O₃，5wt%ZnO，26wt%B₂O₃，5wt%TiO₂混合均匀，在马弗炉中于1200℃熔制60分钟，经水淬制得。

第二种无机粘结剂是将CuO基复合粉末与纯度大于99.0%的Bi₂O₃按照35wt%和65wt%混合而成。其中CuO基复合粉末是通过如下方式制得：将平均粒径为60nm，纯度大于99.0%的Cu₂O粉末和平均粒径为60nm，纯度大于99.0%的Ga₂O₃粉末，按照质量比1:5的比例进行混合，放入球磨机球磨12h，充分混合均匀，50℃烘干后，先经700℃预烧2h，之后在1300℃烧结8h，破碎、球磨并干燥。

将这两种无机粘结剂按质量比8:1的比例混合而成。

之后，通过如下方式制备有机相混合物：将10g乙基纤维素和5g醇酸树脂溶于60g松油醇并加热至60℃，搅拌使其溶解透明，将3g环己酮，5g丁基卡必醇醋酸酯，4g乙二醇苯醚，4g邻苯二甲酸二丁酯和1g卵磷脂分别加入上述松油醇中，用高速分散机以500转/分的速率分散40分钟。

最后，进行浆料的调制。将配制好的铝粉混合物与无机粘结剂及有机相按57wt%、5wt%和38wt%的比例混合，经分散机以500转/分的速率分散60分钟，再用三辊轧机轧制1小时，得到太阳能电池铝背场浆料。所制备的铝背场浆料在硅太阳能电池生产线上经丝网印刷、烘干、快速烧结后，用DLSK-FXJ7型AAA级分选机测得其平均填充因子为：80.44%。

实施例3

首先，将2～3μm、4～5μm和6～8μm的铝粉末按照重量百分含量分别为12wt%、10wt%和78wt%的比例混合成铝粉末混合物。

然后，通过混合两种无机粘结剂进行无机粘结剂的制备。

第一种无机粘结剂通过将70wt%Bi₂O₃，6wt%ZnO，22.3wt%B₂O₃，0.5wt%SiO₂，1.2wt%TiO₂混合均匀，在马弗炉中于1250℃熔制50分钟，经水淬制得。

第二种无机粘结剂是将CuO基复合粉末与纯度大于99.0%的Bi₂O₃按照15wt%和85wt%混合而成。其中CuO基复合粉末是通过如下方式制得：将平均粒径为60nm，纯度大于99.0%的Cu₂O粉末和平均粒径为60nm，纯度大于99.0%的Ga₂O₃粉末，按照质量比1:12的比例进行混合，放入球磨机球磨24h，充分混合均匀，60℃烘干后，先经650℃预烧2h，之后在1320℃烧结8h，破碎、球磨并干燥。

将这两种无机粘结剂按质量比12:1的比例混合而成。

之后，通过如下方式制备有机相混合物：将20g乙基纤维素和6g醇酸树脂溶于80g松油醇并加热至50℃，搅拌使其溶解透明，将2g环己酮，5g丁基卡必醇醋酸酯，5g乙二醇苯醚，3g邻苯二甲酸二丁酯和1g卵磷脂分别加入上述松油醇中，用高速分散机以700转/分的速率分散60分钟。

最后，进行浆料的调制。将配制好的铝粉混合物与无机粘结剂及有机相按74wt%、3.2wt%和22.8wt%的比例混合，经分散机以500转/分的速率分散80分钟，再用三辊轧机轧制50分钟，得到太阳能电池铝背场浆料。所制备的铝背场浆料在硅太阳能电池生产线上经丝网印刷、烘干、快速烧结后，用DLSK-FXJ7型AAA级分选机测得其平均填充因子为：85.16%。

Claims

1.一种太阳能电池铝背场浆料的制备方法，该方法包括：

提供铝粉混合物；

提供混合无机粘结剂；

提供有机混合物；

将铝粉混合物、混合无机粘结剂和有机混合物调制成太阳能电池铝背场浆料，

其中提供混合无机粘结剂是通过将第一无机粘结剂和第二无机粘结剂进行混合制备混合无机粘结剂完成的，

其中第一无机粘结剂是通过将45～75wt％Bi₂O₃，0.5～10wt％ZnO，5～26wt％B₂O₃，0～13wt％SiO₂，0～6wt％TiO₂在1050℃～1450℃熔制，经水淬制得；

第二无机粘结剂是通过将10～40wt％CuO基复合粉末和60～90wt％Bi₂O₃混合而成，其中CuO基复合粉末是通过如下方式制备：将粒径为20～80nm的Cu₂O粉和粒径为10～80μm的Ga₂O₃粉，按照质量比1:2～1:15的比例进行混合，放入球磨机球磨2～8h，充分混合均匀，烘干后先经600℃预烧2h，之后在1000～1350℃烧结5～10h，破碎球磨后制得。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池铝背场浆料的制备方法，其中提供铝粉混合物是通过如下方式制备铝粉混合物完成的：将中位粒径分别为2～3μm、4～5μm和6～8μm的铝粉进行混合。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池铝背场浆料的制备方法，其中按照重量百分含量分别为10％～35wt％、10％～40wt％和25％～80wt％的比例混合中位粒径分别为2～3μm、4～5μm和6～8μm的铝粉。

4.根据权利要求1－3中任一项所述的太阳能电池铝背场浆料的制备方法，其中以25:1～1:1的比例将第一无机粘结剂和第二无机粘结剂进行混合。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池铝背场浆料的制备方法，其中以20:1～2:1的比例将第一无机粘结剂和第二无机粘结剂进行混合。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池铝背场浆料的制备方法，其中以18:1～3:1的比例将第一无机粘结剂和第二无机粘结剂进行混合。

7.根据权利要求1－3中任一项所述的太阳能电池铝背场浆料的制备方法，其中调制包括将铝粉混合物与混合无机粘结剂及有机混合物进行混合，经分散机分散，再进行轧制。

8.一种太阳能电池铝背场浆料，其包含：铝粉混合物；混合无机粘结剂；和有机混合物，其百分含量分别为

铝粉混合物50％～75wt％

混合无机粘结剂1％～10wt％和

有机混合物15％～40wt％，

其中混合无机粘结剂是第一无机粘结剂和第二无机粘结剂的混合物，

9.根据权利要求8所述的太阳能电池铝背场浆料，其中铝粉混合物是中位粒径分别为2～3μm、4～5μm和6～8μm的铝粉混合物。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池铝背场浆料，其中中位粒径分别为2～3μm、4～5μm和6～8μm的铝粉的重量百分含量分别为10％～35wt％、10％～40wt％和25％～80wt％。

11.根据权利要求8－10中任一项所述的太阳能电池铝背场浆料，其中第一无机粘结剂和第二无机粘结剂的比例为25:1～1:1。

12.根据权利要求8－10中任一项所述的太阳能电池铝背场浆料，其中第一无机粘结剂和第二无机粘结剂的比例为20:1～2:1。

13.根据权利要求8－10中任一项所述的太阳能电池铝背场浆料，其中第一无机粘结剂和第二无机粘结剂的比例为18:1～3:1。