CN104835552A - 一种n型太阳能电池金属化用掺杂浆料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于N型太阳能电池金属化的掺杂浆料，通过掺硼的铝合金粉替代纯金属铝粉，用于n型晶硅太阳电池的p+接触。其特征是该浆料由导电银粉、玻璃粉、有机载体相和添加剂硼铝合金粉组成，其中，导电银粉的含量为70-94wt%，添加剂铝硅合金粉的含量为0.5-10wt%，玻璃粉的含量为0.5-10wt%，有机载体相5-10wt%。使用该掺杂浆料采用丝网印刷工艺，经过共烧形成低接触电阻的电极，电池开压高和漏电流小，转换效率高。

Description

一种 N 型太阳能电池金属化用掺杂浆料

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种太阳能电池金属化用掺杂浆料材料。

背景技术

提高太阳电池的转换效率是光伏技术长期追逐的目标。与传统p型硅电池相比，n型硅电池能提供卓越的电性能如对普通过渡金属杂质不敏感导致更高的载流子扩散长度。此外，由于抑制硼氧复合体形成n型硅电池和组件的初始光诱导衰减几乎为零。

提高电池转换效率而不增加电池的生产成本，这是发展高效电池的一个主流方向。采用丝网印刷工艺形成接触的方式对降低电池制造成本起到了决定性作用。若将P型晶体硅太阳能电池正面金属化商业化的Ag浆料尝试用在n型电池的正面接触，接触电阻太大，效率降低。由于Al浆已经成功应用于P型晶体硅的背面，铝是在工业化厚膜银浆中对好的硼发射极接触形成最必要的组分。当金属Al粉作为添加剂加入到Ag浆料中作为n型晶体硅太阳电池的金属化浆料时，随着铝添加量的增加，接触电阻显著的降低。但同时引起漏电和线电阻的增加（H. Kerp et al. “Development of screen printable contacts for p+ emitters in bifacial solar cells” Proceedings 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, Dresden Germany, 2006）。纯金属铝的电阻率为2.65X10^-8Ωm，纯金属银的电阻率为1.586X10^-8Ωm,金属铝的电阻率大于金属银。而且，由于金属铝易氧化，铝粉表面积大，在铝粉表面形成一层不导电的氧化铝层，当采用纯的金属铝粉作为n型接触的添加剂时，铝粉表面氧化铝层将阻止铝对p⁺层扩散和合金化反应。当采用纯金属铝粉添加量少时，接触电阻大，FF小；而随着铝粉含量增加将使得电极的体电阻增加，从而导致串联电阻增加和电池转换效率的降低。因此，在n型晶硅太阳电池用银铝浆中金属铝是影响转换效率主要因素。

针对n型晶硅太阳电池丝网印刷用银铝浆的问题，本发明提供一种银硼铝浆料，通过硼铝合金粉替代纯金属铝粉，用于n型晶硅太阳电池的p+接触。使用该银铝浆料采用丝网印刷工艺，经过共烧形成低接触电阻的电极，电池开压高和漏电流小，转换效率高。该厚膜浆料的组成为导电银粉、玻璃粉、有机载体相、添加剂为硼铝合金粉。

发明内容

根据本发明的厚膜浆料由以下组成：导电银粉、玻璃粉、有机载体相和添加剂掺硼铝合金粉。添加剂掺铝合金能提供p+发射极与银电极之间高导电通路，降低接触电阻，同时避免造成发射极表面缺陷状态，减少漏电流，开路电压高。本发明浆料适应于n型多晶和单晶硅太阳电池丝网印刷电极。

1 导电银粉

银粉在浆料中主要作为导电相材料。导电银粉也可以包括银合金粉，如：银镍合金、银镁合金、银铜合金粉等。导电银粉性态为片状、球状、类球状、团聚体等。导电银粉大小为0.2---10μ。导电银粉颗粒小于0.2μ，银粉烧结温度太低，银-硅接触界面导电接触点少，接触电阻变大。当银粉颗粒大于10μ，银粉烧结温度抬高，银容易扩散到发射极，引起漏电增大，并联电阻变小。因此，本发明导电银粉颗粒大小合适的范围为0.5-2.5μ。导电银粉在浆料中所占的比例为70-94wt%，合适范围为75-85wt%。

2 添加剂

硼铝合金具有很好电子导电性，在常温下具有好的化学稳定性，不易氧化。作为n型接触料高温烧结时，硼铝合金对硅表面进行重掺，提高了电极下发射极上载流子的浓度，实现降低电极与硅界面的接触电阻。同时，由于降低金属铝粉表面氧含量，避免了造成对发射极表面缺陷，减少漏电流，提高开路电压。

硼铝合金中硼含量为1-5wt%。硼铝合金粉的颗粒大小在0.1-10μ。加入量为0.5-10 wt%。假如加入量小于0.5wt%，在界面上不能形成有效和足够量的重掺和铝硅合金，接触电阻增大。而加入量大于10wt%时，影响电极体电阻，使得串联电阻增大，转换效率降低。硼铝合金粉添加量合适的范围为1-5wt%。

3 玻璃粉

玻璃粉在浆料中作为高温粘结相，存在于电极与硅基片界面中。同时玻璃在烧结过程中作为媒介相决定了银在硅表面的沉积数量和大小。玻璃性质在烧结过程中直接影响开路电压大小和填充因子。另外，玻璃在烧结过程中影响电极的粘结强度、可焊性和耐焊性。因此，本发明所涉及的玻璃为PbO-B₂O₃-SiO₂、Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂、TeO₂-PbO、V₂O₅-PbO体系玻璃。玻璃的软化温度为280-550℃，玻璃粉颗粒大小为0.5-10μ。玻璃粉在浆料中所占比例为0.5-10wt%。玻璃粉在浆料中比例小于0.5wt%，电极粘结强度小和高的接触电阻。当玻璃粉大于10wt%，对于浅发射极，容易引起过烧把发射极击穿，引起漏电增加，接触电阻增加。因此，对于浅发射极用导电浆料，玻璃相在满足电极粘结强度尽可能少量添加。而由于少的玻璃相引起银重结晶量减少，使得界面接触电阻增大，填充因子下降，本发明硼铝合金添加剂对硅表面进行重掺，并低势垒的铝硅合金，能补偿界面上银结晶减少。

4 有机载体相

有机载体相的功能是把导电相银粉、玻璃粉、添加剂粉体混合分散成膏状，形成特殊流变性能的浆料。以便使用丝网印刷将其在硅片上精确地印出设计的电极图案。有机载体相主要由溶剂、增稠剂、增塑剂、表面活性剂、触变剂组成。溶剂主要由松节油、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯中的一种或几种组成，增稠剂主要为乙基纤维素、丁基纤维素，增塑剂主要为邻苯二甲酸酯，表活性剂主要为羊脂酸、卵磷脂、司班85，触变剂主要为氢化蓖麻油。

银浆中有机载体相的含量为5-10%。当有机载体相的含量低于5%时，有机载体相很难将粉体润湿分散；而当有机载体相含量大于10%时，所印制的电极在烧结后烧结密度太小，而导致电池具有大的串联电阻。

浆料的制备方法：精确称量银粉、硼铝合金粉、碲酸盐体系玻璃粉上述三种固体粉体在浆料中总含量88wt%，玻璃粉和有机相含量保持不变，改变硼铝合金粉和银粉的比例。将上述三种固体粉体充分混合均匀，将混合粉体置于有机载体相中搅拌预分散，在三辊机中碾压至刮板细度小于14µm，得到n型晶硅太阳能电池电极用导电银铝浆。

将所制得的导电银浆丝网印刷于硅片上，在红外烧结炉中烧结，制得硅太阳能电池，测试电池的电性能。所用的硅片单晶或多晶材质，已经扩散制好p-n结，方阻为80-85 Ω/□。

具体实施方式

实施例

按照表1配方制得浆料，记为P1、P2、P3，分别印制于单晶（156mm×156mm，方阻80Ω/□）、多晶（156mm×156mm，方阻85 Ω/□）两种规格的硅片上，经烧结后制得太阳能电池，测试电性能，取平均数据，结果列于表3和表4中。

比较例

按与实施例相同的工艺制备含固量为88wt%、添加纯的金属铝粉0、2.5wt、5wt%的导电银浆记为B1、B2、B3。分别在单晶（156mm×156mm，方阻80 Ω/□）、多晶（156mm×156mm，方阻85Ω/□）两种规格的硅片上印制电极，经烧结形成硅太阳能电池，测试电性能，取平均数据。实施例及比较例所制得太阳能电池的电性能以P1浆料电池为基准，比较结果列于表3和表4。

表1 实施例的配方组成表

表2 比较例的配方组成表

表3 丝网印刷金属化n型晶硅太阳能电池的电性能数据比较(单晶80Ω/□)

表4 丝网印刷金属化n型晶硅太阳能电池的电性能数据比较(多晶85Ω/□)

Claims (6)

1.一种N型太阳能电池金属化用掺杂浆料，其特征在于该掺杂浆料由导电银粉、添加剂硼铝合金粉、玻璃粉和有机载体相组成，其中，导电银粉的含量为70-94wt%，添加剂铝硅合金粉的含量为0.5-10wt%，玻璃粉的含量为0.5-10wt%，有机载体相5-10wt%。

2.根据权利要求1所述的n型太阳能电池金属化用掺杂浆料，其特征在于所述的导电银粉为Ag、Ag-Cu合金、Ag-Ni合金、Ag-Pd合金、Ag-Mg合金中的一种及以上。

3.根据权利要求1和2所述的n型太阳能电池金属化用掺杂浆料，其特征在于所述的导电银粉的颗粒平均粒径为0.2-10 µm。

4.根据权利要求1所述的n型太阳能电池金属化用掺杂浆料，其特征在于所述的添加剂铝硅合金粉中硼的含量为1-5wt%。

5.根据权利要求1和4所述的n型太阳能电池金属化用掺杂浆料，其特征在于所述的铝硅合金粉的颗粒平均粒径为0.1-10 µm。

6.根据权利要求1所述的n型太阳能电池金属化用掺杂浆料，其特征在于所述的玻璃粉的颗粒平均粒径为0.1-10 µm。