CN105374411B - 一种低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆，其组分包括：铝粉；有机载体；至少一种无机粘接剂；掺杂二氧化锡导电粉体；其中，掺杂二氧化锡导电粉体为选自锑掺杂的二氧化锡（ATO）、铟掺杂的二氧化锡（ITO）、氟掺杂的二氧化锡（FTO）、钨掺杂的二氧化锡（WTO）、铝掺杂的二氧化锡（TOA）中的至少一种。掺杂的二氧化锡导电粉体均匀分散到铝浆中，在烧结后的铝导电层中成为异相应力释放中心，可降低电池片的翘曲；掺杂的二氧化锡导电粉体具有良好的导电性能，虽然作为异相应力释放中心引入，但并不影响铝导电层的导电性，实现了在降低硅基太阳能电池片翘曲的同时，保证太阳能电池高的光电转换效率。

Description

一种低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能背面铝浆组合物技术领域，具体涉及一种包含掺杂二氧化锡的超细颗粒的低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆。

背景技术

在全球能源危机的大环境下，太阳能电池越来越受到各国的重视。年增长速度高达40%以上。在目前晶硅太阳能电池的生产中，绝大多数均采用P型晶硅太阳能电池片的背面印刷铝浆，经过烧结形成铝背场。经过多年的发展，铝背场的生产工艺已经趋向成熟、稳定，对铝背场的各项研究也日益深化，这些都决定了在今后相当一段时间内铝背场仍将被广泛用于晶体硅太阳能电池生产。

随着硅片厚度的不断降低，电池片的翘曲现象变得更为严重，从而导致太阳能电池产品良率降低而导致成本增加。因此需要不断地提高铝浆的性能，保证电池片高的光电转换效率同时降低电池片的翘曲度。

日本专利JP2001313402公布了通过用Si粒子部分替代浆料中的Al粉来降低铝膜的膨胀系数，从而达到降低和抑制电池片翘曲度的方法。然而，要明显降低铝膜的热膨胀系数达到硅晶片同等级别，把翘曲控制在所要求的水平范围内，浆料中必须大量添加Si粒子，这样将会显著降低铝背场的特性，从而严重损害电池片性能。

日本株式会社村田制作所申请的专利JP2004134775中公布了在浆料中加入于浆料有机体难溶或不溶的有机化合物粒子或碳粒子，从而达到降低电池片翘曲的方法。众所周知，浆料中的难溶性或不溶性有机粒子或碳粒子在烧结后会形成较高的碳残留，这些碳多为不导电碳，虽能增加应力释放降低电池片翘曲度，但会使铝膜的导电性下降。

此外美国专利出版物NO.2009/0255583 公开了一种含有有机锡组分的铝浆料；专利CN 102496418 A公开了一种添加含钛氧化物的铝浆料；专利CN 103500597 A公开了一种添加功能化石墨烯的铝浆料；专利CN 103106949 A公开了一种添加高导热性惰性无机填料的铝浆料。但是，这些添加剂也存在着以下的一种或是多种问题：添加剂本身导电性能差，影响电池片的电性能；添加剂与铝浆的成分相差很远，影响产品的综合性能；添加剂自身存在着团聚严重，难以分散等问题。因此仍然需要一种在保证电池片高的光电转换效率同时，更为有效地抑制翘曲现象的铝浆料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆，可降低电池片的翘曲，保证光电转化效率。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆，其特征在于，其组分包括：

铝粉；

有机载体；

至少一种无机粘接剂；

掺杂二氧化锡导电粉体；

其中，掺杂二氧化锡导电粉体为选自锑掺杂的二氧化锡（ATO）、铟掺杂的二氧化锡（ITO）、氟掺杂的二氧化锡（FTO）、钨掺杂的二氧化锡（WTO）、铝掺杂的二氧化锡（TOA）中的至少一种。

铝浆中添加掺杂二氧化锡导电粉体，金属离子如锑离子、铟离子、钨离子、氯离子替代二氧化锡晶体结构中锡离子的位置，使氧化锡晶体形成氧缺位提供导电电子，载流子浓度升高，电阻率降低。具有可见光谱区透光率高和电阻率低；氟掺杂的二氧化锡氟原子替代二氧化锡晶体结构中氧的位置或形成间隙氟原子，同时释放出一个电子，表现出优良的导电能力，电阻率降低。掺杂的二氧化锡导电粉体均匀分散到铝浆中，能起到释放由铝硅热膨胀系数差异引起的应力的作用，从而降低电池片的翘曲；同时掺杂的二氧化锡导电粉体具有良好的导电性能，虽然作为异相应力释放中心引入，但并不影响铝导电层的导电性，因此实现了硅基太阳能电池片低翘曲和高光电转换效率。

优选的技术方案为，以导电铝浆总重量为基准，掺杂二氧化锡导电粉体占0.01%～1%。

铝粉、掺杂二氧化锡导电粉体和无机粘接剂粒径小，比表面积大，之间容易发生团聚，为了使铝粉、掺杂二氧化锡导电粉体和无机粘接剂在有机载体中均匀分散，优选的技术方案为，其组分还包括分散剂，以导电铝浆总重量为基准，分散剂占0.05-3%。分散剂可以均匀吸附到铝粉、掺杂二氧化锡导电粉体和无机粘接剂的表面，发挥静电稳定和空间位阻稳定作用。

优选的技术方案为，以导电铝浆总重量为基准，铝粉（a）占70～80%，有机载体占15～25%，无机粘接剂占0.1～5%。

优选的技术方案为，掺杂二氧化锡导电粉体的平均粒径为0.01～10μm，无机粘接剂的平均粒径为0.01～10μm，铝粉由平均粒径1～3μm和5～7μm两种铝粉混合而成。

为了避免分散剂的烧结残留对铝浆性能产生影响，通常采用有机分散剂改善粉体的分散，优选的技术方案为，分散剂为选自脂肪酸类、脂肪族酰胺类、脂肪族酯类、金属皂类、石蜡类、低分子蜡类分散剂中的至少一种。

为了保证铝浆具有合适的粘度和流变特性，优选的技术方案为，有机载体由树脂和有机溶剂组成，以导电铝浆总重量为基准，树脂占0.5～5%，有机溶剂占10～24.5%。

为了保证铝浆烧结树脂不产生灰分，保证铝电极的导电效率，优选的技术方案为，树脂为选自乙基纤维素树脂、醇酸树脂、丙烯酸酯树脂、醋酸乙烯酯树脂、醋酸丁酸纤维素树脂、醋酸丙酸纤维素树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙烯醇树脂、松香树脂之中的至少一种。

为了保证铝浆具有较好的阶梯挥发特性，优选的技术方案为，溶剂为选自松油醇、苯甲醇、二乙二醇、二丙二醇、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇乙醚醋酸酯、十二醇酯、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯之中的至少两种混合而成。

本发明的优点和有益效果在于：

掺杂的二氧化锡导电粉体均匀分散到铝浆中，在烧结后的铝导电层中成为异相应力释放中心，起到释放由铝硅热膨胀系数差异引起的应力的作用，从而降低电池片的翘曲。

掺杂的二氧化锡导电粉体具有良好的导电性能，虽然作为异相应力释放中心引入，但并不影响铝导电层的导电性，实现了在降低硅基太阳能电池片翘曲的同时，保证太阳能电池高的光电转换效率。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1-6：

铝浆具体配比如下：

其中有机载体的组分为：松油醇30份、二乙二醇丁醚30份、十二醇酯30份、乙基纤维素6份、丙烯酸酯树脂4份；无机粘接剂的组分为：氧化铋55份、氧化锌10份、氧化锑15份、氧化硼10份、氧化钼2.5份、氧化铝5份、氧化锂2.5份；分散剂为脂肪族酯类的硬脂酸单甘油酯；掺杂导电粉ATO为50 nm、ITO为150 nm、FTO为1.5 μm、WTO为2μm、TOA为1.3μm。

测试所用正银为杜邦PV-18H，背银为泓源SS-605，片源为晶科提供156 mm×156mm多晶硅片，烧结温度为550°C /500°C /560°C /600°C /720°C /930°C，烧结带速为230IPM。上述发明铝浆制备的多晶硅太阳能电池片无铝包、铝刺等不良现象。

上述发明铝浆和对比铝浆制备的多晶硅太阳能电池的电性能结果比较如下：

实施例7-11

掺杂导电粉相互之间重量等比混合，铝浆具体配比如下：

其中有机载体的组分为：乙二醇苯醚30份、二乙二醇丁醚醋酸酯30份、邻苯二甲酸二丁酯30份、酚醛树脂 4份、醇酸树脂4份；无机粘接剂的组分为：氧化钙10份、氧化锑35份、氧化硼25份、氧化锆5份、氧化铝10份、氧化铅10份、氧化铈5份；分散剂为低分子蜡类聚乙二醇400；掺杂导电粉ATO为200 nm、ITO为150 nm、FTO为150 nm、WTO为1μm、TOA为1.3 μm。

测试所用正银为杜邦PV-18H，背银为泓源SS-605，片源为晶科提供156 mm×156mm多晶硅片，烧结温度为550°C /500°C /560°C /600°C /720°C /930°C，烧结带速为230IPM。上述发明铝浆制备的多晶硅太阳能电池片无铝包、铝刺等不良现象。

上述发明铝浆和对比铝浆制备的多晶硅太阳能电池的电性能结果比较如下：

无机粘结剂可以为球形或无定形形状。无机粘结剂可以是含铅玻璃粉或者无铅玻璃粉。无机粘结剂可以包含二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化硼(B₂O₃)、氧化铋(Bi₂O₃)、氧化钠(Na₂O)、氧化锌(ZnO)、氧化镉(CdO)、氧化钡(BaO)、氧化锂(Li₂O)、氧化铅(PbO) 和氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钼（MoO₃）、氧化磷（P₂O₅）、氧化锆（ZrO₂）、氧化锶（SrO）、氧化铈（CeO₂）、氧化锑(Sb₂O₃)、氧化钒(V₂O₅)一种或几种。玻璃粉基于所述浆料的总重量而按照0.1~5.0wt％的用量存在。玻璃粉的粒径范围是0.01~10 μm。

其中，铝粉可以是球形粉末或薄片状或无定形形状。

上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆，其特征在于，其组分包括：

铝粉；

有机载体；

至少一种无机粘接剂；

掺杂二氧化锡导电粉体；

其中，掺杂二氧化锡导电粉体为选自锑掺杂的二氧化锡（ATO）、铟掺杂的二氧化锡（ITO）、氟掺杂的二氧化锡（FTO）、钨掺杂的二氧化锡（WTO）、铝掺杂的二氧化锡（TOA）中的至少一种；

以导电铝浆总重量为基准，掺杂二氧化锡导电粉体占0.01%～1%，以导电铝浆总重量为基准，铝粉占70～80%，有机载体占15～25%，无机粘接剂占0.1～5%；

其组分还包括分散剂，以导电铝浆总重量为基准，分散剂占0.05-3%。

2.根据权利要求1所述的低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆，其特征在于，掺杂二氧化锡导电粉体的平均粒径为0.01～10μm，无机粘接剂的平均粒径为0.01～10μm，铝粉由平均粒径1～3μm和5～7μm两种铝粉混合而成。

3.根据权利要求1所述的低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆，其特征在于，分散剂为选自脂肪酸类、脂肪族酰胺类、脂肪族酯类、金属皂类、石蜡类、低分子蜡类分散剂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆，其特征在于，有机载体由树脂和有机溶剂组成，以导电铝浆总重量为基准，树脂占0.5～5%，溶剂占10～24.5%。

5.根据权利要求4所述低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆，其特征在于，树脂选自乙基纤维素树脂、醇酸树脂、丙烯酸酯树脂、醋酸乙烯酯树脂、醋酸丁酸纤维素树脂、醋酸丙酸纤维素树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙烯醇树脂、松香树脂中的至少一种。

6.根据权利要求4所述低翘曲晶体硅太阳能电池导电铝浆，其特征在于，溶剂选自松油醇、苯甲醇、二乙二醇、二丙二醇、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇乙醚醋酸酯、十二醇酯、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯中的至少两种。