CN105489670A - 晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料和钝化膜制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料和钝化膜制备方法，按重量份计，该浆料包括以下组分：氧化铝溶胶65-70份、络合剂10-13份、交联剂3-5份、增稠剂1-3份和流平剂0.1-0.3份。通过丝网印刷将该氧化铝溶胶涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层，然后干燥，接着烧结该涂层，于该基材上形成一具有该预定图案的钝化层。本发明的工艺过程简单，各步骤使用实验室设备即可完成全部制备过程，在电池片背部制备氧化铝钝化膜增强了电池对长波光的吸收，降低了电池背表面的复合，提升了太阳能电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产制造领域，特别是涉及一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料和钝化膜制备方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池是一种把光能直接转换成电能的半导体器件。光电转换效率是光伏晶硅太阳能电池最重要的参数，也是影响光伏发电成本最核心的因子。对于高效电池而言，PERC电池技术已经在各大电池厂商推广，PERC单晶硅电池效率可达到20.5%。综合来看，PERC电池在各类高效晶硅电池中结构最简单，潜在成本最低，与现有电池生产线兼容性高，易于改造旧产线，所以PERC电池成为了近几年高效电池开发的热点。在中国大陆、台湾地区及海外等多家太阳能厂商已经实现了PERC电池的产业化。目前中国大陆地区前几大电池生产厂商均宣称PERC电池已经开始量产，并且在未来五年PERC电池的占比将达到30%以上。
钝化发射极背接触（PERC）电池技术的核心是Al2O3钝化层的制备，而目前市场上制备Al2O3的方法主要是利用大型设备分解三甲基铝(TMA)、沉积Al2O3薄膜的方法，其中包括ALD原子层沉积方法、PECVD等离子增强气相沉积方法、溅射法、APCVD常压化学气相沉积法。这些设备沉积的方法大都存在以下缺陷：1、设备成本高；2、开机率较低；3、维护保养费用高；4、沉积气体三甲基铝易燃易爆，危险性大；5、生产成本高。PERC电池技术之所以已经产业化，但还没有全部推广，很大程度上在于Al2O3钝化层沉积设备的以上缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料和钝化膜制备方法。
本发明的技术方案为：一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，按重量份计，该浆料包括以下组分：氧化铝溶胶65-70份、络合剂10-13份、交联剂3-5份、增稠剂1-3份和流平剂0.1-0.3份。
所述络合剂为乙酰乙酸乙酯、乙二胺、乙二胺四乙酸中的一种或多种的混合物。
所述交联剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、聚氨酯中的一种或多种的混合物。
所述增稠剂为乙基纤维素或甲基纤维素。
所述流平剂为丙烯酸酯类、有机硅类中的一种或多种的混合物。
所述氧化铝溶胶由溶胶凝胶法制得，其制备方法如下：将氧化铝前驱体中加入酸性胶溶剂溶液，控制n[H+]:n[Al3+]=0.1～0.3:1，控制PH=3～5，80～95℃水浴6～24h，机械搅拌得到透明氧化铝溶胶；其中酸性胶溶剂为盐酸、硝酸、高氯酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、丙酸中的一种或多种的混合酸。
所述氧化铝溶胶由水热法制得，其制备方法如下：将氧化铝前驱体中加入酸性胶溶剂溶液，控制n[H+]:n[Al3+]=0.1～0.3：1，控制PH=3～5，90～120℃水热12～48h，得到透明氧化铝溶胶；其中酸性胶溶剂为盐酸、硝酸、高氯酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、丙酸中的一种或多种的混合酸。
所述氧化铝前驱体由以下方法制得，其制备方法包括以下步骤：（1）将铝盐与水混合，充分溶解后，得到铝盐溶液，然后将铝盐溶液与中性表面活性剂混合，滴加入氨水溶液中，所述铝盐为氯化铝、硝酸铝、氯化铝水合物、硝酸铝水合物中的一种或多种的混合物；所述中性表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚、聚乙二醇衍生物、聚乙烯醇衍生物、聚醚衍生物中的一种或多种的混合物；其中铝盐和氨水的摩尔比为n[Al3+]:n[NH3·H2O]=1:5～15，铝盐与中性表面活性剂的摩尔比为5～10:1；（2）滴加的过程中不断进行水浴搅拌，生成氧化铝沉淀，PH控制在9～10，水浴温度控制在70～90℃；（3）将氧化铝沉淀陈化1～3h，过滤，水洗去除阴离子，得到中性的氧化铝前驱体。
一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料制备钝化膜的方法，该钝化膜的制备方法如下：通过丝网印刷将该氧化铝溶胶涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层，然后进行于160-180℃干燥10分钟，接着于560-600℃的温度下烧结该涂层，于该基材上形成一具有该预定图案的钝化层。
有益效果：本发明的产品为高效氧化铝背钝化浆料，适用于PERC电池技术的Al2O3背面钝化层的制备，可生产出效率高于20.5%的晶硅电池产品，可采用丝网印刷的方式生产，工艺过程简单，取代了大型沉积设备，易于大规模生产，不存在大型设备沉积的缺陷，各步骤使用实验室设备即可完成全部制备过程；在电池片背部制备氧化铝钝化膜增强了电池对长波光的吸收，降低了电池背表面的复合，大大提升了太阳能电池的转化效率。
具体实施方式
实施例1
一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，按重量份计，该浆料包括以下组分：氧化铝溶胶65份、络合剂10份、交联剂3份、增稠剂1份和流平剂0.1份。所述络合剂为乙二胺。所述交联剂为聚氨酯。所述增稠剂为乙基纤维素。所述流平剂为丙烯酸酯树脂。
所述氧化铝溶胶由溶胶凝胶法制得，其制备方法如下：将氧化铝前驱体中加入酸性胶溶剂溶液，控制n[H+]:n[Al3+]=0.1:1，控制PH=3～5，95℃水浴6h，机械搅拌得到透明氧化铝溶胶；其中酸性胶溶剂为盐酸。
所述氧化铝前驱体由以下方法制得，其制备方法包括以下步骤：（1）将铝盐与水混合，充分溶解后，得到铝盐溶液，然后将铝盐溶液与中性表面活性剂混合，滴加入氨水溶液中，所述铝盐为氯化铝、硝酸铝、氯化铝水合物、硝酸铝水合物中的一种或多种的混合物；所述中性表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚、聚乙二醇衍生物、聚乙烯醇衍生物、聚醚衍生物中的一种或多种的混合物；其中铝盐和氨水的摩尔比为n[Al3+]:n[NH3·H2O]=1:5，铝盐与中性表面活性剂的摩尔比为5:1；（2）滴加的过程中不断进行水浴搅拌，生成氧化铝沉淀，PH控制在9～10，水浴温度控制在70℃；（3）将氧化铝沉淀陈化1h，过滤，水洗去除阴离子，得到中性的氧化铝前驱体。
制备钝化膜：通过丝网印刷将该氧化铝浆料印刷于厚度180μm的p型硅硅片上，并形成一预定图案的涂层，然后进行用红外线热风干燥炉于180℃干燥10分钟，接着于560℃的温度下烧结该涂层，于p型硅硅片表面形成一具有该预定图案的钝化层，经氮氢混合气体环境下退火后，完成复合材料的制作，最后印刷铝浆、银浆等完成电池的制作，并测定复合材料的氧化铝钝化层的成膜性、可图案化效果、电池背面剥离强度和电池转化效率，将结果记录于表1。
实施例2
一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，按重量份计，该浆料包括以下组分：氧化铝溶胶68份、络合剂12份、交联剂4份、增稠剂2份和流平剂0.2份。所述络合剂为乙酰乙酸乙酯。所述交联剂为脲醛树脂。所述增稠剂为乙基纤维素。所述流平剂为三聚氰胺甲醛树脂。
所述氧化铝溶胶由溶胶凝胶法制得，其制备方法如下：将氧化铝前驱体中加入酸性胶溶剂溶液，控制n[H+]:n[Al3+]=0.2:1，控制PH=3～5，80℃水浴12h，机械搅拌得到透明氧化铝溶胶；其中酸性胶溶剂为柠檬酸。
所述氧化铝前驱体由以下方法制得，其制备方法包括以下步骤：（1）将铝盐与水混合，充分溶解后，得到铝盐溶液，然后将铝盐溶液与中性表面活性剂混合，滴加入氨水溶液中，所述铝盐为氯化铝、硝酸铝、氯化铝水合物、硝酸铝水合物中的一种或多种的混合物；所述中性表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚、聚乙二醇衍生物、聚乙烯醇衍生物、聚醚衍生物中的一种或多种的混合物；其中铝盐和氨水的摩尔比为n[Al3+]:n[NH3·H2O]=1:10，铝盐与中性表面活性剂的摩尔比为8:1；（2）滴加的过程中不断进行水浴搅拌，生成氧化铝沉淀，PH控制在9～10，水浴温度控制在90℃；（3）将氧化铝沉淀陈化2h，过滤，水洗去除阴离子，得到中性的氧化铝前驱体。
制备钝化膜：通过丝网印刷将该氧化铝浆料印刷于厚度180μm的p型硅硅片上，并形成一预定图案的涂层，然后进行用红外线热风干燥炉于180℃干燥10分钟，接着于560℃的温度下烧结该涂层，于p型硅硅片表面形成一具有该预定图案的钝化层，经氮氢混合气体环境下退火后，完成复合材料的制作，最后印刷铝浆、银浆等完成电池的制作，并测定复合材料的氧化铝钝化层的成膜性、可图案化效果、电池背面剥离强度和电池转化效率，将结果记录于表1。
实施例3
一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，按重量份计，该浆料包括以下组分：氧化铝溶胶70份、络合剂13份、交联剂5份、增稠剂3份和流平剂0.3份。所述络合剂为乙二胺四乙酸。所述交联剂为脲醛树脂。所述增稠剂为乙基纤维素。所述流平剂为丙烯酸酯树脂。
所述氧化铝溶胶由溶胶凝胶法制得，其制备方法如下：将氧化铝前驱体中加入酸性胶溶剂溶液，控制n[H+]:n[Al3+]=0.3:1，控制PH=3～5，85℃水浴24h，机械搅拌得到透明氧化铝溶胶；其中酸性胶溶剂为甲酸。
所述氧化铝前驱体由以下方法制得，其制备方法包括以下步骤：（1）将铝盐与水混合，充分溶解后，得到铝盐溶液，然后将铝盐溶液与中性表面活性剂混合，滴加入氨水溶液中，所述铝盐为氯化铝、硝酸铝、氯化铝水合物、硝酸铝水合物中的一种或多种的混合物；所述中性表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚、聚乙二醇衍生物、聚乙烯醇衍生物、聚醚衍生物中的一种或多种的混合物；其中铝盐和氨水的摩尔比为n[Al3+]:n[NH3·H2O]=1:15，铝盐与中性表面活性剂的摩尔比为10:1；（2）滴加的过程中不断进行水浴搅拌，生成氧化铝沉淀，PH控制在9～10，水浴温度控制在80℃；（3）将氧化铝沉淀陈化3h，过滤，水洗去除阴离子，得到中性的氧化铝前驱体。
制备钝化膜：通过丝网印刷将该氧化铝浆料印刷于厚度180μm的p型硅硅片上，并形成一预定图案的涂层，然后进行用红外线热风干燥炉于170℃干燥10分钟，接着于580℃的温度下烧结该涂层，于p型硅硅片表面形成一具有该预定图案的钝化层，经氮氢混合气体环境下退火后，完成复合材料的制作，最后印刷铝浆、银浆等完成电池的制作，并测定复合材料的氧化铝钝化层的成膜性、可图案化效果、电池背面剥离强度和电池转化效率，将结果记录于表1。
实施例4
一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，按重量份计，该浆料包括以下组分：氧化铝溶胶67份、络合剂11份、交联剂4份、增稠剂2份和流平剂0.1份。所述络合剂为乙二胺。所述交联剂为环氧树脂，所述增稠剂为甲基纤维素。所述流平剂为聚二甲基硅氧烷。
所述氧化铝溶胶由水热法制得，其制备方法如下：将氧化铝前驱体中加入酸性胶溶剂溶液，控制n[H+]:n[Al3+]=0.1：1，控制PH=3～5，90～120℃水热48h，得到透明氧化铝溶胶；其中酸性胶溶剂为高氯酸。
所述氧化铝前驱体由以下方法制得，其制备方法包括以下步骤：（1）将铝盐与水混合，充分溶解后，得到铝盐溶液，然后将铝盐溶液与中性表面活性剂混合，滴加入氨水溶液中，所述铝盐为氯化铝、硝酸铝、氯化铝水合物、硝酸铝水合物中的一种或多种的混合物；所述中性表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚、聚乙二醇衍生物、聚乙烯醇衍生物、聚醚衍生物中的一种或多种的混合物；其中铝盐和氨水的摩尔比为n[Al3+]:n[NH3·H2O]=1:5，铝盐与中性表面活性剂的摩尔比为5:1；（2）滴加的过程中不断进行水浴搅拌，生成氧化铝沉淀，PH控制在9～10，水浴温度控制在90℃；（3）将氧化铝沉淀陈化2h，过滤，水洗去除阴离子，得到中性的氧化铝前驱体。
制备钝化膜：通过丝网印刷将该氧化铝浆料印刷于厚度180μm的p型硅硅片上，并形成一预定图案的涂层，然后进行用红外线热风干燥炉于180℃干燥10分钟，接着于600℃的温度下烧结该涂层，于p型硅硅片表面形成一具有该预定图案的钝化层，经氮氢混合气体环境下退火后，完成复合材料的制作，最后印刷铝浆、银浆等完成电池的制作，并测定复合材料的氧化铝钝化层的成膜性、可图案化效果、电池背面剥离强度和电池转化效率，将结果记录于表1。
实施例5
一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，按重量份计，该浆料包括以下组分：氧化铝溶胶69份、络合剂13份、交联剂3份、增稠剂2份和流平剂0.3份。所述络合剂为乙酰乙酸乙酯。所述交联剂为酚醛树脂。所述增稠剂为乙基纤维素。所述流平剂为丙烯酸酯树脂。
所述氧化铝溶胶由水热法制得，其制备方法如下：将氧化铝前驱体中加入酸性胶溶剂溶液，控制n[H+]:n[Al3+]=0.3：1，控制PH=3～5，90～120℃水热12h，得到透明氧化铝溶胶；其中酸性胶溶剂为丙酸。
所述氧化铝前驱体由以下方法制得，其制备方法包括以下步骤：（1）将铝盐与水混合，充分溶解后，得到铝盐溶液，然后将铝盐溶液与中性表面活性剂混合，滴加入氨水溶液中，所述铝盐为氯化铝、硝酸铝、氯化铝水合物、硝酸铝水合物中的一种或多种的混合物；所述中性表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚、聚乙二醇衍生物、聚乙烯醇衍生物、聚醚衍生物中的一种或多种的混合物；其中铝盐和氨水的摩尔比为n[Al3+]:n[NH3·H2O]=1:15，铝盐与中性表面活性剂的摩尔比为10:1；（2）滴加的过程中不断进行水浴搅拌，生成氧化铝沉淀，PH控制在9～10，水浴温度控制在70℃；（3）将氧化铝沉淀陈化3h，过滤，水洗去除阴离子，得到中性的氧化铝前驱体。
制备钝化膜：利用丝网印刷机Baccini，将该氧化铝浆料采用280目网版印刷于厚度180μm的p型硅硅片上，并形成一预定图案的涂层，然后进行用红外线热风干燥炉于160℃干燥10分钟，接着于560℃的温度下烧结该涂层，于p型硅硅片表面形成一具有该预定图案的钝化层，经氮氢混合气体环境下退火后，完成复合材料的制作，最后印刷铝浆、银浆等完成电池的制作，并测定复合材料的氧化铝钝化层的成膜性、可图案化效果、电池背面剥离强度和电池转化效率，将结果记录于表1。
电池背面剥离强度按照GB/T17473.4-2008检测，具体方法如下：将电池按“玻璃+EVA+电池+EVA+背板”的顺序进行敷设，并将高温布分别放置于玻璃底部与背板上部，保证玻璃、背板和层压设备不直接接触，按正常层压工艺参数进行层压，层压完成后取出样品冷却，用美工刀、钢直尺将样品背板划出数条1cm宽的长条状，进行拉力测试。
电池转化效率按照GB/T6495-1996检测。
钝化层材料成膜性测定，成膜性判断标准如下：以百格刮刀刮于所形成的氧化铝层表面，随后以3M胶带贴紧氧化铝层表面，并以垂直于氧化铝层的角度撕起，观察氧化铝层剥落的格数，若残留格数大于90格，表示成膜性良好，标记为「○」，若残留格数为70格至90格，表示成膜性尚可，标记为「△」，若残留格数小于70格，表示成膜性差，标记为「X」。
可图案化测试，可图案化判断标准如下：网版图案，其线宽为0.2mm，线距为1.8mm进行丝网印刷，方法如实施例所述，并利用晶相显微镜，于在线的上、中、下各取一个位置检测，取其平均值。若所测线宽误差少于平均值的5%，标记为「○」，若所测线宽误差超过平均值的5%，标记为「X」。
表1
| 电池背面剥离强度(N) | 电池转化效率Eff(%) | 成膜性 | 可图案性 | |
| 实施例1 | 21 | 20.32 | ○ | ○ |
| 实施例2 | 15 | 20.26 | ○ | ○ |
| 实施例3 | 11 | 20.15 | △ | ○ |
| 实施例4 | 30 | 20.05 | ○ | ○ |
| 实施例5 | 18 | 20.19 | ○ | △ |
Claims (9)
1.一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，其特征在于：按重量份计，该浆料包括以下组分：氧化铝溶胶65-70份、络合剂10-13份、交联剂3-5份、增稠剂1-3份和流平剂0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，其特征在于：所述络合剂为乙酰乙酸乙酯、乙二胺、乙二胺四乙酸中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，其特征在于：所述交联剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、聚氨酯中的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，其特征在于：所述增稠剂为乙基纤维素或甲基纤维素。
5.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，其特征在于：所述流平剂为丙烯酸酯类、有机硅类中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，其特征在于：所述氧化铝溶胶由溶胶凝胶法制得，其制备方法如下：将氧化铝前驱体中加入酸性胶溶剂溶液，控制n[H+]:n[Al3+]=0.1～0.3:1，控制PH=3～5，80～95℃水浴6～24h，机械搅拌得到透明氧化铝溶胶；其中酸性胶溶剂为盐酸、硝酸、高氯酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、丙酸中的一种或多种的混合酸。
7.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，其特征在于：所述氧化铝溶胶由水热法制得，其制备方法如下：将氧化铝前驱体中加入酸性胶溶剂溶液，控制n[H+]:n[Al3+]=0.1～0.3：1，控制PH=3～5，90～120℃水热12～48h，得到透明氧化铝溶胶；其中酸性胶溶剂为盐酸、硝酸、高氯酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、丙酸中的一种或多种的混合酸。
8.根据权利要求6或7所述的一种晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料，其特征在于：所述氧化铝前驱体由以下方法制得，其制备方法包括以下步骤：（1）将铝盐与水混合，充分溶解后，得到铝盐溶液，然后将铝盐溶液与中性表面活性剂混合，滴加入氨水溶液中，所述铝盐为氯化铝、硝酸铝、氯化铝水合物、硝酸铝水合物中的一种或多种的混合物；所述中性表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚、聚乙二醇衍生物、聚乙烯醇衍生物、聚醚衍生物中的一种或多种的混合物；其中铝盐和氨水的摩尔比为n[Al3+]:n[NH3·H2O]=1:5～15，铝盐与中性表面活性剂的摩尔比为5～10:1；（2）滴加的过程中不断进行水浴搅拌，生成氧化铝沉淀，PH控制在9～10，水浴温度控制在70～90℃；（3）将氧化铝沉淀陈化1～3h，过滤，水洗去除阴离子，得到中性的氧化铝前驱体。
9.一种权利要求1所述的晶硅太阳能电池表面钝化用氧化铝浆料制备钝化膜的方法，其特征在于钝化膜的制备方法如下：通过丝网印刷将该氧化铝溶胶涂布于基材上，并形成一预定图案的涂层，然后进行于160-180℃干燥10分钟，接着于560-600℃的温度下烧结该涂层，于该基材上形成一具有该预定图案的钝化层。
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