CN106328249A - 一种背钝化太阳能电池铝浆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种背钝化太阳能电池铝浆，其特征在于：该铝浆的组成及其重量百分数为：铝粉75～85％、无铅玻璃粉2-8％、有机粘合剂15-23％、无机粘合剂1.5～3.6％，余量为有机载体，其中各组分的重量百分数之和为100％。将所述铝粉、有机粘合剂、无机粘合剂、有机载体和无铅玻璃粉混合均匀后用三辊研磨机轧至细度≤15μm，粘度为25～37Pa.s的背钝化太阳能电池铝浆。该晶体硅太阳能电池背场铝浆，光电转化效率高，附着力高，且高温老化后附着力转化效率衰减小，耐水煮性能好。

Description

一种背钝化太阳能电池铝浆
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池用背场铝浆，具体还涉及一种高效低翘曲度晶体硅太阳能电池背场铝浆及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
降低太阳能发电成本，是竞争日益激烈的光伏产业追求的目标。第一：降低硅原料成本，一般需要向更薄的硅片发展，采用更薄的硅片是以后晶体硅太阳能电池产业发展的趋势之一。硅原料的缺乏，加速了硅片向薄片化发展，许多光伏企业所用的硅片的厚度已经在180～220μm之间，而现阶段的太阳能电池背面基本上是采用铝背场，这种铝背场起到一个P+层的作用，阻止少数载流子向背表面的迁移虽然可以减少背面的复合速度，使背面复合速度在1000～10000cm/s，但同时也会带来一些新的问题，由于铝和硅的热膨胀系数的不同，在硅片小于150μm的时候，经过烧结之后，片子就会弯曲，在一定程度上提高了电池生产线和组件的碎片率，影响产能输出。而且由于晶体硅是间隙带材料，光吸收系数小，太阳能电池厚度减小时，由于透射光引起的损失随着厚度的减小而增大，对于间接禁带材料硅来说，这种损失比直接禁带材料的大。第二：提高电池片的转换效率。这就需要新的技术和薄片化相结合。一方面，开发出新的抗弯曲的浆料(对于薄片)是一种途径，虽然这方面已经取得不错的成绩，但是由于铝背场的本征缓和钝化的特性，当硅片的厚度小于150μm的时候，铝背场的这种特性就会对太阳能电池效率存在很大的限制。另一方面，对于薄片化的电池片，需要很好的背面钝化效果。背钝化太阳电池是晶体硅太阳电池的发展方向，通过在太阳电池背面镀上一层钝化膜，可以提高少子寿命，从而提高电池效率。背钝化太阳电池背面的金属化采取局部金属接触的方式，通过使用激光或蚀刻浆料的方式在钝化膜上开槽或开孔，然后印刷AL浆进行烧结。新型电池片的技术对铝浆也提出新的要求。首先背钝化采用大多采用氧化铝钝化层，需要再背面开孔，印刷铝浆经烧结后，开孔处形成铝硅合金层。其次铝浆与氧化铝钝化层不能过多的反应，影响钝化效果，但又不能不反应导致拉力不足。最后铝浆经烧结后需要耐水煮。
发明内容
本发明的首要目的在于，匹配现有电池片的背钝化技术，提供一种高效、高拉力、耐水煮的背钝化太阳能铝浆的制备方法。
在高含铅玻璃中，Pb2+离子处于四方椎体的顶端，铅离子的惰性电子处于远离四个氧离子的一面，形成一种螺旋形的链状结构，在玻璃中与硅氧四面体SiO4通过顶角或共边相连接，形成一种特殊网络，使PbO-SiO2系统具有很宽的玻璃形成区，并决定了氧化铅在硅酸盐熔体中的高助熔性。无铅玻璃体系中，理论上Bi是代替Pb的最佳元素，随着BiO3三角体逐渐被BiO4四面体结构代替，使玻璃的粘度降低，但往往在配方中需要加入量非常大，且效果比PbO差。本发明的玻璃粉中引入ZnO以及B2O3，与Bi2O3搭配使用，起到替代PbO的作用；ZnO熔点较低，在玻璃中可以大幅降低玻璃的软化点，增加玻璃的流动性，从而可以提高铝浆的耐水煮性能，同时降低膨胀系数；但ZnO增多后玻璃容易结晶，因此引入助熔性很强的B2O3、BaCO3降低玻璃在淬火过程中的结晶化，从而提高玻璃对硅基片的浸润性；SiO2提供形成玻璃所需的网络结构，Bi2O3、ZnO、SiO2以及B2O3决定了玻璃的主要结构，熔点低且网络稳定；CaCO3在高温时可降低玻璃粉的粘度，同时促进玻璃的熔化及澄清，使用在铝浆中，可以促进玻璃粉“吃”铝粉表面的氧化铝，使大量铝液流入罐孔中，增加了硅铝合金形成的量。从而增加开路电压，提高光电转化效率；Al2O3可以大幅度提高玻璃的网络结构稳定性，降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的耐酸性。MoO可以显著增加玻璃液的润湿能力，使玻璃液能有效的“吃”铝粉表面氧化层增加了硅铝合金形成的量。从而增加开路电压，提高光电转化效率，同时可以增加玻璃粉对钝化层的润湿，增加附着力。BeO能明显降低玻璃的热膨胀系数提高玻璃的热稳定性及化学稳定性，且BeO在Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2体系中，能有效阻碍玻璃粉与钝化层大量反应，保护了钝化层，提高了电池转化效率。BeO加入量可以使Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2体系中铝达到接近饱和程度，所以可以保护钝化层。La2O3加入可以有效提高硅铝合金层的致密性，提高开路电压，增加电性能。La2O3是一种硅铝合金的变质剂，可以有效的改变硅铝合金在冷却析晶阶段，合金层的致密性。在太阳能烧结过程中，冷却速度很快，La2O3作用是让硅铝合金析出为针状致密性的结构，而非片状松散型的结构，从而提高开路电压增加电性能。La2O3在冷却过程中会富集在硅铝合金层上改变了合金层的择优生长方向，使界面粗造化，表现出各项同性的生长趋势，从而合金的形态由针片状变为短棒状甚至点状致密性。有及添加剂为聚酰胺蜡，是增加浆料的触变性，主要是为了提高在印刷过程中浆料在背钝化开孔处的流动，让浆料靠自身流动渗入孔洞中。其次：背钝化铝浆固含量较高，常规铝浆难以通过300目以上丝网，所以需求触变性高的铝浆。最后触变性高的铝浆易保存。不发生沉降、分层等。加入Bi2O3主要是提高浆料在高温烧结时候的流动性。保证了铝浆与开孔处的接触面积。进而提高开路电压与短路电流。
为解决以上技术问题，本发明所提供的一种背钝化太阳能电池铝浆，其特征在于：该铝浆的组成及其重量百分数为：铝粉75～85％、无铅玻璃粉2-8％、有机粘合剂15-23％、无机粘合剂1.5～3.6％，余量为有机载体，其中各组分的重量百分数之和为100％。所述铝粉为纯度＞99.9％，1-2um的球形铝粉，振实密度为≥1.1g/cm3，氧含量为1.3-1.8，3-4um的球形铝粉振实密度为1.30g/cm3，氧含量为0.6-0.9，5-7um的球形铝粉振实密度为1.45g/cm3，氧含量为0.30-0.40形貌为球形。所述有机载体为：醋丁酸纤维素3～8％，丁基卡必醇40～65％，丁基卡必醇醋酸酯20～30％，丙烯酸树脂2～6％、醇酯十二8％～15％，吐温-85 2～7％，柠檬酸三丁酯2～8％。根据权利要求1所述的背钝化太阳能电池铝浆，其特征在于：所述无铅玻璃粉按质量份组成为：ZnO 35-55％，Bi2O3 10-30％，H2B2O4 12-20％，SiO2 0.5-3％，CaCO3，0.7-3.5％，Al2O3 0.5-2％，Sb2O3 10-20％、BaCO3 10-15％、MoO 3-5％、BeO 1-3％、La2O3 3-6％。
所述有机粘合剂为聚酰胺蜡。所述无机粘合剂为Bi2O3。
本发明的优点在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种晶体硅太阳能电池背场铝浆的制备方法，制成的铝浆光电转化效率高，附着力高，且高温老化后附着力转化效率衰减小，耐水煮性能好。
具体实施方式
实施例一
醋丁酸纤维素 3％
丁基卡必醇 50％
丁基卡必醇醋酸酯 20％
丙烯酸树脂 6％
醇酯十二 12％
吐温-85 7％
柠檬酸三丁酯 2％
(1)制取所述有机载体：将上述组分按比例称取后，置于反应釜内加热至80～100℃，边加热边搅拌，搅拌5-8h，用200目筛网过滤载体，放置在不锈钢桶中待用。
ZnO 35％
Bi2O3 18％
H2B2O4 15％
SiO2 2％
CaCO3 2％
Al2O3 1％
Sb2O3 10％
BaCO3 10％
MoO 3％
BeO 1％
La2O3 3％
(2)制取无铅玻璃粉：将上述组分按比例称取，用混料机混合均匀后，装入石英坩埚中，在110℃烘箱中烘干2～3h，然后将石英坩埚取出置于箱式炉中以20℃/min升温至1000℃～1300℃温度下熔炼0.3～0.8h，然后采用去离子水淬火后将玻璃渣烘干，放入颚式粉碎机中，粉碎至25μm一下。然后干法球磨1.5～3h，过筛得到粒径2.3μm以下的无铅玻璃粉；
铝粉 75％
有机粘合剂 15％
无机粘合剂 2％
有机载体 6％
无铅玻璃粉 2％
(3)将所述铝粉、有机粘合剂、无机粘合剂、有机载体和无铅玻璃粉混合均匀后用三辊研磨机轧至细度≤15μm，粘度为25～37Pa.s的背钝化太阳能电池铝浆
实施例二：
醋丁酸纤维素 4％
丁基卡必醇 55％
丁基卡必醇醋酸酯 20％
丙烯酸树脂 2％
醇酯十二 10％
吐温-85 4％
柠檬酸三丁酯 5％
(1)制取所述有机载体：将上述组分按比例称取后，置于反应釜内加热至80～100℃，边加热边搅拌，搅拌5-8h，用200目筛网过滤载体，放置在不锈钢桶中待用。
ZnO 44％
Bi2O3 13％
H2B2O4 12％
SiO2 1％
CaCO3 1.5％
Al2O3 0.5％
Sb2O3 10％
BaCO3 10％
MoO 4％
BeO 1％
La2O3 3％
(2)制取无铅玻璃粉：将上述组分按比例称取，用混料机混合均匀后，装入石英坩埚中，在110℃烘箱中烘干2～3h，然后将石英坩埚取出置于箱式炉中以20℃/min升温至1000℃～1300℃温度下熔炼0.3～0.8h，然后采用去离子水淬火后将玻璃渣烘干，放入颚式粉碎机中，粉碎至25μm一下。然后干法球磨1.5～3h，过筛得到粒径2.3μm以下的无铅玻璃粉；
铝粉 76％
有机粘合剂 16％
无机粘合剂 1.5％
有机载体 4.5％
无铅玻璃粉 2％
(3)将所述铝粉、有机粘合剂、无机粘合剂、有机载体和无铅玻璃粉混合均匀后用三辊研磨机轧至细度≤15μm，粘度为25～37Pa.s的背钝化太阳能电池铝浆。
上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种背钝化太阳能电池铝浆，其特征在于：该铝浆的组成及其重量百分数为：铝粉75～85％、无铅玻璃粉2-8％、有机粘合剂15-23％、无机粘合剂1.5～3.6％，余量为有机载体，其中各组分的重量百分数之和为100％。
2.根据权利要求1所述的背钝化太阳能电池铝浆，其特征在于：所述铝粉为纯度＞99.9％，1-2um的球形铝粉，振实密度为≥1.1g/cm3，氧含量为1.3-1.8，3-4um的球形铝粉振实密度为1.30g/cm3，氧含量为0.6-0.9，5-7um的球形铝粉振实密度为1.45g/cm3，氧含量为0.30-0.40形貌为球形。
3.根据权利要求1所述的背钝化太阳能电池铝浆，其特征在于：所述有机载体为：醋丁酸纤维素3～8％，丁基卡必醇40～65％，丁基卡必醇醋酸酯20～30％，丙烯酸树脂2～6％、醇酯十二8％～15％，吐温-852～7％，柠檬酸三丁酯2～8％。
4.根据权利要求1所述的背钝化太阳能电池铝浆，其特征在于：所述无铅玻璃粉按质量份组成为：ZnO 35-55％，Bi2O310-30％，H2B2O412-20％，SiO20.5-3％，CaCO3，0.7-3.5％，Al2O30.5-2％，Sb2O310-20％、BaCO3 10-15％、MoO 3-5％、BeO 1-3％、La2O3 3-6％。
5.根据权利要求1所述的背钝化太阳能电池铝浆，其特征在于：所述有机粘合剂为聚酰胺蜡。
6.根据权利要求1所述的背钝化太阳能电池铝浆，其特征在于：所述无机粘合剂为Bi2O3。
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