CN106683742A - 一种高效率低翘曲太阳能电池铝浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于晶硅太阳能电池背电场的铝浆及其制备方法。其包含的组分以及相应重量份数如下：铝粉70‑80 份；玻璃粉1‑5 份；有机载体15‑25份。其中有机载体的重量组份为：松油醇50‑70 份；乙基纤维素3‑10 份；丁基卡必醇醋酸酯0‑5 份；丁基卡必醇10‑12 份；柠檬酸三丁酯5‑10 份；酚醛树脂0.1‑5份；聚酯树脂 0‑3 份；卵磷脂 1‑5 份。玻璃粉的组分及其重量份分别为：BaO，0‑30 份；ZnO，0‑25 份；Bi2O3，30‑60 份；B2O3，10‑30 份；K2O，0‑1 份；TiO2，0‑5 份；MgO，0‑3 份；V2O5，1‑20 份；PbO，0‑30 份。将铝粉、玻璃粉以及有机载体按比例混合均匀，然后采用三辊研磨机研磨至其细度为5‑15μm，粘度为35‑45Pa·s。本发明能够促进晶硅电池背面电场的形成，在减少铝浆的印刷湿重的条件下依然可以获得良好的光电转化效率，从而使电池片的翘曲度降低。
Description
技术领域
本发明属于晶硅太阳能电池领域，具体涉及一种晶硅太阳能电池背电场用铝浆及其制备方法。
背景技术
太阳能资源丰富、分布广泛，是一种极具发展潜力的可再生能源。随着能源短缺和环境污染等问题变得日益突出，太阳能光伏发电技术因其清洁、安全、便利等特点，已得到世界各国的普遍关注并不断发展。太阳能电池的发展已经有30多年的历史，市场中太阳能电池的种类较多，主要有单晶、多晶、非晶硅等。目前市场规模最大且技术最为成熟的是晶硅太阳能电池，铝浆则是晶硅太阳能电池用于形成背面电场、提高光电转化效率的重要材料。
在晶硅太阳能电池的生产过程中，铝浆经由丝网印刷以及高温烧结等工艺环节，会在电池的背面形成一个高掺杂的P+背电场，能够有效提高少数载流子的寿命从而提高电池的光电转化效率。但是随着电池的薄片化生产趋势日益明显，由于铝浆与硅基体的热膨胀系数差异较大，导致电池片在烧结过后出现明显的翘曲变形，增加了电池片在后续组件安装过程中的碎片率。
进一步改进铝浆性能，提升电池转化效率同时降低电池硅片的翘曲度，逐渐成为研究的重点。铝浆的成分与配方比较复杂，现有技术在配方与制备方法的改进方面研究较多，相关专利有CN104392770A、CN103208321A、CN105244074A、CN102142467A、CN101916610A、JP2009-129600、US2007/0079868A1等。这些技术提出通过调整玻璃粉成分或者开发适宜的无机添加剂等来降低电池片的翘曲，通过改进有机载体配方、调整铝粉粒径以及配比、优化玻璃粉的配方以及用量等方式来提升电池的光电转化效率。这些方法具有一定的效果，但电池片翘曲的问题依然突出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能实现高效率低翘曲的铝浆，及其制备方法。本发明的铝浆可以在不借助无机添加剂的情况下通过促进铝粉与硅基体的相互扩散并减少铝浆的印刷湿重，兼顾电池的高效率与低翘曲。
本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
本发明的晶硅太阳能电池用铝浆包含70-80质量份的铝粉；1-5质量份的玻璃粉以及15-25质量份有机载体。
所述铝粉为纯度大于99.8%的球形铝粉，平均粒径在3-6μm，最大粒径不超过15μm。
所述玻璃粉包含Ba、Pb、Bi、B等多种元素的无机氧化物，有利于在高温烧结过程中促进电池硅基体与铝粉的相互扩散，从而促进铝浆中铝粉的利用效率，降低电池背电场的形成对铝浆印刷湿重的需求。
所述玻璃粉的平均粒径为1-3μm，最大粒径小于6μm，熔点在330-450℃。其组成成分以及相应质量份数为：BaO，0-30份；ZnO，0-25份；Bi2O3，30-60份；B2O3，10-30份；K2O，0-1份；TiO2，0-5份；MgO，0-3份；V2O5，1-20份；PbO，0-30份。
制备玻璃粉所用原料均为分析纯。所述玻璃粉的制备过程如下：
按照重量配比称取各原料粉末，过100目筛后将其混合于刚玉坩埚中，在500℃充分预热后，将其置于高温炉中加热至1300℃左右，保温2-3小时。原料完全熔融后，将高温混合料搅拌均匀并水淬，获得玻璃粉前驱体。使用氧化锆磨球对前驱体进行机械球磨，球料比为2.5，转速为450r/min，球磨时间大于20小时。
所述有机载体包括如下质量份数的组分：
松油醇50-70份；乙基纤维素3-10份；丁基卡必醇醋酸酯0-5份；丁基卡必醇10-12份；柠檬酸三丁酯5-10份；酚醛树脂0.1-5份；聚酯树脂0-3份；卵磷脂1-5份。
所述有机载体的制备过程如下：
按照质量配比称取原料，并将其混合，100℃条件下恒温搅拌2小时，使原料完全溶解混合均匀。随后自然冷却并过滤备用。
本发明的晶硅太阳能电池用铝浆制备方法如下：
将有机载体、玻璃粉以及铝粉按照比例混合，并持续搅拌2-3小时，至浆料混合均匀。将持续搅拌后的浆料经由三辊研磨机研磨5到6次，直至铝浆细度为5-15μm，粘度控制在35Pa·s到45Pa·s之间。
具体实施方式
以下为本发明的具体铝浆制备实施案例。由相同工艺生产的156×156mm2多晶硅片作为基体，分别用实施例所得铝浆进行丝网印刷并烧结，烘干与烧结过程参数设置如表1所示，对烧结后电池片的测试结果如表2所示。
实施例一
配备76质量份球形铝粉，使其平均粒径为3-6μm，最大粒径小于15μm。
制备20质量份有机载体。其制备过程为：按质量份选取66%松油醇、10%乙基纤维素、3%丁基卡必醇醋酸酯、10%丁基卡必醇、5%柠檬酸三丁酯、3%酚醛树脂以及3%卵磷脂。混合后在100℃条件下搅拌2小时，自然冷却，过滤备用。
称取4质量份玻璃粉。玻璃粉制备过程为：按质量份称取28%氧化钡、11%五氧化二钒、4%氧化锌、26%氧化铅、30%三氧化二铋、0.5%氧化钾、10.5%三氧化二硼。将其均匀混合于刚玉坩埚之中，在500℃充分预热后，加热至1350℃，保温2小时。将高温混合料搅拌均匀并水淬，获得玻璃粉前驱体。使用氧化锆磨球对前驱体进行机械球磨，球料比为2.5，转速为450r/min，球磨时间为24小时。
将有机载体、玻璃粉和铝粉混合均匀，经三辊研磨机研磨5到6次，制得细度在5-15μm，粘度为35-45Pa·s的铝浆。
实施例二
配备74质量份球形铝粉，使其平均粒径为3-6μm，最大粒径小于15μm。
制备23质量份有机载体。其制备过程为：按质量份选取70%松油醇、8%乙基纤维素、1%丁基卡必醇醋酸酯、12%丁基卡必醇、5%柠檬酸三丁酯、2%酚醛树脂以及4%卵磷脂。混合后在100℃条件下搅拌2小时，自然冷却，过滤备用。
称取3质量份玻璃粉。玻璃粉制备过程为：按质量份称取10%氧化钡、2%五氧化二钒、16%氧化锌、10%氧化铅、32%三氧化二铋、26%三氧化二硼、1%氧化钛、3%氧化镁。将其均匀混合于刚玉坩埚之中，在500℃充分预热后，加热至1350℃，保温2小时。将高温混合料搅拌均匀并水淬，获得玻璃粉前驱体。使用氧化锆磨球对前驱体进行机械球磨，球料比为2，转速为450r/min，球磨时间为24小时。
将有机载体、玻璃粉和铝粉混合均匀，经三辊研磨机研磨5到6次，制得细度为5-15μm，粘度为35-45Pa·s的铝浆。
实施例三
配备76质量份球形铝粉，使其平均粒径为3-6μm，最大粒径小于15μm。
制备21质量份有机载体。其制备过程为：按质量份选取68%松油醇、8%乙基纤维素、2%丁基卡必醇醋酸酯、12%丁基卡必醇、2%柠檬酸三丁酯、3%酚醛树脂以及5%卵磷脂。混合后在100℃条件下搅拌2小时，自然冷却，过滤备用。
称取3质量份玻璃粉。玻璃粉制备过程为：按质量份称取1%五氧化二钒、24%氧化锌、52%三氧化二铋、20%三氧化二硼、3%氧化钛。将其均匀混合于刚玉坩埚之中，在500℃充分预热后，加热至1300℃，保温2.5小时左右。将高温混合料搅拌均匀并水淬，获得玻璃粉前驱体。使用氧化锆磨球对前驱体进行机械球磨，球料比为2.5，转速为450r/min，球磨时间为24小时。
将有机载体、玻璃粉和铝粉混合均匀，经三辊研磨机研磨5到6次，制得细度为5-15μm，粘度为35-45Pa·s的铝浆。
表1 烧结过程参数
| 烧结温度（℃） | 190 | 300 | 440 | 460 | 530 | 630 | 775 | 875 |
| 烧结时间（秒） | 103 | 36 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 |
表2 实施例测试结果
| 印刷湿重（g） | 翘曲度（mm） | 填充因子（%） | 转化效率（%） | |
| 实施例一 | 0.9 | 0.87 | 77.35 | 17.67 |
| 实施例二 | 0.9 | 0.91 | 76.82 | 17.61 |
| 实施例三 | 0.9 | 1.13 | 77.40 | 17.55 |
上述实施例仅用于辅助说明本发明的内容及功效，而不应限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围前提下，对上述实施例进行修改，均应视为在本发明所揭示精神下完成的等效设计，应包含于本发明的权利保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所列为准。
Claims (7)
1.一种晶硅太阳能电池铝浆，其特征在于其所含如下质量份数的组分：铝粉70-80 份；低熔玻璃粉1-5 份；有机载体15-25 份。
2.根据权利要求1 所述的一种晶硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述铝粉为纯度大于99.8%的球形铝粉，平均粒径3-6μm，最大粒径小于15μm。
3.根据权利要求1 所述的一种晶硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述低熔点玻璃粉的平均粒径1-3μm，最大粒径小于6μm，其成分为：BaO，0-30份；ZnO，0-25 份；Bi2O3，30-60份；B2O3，10-30 份；K2O，0-1 份；TiO2，0-5 份；MgO，0-3 份；V2O5，1-20 份；PbO，0-30 份。
4. 根据权利要求1 所述的一种晶硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述有机载体由以下原料按一定质量份数配制而成：松油醇50-70 份；乙基纤维素3-10 份；丁基卡必醇醋酸酯0-5 份；丁基卡必醇10-12 份；柠檬酸三丁酯5-10 份；酚醛树脂0.1-5 份；聚酯树脂0-3份；卵磷脂1-5 份。
5. 根据权利要求1 所述的一种晶硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述铝浆的粘度为35-45 Pa·s，且其细度为5-15μm。
6.根据权利要求3 所述的一种晶硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述玻璃粉的制备方法为：按质量配比称取各原料，并将其均匀混合于刚玉坩埚之中，在500℃充分预热后，将其置于高温炉中加热至1300℃左右，待原料完全熔融后，将高温混合料搅拌均匀并水淬，获得玻璃粉前驱体，使用氧化锆磨球对前驱体进行机械球磨，球料比为2.5，转速为450r/min，球磨时间大于20 小时。
7.根据权利要求4 所述的一种晶硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述有机载体的制备方法为：按照质量配比称取原料并混合，100℃条件下恒温搅拌2 小时，使原料完全溶解混合均匀，随后自然冷却并过滤备用。
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