CN108447623A - 改性氮化硼代替单质硼掺杂太阳能电池铝浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆及其制备方法，该铝浆的组成及重量百分比含量为：氮化硼0～0.1％，铝粉72～78％，有机粘合剂20～27％，玻璃粉0.8～1.5％，所述氮化硼为采用表面改性剂进行表面改性的高纯度改性氮化硼。采用本发明的改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，能够增强晶体硅太阳能电池背面的铝吸杂和掺杂能力，进而提升晶体硅太阳能电池片效率，同时尽可能的降低成本。

Description

改性氮化硼代替单质硼掺杂太阳能电池铝浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆及其制备方法。

背景技术

晶体硅太阳能电池的背表面场制备工艺中，铝对晶体硅的掺杂工艺通常是采用电池铝浆为原料，在晶体硅的表面通过丝网印刷方式将导电铝浆印刷在硅片表面，然后进行烧结形成铝背场。

背面铝浆经高分辨的丝网印刷后，其与背电极接触是否良好，直接影响到铝背场与背电极的接触电阻，从而影响太阳能电池的光电转换效率。另外，背面铝浆具有与硅反应的能力，烧结后是否形成良好的铝硅合金是决定太阳能电池效率高低的关键。

现有技术中，采用常规铝浆的晶体硅太阳能电池由于其掺杂能力差，导致太阳能电池的光电转换效率较低。为了提高光电转换效率，出现了采用单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，其能够提升铝背场的掺杂浓度，进而提高太阳能电池的光电转换效率，但其成本相对较高。

为此，在满足客户所追求的电池效率的同时，降低材料成本也同等重要，有必要改进现有的太阳能电池铝浆以满足需要。

通常，改善铝背场与背电极接触，提高烧结后铝背场的厚度是当前研究较多的方向，与此同时，表面活性剂对于电池铝浆的性能影响在国内外研究较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，旨在增强晶体硅太阳能电池背面的铝吸杂和掺杂能力，进而提升晶体硅太阳能电池片效率，同时尽可能的降低成本。该铝浆的主要特点在于通过掺杂改性氮化硼的方法，改善浆料与硅基体形成的铝硅合金厚度以及硅表面的掺杂浓度，降低浆料的串阻，从而提高太阳能电池的光电转换效率，具体的技术方案如下：

一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，该铝浆的组成及重量百分比含量为：氮化硼0～0.1％，铝粉72～78％，有机粘合剂20～27％，玻璃粉0.8～1.5％，所述氮化硼为采用表面改性剂进行表面改性的高纯度改性氮化硼。

上述各原料的质量百分比总和为100％。

所述高纯度改性氮化硼中，氮化硼的纯度在99.99％以上，氮化硼的粒径D50为7～8微米，且表面改性剂与氮化硼的配比按照重量百分比计为：90～99％的氮化硼和1～10％的表面改性剂。

所述表面改性剂为铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂、磷酸脂中的一种或者几种。

所述铝粉为微米级球型铝粉和纳米级球型铝粉，且其配比按照重量百分比计为：95～99％的微米级球型铝粉、1～5％的纳米级球型铝粉。

所述有机粘结剂的组成按照其质量百分比计为:5～10％的高分子聚合物和90～95％的有机溶剂，其中高分子聚合物为低烧结残留粘弹性模量的聚合物，有机溶剂为松油醇、丁基卡比醇、丁基卡比醇醋酸脂、柠檬酸三丁酯、司盘85中的至少两种。

所述玻璃粉的原料组成按照其质量百分比计为：40～50％的B₂O₃、1～10％的AL₂O₃、1～10％的SiO₂、20～30％的ZnO、20～30％的Sb₂O₅，原料经处理得到粒径D50在1～3微米的玻璃粉粘结剂。

上述的原料处理过程如下：将称量配比好的上述原料混合均匀后，置于高温马弗炉内加热熔化，温度控制在800～1200℃之间，保温时间为35～60分钟，再将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5～10小时，经筛网过筛，取得粒径D50小于3微米的玻璃粉粘结剂备用。

上述玻璃粉的制备中，玻璃粉的熔点控制在300---570℃.

浆料的制备过程如下：

一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆制备方法，包括以下步骤：

步骤1、称取占总质量的0～0.1％高纯度改性氮化硼、20～27％有机粘合剂、0.8～1.5％玻璃粉混合，采用分散机在800～1500rpm转速下分散10～20min；

步骤2、分散后再加入72～78％铝粉，在1200～1500rpm转速下分散15～30分钟，然后在三辊研磨机上研磨12遍；

步骤3、研磨后，加入占原料总量0.5～1.5％的有机溶剂，采用高速分散机分散5～15min，分散均匀待用。

上述制备方法中，所述铝粉为微米级球型铝粉和纳米级铝粉的混合铝粉，其配比按照重量百分比计为：95～99％的微米级铝粉，1～5％的纳米级铝粉。

本发明由于采用上述组份配比，且在浆料中添加改性氮化硼，可以提高铝硅合金层厚度，降低太阳能电池的接触电阻。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆及其制备方法，在浆料中添加有改性氮化硼，氮化硼经过表面改性后其在铝浆料中的分散性好，有利于提高其掺杂浓度，从而提高太阳能电池的光电转换效率。

第二，本发明的一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆及其制备方法，表面改性剂及微米级的粉剂提高了铝浆对于太阳能电池硅的扩散能力，铝浆通过丝网印刷在晶体硅上，烧结后的铝背场厚度增加，铝硅合金层形成良好的欧姆接触，降低了铝背场与背电极的接触电阻与线电阻，减少了光生载流子的内部损耗，从而有利于进一步增强太阳能电池的光电转换效率。

第三，本发明的一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆及其制备方法，采用改性氮化硼代替单质硼掺杂，铝浆的材料成本相对较低，具有较高的成本竞争优势。

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：

玻璃粉的制备：按质量份称取50份的B₂O₃、5份的AL₂O₃、5份的SiO₂、20份的ZnO、20份的Sb₂O₅，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于900℃，保温时间：70分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2小时，经筛网过筛，得到粒径D50小于3微米的玻璃粘结剂；

有机粘结剂的制备：按质量份称取高分子聚合物树脂5份和有机溶剂95份，混合后大分散机上分散30～50min，分散溶解后得到透明、均一的有机粘合剂；

制备电池背面铝浆：混合铝粉重量百分比为98％微米铝粉、2％的纳米铝粉；按质量份称取混合铝粉75份，玻璃粉1份，有机粘结剂23.98份，改性氮化硼0.02份，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至20微米以下的背面铝浆。

采用上述制备的样品背面铝浆，通过360目丝网印刷在规格156mm×156mm的多晶硅片上形成铝背场，进烧结炉烧结，峰值温度795℃。烧结后测试其电性数据为：开路电压0.6374V，短路电流8.933A，填充因子80.44，光电转换效率18.82％。

实施例2：

玻璃粉的制备：按质量份称取42份的B₂O₃、8份的AL₂O₃、8份的SiO₂、22份的ZnO、20份的Sb₂O₅，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于950℃，保温时间：70分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5小时，经筛网过筛，得到粒径D50小于3微米的玻璃粘结剂。

有机粘结剂的制备：按质量份称取高分子聚合物树脂7份和有机溶剂93份混合后大分散机上分散30～50min，分散溶解后得到透明、均一的有机粘合剂。

制备电池背面铝浆：混合铝粉重量百分比为98％微米铝粉、2％的纳米铝粉；按质量份称取混合铝粉77份，玻璃粉1份，有机粘结剂21.97份，改性氮化硼0.03份，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至20微米以下的背面铝浆。

实施例3：

玻璃粉的制备：按质量份称取40份的B₂O₃、10份的AL₂O₃、10份的SiO₂、20份的ZnO、20份的Sb₂O₅，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于950℃，保温时间：70分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5小时，经筛网过筛，得到粒径D50小于3微米的玻璃粘结剂。

有机粘结剂的制备：按质量份称取高分子聚合物树脂9份和有机溶剂91份混合后，大分散机上分散30～50min，分散溶解后得到透明、均一的有机粘合剂。

制备电池背面铝浆：混合铝粉重量百分比为98％微米铝粉、2％的纳米铝粉；按质量份称取混合铝粉78份，玻璃粉1份，有机粘结剂21.95份，改性氮化硼0.05份，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至20微米以下的背面铝浆。

实施例4：

玻璃粉的制备：按质量份称取40份的B₂O₃、6份的AL₂O₃、6份的SiO₂24份的ZnO、24份的Sb₂O₅，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于950℃，保温时间：70分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨3小时，经筛网过筛，得到粒径D50小于3微米的玻璃粘结剂。

有机粘结剂的制备：按质量份称取高分子聚合物树脂10份和有机溶剂90份混合后大分散机上分散30～50min，分散溶解后得到透明、均一的有机粘合剂。

制备电池背面铝浆：混合铝粉重量百分比为99％微米铝粉、1％的纳米铝粉；按质量份称取混合铝粉78份，玻璃粉1.2份，有机粘结剂21.95份，改性氮化硼0.05份，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至20微米以下的背面铝浆。

实施例5：

玻璃粉的制备：按质量份称取45份的B₂O₃、7份的AL₂O₃、7份的SiO₂25份的ZnO、26份的Sb₂O₅，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于950℃，保温时间：90分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.8小时，经筛网过筛，得到粒径D50小于3微米的玻璃粘结剂。

有机粘结剂的制备：按质量份称取高分子聚合物树脂6份和有机溶剂94份混合后大分散机上分散30～50min，分散溶解后得到透明、均一的有机粘合剂。

制备电池背面铝浆：混合铝粉重量百分比为99.5％微米铝粉、0.5％的纳米铝粉；按质量份称取混合铝粉78份，玻璃粉1.5份，有机粘结剂21.9份，改性氮化硼0.1份，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至20微米以下的背面铝浆。

以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 (7)

1.一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，其特征在于，该铝浆的组成及重量百分比含量为：氮化硼0～0.1％，铝粉72～78％，有机粘合剂20～27％，玻璃粉0.8～1.5％，所述氮化硼为采用表面改性剂进行表面改性的高纯度改性氮化硼。

2.根据权利要求1所述的一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，其特征在于，所述高纯度改性氮化硼中，氮化硼的纯度在99.99％以上，氮化硼的粒径D50为7～8微米，且表面改性剂与氮化硼的配比按照重量百分比计为：90～99％的氮化硼和1～10％的表面改性剂。

3.根据权利要求2所述的一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，其特征在于：所述表面改性剂为铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂、磷酸脂中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，其特征在于：所述铝粉为微米级球型铝粉和纳米级球型铝粉，且其配比按照重量百分比计为：95～99％的微米级球型铝粉、1～5％的纳米级球型铝粉。

5.根据权利要求1所述的一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，其特征在于：所述有机粘结剂的组成按照其质量百分比计为:5～10％的高分子聚合物和90～95％的有机溶剂，其中高分子聚合物为低烧结残留粘弹性模量的聚合物，有机溶剂为松油醇、丁基卡比醇、丁基卡比醇醋酸脂、柠檬酸三丁酯、司盘85中的至少两种。

6.根据权利要求1所述的一种改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆，其特征在于：所述玻璃粉的原料组成按照其质量百分比计为：40～50％的B₂O₃、1～10％的AL₂O₃、1～10％的SiO₂、20～30％的ZnO、20～30％的Sb₂O₅，原料经处理得到粒径D50在1～3微米的玻璃粉粘结剂。

7.一种如权利要求1至6中任一项所述的改性氮化硼代替单质硼掺杂的太阳能电池铝浆制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、称取占总质量的0～0.1％高纯度改性氮化硼、20～27％有机粘合剂、0.8～1.5％玻璃粉混合，采用分散机在800～1500rpm转速下分散10～20min；

步骤2、分散后再加入72～78％铝粉，在1200～1500rpm转速下分散15～30分钟，然后在三辊研磨机上研磨12遍；

步骤3、研磨后，加入占原料总量0.5～1.5％的有机溶剂，采用高速分散机分散5～15min，分散均匀待用。