CN108511107A - 一种含有多孔结构粉末的背钝化铝浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含有多孔结构粉末的背钝化铝浆及其制备方法，属于太阳能电池用背场铝浆领域，所述的背钝化铝浆包括65～80％的铝粉、15～25％的有机载体、1～5％的玻璃粉、0.01～0.5％的多孔结构粉末、0.01～5％有机助剂。本发明背钝化铝浆的主要特点在于印刷性好、对钝化层损伤较小、能在激光开槽处形成良好的欧姆接触，降低串联电阻，并且具有均匀连续厚度合适的LBSF，因此有助于提高光电转换效率，同时无外观不良现象。
Description
技术领域
本发明属于高效太阳能电池技术领域，具体涉及一种电池用背钝化铝浆及其制备方法。
背景技术
为了实现光伏发电平价上网的终极目标，太阳能电池厂商及相关科研机构开发了多种高效电池技术，其中以PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)电池技术最为闪耀，在2017年获得了高速发展，预计到2020年PERC太阳能电池的出货量能占到中国市场的50％。PERC电池与常规电池最大的区别在于背表面介质膜钝化，采用局域金属接触，有效降低背表面的电子复合速度，同时提升了背表面的光反射。
与当前常规电池结构一样，PERC电池同样使用导电浆料即银浆和铝浆，将其分别印刷在电池片正反两面形成导电极。但是由于PERC电池独特的技术特点，常规技术路线所用太阳能电池铝浆对钝化层破坏太大，不能直接应用于PERC电池工艺。另一方面，PERC电池大多以激光开槽的方式实现欧姆接触，但开槽处很容易出现铝珠、铝刺等外观不良现象，因此对铝浆提出了更高要求。此外，PERC电池还要求铝浆可在开槽处形成均匀连续且厚度合适的LBSF。
授权号CN 103545013B的专利公开了一种局部铝背场晶体硅太阳电池专用铝浆，相比常规铝浆，所述背钝化铝浆具有流动性好、对钝化膜破坏较小、与窗口接触好、铝膜致密均匀等特点。申请号CN201610762802.5公开了一种具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆及其制备方法，所述背钝化铝浆具有表面光滑，对铝膜附着力牢固，对钝化膜几乎无损伤、填充率高达90％以上等特点。以上专利虽然可能改善了某些性能，各有特色，但对于外观不良问题或LBSF并未涉及。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有多孔结构粉末的背钝化铝浆及其制备方法，该铝浆的主要特点在于印刷性好、对钝化层损伤较小、能在激光开槽处形成良好的欧姆接触，降低串联电阻，并且具有均匀连续厚度合适的LBSF，因此有助于提高光电转换效率，同时无外观不良现象。本发明的第二个目的在于提供上述PERC电池用背钝化铝浆的制备方法，该制备方法工艺简洁，成本低。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种含有多孔结构粉末的PERC电池用背钝化铝浆，所述的背钝化铝浆由以下质量百分含量的组分组成：
铝粉…………65～80％
有机载体…15～25％
玻璃粉………1～5％
多孔结构粉末…0.01～0.5％
有机助剂……0.01～5％
其中各原料的质量百分含量之和为100％。
作为优化：所述的铝粉优选为球形铝粉，中位径D50为1～9μm。
进一步的优化，所述铝粉由粒径为0.5～10μm的铝粉混合而成，优选不同粒径的两种或三种铝粉，例如粒径为2～4μm的铝粉和粒径为7～9μm的铝粉按照1:4混合。
作为优化：所述的有机载体为含树脂和有机溶剂的混合物，主要起到润湿包裹铝粉的作用。所述树脂所占比例为1～20％，所述的树脂为乙基纤维素、醋丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种混合而成；所述的有机溶剂为松油醇、醇酯十二、尼龙酸甲酯、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯中的一种或多种混合而成。
作为优化：所述的玻璃粉粒径为1～3μm，软化点200～400℃。
作为优化：所述的多孔结构粉末为具有类似沸石孔洞结构的无机化合物，优选为具有多面环单元的铝硅酸盐或磷铝酸盐。优选的，这些粉末平均粒径为0.5-5μm，并且内部通道孔径介于0.35～0.85nm之间。
作为优化：所述铝浆中包含至少一种有机助剂，所述有机助剂为卵磷脂、阴离子表面活性剂、司盘系列，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，所述司盘系列为司盘60、司盘80和司盘85。有机助剂能够有效阻止铝粉颗粒之间的团聚，降低铝浆的粘度，增加铝浆烧结后铝层的均匀程度和致密度，提高铝浆的耐水煮、光电转换效率，减缓铝浆的分层现象。
所述PERC电池用背钝化铝浆的制备方法，包括以下步骤：
1.制备有机载体：将有机溶剂、高分子树脂、助剂等所需原材料按配方比例混合，用高速分散机搅拌混合，升温加热获得均匀透明的有机粘合剂。
2.制备分散液：将配方量的多孔结构粉末投入到含有分散剂的有机溶剂中，分散均匀。
3.制备浆料：将上述分散液投入到有机载体，高速分散一段时间。随后取铝粉、玻璃粉、有机助剂等剩余原材料混合搅拌，分散均匀后研磨至细度不大于25μm的铝浆，即得一种含有多孔结构粉末的PERC电池用背钝化铝浆。
作为优化，上述制备方法中，步骤(2)中的分散方法为超声波分散，步骤(3)中的研磨设备采用三辊研磨机。
本发明的优点和有益效果在于：本发明中所用玻璃粉软化温度低，不仅可以对铝粉起到很好的助熔粘结作用，而且对钝化层的损伤小。本发明中所制备的背钝化铝浆克服了现有PERC电池背场用铝浆容易发生外观不良现象，LBSF层薄且不均匀的问题，有助于提升其光电转换效率。这主要是因为本发明采用的多孔结构粉末具有特殊的介孔微观结构，经过特定的改性和设计，可以对硅、铝具有不同亲和力。初步认为受益于高度选择性的类似吸附或者催化机制，因此可以调节反应速率，平缓铝硅液相在升温时或高温阶段的快速剧烈反应，控制不同阶段的单位浓度，从而避免铝珠铝刺等现象发生。同样的，也有助于在开槽处形成均匀连续的LBSF层，提高电池电性能。
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。
实施例一
一种含有多孔结构粉末的PERC电池用背钝化铝浆，所述铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉65份，有机载体25份，玻璃粉5份，多孔结构粉末0.1份，有机助剂4.9份。
所述铝粉：粒径为2～4μm的铝粉占20份，粒径为7～9μm的铝粉占45份。
所述的有机载体由以下材料组成：5份乙基纤维素、3份丙烯酸树脂，30份醇酯十二、19份松油醇、43份丁基卡必醇。
所述多孔结构粉末为铝硅酸盐。
所述有机助剂使用卵磷脂。
所述铝浆的制备方法：
(1)制备有机载体：将上述溶剂和树脂称量混合后，升温至80℃，使用高速分散机在3000rpm转速下搅拌50min，制成均匀透明的粘合剂。
(2)制备分散液：将0.1粉铝硅酸盐粉末投入含BYK110分散剂的丁基卡必醇醋酸酯溶剂中，使用超声波分散20min。
(3)制备浆料：称取上述比例铝粉、玻璃粉、有机载体、分散液和有机助剂混合，然后采用分散机在2000rpm转速下，高速搅拌30min，随后在三辊研磨机上进一步研磨分散至细度＜15μm，浆料粘度控制在20～30Pa·S，即得PERC电池用背钝化铝浆。
实施例二
一种含有多孔结构粉末的PERC电池用背钝化铝浆，所述铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉80份，有机载体17.3份，玻璃粉1.67份，多孔结构粉末0.03份，有机助剂1份。
所述铝粉：粒径为6～7μm的球形铝粉。
所述的有机载体由以下材料组成：3份乙基纤维素、6份丙烯酸树脂，3份改性聚酰亚胺触变剂，30份醇酯十二、6份尼龙酸甲酯、52份丁基卡必醇。
所述多孔结构粉末为磷铝酸盐。
所述有机助剂使用司盘85。
所述铝浆的制备方法：
(1)制备有机载体：将上述溶剂和树脂称量混合后，升温至80℃，使用高速分散机在3000rpm转速下搅拌50min，制成均匀透明的粘合剂。
(2)制备分散液：将0.03粉磷铝酸盐粉末投入含Tego Dispers757W分散剂的丁基卡必醇醋酸酯溶剂中，使用超声波分散35min。
(3)制备浆料：称取上述比例铝粉、玻璃粉、有机载体、分散液和有机助剂混合，然后采用分散机在2000rpm转速下，高速搅拌30min，随后在三辊研磨机上进一步研磨分散至细度＜15μm，浆料粘度控制在10～20Pa·S，即得PERC电池用背钝化铝浆。
所述铝浆的制备方法：称取上述比例铝粉、玻璃粉、有机载体、分散液和有机助剂进行混合，采用分散机在1000rpm转速下分散50min，然后在三辊研磨机上研磨分散至细度＜15μm；浆料粘度控制在10～20Pa·S，即得PERC电池用背钝化铝浆。
实施例三
一种含有多孔结构粉末的PERC电池用背钝化铝浆，所述铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉76份，有机载体18.5份，玻璃粉1.5份，多孔结构粉末1份，有机助剂3份。
铝粉：粒径为7～8μm的球形铝粉57份，4-5um的球形铝粉17份，1-2um的球形铝粉2份。
有机载体：规格同实施例2。
多孔结构粉末：规格同实施例2。
有机助剂：规格同实施例2。
该PERC电池用背钝化铝浆的制备方法同实施例2。
将上述实施例制备的铝浆，通过400目网版印刷在规格156mm×156mm的单晶硅片上形成背场，经红外链式炉烧结后，测试电性能，测试数据见表1。用强光照射铝背场观察，可见三种浆料形成的背场表面均光滑致密，开槽处无铝珠铝刺等不良情况。
表1实施例1～3中太阳能电池片的各项性能参数对照
| PERC铝浆 | 开路电压 | 短路电流 | 串联电阻 | 填充因子 | 转换效率 |
| 实施例1 | 0.6572 | 9.647 | 1.65 | 81.37 | 21.12 |
| 实施例2 | 0.6579 | 9.649 | 1.63 | 81.47 | 21.16 |
| 实施例3 | 0.6567 | 9.642 | 1.8 | 81.16 | 21.05 |
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种含有多孔结构粉末的背钝化铝浆，其特征在于：所述背钝化铝浆的组成成分质量百分数如下：
铝粉…………65～80％；
有机载体……15～25％；
玻璃粉………1～5％；
多孔结构粉末…0.01～0.5％；
有机助剂……0.01～5％；
其中各原料的重量百分含量之和为100％。
2.根据权利要求1所述的含有多孔结构粉末的背钝化铝浆，其特征在于，所述的铝粉为球形铝粉，中位径D50为1～9μm，所述铝粉由粒径为0.5～10μm的铝粉混合而成。
3.根据权利要求1所述的含有多孔结构粉末的背钝化铝浆，其特征在于，所述的有机载体为树脂和有机溶剂的混合物，所述树脂所占有机载体的质量百分比1～20％，所述的树脂为乙基纤维素、醋丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种混合而成；所述的有机溶剂由松油醇、醇酯十二、尼龙酸甲酯、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯中的一种或多种混合而成。
4.根据权利要求1所述的含有多孔结构粉末的背钝化铝浆，其特征在于，所述玻璃粉粒径为1～3μm，软化点200～400℃。
5.根据权利要求1所述的含有多孔结构粉末的背钝化铝浆，其特征在于，基于总铝浆重量计，所述铝浆中包含至少一种多孔结构粉末，所述多孔结构粉末为具有多面环单元的铝硅酸盐或磷铝酸盐，平均粒径为0.5-5μm，并且内部通道孔径介于0.35～0.85nm之间。
6.根据权利要求1所述的含有多孔结构粉末的背钝化铝浆，其特征在于，基于总铝浆重量计，所述铝浆中包含至少一种有机助剂，所述有机助剂为卵磷脂、阴离子表面活性剂、司盘系列，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠，所述司盘系列为司盘60、司盘80和司盘85。
7.根据权利要求1所述的一种含有多孔结构粉末的背钝化铝浆的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)制备有机载体：将有机溶剂、高分子树脂、助剂等所需原材料按配方比例混合，用高速分散机搅拌混合，升温加热获得均匀透明的有机粘合剂；
(2)制备分散液：将配方量的多孔结构粉末投入到含有分散剂的有机溶剂中，分散均匀；
(3)制备浆料：将上述分散液投入到有机载体，高速分散20～40min，随后取铝粉、玻璃粉、有机助剂等剩余原材料混合搅拌，分散均匀后研磨至细度不大于25μm的铝浆，即得一种含有多孔结构粉末的PERC电池用背钝化铝浆。
8.根据权利要求7所述含有多孔结构粉末的背钝化铝浆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的分散方法为超声波分散，步骤(3)中的研磨设备采用三辊研磨机。
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