CN109493992B - 高附着力perc晶体硅太阳能电池用铝浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆及其制备方法，该铝浆由以下质量百分比的原料制成：72‑82%铝粉、1‑8%玻璃粉、15‑25%有机载体、1‑5%有机助剂、0.1‑2%无机助剂。这种高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆具有良好的印刷性，解决了电池片厂的快速印刷高产能的印刷要求问题；印刷在背钝化PERC太阳能电池背面钝化膜上，经烘干烧结后，该浆料对背场的钝化膜层不会造成损伤，并具有良好的耐磨性，既解决了背场铝浆烧结后摩擦易掉粉的问题，又克服PERC太阳能电池背场铝浆附着力不高的缺点。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池用铝浆技术领域，具体涉及高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆及其制备方法。
背景技术
太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，也是清洁、不产生任何环境污染的能源。但是随着晶体硅太阳能电池行业竞争的不断加剧，太阳能光伏市场应用将呈现宽领域、多样化的趋势，适应各种需求的光伏产品将不断问世，除了大型并网光伏电站外，与建筑相结合的光伏发电系统、小型光伏系统、离网光伏系统等也将快速兴起。太阳能电池及光伏系统的成本持续下降并逼近常规发电成本，仍将是光伏产业发展的主题，从硅料到组件以及配套部件等均将面临快速降价的市场压力，太阳能电池将不断向高效率、低成本方向发展。
PERC（passivated emitter and rear cell）晶体硅太阳电池的背面进行钝化处理，有一层钝化膜，钝化膜上一般通过激光烧蚀等手段穿孔或是开槽，将铝浆印刷于钝化膜上，铝浆只在穿孔扩开槽处于硅基体接触，背电场为点或线接触引出。这样既保留了背面的背电场效应，同时减少了背面金属接触面积，使金属与硅基半导体界面的高复合速率区域大大减少，由于背面浓掺杂区域的大面积减少，也大大降低了背面的表面复合，具有减反射、降低接触电阻的作用，同时还能提升转换效率。
目前，为了提高太阳能电池的转换效率，背钝化太阳能电池(PERC)因其优异的电化学性能、技术成熟度较高、实现难度不大，适合大规模量产，成为新一代高效电池的主流结构。
由于PERC电池的结构特殊，常规铝浆不能满足该新技术的全部使用要求，需要新型的浆料配合晶体硅PERC太阳电池才能达到完美。作为晶体硅太阳能电池配件的浆料生产的供应商，必须紧跟客户的需求步骤，研制开发更适用于晶体硅PERC太阳电池铝浆。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，由以下质量百分比的原料制成：铝粉72-82%、玻璃粉1-5%、有机载体15-25%、有机助剂1-5%、无机助剂0.1-2%。
所述的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，由以下质量百分比的原料制成：铝粉75-80%、玻璃粉1-4%、有机载体15-20%、有机助剂1-3%、无机助剂0.1-0.5%。
所述的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，所述铝粉为类球形铝粉，由粒径为1-2µm、2-3µm、5-6µm、7-9µm的类球形铝粉中的一种或几种组成。
所述的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，所述玻璃粉为无铅玻璃粉，由以下质量百分比的组分组成：SiO25-20%、Bi2O335-55%、Al2O32-10%、B2O310-30%、ZnO5-15%、ZrO21-3%、Sb2O35-15%、TiO20.5-5%、BaCO30.2-1.5%。
所述的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，所述有机载体由以下质量百分比的原料制成：乙基纤维素5-15%，松油醇40-60%、乙二醇苯醚5-10%、丁基卡必醇醋酸酯10-25%、醇酯十二5-20%、司班5-10%、改性松香0.5-5%。
所述的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，所述有机载体由以下方法制备获得：将乙基纤维素和改性松香加入到松油醇、乙二醇苯醚、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯十二、司班的混合溶剂中，采用水浴加热至65-95℃，加热搅拌后使乙基纤维素完全溶解，得到透明均一状的载体，冷却至室温后使用。
所述的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，所述无机助剂为硼粉、镍硼合金粉、镍复合粉、硼粉化合物、硬脂酸钡、硬脂酸金属化合物、纳米锌粉中的一种或几种。
所述的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，所述有机助剂为润湿分散剂、触变剂、消泡剂、增稠剂、流平剂或增塑剂中的一种或几种。
所述的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按配方称取玻璃粉各原料并混合均匀，调节熔制温度为1000-1100℃熔融1-3小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到粒径为1-5µm的玻璃粉；
2）制备有机载体：按配方称取有机载体各原料并混合均匀，采取水浴加热至65-95℃，边加热边搅拌至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取铝粉，按配方进行称取，先将玻璃粉、有机载体、有机助剂、无机助剂进行预分散，再加入铝粉进行机械预混分散，在分散搅拌机中混合均匀，得到膏糊状物以待用；
4）取膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。
所述的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的使用方法，包括以下步骤：
1）选取PERC背钝化太阳能电池硅片，在该硅片的正面进行氮化硅减反射膜层处理，背面经过AlOx/SiNx叠层薄膜钝化处理；
2）将步骤1）得到的硅片印刷背电极银浆并经过烘干；
3）将所述高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆加在印刷机上，印刷在步骤2）得到的硅片的背面，在硅片的背面形成铝浆背场；
4）将所述铝浆背场进行烘干和烧结处理，烘干时的温度为250-350℃，烧结时的温度为760-830℃，烘干后再烧结形成的铝浆不会烧穿损伤背面的钝化层。
将烧结后的电池片进行电性能测试、附着力测试及边缘掉粉测试。
其中烧结优选以共烧的形式进行，共烧即在背电极银浆、背电场铝浆和正银全部印刷完毕后，再一起进入烧结炉进行烧结，以形成最终的PERC电池片。
将烧结后的电池片进行电性能测试、附着力测试及边缘掉粉测试。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）本发明的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆具有良好的印刷性，解决了电池片厂低成本要求的快速印刷高产能的印刷问题；
2）本发明的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆印刷在PERC晶体硅太阳能电池背面钝化膜上，经烘干烧结后，该浆料对背场的钝化膜层没有损伤，且具有良好的耐磨性，解决了背场铝浆烧结后分选时或运输过程中摩擦掉粉导致电池片降级的问题；
3）本发明的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆应用于PERC晶体硅太阳能电池上，解决了PERC太阳能电池铝浆烧结后附着力性能不高的问题，该电池片经过组件层压后的附着力≥42N。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
本实施例的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，由以下质量百分比的原料制成：2-3µm粒径的铝粉35%、5-6µm粒径的铝粉30%、7-9µm粒径的铝粉14%、玻璃粉3%、有机载体15.4%、有机助剂2.3%、无机助剂0.3%。
有机助剂为市面常用的润湿分散剂。
无机助剂为镍硼合金粉。
有机载体按以下质量百分比的原料制成：陶氏乙基纤维素STD-100 5%、陶氏乙基纤维素STD-452.5%、松油醇55.5%、乙二醇苯醚5%、丁基卡必醇醋酸酯15%、醇酯十二9%、司班7%、改性松香1%。
玻璃粉按以下质量百分比的原料制成：SiO29%、Bi2O347%、Al2O37%、B2O315%、ZnO10%、ZrO21%、Sb2O39%、TiO21.2%、BaCO30.8%。
该高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按上述配方称取玻璃粉各原料并混匀，调节熔制温度为1050℃熔融1小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到粒径为1-5µm的玻璃粉；
2）制备有机载体：按上述配方称取有机载体各原料并混匀，采取水浴加热至75℃，边搅拌边加热至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取铝粉，按上述配方进行称取，先将玻璃粉、有机载体、有机助剂、无机助剂进行预分散，再加入铝粉进行机械预混分散，在行星式分散搅拌机或其它分散搅拌机里混合均匀，得到膏糊状物以待用；
4）取膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到细度＜20µm，粘度为38Pa.S的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。
该高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的使用方法，包括以下步骤：
1）选取PERC背钝化太阳能电池硅片，将该硅片的正面进行氮化硅减反射膜层处理，背面经过AlOx/SiNx叠层薄膜钝化处理；
2）将步骤1）得到的硅片印刷背电极银浆并经过烘干；
3）将高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆加在印刷机上，印刷在步骤2）得到的硅片的背面，在硅片的背面形成铝浆背场；
4）将铝浆背场进行烘干和烧结处理，烘干时的温度为250-350℃，烧结时的温度为760-830℃，烘干后再烧结形成的铝浆不会烧穿损伤背面的钝化层。
将烧结后的电池片进行电性能测试、附着力测试及边缘掉粉测试。
其中烧结优选以共烧的形式进行，共烧即在背电极银浆、背电场铝浆和正银全部印刷完毕后，再一起进入烧结炉进行烧结，以形成最终的PERC电池片。
将烧结后的电池片进行电性能测试、附着力测试及边缘掉粉测试。
附着力测试是将电池片经组件层压后再采取180度倒拉的方式进行，并由附着力测试器直接读取附着力数据；边缘掉粉测试采取810#型号的3M进行撕拉测试。
实施例2
本实施例的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，由以下质量百分比的原料制成：2-3µm粒径的铝粉28%、5-6µm粒径的铝粉32%、7-9µm粒径的铝粉18%，玻璃粉2%，有机载体18.1%，有机助剂1.4%，无机助剂0.5%。
有机助剂为市面常用的润湿分散剂和流平剂，按8:2的质量百分比的原料制成。
无机助剂为纳米锌粉、硬脂酸钡，按7:3的质量百分比的原料制成。
有机载体按以下质量百分比的原料制成：陶氏乙基纤维素STD-100 4.5%、陶氏乙基纤维素STD-45 4%、松油醇45.5%、乙二醇苯醚7%、丁基卡必醇醋酸酯16%、醇酯十二16%、司班5.5%、改性松香1.5%。
玻璃粉按以下质量百分比的原料制成：SiO27%、Bi2O351%、Al2O33%、B2O318%、ZnO9%、ZrO21.5%、Sb2O38%、TiO22%、BaCO30.5%。
该高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按上述配方称取玻璃粉各原料并混匀，调节熔制温度为1060℃熔融1.5小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到粒径为1-5µm的玻璃粉；
2）制备有机载体：按上述配方称取有机载体各原料并混匀，采取水浴加热至80℃，边搅拌边加热至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取铝粉，按上述配方进行称取，先将玻璃粉、有机载体、有机助剂、无机助剂进行预分散，再加入铝粉进行机械预混分散，在行星式分散搅拌机或其它分散搅拌机里混合均匀，得到膏糊状物以待用；
4）取膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到细度＜20µm，粘度为35Pa.S的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。
该铝浆的使用方法同实施例1。
实施例3
本实施例的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，由以下质量百分比的原料制成：2-3µm粒径的铝粉25%、5-6µm粒径的铝粉40%、7-9µm粒径的铝粉13%，玻璃粉2.5%，有机载体16.1%，有机助剂3%，无机助剂0.4%。
有机助剂为市面常用的润湿分散剂、触变剂，按9:1的质量百分比的原料制成。
无机助剂为镍硼合金粉、硬脂酸钡，按8:2的质量百分比的原料制成。
有机载体按以下质量百分比的原料制成：陶氏乙基纤维素STD-100 3.5%、陶氏乙基纤维素STD-45 6%、松油醇43.8%、乙二醇苯醚7%、丁基卡必醇醋酸酯20%、醇酯十二12%、司班6.5%、改性松香1.2%。
玻璃粉按以下质量百分比的原料制成：SiO28%、Bi2O348%、Al2O35%、B2O318%、ZnO9%、ZrO21.9%、Sb2O37%、TiO22.5%、BaCO30.6%。
该高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：按上述配方称取玻璃粉各原料并混匀，调节熔制温度为1060℃熔融1小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到粒径为1-5µm的玻璃粉；
2）制备有机载体：按上述配方称取有机载体各原料并混匀，采取水浴加热至80℃，边搅拌边加热至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）选取铝粉，按上述配方进行称取，先将玻璃粉、有机载体、有机助剂、无机助剂进行预分散，再加入铝粉进行机械预混分散，在行星式分散搅拌机或其它分散搅拌机里混合均匀，得到膏糊状物以待用；
4）取膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到细度＜20µm，粘度为32Pa.S的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。
该铝浆的使用方法同实施例1。
测试结果对比：
其中，Eta为太阳能电池片电性能测试中的转换效率，Uoc为开路电压，Isc为电路电流，Rs为串联电阻，Rsh为并联电阻，FF为未填充因子，IRev2为漏电流。
从表一的对比结果可以明显看到，采用本发明技术，既解决了PERC太阳能电池铝浆烧结后附着力性能不高的问题，还解决了快速印刷高产能的印刷问题及电池片摩擦掉粉导致降级的问题；表二的对比数据中可以明显看出，在对电池片的电性能显现优势情况下，实施例的Voc高于现有产品，还有利于降低电池片在组件的封装损失。
以上具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1. 高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，其特征在于由以下质量百分比的原料制成：2-3µm粒径的铝粉35%、5-6µm粒径的铝粉30%、7-9µm粒径的铝粉14%、玻璃粉3%、有机载体15.4%、有机助剂2.3%、无机助剂0.3%；所述有机助剂为市面常用的润湿分散剂，无机助剂为镍硼合金粉，有机载体按以下质量百分比的原料制成：陶氏乙基纤维素STD-100 5%、陶氏乙基纤维素STD-452.5%、松油醇55.5%、乙二醇苯醚5%、丁基卡必醇醋酸酯15%、醇酯十二9%、司班7%、改性松香1%；
玻璃粉按以下质量百分比的原料制成：SiO29%、Bi2O347%、Al2O37%、B2O315%、ZnO10%、ZrO21%、Sb2O39%、TiO21.2%、BaCO30.8%；
所述高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：称取玻璃粉各原料并混匀，调节熔制温度为1050℃熔融1小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到粒径为1-5µm的玻璃粉；
2）制备有机载体：称取有机载体各原料并混匀，采取水浴加热至75℃，边搅拌边加热至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）称取铝粉，先将玻璃粉、有机载体、有机助剂、无机助剂进行预分散，再加入铝粉进行机械预混分散，在行星式分散搅拌机里混合均匀，得到膏糊状物以待用；
4）取膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到细度＜20µm，粘度为38Pa.S的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。
2.一种高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，其特征在于由以下质量百分比的原料制成：2-3µm粒径的铝粉28%、5-6µm粒径的铝粉32%、7-9µm粒径的铝粉18%，玻璃粉2%，有机载体18.1%，有机助剂1.4%，无机助剂0.5%；
有机助剂为市面常用的润湿分散剂和流平剂，按8:2的质量百分比的原料制成，无机助剂为纳米锌粉、硬脂酸钡，按7:3的质量百分比的原料制成；有机载体按以下质量百分比的原料制成：陶氏乙基纤维素STD-100 4.5%、陶氏乙基纤维素STD-45 4%、松油醇45.5%、乙二醇苯醚7%、丁基卡必醇醋酸酯16%、醇酯十二16%、司班5.5%、改性松香1.5%；玻璃粉按以下质量百分比的原料制成：SiO27%、Bi2O351%、Al2O33%、B2O318%、ZnO9%、ZrO21.5%、Sb2O38%、TiO22%、BaCO30.5%；
所述高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：称取玻璃粉各原料并混匀，调节熔制温度为1060℃熔融1.5小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到粒径为1-5µm的玻璃粉；
2）制备有机载体：称取有机载体各原料并混匀，采取水浴加热至80℃，边搅拌边加热至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）称取铝粉，先将玻璃粉、有机载体、有机助剂、无机助剂进行预分散，再加入铝粉进行机械预混分散，在行星式分散搅拌机里混合均匀，得到膏糊状物以待用；
4）取膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到细度＜20µm，粘度为35Pa.S的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。
3.一种高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，其特征在于由以下质量百分比的原料制成：2-3µm粒径的铝粉25%、5-6µm粒径的铝粉40%、7-9µm粒径的铝粉13%，玻璃粉2.5%，有机载体16.1%，有机助剂3%，无机助剂0.4%；有机助剂为市面常用的润湿分散剂、触变剂，按9:1的质量百分比的原料制成，无机助剂为镍硼合金粉、硬脂酸钡，按8:2的质量百分比的原料制成，有机载体按以下质量百分比的原料制成：陶氏乙基纤维素STD-1003.5%、陶氏乙基纤维素STD-45 6%、松油醇43.8%、乙二醇苯醚7%、丁基卡必醇醋酸酯20%、醇酯十二12%、司班6.5%、改性松香1.2%；玻璃粉按以下质量百分比的原料制成：SiO28%、Bi2O348%、Al2O35%、B2O318%、ZnO9%、ZrO21.9%、Sb2O37%、TiO22.5%、BaCO30.6%；
所述高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
1）制备玻璃粉：称取玻璃粉各原料并混匀，调节熔制温度为1060℃熔融1小时，将熔融料经去离子水进行水淬，再经球磨、烘干和过筛处理，得到粒径为1-5µm的玻璃粉；
2）制备有机载体：称取有机载体各原料并混匀，采取水浴加热至80℃，边搅拌边加热至各原料充分混匀并完全溶解后得到有机载体；
3）称取铝粉，先将玻璃粉、有机载体、有机助剂、无机助剂进行预分散，再加入铝粉进行机械预混分散，在行星式分散搅拌机里混合均匀，得到膏糊状物以待用；
4）取膏糊状物在三辊机上进行分散研磨后，即得到细度＜20µm，粘度为32Pa.S的高附着力PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。
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