CN110120274B - 一种全铝背场的背电极浆料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全铝背场的背电极浆料及其制备方法和应用。该背电极浆料的原料组成包括：20％‑60％的银粉，1％‑40％的纳米金属粉，0.5％‑6％的玻璃粉组合物，10％‑50％的有机载体，0.01％‑0.1％的分散剂，0％‑5％的添加剂，该背电极浆料各组成的总质量为100％，其中，银粉的平均粒径为0.1μm‑3μm。本发明还提供了上述背电极浆料的制备方法。本发明的背电极浆料可以在铝浆层充分烧结，提高太阳能电池的光电转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电浆料，尤其涉及一种全铝背场的背电极浆料，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
对光伏发电来说，不断提升太阳能电池片的光电转化效率和生产成本最优化一直是行业内各企业所追求的目标。目前来说，PERC电池是一种高效、先进的晶硅光伏电池结构，其量产平均转化效率目前已高于21％且在不断提升，采用PERC技术的核心步骤是在电池片背面沉积钝化膜，然后在这层膜上开槽以实现背面金属接触。目前实现背面金属接触的主要方法是先印刷一道背电极，然后再其他图形区印刷一道铝浆作为铝背场。铝浆的印刷面积为85％-92％，背银的印刷面积为5％-10％。
PERC是指钝化发射区和背表面钝化电池(Passivated Emitter Rear Contact)，是在常规电池的基础上在背面做一层氧化铝+氮化硅的钝化层。硅片内部和硅片表面的杂质及缺陷会对太阳能电池的性能造成负面影响，钝化工序就是通过降低表面载流子的复合来减小缺陷带来的影响，从而保证电池的效率。
对于电池片结构而言，背场铝浆烧结后可以与硅片形成BSF层，并与硅片形成欧姆接触，而背银一般起到汇流和焊接的作用。背银中的组分直接与硅接触，可能形成大量的复合中心，降低接触区域少子寿命。
现在可在硅片背面全部印刷铝浆，然后将起到汇流作用的背电极印刷在铝浆上面，既可以增加铝浆和硅片的接触面积，形成更均匀的BSF层，而且背银区域不直接接触背钝化层，没有腐蚀，减少了复合中心；其次对钝化层的要求会降低，对激光开槽的要求也降低了，可以降低生产成本。
但是常规的背银浆料直接印刷在铝浆上，会由于烧结不良造成拉力低、脱落等现象，无法使用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适用于PERC电池并且用于全铝背场的背电极浆料，该背电极浆料可以直接印刷在铝浆上，充分烧结后，可以提高太阳能电池的光电转换效率。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种全铝背场的背电极浆料，该背电极浆料的原料组成包括：20％-60％的银粉，1％-40％的纳米金属粉，0.5％-6％的玻璃粉组合物，10％-50％的有机载体，0.01％-0.1％的分散剂，0％-5％的添加剂，该背电极浆料各组成的总质量为100％，其中，银粉的平均粒径为0.1μm-3μm。
本发明的全铝背场的背电极浆料采用特定粒径的银粉和纳米金属粉的混合粉末作为导电材料，使得背电极浆料在铝浆上烧结的更加均匀致密，从而有效提高银电极的导电性能，并能保证足够的拉力。采用钛酸酯螯合剂作为分散剂，提高纳米粉体在浆料中的分散性，使纳米粉体在浆料中的分散效果更加均匀，从而使背电极浆料在烧结过程中从铝浆处吸收更多热量、完成自身的充分烧结，而且烧结产物为二氧化钛，二氧化钛可以保护背钝化层，从而降低背银对填充因子FF的影响，并提高背电极的拉力。
在本发明的一具体实施方式中，采用的银粉可以为球形银粉。采用的银粉的D50为0.1μm-2μm，D90为1μm-5μm，振实密度为2.1g/m3-6g/m3。
比如，银粉的平均粒径可以为0.5μm、0.8μm、1.0μm、1.5μm、1.8μm、2.0μm、2.5μm、2.8μm等。
在本发明的一具体实施方式中，采用的纳米金属粉可以包括铜粉、镍粉、铋粉、锌粉、钛粉、钼粉、钨粉、硼粉、锡粉、钴粉、铅粉、铟粉中的一种或两种以上的组合。
比如，采用的纳米金属粉可以为铋粉、锌粉、钛粉、钼粉中一种或两种以上的组合。
在本发明的一具体实施方式中，采用的纳米金属粉的粒径可以为0.01μm-0.1μm。
比如，采用的纳米金属粉的粒径为可以为0.03μm、0.05μm、0.07μm、0.08μm、0.09μm等。
在本发明的一具体实施方式中，以氧化物含量计，采用的玻璃粉组合物的原料组成包括：20％-50％的铅，10-40％的硼、0-5％的硅、0-30％的铝、0-10％的锌、0-20％的钡、0-15％的钛、0-30％的铜、0-40％的碲、0-3％的钙、0-5％的铬、0-10％的铜、0-5％的锡，所述玻璃粉组合物各组成的总质量为100％。
采用上述玻璃粉组合物，可以使背电极胶粒与底层铝浆具有良好附着力，并不会烧穿背面钝化层，降低载流子复合，提高电池转化效率。
在本发明的一具体实施方式中，采用的玻璃粉组合物的D50为0.2μm-1μm，软化点为550℃-700℃。
具体，采用的玻璃粉组合物的D50可以为0.5μm、0.7μm、0.9μm等。
在本发明的一具体实施方式中，采用的分散剂为钛酸酯螯合剂。
具体地，采用的分散剂为单烷基脂肪钛酸酯型螯合剂、单烷氧磷酸酯型钛酸酯螯合剂、单烷氧焦磷酸酯型钛酸酯螯合剂、氧乙酸型钛酸酯螯合型、乙二醇型钛酸酯螯合剂中的一种或两种以上的组合。
在本发明的一具体实施方式中，采用的添加剂的平均粒径为0.01μm-0.1μm。
比如，采用的添加剂的平均粒径可以为0.03μm、0.05μm、0.07μm、0.08μm、0.09μm等。
在本发明的一具体实施方式中，采用的添加剂包括纳米二氧化锰、纳米氧化锡、纳米二氧化锆中的一种或两种以上的组合。
在本发明的一具体实施方式中，对采用的有机载体没有特殊要求，采用本领域常规的有机载体即可。比如，采用的有机载体可以包括纤维素树脂、溶剂和助剂；
具体地，采用的纤维素树脂可以为乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、乙基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或两种以上的组合。
具体地，采用的溶剂可以为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚醋酸酯、石油醚和松节油中的一种或两种以上的组合。
本发明的全铝背场的背电极浆料可以用于制备PERC太阳能电池，尤其用于制备全铝背场的PERC太阳能电池。
本发明还提供了全铝背场的背电极浆料的制备方法，分散剂可以与背电极浆料的原料一起混合，也可以在制备有机载体时与有机载体的原料混合后，再与背电极浆料的其他原料混合。该制备方法具体包括以下步骤：
步骤一：将银粉、纳米金属粉、玻璃粉组合物、有机载体、分散剂、添加剂混合，搅拌均匀，得到混合物；
或者，
在制备有机载体时加入分散剂，搅拌，然后再与银粉、纳米金属粉、玻璃粉组合物、添加剂混合，搅拌均匀，得到混合物；
步骤二：将混合物研磨1h-3h，过滤，得到细度≤10μm，粘度为30Pa·S-100Pa·S的背电极浆料。
在本发明的一具体实施方式中，有机载体可以通过以下步骤制备得到：
在60℃-90℃下将纤维素树脂溶解于溶剂中，并加入助剂，搅拌均匀过滤，得到有机载体。
其中，如果背电极浆料中的分散剂在制备有机载体的过程中添加，有机载体可以通过以下步骤制备得到：
在60℃-90℃条件下将纤维素树脂溶解于溶剂中，并加入助剂和分散剂，搅拌均匀过滤，得到有机载体。
本发明提供了一种太阳能电池，该太阳能电池含有由本发明的全铝背场的背电极浆料形成的部件。其中，本发明的太阳能电池包括但不限于该PERC太阳能电池。具体地，PERC太阳能电池可以为单晶PERC太阳能电池或多晶PERC太阳能电池。
在本发明的一具体实施方式中，PERC太阳能电池可以通过以下步骤制备得到：
通过制绒、扩散、背面抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化层、正面沉积减反射层，得到PERC太阳能电池硅片；
在硅片背光面采用丝网印刷的方式印刷满版背场铝浆，烘干后在铝浆上印刷本发明的背电极浆料，烘干后硅片正面用丝网印刷正面银浆，入隧道炉在150℃-200℃烘干，并进行升温烧结(230℃-380℃形成氧化硅保护层，升温至600℃-800℃烧结，峰值烧结时间为1s-3s)，得到太阳能电池。
其中，正面细栅电极银浆、背场铝浆料均为本领域常规浆料，没有特殊限定。
本发明的全铝背场的背电极浆料可以直接印刷在铝浆上，充分烧结后，可以提高太阳能电池的光电转换效率。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
一种全铝背场的背电极银浆，由以下组分组成(％)：
其中，制备玻璃粉组合物：将原料混合(氧化铅50％、氧化硼12％、氧化硅3％、氧化铝2％、氧化锌10％、氧化钡13％、氧化钛8％、氧化铬2％)，然后进行熔融、淬冷、研磨、水洗工艺，得到玻璃粉组合物；
制备有机载体：将溶剂(丁基卡必醇醋酸酯40％、松油醇35％)、纤维素树脂(乙基纤维素10％)、添加剂(4％的司班85、3％的苯甲醇、8％的聚酰胺蜡)混合，得到有机载体。
将上述原料混合，搅拌均匀，转至三辊机研磨1-3小时，细度≤10μm，粘度控制在30Pa·S-100Pa·S，得到全铝背场的背电极银浆。
实施例2
一种全铝背场的背电极银浆，由以下组分组成(％)：
其中，玻璃粉组合物与有机载体同实施例1。
将上述原料混合，搅拌均匀，转至三辊机研磨1-3小时，细度≤10μm，粘度控制在30Pa·S-100Pa·S，得到全铝背场的背电极银浆。
实施例3
一种全铝背场的背电极银浆，由以下组分组成：
其中，玻璃粉组合物与有机载体同实施例1。
将上述原料混合，搅拌均匀，转至三辊机研磨1-3小时，细度≤10μm，粘度控制在30Pa·S-100Pa·S，得到全铝背场的背电极银浆。
本实施例还提供了PERC太阳能电池，可以通过以下步骤制备得到：
通过制绒、扩散、背面抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化层、正面沉积减反射层，得到PERC太阳能电池硅片；
在上述硅片背光面采用丝网印刷的方式印刷无图形全背场铝浆，烘干后印刷背银，烘干后在硅片正面用丝网印刷正面银浆，入隧道炉在150℃-200℃烘干，并进行升温烧结(230℃-380℃形成氧化硅保护层，升温至600℃-950℃烧结，峰值烧结时间为1s-3s)，得到太阳能电池；
其中，正面细栅电极银浆、背场铝浆料均为本领域常规浆料，没有特殊限定。背面银浆为实施例1-实施例3的背电极银浆。
将上述太阳能电池进行性能测试，并与常规背场电池转化效率进行对比，测试结果如表1所示。
其中太阳能电池片电性能测试，使用太阳能模拟电效率测试仪，在标准条件下测试(AM1.5，1000W/m2，25℃)。
拉力测试步骤为：
将导电银浆印刷在半成品太阳能电池片的背面，经烧结后，用铜锡焊带将背电极焊接，进行180°剥离试验，并与把常规背场用背银印刷到全铝背场电池上进行对比，得到拉力测试结果如表1所示。
表1
| 编号 | 电池片光电转化效率(％) | 拉力(N) |
| 实施例1 | 21.89 | 2.8 |
| 实施例2 | 21.86 | 3.0 |
| 实施例3 | 21.82 | 3.1 |
| 常规背场 | 21.69 | \ |
| 常规背银 | \ | 无拉力 |
以上实施例说明，本发明的全铝背场的背电极浆料可以在铝浆层充分烧结，提高太阳能电池的光电转化效率，拉力符合组件要求。
Claims (11)
1.一种全铝背场的背电极浆料，其特征在于，该背电极浆料的原料组成包括：20％-60％的银粉，1％-40％的纳米金属粉，0.5％-6％的玻璃粉组合物，10％-50％的有机载体，0.01％-0.1％的分散剂，0％-5％的添加剂，该背电极浆料各组成的总质量为100％，其中，所述银粉的平均粒径为0.1μm-3μm；
以氧化物含量计，所述玻璃粉组合物的原料组成包括：20％-50％的铅，10％-40％的硼、0％-5％的硅、0％-30％的铝、0％-10％的锌、0％-20％的钡、0％-15％的钛、0％-30％的铜、0％-40％的碲、0％-3％的钙、0％-5％的铬、0％-10％的铜、0％-5％的锡，所述玻璃粉组合物各原料的总质量为100％；玻璃粉组合物的D50为0.2μm-1μm，软化点为550℃-700℃；
所述分散剂为单烷基脂肪钛酸酯型螯合剂、单烷氧磷酸酯型钛酸酯螯合剂、单烷氧焦磷酸酯型钛酸酯螯合剂、氧乙酸型钛酸酯螯合型、乙二醇型钛酸酯螯合剂中的一种或两种以上的组合；
所述纳米金属粉为铋粉、锌粉、钛粉、钼粉中一种或两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的背电极浆料，其特征在于，所述银粉的D50为0.1μm-2μm，D90为1μm-5μm，振实密度为2.1g/m3-6g/m3。
3.根据权利要求1所述的背电极浆料，其特征在于，所述银粉为球形银粉。
4.根据权利要求1所述的背电极浆料，其特征在于，所述纳米金属粉的粒径为0.01μm-0.1μm。
5.根据权利要求1所述的背电极浆料，其特征在于，所述添加剂的平均粒径为0.01μm-0.1μm。
6.根据权利要求1所述的背电极浆料，其特征在于，所述添加剂包括纳米二氧化锰、纳米氧化锡、纳米二氧化锆中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的背电极浆料，其特征在于，所述有机载体包括纤维素树脂、溶剂和助剂。
8.根据权利要求7所述的背电极浆料，其特征在于，所述纤维素树脂为乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、乙基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或两种以上的组合。
9.根据权利要求7所述的背电极浆料，其特征在于，所述溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚醋酸酯、石油醚和松节油中的一种或两种以上的组合。
10.权利要求1-9任一项所述的全铝背场的背电极浆料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
步骤一：将银粉、纳米金属粉、玻璃粉组合物、有机载体、分散剂、添加剂混合，搅拌均匀，得到混合物；
或者，
在制备有机载体时加入分散剂，搅拌，然后再与银粉、纳米金属粉、玻璃粉组合物、添加剂混合，搅拌均匀，得到混合物；
步骤二：将所述混合物研磨1h-3h，过滤，得到细度≤10μm，粘度为30Pa·S-100Pa·S的背电极浆料。
11.一种太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池含有由权利要求1-9任一项所述的全铝背场的背电极浆料形成的部件。
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