CN110459343B - 一种全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆 - Google Patents
一种全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆，该银浆主要包括如下质量份数：50～70份的纳米银粉、20～50份的有机载体、0.1～0.3份的分散剂和0.1～0.3份的触变剂，本发明采用的纳米银粉烧结活性好，在低温条件下容易烧结，而且可以烧结过程中部分银浆会渗进背面铝浆中，形成较好的银铝接触。本发明制备的低温烧结型银浆制备背面电极，可以形成完整的BSF层，提高了电极区域的场钝化特性，减少载流子复合，且没有银进入硅基体，不会漏电，降低电池的漏电流，提高光电转换效率，与常规相比，不用考虑套印，可降低电极宽度，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及高分子基导电材料领域，具体涉及一种全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆。
背景技术
随着现代工业的快速发展，地球上的天然能源石油、煤炭、天然气等在逐渐消耗殆尽，随之而来的能源危机、温室效应和环境污染日益严重，这就迫使人类寻求可替代天然能源的新型清洁能源。目前太阳已经逐渐成为新型能源的有效提供者。太阳能能将太阳能转换为电能，是所有清洁能源中对太阳能转换环节最少、利用最直接的方式。
目前市面上的太阳能电池是晶体硅太阳能电池为主的，且从技术成熟度、光电转换效率和原材料来源等考虑，今后很长一段时间内光伏太阳能电池的重点发展对象仍将是硅系太阳能电池。因此如何进一步提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率是业界持续不断的追求目标之一。
铝背场(BSF)是现代晶体硅太阳能电池普遍采用的典型的背表面钝化结构，经过多年的发展，铝背场的生产工艺已逐步趋向成熟、稳定，对铝背场的各项研究也日益深化，这些都表明在今后相当长一段时间内铝背场仍将广泛用于晶体硅太阳能电池，对于提高电池的转化效率具有重大贡献。
因此目前传统晶体硅太阳能电池片的制备工艺流程是将原料裸硅片经前清洗制绒后，进行扩散制备PN结，再刻蚀去除PSG磷硅玻璃层，经PECVD镀减反膜制成蓝膜片后，先用丝网印刷工艺印刷背面银浆制备背面银电极，经烘干后印刷背面铝浆制备铝背场，烘干后再印刷正面银浆制备正面银电极，然后经烘干和短时高温共烧结形成电池片。
PERC电池对于PERC背面银浆要求，除需具备传统晶硅电池背银所必需的良好的印刷性能和较低的银含量特性之外，还应当具备如下几条要素：(1)低活性，减少玻璃粉与钝化膜的反应，避免银浆与硅片接触部分形成大量复合中心，提高电池片开路电压；(2)较宽的工艺窗口，适应低温烧结工艺；(3)优秀的附着力及老化附着力。
中国专利CN109659068A公开了一种全铝背场晶体硅太阳能电池用低温固化型背面银浆，该发明由球形银粉10～20份、片状银粉50～60份、双酚A型环氧树脂14～30份、活性稀释剂5～9.6份、固化剂双氰胺0.77～1.18份、固化促进剂0.02～0.04份、触变助剂0.2～0.5份。本发明采用低温固化型背面银浆印刷背面电极的附着性不好，降低PERC太阳能电池的开压，从而会导致PERC太阳能电池的光电转换效率降低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种减少载流子的复合、减少银铝合金的形成的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆，并且使用该银浆的工艺操作简单，适用于现有的工艺流程，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆，所述的低温烧结型背面银浆按照质量份数包括以下组分制备而成：
其中，所述纳米银粉的振实密度为3～3.5g/cm3，所述纳米银粉的比表面积为4.8～5.8cm2/g，所述纳米银粉的中值粒径D50为0.05～0.5μm，所述纳米银粉的粒径跨度为0.8～09，所述纳米银粉的烧损率为0.1～0.2％。
在本发明的有的实施例中，所述的低温烧结型背面银浆按照质量份数还包括1～10份的玻璃粉。
在本发明的有的实施例中，所述的玻璃粉为无铅玻璃粉，所述玻璃粉的软化点为500～700℃，所述玻璃粉的中值粒径D50为0.3～04μm。(与前面不对应)
在本发明的有的实施例中，所述的玻璃粉按照质量份数包括60～65份的Bi2O3、20～30份的B2O3、5～10份的ZnO或Zn3(PO4)2、20～25份的SiO2、1～3份的Al2O3、5～10份的NiO和2～5份的V2O5。(与前面不对应)
在本发明的有的实施例中，所述的有机载体选自乙基纤维素、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、醇酯十二中的一种或者几种混合。
在本发明的有的实施例中，所述的分散剂选自DMA、TDO、山梨醇酐三油酸酯、BYK-110和BYK-111中的一种或者几种混合。
其中，DMA为二甲基乙酰胺，全称为N,N-二甲基乙酰胺(化学式：CH3C(O)N(CH3)2缩写为DMAC或DMA。一种常用作非质子极性溶剂。无色透明液体，可燃。能与水、醇、醚、酯、苯、三氯甲烷和芳香化合物等有机溶剂任意混合。用于制药物、合成树脂，也用作聚丙烯腈纺丝的溶剂和从碳八馏分分离苯乙烯的萃取蒸馏溶剂等。由二甲胺与乙酰氯作用而制得。
TDO是一种特殊的双离子长链超强润湿分散剂，适合制备各种水性和油性的有机、无机涂料浆，具有高表面活性，因此具有非凡的性能，在漆膜固化过程中使涂料迁移，牢牢的吸附在固体表面，从而达到理想的效果。
BYK-110通过空间位阻使涂料解絮凝。由于解絮凝的涂料颗粒很小，从而可获得高光泽、增进颜色强度。此外，增加了透明度和遮盖力。这些产品降低粘度，因而改进了流平性，并能提高涂料的含量。
BYK-111为不含溶剂的润湿分散剂，用于溶剂型和无溶剂涂料和印刷油墨，可以稳定无机颜料，特别是二氧化钛。明显降低研磨料粘度。
在本发明的有的实施例中，所述的触变剂选自氢化蓖麻油或聚酰胺蜡中的一种或者两种混合。
本发明还提供了一种采用本发明的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆制备PERC太阳能电池背面银电极的方法，包括在P型晶体硅正面在形成氮化硅减反射的钝化膜，然后在P型晶体硅背面镀背面钝化层，然后在背面度化层上开槽，然后分别对P型晶体硅的正面和反面进行金属化，其技术点在于：所述P型晶体硅的背面金属的方法包括：
(1)在P型晶体硅的背面钝化层上印刷铝浆并烘干，然后再正面印刷银浆料并烘干，进行烧结；
(2)在步骤(1)所述的背面铝浆上印刷用所述低温烧结型背面银浆印刷背面银浆，经过烘干，烧结后形成背银电极。
在本发明的有的实施例中，上述步骤(1)中的背面铝浆的烘干温度为150～250℃，烘干时间为2.5～3.5min，所述正面银浆的烘干温度为150～250℃，所述正面银浆的烧结温度为750～850℃，烧结时间为8～15s。
在本发明的有的实施例中，上述步骤(2)中背面电极的烘干温度为150～250℃，烘干时间是1.5～2.5min，所述背面电极烧结温度为250～400℃，所述背面电极的线宽为0.6～2.5mm，线长为8～20mm，线高为2～5μm。
有益效果：本发明的具体优势如下：
(1)本发明的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆印刷在PERC太阳能电池上，能有效阻止银铝相互扩散形成银铝合金，可以提高焊接性能，背面银浆在背铝层上面，在背银区域形成层，可增加背面银浆与铝浆的接触面积，从而能够提高所制备太阳能电池的开路电压，降低银铝搭接电阻，有效提高电池的光电转化效率。
(2)本发明的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆的配方中采用的纳米银粉的振实密度为3～3.5g/cm3，纳米银粉的比表面积为4.8～5.8cm2/g，纳米银粉的中值粒径D50为0.05～0.5μm，纳米银粉的粒径跨度为0.8～09，纳米银粉的烧损率为0.1～0.2％，该纳米银粉烧结活性好，在低温条件下容易烧结，而且可以烧结过程中部分银浆会渗进背面铝浆中，形成较好的银铝接触。
(3)采用本发明提供的的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆制备背面银电极，该低温烧结型背面银浆印刷在全铝背上，该背面电极的制备方法可以形成完整的BSF层，提高了电极区域的场钝化特性，减少载流子复合，且没有银进入硅基体，不会漏电，降低电池的漏电流，提高光电转换效率，与常规相比，不用考虑套印，可降低电极宽度，降低成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1.低温烧结型背面银浆的制备
本发明提供了一种减少载流子的复合、减少银铝合金的形成的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆，并且使用该银浆的工艺操作简单，适用于现有的工艺流程，其技术点在于：所述的低温烧结型背面银浆按照质量份数包括以下组分制备而成：
其中，所述纳米银粉的振实密度为3.25g/cm3，所述纳米银粉的比表面积为5cm2/g，所述纳米银粉的中值粒径D50为0.275μm，所述纳米银粉的粒径跨度为0.85，所述纳米银粉的烧损率为0.15％。将上述的纳米银粉、乙基纤维素、丁基卡必醇、DMA、BYK-110和氢化蓖麻油按照既定的比例份数混合均匀，研磨分散，使得浆料的细度不得超过15μm。
2.PERC太阳能电池的背面电极的制备
利用上述制备得到的低温烧结型背面银浆进行背面电极金属化，首先在P型晶体硅的正反面上，用酸或者碱进行双面制绒；
然后在P型晶体硅正面在形成氮化硅减反射的钝化膜；
然后在P型晶体硅背面镀背面钝化层，利用SiNx或Al2O3在电池背面形成钝化层，作为背反射器，增加长波光的吸收，同时将P-N极间的电势差最大化，降低电子复合，从而提升电池转化效率；
然后在背面度化层上开槽，在金属化之前对背面钝化膜进行特定图形的激光开膜，以去除局部的钝化层，这种局部点接触的方式可以降低电极接触面积、减小电极复合；
然后分别对P型晶体硅的正面和反面进行金属化，其技术点在于：所述P型晶体硅的背面金属的方法包括：
(1)在P型晶体硅的背面钝化层上印刷铝浆并烘干，然后再正面印刷银浆料并烘干，进行烧结，其中背面铝浆的烘干温度为200℃，烘干时间为2min，所述正面银浆的烘干温度为200℃，烘干时间是2min，所述正面银浆的烧结温度为800℃，烧结时间为11s。
(2)在步骤(1)所述的背面铝浆上印刷用所述低温烧结型背面银浆印刷背面银浆，经过烘干，烧结后形成背银电极，其中，上述背面电极的烘干温度为200℃，烘干时间是2min，所述背面电极烧结温度为325℃，所述背面电极的线宽为1.55mm，线长为14mm，线高为3.5μm。
实施例2
1.玻璃粉的制备
准备65份的Pb2O3、10份的B2O3、5份的ZnO、1份的SiO2、1份的Al2O3、1份的NiO和2份的V2O5，然后利用分散机或三辊机等已知的混合机讲各个物料混合均匀，然后进行干燥处理3.5h，然后将干燥处理的原料转至坩埚内，再将盛装有原料的坩埚放置到加热腔室中先升温至950℃，然后保温1.5h，然后将熔炼完成的料液经冷却辊，得到玻璃料，然后将玻璃料进行破碎、筛分得到中值粒径D50为0.3μm，软化点为350℃的玻璃粉。
2.低温烧结型背面银浆的制备
本发明提供了一种减少载流子的复合、减少银铝合金的形成的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆，并且使用该银浆的工艺操作简单，适用于现有的工艺流程，其技术点在于：所述的低温烧结型背面银浆按照质量份数包括以下组分制备而成：
其中，所述纳米银粉的振实密度为3g/cm3，所述纳米银粉的比表面积为4.8cm2/g，所述纳米银粉的中值粒径D50为0.05μm，所述纳米银粉的粒径跨度为0.9，所述纳米银粉的烧损率为0.1％。将上述的纳米银粉、松油醇、丁基卡必醇乙酸酯、DMA、BYK-111、聚酰胺蜡和玻璃粉按照既定的比例份数混合均匀，研磨分散，使得浆料的细度不得超过15μm。
3.PERC太阳能电池的背面电极的制备
利用上述制备得到的低温烧结型背面银浆进行背面电极金属化，首先在P型晶体硅的正反面上，用酸或者碱进行双面制绒；
然后在P型晶体硅正面在形成氮化硅减反射的钝化膜；
然后在P型晶体硅背面镀背面钝化层，利用SiNx或Al2O3在电池背面形成钝化层，作为背反射器，增加长波光的吸收，同时将P-N极间的电势差最大化，降低电子复合，从而提升电池转化效率；
然后在背面度化层上开槽，在金属化之前对背面钝化膜进行特定图形的激光开膜，以去除局部的钝化层，这种局部点接触的方式可以降低电极接触面积、减小电极复合；
然后分别对P型晶体硅的正面和反面进行金属化，其技术点在于：所述P型晶体硅的背面金属的方法包括：
(2)在P型晶体硅的背面钝化层上印刷铝浆并烘干，然后再正面印刷银浆料并烘干，进行烧结，其中背面铝浆的烘干温度为150℃，烘干时间为3.5min，所述正面银浆的烘干温度为150℃，烘干时间是3.5min，所述正面银浆的烧结温度为850℃，烧结时间为8s。
在步骤(1)所述的背面铝浆上印刷用所述低温烧结型背面银浆印刷背面银浆，经过烘干，烧结后形成背银电极，其中，上述背面电极的烘干温度为150℃，烘干时间是2.5min，所述背面电极烧结温度为250℃，所述背面电极的线宽为0.6mm，线长为8mm，线高为2μm。
实施例3
1.玻璃粉的制备
准备60份的Bi2O3、20份的B2O3、10份的Zn3(PO4)2、10份的SiO2、3份的Al2O3、3份的NiO和5份的V2O5，然后利用分散机或三辊机等已知的混合机讲各个物料混合均匀，然后进行干燥处理3.5h，然后将干燥处理的原料转至坩埚内，再将盛装有原料的坩埚放置到加热腔室中先升温至1050℃，然后保温1h，然后将熔炼完成的料液经冷却辊，得到玻璃料，然后将玻璃料进行破碎、筛分得到中值粒径D50为0.4μm，软化点为250℃的玻璃粉。
2.低温烧结型背面银浆的制备
本发明提供了一种减少载流子的复合、减少银铝合金的形成的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆，并且使用该银浆的工艺操作简单，适用于现有的工艺流程，其技术点在于：所述的低温烧结型背面银浆按照质量份数包括以下组分制备而成：
其中，所述纳米银粉的振实密度为3.5g/cm3，所述纳米银粉的比表面积为5.8cm2/g，所述纳米银粉的中值粒径D50为0.5μm，所述纳米银粉的粒径跨度为0.9，所述纳米银粉的烧损率为0.2％。将上述的纳米银粉、醇酯十二、乙基纤维素、山梨醇酐三油酸酯、TDO、氢化蓖麻油和聚酰胺蜡按照既定的比例份数混合均匀，研磨分散，使得浆料的细度不得超过15μm。
3.PERC太阳能电池的背面电极的制备
利用上述制备得到的低温烧结型背面银浆进行背面电极金属化，首先在P型晶体硅的正反面上，用酸或者碱进行双面制绒；
然后在P型晶体硅正面在形成氮化硅减反射的钝化膜；
然后在P型晶体硅背面镀背面钝化层，利用SiNx或Al2O3在电池背面形成钝化层，作为背反射器，增加长波光的吸收，同时将P-N极间的电势差最大化，降低电子复合，从而提升电池转化效率；
然后在背面度化层上开槽，在金属化之前对背面钝化膜进行特定图形的激光开膜，以去除局部的钝化层，这种局部点接触的方式可以降低电极接触面积、减小电极复合；
然后分别对P型晶体硅的正面和反面进行金属化，其技术点在于：所述P型晶体硅的背面金属的方法包括：
(1)在P型晶体硅的背面钝化层上印刷铝浆并烘干，然后再正面印刷银浆料并烘干，进行烧结，其中背面铝浆的烘干温度为250℃，烘干时间为3.5min，所述正面银浆的烘干温度为250℃，烘干时间是2.5min，所述正面银浆的烧结温度为750℃，烧结时间为15s。
(2)在步骤(1)所述的背面铝浆上印刷用所述低温烧结型背面银浆印刷背面银浆，经过烘干，烧结后形成背银电极，其中，上述背面电极的烘干温度为250℃，烘干时间是2.5min，所述背面电极烧结温度为400℃，所述背面电极的线宽为2.5mm，线长为20mm，线高为5μm。
对比例1
按质量份称取粒径D50为0.8μm的球形银粉10份，D50为4.0μm的片状银粉60份，双酚A型环氧树脂E5120份，活性稀释剂丁二醇二缩水甘油醚8.3份，固化剂双氰胺1.18份，固化促进剂2-甲基咪唑0.02份，触变助剂气相二氧化硅0.5份，将上述物料依次投入带有自转和公转功能的行星式搅拌器中混合均匀后，再将混合均匀的物料转移至三辊研磨机上按一定的工艺进行研磨分散，得到外观细腻均匀无粗大颗粒的浆料，经测试，细度<10μm，黏度为46Pa.S。进一步经200目丝网过滤后，包装，于-5℃条件下储藏备用。
在晶体硅太阳能电池生产线上先按传统太阳能电池的生产工艺流程将大小为156mm*156mm厚度为180μm的标准原料单晶裸硅片经前清洗制绒后，进行扩散制备PN结，再刻蚀去除PSG磷硅玻璃层，经PECVD镀减反膜制成蓝膜片后，先用丝网印刷工艺全版印刷背面铝浆，烘干后再印刷正面银浆，然后再经烘干，按照电池片烧结工艺短时高温快烧共烧结，制备形成铝背场和正面银电极，再印刷上述浆料，然后在150℃烘箱中固化30min制备形成背面银电极。
对比例2
按质量份称取粒径D50为2.0μm的球形银粉20份，D50为2.8μm的片状银粉60份，双酚A型环氧树脂E5114份，活性稀释剂苯基缩水甘油醚5份，固化剂双氰胺0.77份，固化促进剂2-乙基-4-甲基咪唑0.03份，触变助剂聚酰胺蜡0.2份，将上述物料依次投入带有自转和公转功能的行星式搅拌器中混合均匀后，再将混合均匀的物料转移至三辊研磨机上按一定的工艺进行研磨分散，得到外观细腻均匀无粗大颗粒的浆料，经测试，细度<12μm，黏度为34Pa.S。进一步经200目丝网过滤后，包装，于-5℃条件下储藏备用。
将上述浆料按对比例所述工艺流程，其中背面银浆烘烤固化温度为200℃，时间为10min，制成电池片。
本发明的性能检测分析如下：
取实施例1～3和对比例1、2的制备的电池片，烧结后测试其电性数据如表1所示。
表1电性数据表
如上表所示，使用本发明的导电银浆制备的背面银电极能有效避免银铝相互扩散形成银铝合金，可以提高焊接性能，背面银浆在背铝层上面，在背银区域形成层，可增加背面银浆与铝浆的接触面积，从而能够提高所制备太阳能电池的开路电压，降低银铝搭接电阻，有效提高电池的光电转化效率。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (3)
1.一种全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆，其特征在于：所述的低温烧结型背面银浆按照质量份数包括以下组分制备而成：
其中，所述的纳米银粉的振实密度为3-3.25g/cm3，所述的纳米银粉的比表面积为4.8～5.8cm2/g，所述的纳米银粉的中值粒径D50为0.05～0.5μm，所述的纳米银粉的粒径跨度为0.8～09，所述的纳米银粉的烧损率为0.15～0.2％；
所述玻璃粉的软化点为250～350℃，所述玻璃粉的中值粒径D50为0.3～04μm；
所述的玻璃粉按照质量份数包括60～65份的Pb3O4、10～20份的B2O3、5～10份的ZnO或Zn3(PO4)2、1～10份的SiO2、1～3份的Al2O3、1～3份的NiO和2～5份的V2O5；
在P型晶体硅正面形成氮化硅减反射的钝化膜，然后在P型晶体硅背面镀背面钝化层，然后在背面钝化层上开槽，然后分别对P型晶体硅的正面和反面进行金属化，P型晶体硅的背面金属的方法包括：
(1)在P型晶体硅的背面钝化层上印刷铝浆并烘干，然后再正面印刷银浆料并烘干，进行烧结；
(2)在步骤(1)所述的背面铝浆上印刷用所述低温烧结型背面银浆印刷背面银浆，经过烘干，烧结后形成背银电极；
所述步骤(1)中的背面铝浆的烘干温度为150～250℃，烘干时间为2.5～3.5min，所述的正面银浆的烘干温度为150～250℃，所述的正面银浆的烧结温度为750～850℃，烧结时间为8～15s；
所述步骤(2)中的背面电极的烘干温度为150～250℃，烘干时间是1.5～2.5min，所述的背面电极烧结温度为250～400℃，所述的背面电极的线宽为0.6～2.5mm，线长为8～20mm，线高为2～5μm。
2.根据权利要求1所述的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆，其特征在于：所述的有机载体选自乙基纤维素、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、醇酯十二中的一种或者几种混合。
3.根据权利要求1所述的全铝背场晶体硅太阳能电池用低温烧结型背面银浆，其特征在于：所述的分散剂选自DMA、TDO、山梨醇酐三油酸酯、BYK-110和BYK-111中的一种或者几种混合。
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