CN111128437A - 一种晶硅太阳能perc双面电池用无铅铝导电浆料及其制备方法 - Google Patents

一种晶硅太阳能perc双面电池用无铅铝导电浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种新型晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方法，该浆料用高纯度铝粉、无机粘合剂、有机粘合剂、功能添加剂配制而成，本发明制备的晶体硅太阳能双面电池无铅背场用导电铝浆可靠性优良、效率高，具有较高的高宽比，并且解决了目前困扰太阳能电池产线二次铝浆烘干划伤的问题，本发明浆料不含铅、镉有害物质，符合欧盟对太阳能电池的质量要求。

Description

一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料及其制备 方法
技术领域
本发明是涉及太阳能电池，是一种新型晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方法。
背景技术
全球能源发展的趋势将会是那些可再生、无污染的能源，风力、水利、 潮汐能均有很大的限制性需要特定的地点，故此有很大的缺陷，而太阳能则无 过多的限制，家家户户皆可安装太阳能电池组件用于发电，并且到目前为至晶 体硅太能电池发展最为成熟在太阳能电池中，晶体硅太阳能电池是目前最为可 靠的可再生、无污染的清洁能源。
从多晶硅太阳能电池到单晶硅太阳能电池再到单晶PERC太阳能电池继而到如今的单晶双面PERC太阳能电池，电池转换效率不断提高，而从2015年起始，ISFH联合SolarWorld提出了一个“PERC+”的双面PERC太阳能电池方案，该方案的太阳能电池在电池背面采用丝网印刷铝子栅电极，使前表面光电转换效率和背面光电转换效率分别达到21.5％和16.7％。在各项条件良好的情况下，光伏电站将受益于双玻组件所表现出的双面特性，让PREC+电池的发电效率提升至25％。因为双面PERC+电池的外表比全覆盖铝层太阳能电池更加美观，所以在建筑光伏一体化(BIPV)上有很大的潜力。而率先实现了双面PERC+电池的大规模生产的公司则是提出该方案的SolarWorld。自该方案面世以来，诸多太阳能电池制造商陆续将双面PERC+技术引入到大规模生产线中，并且能够提供使用PERC+电池的商用双面双玻组件。而本发明的新型晶体硅太阳能双面电池无铅背场用导电铝浆的制备方式则为市场添加一项新型的背场用浆料，本发明所制备的单晶硅双面太阳能电池背场用铝浆，有高高宽比、高正面效率、高水煮性、高附着力性能，本发明的铝浆沿用丝网印刷方式覆盖在背场特定的激光开槽区域内，再通过烘干烧结制成背电场(BSF层)及铝膜层，该浆料制成的单晶硅双面太阳能电池背场不仅可以吸杂、形成P+/P结、并且可以减少铝层对背面的覆盖率提高背面转换效率，因此该背场的形成不仅可以通过提高载流子的寿命、增大短路电流、提高开路电压而且还可以让背面更大面积参与发电这就一定程度上的提高了太阳能电池的整体效率。
早在十三年前即2006年7月1日起，所有包含铅、汞、镉、聚溴二苯醚、聚溴联苯、六价铬六种有害物质的家电及其电子电器设备禁止在欧盟销售，我国环保意识也在不断增强，早在2000年就开始禁止使用含铅汽油，在其他行业也不断的增强环保意识，本发明所用的无机粘合剂(即玻璃粉)采用 Al-Si-V-Ba-Bi-Li-P体系，摒弃了原有的含铅、镉玻璃体系，因铅、镉能提供很好的烧结性及玻璃的润湿性并且在耐水性和附着力上影响较大，故而在刚开始技术研发时难度大，市面上的部分无铅、镉产品在附着力、水煮性、烧结窗口上或多或少存在些不足，本发明采用的玻璃体系基本上改善了这些问题，本发明制备的铝浆制作的铝背场水煮性好、附着力优良、烘干性能好耐磨损、烧结窗口满足大多数客户的要求。
发明内容
本发明提供了一种新型晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方式，该浆料是通过丝网印刷在太阳能电池背面特定的激光开槽区域内，然后通过红外快烧工艺于电池背面和P型硅实现良好的欧姆接触并且形成背电场，实现电池高转换效率，该浆料形成的背场细栅不容易断，且基本无铝珠析出，附着力及烧结窗口能符合大多数电池生产厂商的要求，可靠性优良且效率高的上述浆料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料，所述导电浆料按重量份计包括：高纯度铝粉73-75份，无机粘合剂2-4份，有机粘合剂20-22.5份与功能添加剂2-3份。
作为优选，所述的无机粘合剂包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物，二氧化硅，三氧化二铝，五氧化二磷，氧化钡，五氧化二钒，氢氧化锂与氧化铋中的一种或一种以上。
作为优选，所述无机粘合剂的制备方法为：将原材料加入V型搅拌器混合均匀，而后置于500-1200℃的马弗炉中进行熔化炼制，炼制保温持续0.5-5个小时，再进行水淬、球磨、过筛，然后置于烘干炉中，烘干温度控制在50-90℃，直至无机粘合剂烘干为止，最后进行打磨、过筛得到无机粘合剂。
作为优选，所述的无机粘合剂的软点在500-700℃。
作为优选，所述有机粘合剂由分散剂、溶剂和高分子树脂材料构成，所述分散剂为聚醚磷酸酯、聚硅氧烷、卵磷脂与脂肪酸聚氧乙烯脂中的一种或一种以上；所述溶剂为松油醇、异丙醇、二乙二醇丁醚、丙二醇单丁醚、三乙二醇丁醚、苯甲醚、乙二醇苯醚、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯与十二醇酯中的一种或一种以上；所述高分子树脂材料为环氧树脂、丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚酰胺酯、酚醛树脂与氢化蓖麻油中的一种或一种以上。
作为优选，所述的有机粘合剂制备方法为：加入溶剂、分散剂于反应釜中均匀混合，升温至40-70℃；加入高分子树脂升温至70-150℃保温1-8个小时，而后降温过滤制得有机粘合剂。
作为优选，所述的功能添加剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硼粉、泵油与二氧化硅中的一种或一种以上。
作为优选，所述的有机粘合剂其粘度为0.5-3Pa·s。
一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方法，所述的导电铝浆制备方法为：取高纯度铝粉，无机粘合剂，有机粘合剂，功能添加剂，搅拌分散均匀，用三辊研磨机轧制，而后过滤制得成品。
成品是一种细度范围10-30μm，粘度25-70Pa·s，固体含量在73-82％，有流动性、颜色均匀的膏状浆料。
本发明的有益效果是：
1.浆料采用自制新型体系的无机粘合剂，在杜绝铅、镉带来的有害物质同时还保证了浆料的水煮性、附着力等可靠性，并且在加入了氧化钒和氧化铋能提高无机材料粘结剂在烧结时的流动性，该新型无机粘合剂体系不仅能增厚提高BSF 层、增大填充性，而且能降低硅铝接触电阻。
2.浆料通过对有机粘结剂的成分及其用量的选择，大幅度提升浆料的烘干膜层硬度，使之在烘干传送过程中不容易被磨伤，而出现外观降级甚至导致效率的下降的现象。
3.通过加入功能添加剂能有效的提升浆料的透网性及其润滑性，保证浆料的持续印刷性良好。
4.通过加入高分子树脂材料能有效提高浆料的塑型性，从而使背场栅线有一个较高的高宽比。
5.通过加入分散剂能大程度上降低浆料的表面张力，使浆料有较好的分散性让铝粉、无机粘结剂、有机粘结剂、功能添加剂能更均匀的混合一起，提高浆料的稳定性。
6.通过对优化铝粉的粒度的选择及其比例用量的使用能有效的提高铝粉间的堆积密度从而降低铝背场的体电阻，以实现增大电池转换效率的目的。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明的实施方式，本技术领域人员可由本说明书所揭示的内容轻易地理解本发明的特征与优点，本发明也可以其它不同的方式予以实施，即：在不背离本发明所揭示的范畴下，能予以不同的修饰与改变。
本发明中所用的原料可从市场购得。
实施例1
一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方法
1、配方的组成：
Figure BDA0002128391210000041
2、高纯度铝粉的选择及其比例：大粒径铝粉(平均粒径在7-8μm)占比80％，小粒径铝粉(平均粒径2-3μm)占比20％。
3、无机粘合剂的制备：按照质量百分比计：氧化钡5％，二氧化硅6％，三氧化二铝8％，五氧化二磷11％，五氧化二钒6％，氧化铋52％，碳酸钡12％。将上述原材料加入后并用V型搅拌器混合均匀，而后用坩埚装量至适量混合粉末，而后将坩埚置于1000℃的马弗炉中把混合粉末进行熔化炼制，炼制保温持续3个小时，而后进行水淬、球磨、过筛，而后置于烘干炉中烘干，温度控制在80℃直至无机粘合剂烘干为止，最后进行打磨、过筛得到最大粒径小于20微米的无机粘合剂。
4、有机粘合剂的制备：按质量百分比取：分散剂(聚硅氧烷2％与卵磷脂3％)、溶剂(松油醇10％、二乙二醇丁醚47％、丙二醇单丁醚8％、苯甲醚7％、乙二醇苯醚6％与十二醇酯2％)于反应釜中均匀混合，升温至60℃，而后加入高分子树脂材料(乙基纤维素9％、酚醛树脂1％与氢化蓖麻油5％)然后升温至 110℃保温4个小时，而后降温过滤制得有机粘合剂。
5、晶体硅太阳能双面电池无铅背场用导电铝桨制备：取73％高纯度铝粉， 2.5％无机粘合剂，22.5％有机粘合剂，2％功能添加剂(泵油1.5％和硼粉0.5％)，按比例混合后搅拌分散2小时，而后用三辊研磨机轧制10遍，而后用过滤芯网过滤后包装密封储存。
实施例2
一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方法
1、配方的组成：
Figure BDA0002128391210000051
2、高纯度铝粉的选择及其比例：大粒径铝粉(平均粒径在7-8μm)占比80％，小粒径铝粉(平均粒径2-3μm)占比20％。
3、无机粘合剂的制备：按照质量百分比计：氧化钡5％，二氧化硅6％，三氧化二铝8％，氧化硼11％，五氧化二钒6％，氧化铋52％，碳酸钡12％。将上述原材料加入后并用V型搅拌器混合均匀，而后用坩埚装量至适量混合粉末，而后将坩埚置于1000℃的马弗炉中把混合粉末进行熔化炼制，炼制保温持续3 个小时，而后进行水淬、球磨、过筛，而后置于烘干炉中烘干，温度控制在80℃直至无机粘合剂烘干为止，最后进行打磨、过筛得到最大粒径小于20微米的无机粘合剂。
4、有机粘合剂的制备：按质量百分比计：分散剂(聚硅氧烷2％与卵磷脂3％)、溶剂(松油醇10％、二乙二醇丁醚47％、丙二醇单丁醚8％、苯甲醚7％、乙二醇苯醚6％与十二醇酯2％)于反应釜中均匀混合，升温至60℃，而后加入高分子树脂材料(乙基纤维素9％、酚醛树脂1％与氢化蓖麻油5％)然后升温至 110℃保温4个小时，而后降温过滤制得有机粘合剂。
5、晶体硅太阳能双面电池无铅背场用导电铝桨制备：取73％高纯度铝粉，2.5％无机粘合剂，22.5％有机粘合剂，2％功能添加剂(泵油2.5％和硼粉0.5％)，按比例混合后搅拌分散2小时，而后用三辊研磨机轧制10遍，而后用过滤芯网过滤后包装密封储存。
实施例3
一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方法
1、配方的组成：
Figure BDA0002128391210000061
2、高纯度铝粉的选择及其比例：大粒径铝粉(平均粒径在7-8μm)占比80％，小粒径铝粉(平均粒径2-3μm)占比20％。
3、无机粘合剂的制备：按照质量百分比计：氧化镁5％，二氧化硅6％，三氧化二铝8％，氧化硼11％，五氧化二钒6％，氧化铋52％，碳酸钡12％。将上述原材料加入后并用V型搅拌器混合均匀，而后用坩埚装量至适量混合粉末，而后将坩埚置于1000℃的马弗炉中把混合粉末进行熔化炼制，炼制保温持续3 个小时，而后进行水淬、球磨、过筛，而后置于烘干炉中烘干，温度控制在80℃直至无机粘合剂烘干为止，最后进行打磨、过筛得到最大粒径小于20微米的无机粘合剂。
4、有机粘合剂的制备：按质量百分比计：分散剂(聚硅氧烷2％与卵磷脂3％)、溶剂(松油醇10％、二乙二醇丁醚47％、丙二醇单丁醚8％、苯甲醚7％、乙二醇苯醚6％与十二醇酯2％)于反应釜中均匀混合，升温至60℃，而后加入高分子树脂材料(乙基纤维素9％、酚醛树脂1％与氢化蓖麻油5％)然后升温至 110℃保温4个小时，而后降温过滤制得有机粘合剂。
5、晶体硅太阳能双面电池无铅背场用导电铝桨制备：取73％高纯度铝粉， 2.5％无机粘合剂，22.5％有机粘合剂，2％功能添加剂(泵油1.5％和硼粉0.5％)，按比例混合后搅拌分散2小时，而后用三辊研磨机轧制10遍，而后用过滤芯网过滤后包装密封储存。
实施例4
一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方法
1、配方的组成：
Figure BDA0002128391210000071
2、高纯度铝粉的选择及其比例：大粒径铝粉(平均粒径在7-8μm)占比80％，小粒径铝粉(平均粒径2-3μm)占比20％。
3、无机粘合剂的制备：按照质量百分比计：氧化镁5％，二氧化硅6％，三氧化二铝8％，氧化硼11％，五氧化二钒6％，氧化铋52％，碳酸钡12％。将上述原材料加入后并用V型搅拌器混合均匀，而后用坩埚装量至适量混合粉末，而后将坩埚置于500℃的马弗炉中把混合粉末进行熔化炼制，炼制保温持续0.5 个小时，而后进行水淬、球磨、过筛，而后置于烘干炉中烘干，温度控制在50℃直至无机粘合剂烘干为止，最后进行打磨、过筛得到最大粒径小于20微米的无机粘合剂。
4、有机粘合剂的制备：按质量百分比计：分散剂(聚醚磷酸酯2％与聚硅氧烷3％)、溶剂(异丙醇10％、二乙二醇丁醚47％、丙二醇单丁醚8％、苯甲醚7％、乙二醇苯醚6％与丁基卡必醇2％)于反应釜中均匀混合，升温至40℃，而后加入高分子树脂材料(聚酰胺酯9％、酚醛树脂1％与氢化蓖麻油5％)然后升温至70℃保温1个小时，而后降温过滤制得有机粘合剂。
5、晶体硅太阳能双面电池无铅背场用导电铝桨制备：取73％高纯度铝粉， 2.5％无机粘合剂，22.5％有机粘合剂，2％功能添加剂(泵油1.5％和二氧化硅 0.5％)，按比例混合后搅拌分散2小时，而后用三辊研磨机轧制10遍，而后用过滤芯网过滤后包装密封储存。
实施例5
一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方法
1、配方的组成：
Figure BDA0002128391210000072
2、高纯度铝粉的选择及其比例：大粒径铝粉(平均粒径在7-8μm)占比80％，小粒径铝粉(平均粒径2-3μm)占比20％。
3、无机粘合剂的制备：按照质量百分比计：氧化镁5％，二氧化硅6％，三氧化二铝8％，氧化硼11％，五氧化二钒6％，氧化铋52％，碳酸钡12％。将上述原材料加入后并用V型搅拌器混合均匀，而后用坩埚装量至适量混合粉末，而后将坩埚置于1200℃的马弗炉中把混合粉末进行熔化炼制，炼制保温持续5 个小时，而后进行水淬、球磨、过筛，而后置于烘干炉中烘干，温度控制在90℃直至无机粘合剂烘干为止，最后进行打磨、过筛得到最大粒径小于20微米的无机粘合剂。
4、有机粘合剂的制备：按质量百分比计：分散剂(聚醚磷酸酯5％)、溶剂(异丙醇10％、二乙二醇丁醚47％、丙二醇单丁醚8％、苯甲醚7％与丁基卡必醇8％)于反应釜中均匀混合，升温至70℃，而后加入高分子树脂材料(聚酰胺酯10％与氢化蓖麻油5％)然后升温至150℃保温8个小时，而后降温过滤制得有机粘合剂。
5、晶体硅太阳能双面电池无铅背场用导电铝桨制备：取73％高纯度铝粉， 2.5％无机粘合剂，22.5％有机粘合剂，2％功能添加剂(泵油1.5％和二氧化硅 0.5％)，按比例混合后搅拌分散2小时，而后用三辊研磨机轧制10遍，而后用过滤芯网过滤后包装密封储存。
将实施例1-3晶体硅太阳能双面电池无铅背场用导电铝浆料用325目16 线径规格丝网印刷于背钝化单晶双面156mm*156mm电池片上，经烘干烧结后，进行开路电压(Voc)、光电转换效率(EFF)、填充因子(FF)、并联电阻(Rsh)、串联电阻(Rs)、短路电流(Isc)等指标性能测试，测试结果详见表1，其各项指标的测试方法均为本领域常规方法，具体测试过程与条件均采用统一测试环节、测试条件。测试方法描述：测试环境通过冷却控制仪控制在24±1℃，综合电性能(包括开路电压Voc、光电转换效率EFF、填充因子FF、并联电阻Rsh、串联电阻Rs、短路电流Isc)是通过太阳模拟器或I-V测试仪测试所得数据。太阳模拟器或I-V测试仪所用光源光照强度需要通过“标片”(标准性能电池片) 进行校准标定，测试时光照强度需通过标片调整为AM1.5G的光照强度(即 1000Mw/cm2)，所述效率为仅代表此条件下所得数据。
表1
组别 Voc/V Isc/A Rs/ohm Rsh/ohm FF/％ EFF/％
实施例1正面效率 0.672 9.729 0.00352 1138 81.47 21.801
实施例1背面效率 0.6611 6.760 0.00531 135 81.66 14.938
实施例2正面效率 0.6715 9.744 0.00355 783 81.37 21.790
实施例2背面效率 0.6624 6.748 0.00532 136 81.74 14.954
实施例3正面效率 0.6705 9.737 0.00361 529 81.3 21.726
实施例3背面效率 0.6621 6.569 0.00540 146 81.79 14.560
由表1可见，本发明实施例1-3中，实施例1、实施例2为高效率经典案例，实施例3为了满足烘干性而降低了一部分电性能，可见本发明转换效率高、适用性范围广，能根据不同需求来进行调配而满足大部分要求所需。
以上所述为本发明的优选实施方案，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书等效结构变化，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料，其特征在于，所述导电浆料按重量份计包括：高纯度铝粉73-75份，无机粘合剂2-4份，有机粘合剂20-22.5份与功能添加剂2-3份。
2.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料，其特征在于，所述的无机粘合剂包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物，二氧化硅，三氧化二铝，五氧化二磷，氧化钡，五氧化二钒，氢氧化锂与氧化铋中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料，其特征在于，所述无机粘合剂的制备方法为：将原材料加入V型搅拌器混合均匀，而后置于500-1200℃的马弗炉中进行熔化炼制，炼制保温持续0.5-5个小时，再进行水淬、球磨、过筛，然后置于烘干炉中，烘干温度控制在50-90℃，直至无机粘合剂烘干为止，最后进行打磨、过筛得到无机粘合剂。
4.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料，其特征在于，所述的无机粘合剂的软点在500-700℃。
5.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料，其特征在于，所述有机粘合剂由分散剂、溶剂和高分子树脂材料构成，所述分散剂为聚醚磷酸酯、聚硅氧烷、卵磷脂与脂肪酸聚氧乙烯脂中的一种或一种以上；所述溶剂为松油醇、异丙醇、二乙二醇丁醚、丙二醇单丁醚、三乙二醇丁醚、苯甲醚、乙二醇苯醚、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯与十二醇酯中的一种或一种以上；所述高分子树脂材料为环氧树脂、丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚酰胺酯、酚醛树脂与氢化蓖麻油中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1或5所述的一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料，其特征在于，所述的有机粘合剂制备方法为：加入溶剂、分散剂于反应釜中均匀混合，升温至40-70℃；加入高分子树脂升温至70-150℃保温1-8个小时，而后降温过滤制得有机粘合剂。
7.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料，其特征在于，所述的功能添加剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硼粉、泵油与二氧化硅中的一种或一种以上。
8.根据权利要求1或7所述的一种晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料，其特征在于，所述的有机粘合剂其粘度为0.5-3Pa·s。
9.一种如权利要求1所述的晶硅太阳能PERC双面电池用无铅铝导电浆料的制备方法，其特征在于，所述的导电铝浆制备方法为：取高纯度铝粉，无机粘合剂，有机粘合剂，功能添加剂，搅拌分散均匀，用三辊研磨机轧制，而后过滤制得成品。
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