CN112216420A - 一种双面perc晶体硅太阳能电池用铝粉及其制备的铝浆 - Google Patents

一种双面perc晶体硅太阳能电池用铝粉及其制备的铝浆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，属于材料领域，本发明所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉含氧量为0.3～0.7％，最大粒径为0.1～30μm，松装密度为0.55～0.9g/cm3。所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉在用于晶体硅太阳能电池时，可避免对印刷网版的损坏从而造成漏浆及污染等后果。在高温快烧的条件下，铝粉颗粒间迅速互相接近，消除颗粒间壁垒，从而带来低铝浆线电阻和低电池串联电阻，提高电池的光电转换效率。本发明还提供了使用所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉制备的铝浆。

Description

一种双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉及其制备的铝浆
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种用于PERC晶体硅太阳能电池的铝粉及其制备的铝浆。
背景技术
背点接触结构晶体硅太阳能电池也称局部铝背场或背面钝化，简称LBSF或PERC(passivation emitter rear contact)电池，是一种便于产业化的高效电池。与常规电池相比，这类结构电池背面镀有钝化膜，钝化膜上通过激光等手段穿孔或开槽，铝浆印刷于钝化膜上，背电场为点或线接触引出。这种电池结构既保持了背面场效应，同时减少了背面金属与半导体接触面积，界面处的复合速率大大降低，使得电池可以获得较高的电池转换效率。目前这种单晶电池的光电转换效率量产可达22.8％。
PERC晶体硅电池铝浆是由铝粉、无机粘合剂、有机载体和少量添加剂均匀混合分散后形成的具有一定功能的膏状物，应用于晶体硅太阳能电池的背面形成背面场，再把电流导出至背面电极。对比文件1(CN103545013A)公开了一种局部铝背场晶体硅太阳能电池专用铝浆，由以下质量份配比的原料制成：70～80份的铝粉，0.05～3份的无机粘合剂，20～30份的有机粘合剂，1～5份的添加剂，添加剂为各种市售分散剂和/或流平剂等，铝粉为类球形铝粉，纯度大于99.90％，平均粒度2.0～6.0μm。
然而铝粉的活性对PERC晶体硅太阳能电池电性能参数中串联电阻影响极大，铝粉在660℃会融化，低活性、氧含量高的铝粉颗粒之间由于氧的阻隔，其烧结致密性相对较低；同时现有的低活性铝粉因氧含量高，电阻大，导致线电阻和串联电阻也会较大，不利于电池将光能转换成电能。此外，现有技术也没有规定铝粉的最大粒径，目前PERC晶硅太阳能电池上印刷铝浆通常使用的网版是400-18(目数400，线径18)，网孔尺寸换算为45.5*45.5μm，能顺利通过的颗粒度一般为网孔尺寸的一半，铝浆产品细度通常规定在22.5μm，拥有最大粒径D100的铝粉颗粒虽是极少数，但长时间印刷，就会积少成多，不断刮擦印刷网版，最终刺破印刷网版，造成漏浆并污染电池片，从而造成并联电阻下降，进而导致电池片转换效率下降。现有技术也没有规定铝粉的松装密度，铝粉的流动性因此没有得到限制，制作铝浆时对铝粉的充分分散很难保证。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，其含氧量为0.3～0.7％，最大粒径为0.1～30μm，中位粒径为5～10μm，松装密度为0.55～0.9g/cm3；所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉使用铝含量≥99.85％的铝锭制得。
本发明所提供的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，通过使用铝含量高度铝锭制备且其含氧量控制在所述范围内可使所述铝粉更容易在晶体硅太阳能电池高温快烧的条件下，迅速互相接近，消除颗粒间壁垒，连接紧密，也更易融合，从而带来较低的铝浆线电阻和较低的电池串联电阻，提高光电转换效率，同时也不会因为含氧量过低导致由于铝粉活性过高而在应用于铝浆时出现铝珠现象的问题；所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉的最大粒径不超过30μm，有利于保证网版的使用寿命，避免因大颗粒铝粉对网版的损害最终导致漏浆及电池片的污染，保证电池的光电转换效率；所述铝粉的松装密度过高会影响铝粉的流动性；密度太低则会导致堆积密度不足，影响致密性，因此保持所述铝粉特定的松装密度可保障其流动性和致密性，有利于铝粉在制备后续铝浆中具有良好的分散性和烧结致密性。
优选地，所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉通过所述铝锭熔化并雾化加热后得到，所述雾化加热过程中使用气氛保护，控制气氛的含氧量为0.3～0.7％；所述雾化加热的温度为800～870℃。发明人经过多次实验发现，在对高纯度铝锭进行雾化加热处理时，通过控制气氛的含氧量可使最终制备的铝粉的含氧量与保护气氛的含氧量近似相同，从而达到控制气氛含氧量即可控制最终铝粉产品的含氧量的效果；而雾化加热的温度也会影响最终铝粉含氧量的变化，若温度过低会使铝粉中的含氧量变低，而温度过高则会使含氧量变高。更优选地，所述气氛的含氧量通过在线式微量氧气分析仪控制。通过在线式微量氧气分析仪控制铝粉在雾化加热过程中的含氧量以及控制所述过程的加热温度可精确保证制备得到的铝粉的高活性。更优选地，所述铝锭经熔化后的雾化加热过程在含有G1010-O2型号的在线式微量氧气分析仪和温度控制仪的雾化炉中进行，所述G1010-O2型号在线式微量氧气分析仪通过在线监控生产系统的惰性保护气氛中氧气的含量并自动控制，生产系统含氧量高于0.7％时对生产自动补充高纯气氛，低于0.3％时则对生产自动补充干燥空气，严格控制生产系统含氧量在0.3～0.7％之间；利用直接接触在线式测温热电偶测量雾化炉温度，并通过温度控制仪控制雾化炉加热用燃烧器的开闭，严格控制雾化炉铝液温度在800～870℃之间。
优选地，所述雾化加热后的铝粉经过二次分级筛选处理和超声波筛网筛选粒径；所述二次分级筛选处理使用氮气保护气流分级机进行，所述氮气保护气流分级机中分级离心叶轮的转速为0～2950rpm/min；所述超声波筛网的目数为400目。通过所述筛选过程得到的铝粉其最大粒径可保证不大于30μm，保证后续印刷过程中网版的使用寿命，同时该筛选过程也可避免过多的铝粉流失。
优选地，所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉在雾化加热过程中还加入分散剂；所述分散剂为酮类分散剂。通过所述低沸点的粉体分散剂在充分混入铝粉体系后能减少铝粉在雾化成型阶段表面颗粒间黏连的产生，增加铝粉的流动性、分散性。
本发明的另一目的还在于提供包含上述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，包括以下重量份的组分：本发明所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉70～80份、无机粘合剂1～4份、有机载体20～30份、添加剂0.5～3份和硅油0～1份。
本发明所述的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆使用本发明所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉作为原料可使其在印刷过程中避免刮擦印刷网版导致漏浆及污染电池片的风险，同时铝浆中加入硅油也可改善丝网印刷时的壁滑效果，使印出的铝线线型饱满；所述铝浆制备的电池片具有较高的开路电压及低串联电阻，光电转化率高。
优选地，所述无机粘合剂包括玻璃料，所述玻璃料由以下质量百分含量的原料组成：Bi2O3 10～30％、Al2O3 5～10％、SiO2 2～8％、H3BO3 30～50％、NaAlF4 2～10％和TiO22～10％。所述有机载体由以下质量百分含量的组分组成：丙烯酸树脂3～10％、乙基纤维素1～8％和有机溶剂82～90％；所述有机溶剂由以下重量分的原料组成：松油醇30～40份，油酸5～10份，二乙二醇单辛醚30～40份和醇酯十二10～15份；所述添加剂包括磷酸酯和钛酸酯。
优选地，所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法为将各组分混合搅拌后置入三辊轧机轧制，即得所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。通过所述方法制备得到的铝浆性质稳定且分散均匀；该方法步骤操作简单，可工业化大规模生产。
本发明的有益效果在于，本发明提供了一种双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，所述铝粉通过选用铝含量高的铝锭作为原料，通过雾化加热过程中使用在线式微量氧气分析仪控制其含氧量，同时控制加热温度，其铝粉活性高，在用于晶体硅太阳能电池时，在高温快烧的条件下，铝粉颗粒间迅速互相接近，消除颗粒间壁垒，连接紧密，也更易融合，从而带来低铝浆线电阻和低电池串联电阻，提高电池的光电转换效率；所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉的最大粒径D100不大于30μm，同时具有良好的松装密度和烧结致密性，避免对印刷网版的损坏从而造成漏浆及污染等后果，得到的铝线线型饱满。本发明还提供了包括所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆制备方法简单易操作，分散性良好且性质稳定，应用于晶体硅太阳能电池时其光电转换效率高。
具体实施方式
若无特别说明，本发明实施例和对比例中所用原料均购自市场，所使用的制备仪器均为市购的普通型号。本发明实施例和对比例中所使用的铝粉为湖南金马铝业生产的铝粉，其中位粒径为8～10μm，硅油为道康宁公司生产的3000型号硅油。
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。
实施例1
本发明所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉及其应用的一种实施例，其含氧量为0.6％，最大粒径D100为28μm，中位粒径D50＝8μm，松装密度为0.7g/cm3；所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉使用铝含量为99.90％的铝锭制得。
所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉的制备方法为：将铝含量为99.90％的铝锭熔化后，加入分散剂后放入内置G1010-O2型号的在线式微量氧气分析仪和温度控制仪的雾化炉中雾化加热，所述雾化炉中的保护气氛的氧含量控制在0.6％，并通过温度控制仪控制雾化炉加热用燃烧器大、小火的开闭，控制雾化炉铝液温度在850℃。所述铝粉经由雾化炉的雾化器喷出后，对铝粉进行二次分级筛选处理，利用专用的铝粉二次分级设备HL-P-400氮气保护气流分级机，通过调整分级机分级离心叶轮的转速为2000rpm/min后控制二次分级处理，然后通过400目筛网超声波过筛后，即得所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉。所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉的最大粒和中位粒径通过BT-9300S型号激光粒度分布仪检测；所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉的松装密度通过BT-100型号松装密度仪进行检测。
将上述所得双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉75份、无机粘合剂2.2份、有机载体22份、添加剂2.5份以及硅油0.3份置于搅拌机内搅拌混合之后送入三辊轧机轧制，即得双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。所述无机粘合剂为玻璃料，所述玻璃料由以下质量百分含量的原料组成：Bi2O3 25％、Al2O3 8％、SiO2 6％、H3BO3 45％、NaAlF4 8％和TiO2 8％。所述有机载体由以下质量百分含量的组分组成：丙烯酸树脂8％、乙基纤维素6％和有机溶剂86％；所述有机溶剂由以下重量分的原料组成：松油醇35份，油酸8份，二乙二醇单辛醚35份和醇酯十二12份；所述添加剂为磷酸酯。
将所述铝浆经过印刷在晶体硅片上，经烘干、烧结后将所得单晶晶体硅太阳能电池进行测试，经测试，电池片的光电转换效率为22.9％，开路电压为685mV，并联电阻为420Ω，铝线为高度22μm，线型饱满。
实施例2
本发明所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉及其应用的一种实施例，其含氧量为0.5％，最大粒径D100为25μm，中位粒径D50＝6μm，松装密度为0.5g/cm3；所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉使用铝含量为99.85％的铝锭制得。
本实施例所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉的制备方法与实施例1的差别仅在于，所述铝锭的铝含量不同，所述雾化炉中保护气氛的氧含量控制在0.5％，雾化炉的温度为860℃。
本实施例双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆与实施例1所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的差别仅在于所述铝粉不同。
将所述铝浆经过印刷在晶体硅片上，经烘干、烧结后将所得单晶晶体硅太阳能电池进行测试，经测试，电池片的光电转换效率为22.88％，开路电压为684.8mV，并联电阻为420Ω，铝线为高度21μm，线型饱满。
实施例3
本发明所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉及其应用的一种实施例，其含氧量为0.7％，最大粒径D100为29μm，中位粒径D50＝9μm，松装密度为0.85g/cm3；所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉使用铝含量为99.90％的铝锭制得。
本实施例所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉的制备方法与实施例1的差别仅在于，所述铝锭的铝含量不同，所述雾化炉中保护气氛的氧含量控制在0.7％，雾化炉的温度为840℃。
本实施例双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆与实施例1所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的差别仅在于所述铝粉不同。
将所述铝浆经过印刷在晶体硅片上，经烘干、烧结后将所得单晶晶体硅太阳能电池进行测试，经测试，电池片的光电转换效率为22.86％，开路电压为684.7mV，并联电阻为417Ω，铝线为高度20μm，线型饱满。
实施例4
本实施例与实施例1的差别仅在于，所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法为将所得双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉71.5份、无机粘合剂1.7份、有机载体25份、添加剂1.0份以及硅油0.8份置于搅拌机内搅拌混合之后送入三辊轧机轧制。
将所述铝浆经过印刷在晶体硅片上，经烘干、烧结后将所得单晶晶体硅太阳能电池进行测试，经测试，电池片的光电转换效率为22.85％，开路电压为684.5mV，并联电阻为422Ω，铝线为高度21μm，线型饱满。
实施例5
本实施例与实施例1的差别仅在于，所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法为将所得双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉80份、无机粘合剂1.5份、有机载体25份、添加剂0.5份以及硅油0.5份置于搅拌机内搅拌混合之后送入三辊轧机轧制。所述无机粘合剂为玻璃料，所述玻璃料由以下质量百分含量的原料组成：Bi2O3 30％、Al2O3 6％、SiO28％、H3BO3 50％、NaAlF4 2％和TiO2 4％。所述有机载体由以下质量百分含量的组分组成：丙烯酸树脂10％、乙基纤维素8％和有机溶剂82％；所述有机溶剂由以下重量分的原料组成：松油醇30份，油酸10份，二乙二醇单辛醚35份和醇酯十二12份；所述添加剂为钛酸酯。
将所述铝浆经过印刷在晶体硅片上，经烘干、烧结后将所得单晶晶体硅太阳能电池进行测试，经测试，电池片的光电转换效率为22.80％，开路电压为684.2mV，并联电阻为380Ω，铝线为高度22μm，线型饱满。
对比例1
本对比例所述铝浆的制备为将使用铝含量为99.8％的铝锭制备的铝粉(含氧量为0.8％，D50＝8μm)75份、无机粘合剂2.5份、有机载体22份、添加剂2.4份以及硅油0.1份置于搅拌机内搅拌混合之后送入三辊轧机轧制。所述无机粘合剂、有机载体及添加剂的成分及其含量与实施例1相同。
将所述铝浆经过印刷在晶体硅片上，经烘干、烧结后将所得单晶晶体硅太阳能电池进行测试，经测试，电池片的光电转换效率为22.76％，开路电压为684mV，并联电阻为380Ω，铝线为高度20μm，线型饱满，可见使用普通低活性铝粉制备得到的铝浆在应用于单晶硅太阳能电池时其并联电阻明显较小且光电转换效率低。
对比例2
本对比例与实施例1的差别仅在于，所述铝粉的松装密度为1.0g/cm3，所述铝粉的制备过程中不添加分散剂。
将所述铝粉制备的铝浆经过印刷在晶体硅片上，经烘干、烧结后将所得单晶晶体硅太阳能电池进行测试，经测试，电池片的光电转换效率为22.7％，开路电压为680mV，并联电阻为350Ω，铝线为高度21μm，线型较不饱满，可见使用松装密度较差的铝粉制备得到的铝浆在应用于单晶硅太阳能电池时不仅影响其光电转换性能，同时还会影响印刷时铝线的形貌。
对比例3
本对比例与实施例1的差别仅在于，所述铝浆在制备过程中不添加硅油。
将所述铝浆经过印刷在晶体硅片上，经烘干、烧结后将所得单晶晶体硅太阳能电池进行测试，经测试，电池片的光电转换效率为22.6％，开路电压为679mV，并联电阻为360Ω，铝线为高度21μm，线型不饱满，可见当铝浆中不添加硅油作为润滑剂时，无法改善丝网印刷中的壁滑效果，从而造成印出的铝线线型不饱满，进而影响其制备的单晶硅太阳能电池的光电转化性能。
最后所应当说明的是，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 (10)

1.一种双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，其特征在于，其含氧量为0.3～0.7％，最大粒径为0.1～30μm，松装密度为0.55～0.9g/cm3。
2.如权利要求1所述的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，其特征在于，所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉通过所述铝锭熔化并雾化加热后得到，所述雾化加热过程中使用气氛保护，控制气氛的含氧量为0.3～0.7％；所述雾化加热的温度为800～870℃；所述铝锭的铝含量≥99.85％。
3.如权利要求2所述的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，其特征在于，所述雾化加热后的铝粉经过二次分级筛选处理和超声波筛网筛选粒径。
4.如权利要求3所述的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，其特征在于，所述二次分级筛选处理使用氮气保护气流分级机进行，所述氮气保护气流分级机中分级离心叶轮的转速为0～2950rpm/min；所述超声波筛网的目数为400目。
5.如权利要求2所述的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，其特征在于，所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉在雾化加热过程中还加入分散剂。
6.如权利要求5所述的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉，其特征在于，所述分散剂为酮类分散剂。
7.一种双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，包括以下重量份的组分：权利要求1～6任一项所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝粉70～80份、无机粘合剂1～4份、有机载体20～30份、添加剂0.5～3份和硅油0～1份。
8.如权利要求7所述的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，所述无机粘合剂包括玻璃料，所述玻璃料由以下质量百分含量的原料组成：Bi2O310～30％、Al2O3 5～10％、SiO2 2～10％、H3BO3 30～50％、NaAlF4 2～10％和TiO22～10％。所述有机载体由以下质量百分含量的组分组成：丙烯酸树脂3～10％、乙基纤维素1～8％和有机溶剂82～90％；所述添加剂包括磷酸酯和钛酸酯。
9.如权利要求8所述的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，所述有机溶剂由以下重量分的原料组成：松油醇30～40份，油酸5～10份，二乙二醇单辛醚30～40份和醇酯十二10～15份。
10.如权利要求7所述的双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于，所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法为将各组分混合搅拌后置入三辊轧机轧制，即得所述双面PERC晶体硅太阳能电池用铝浆。
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