CN113362981A - 一种n型硅太阳能电池的p型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，属于光伏发电太阳能电池技术领域。该无机玻璃粘结剂为钒酸盐玻璃，其主要材料为V2O5‑B2O3‑ZnO‑Li2O系，按质量百分比，主要成分包括：V2O5占20‑60％，B2O3占10‑40％，ZnO占5‑30％，Li2O占3‑20％。用该玻璃粘结剂制备的银铝浆对N型电池钝化层(Al2O3+SiNx)有良好的腐蚀效果，并且在烧结时，银电极不会破坏电池片的P型发射区，使银电极与硅能形成良好的欧姆接触，接触电阻小于0.5Ω.cm‑2；玻璃熔点为：450‑600℃，与银铝浆的烧结工艺匹配，电极烧结温区宽，满足电池烧结工艺的要求，可实现电池转化效率≥23.5％。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电太阳能电池技术领域，更具体地，涉及一种N型硅太阳能电池的P型发射区欧姆接触银铝电极浆料。
背景技术
与传统P型硅太阳电池相比，N型硅电池的N型硅衬底对Fe、Ni等金属杂质不敏感，具有更大的载流子扩散长度和更长的少子寿命等优点。此外，由于磷掺杂的N型硅衬底中B含量极低，所以其光致衰减效应几乎不存在。因此，N型硅太阳电池原理上具有更高的转换效率和更好的工作稳定性。
在太阳能电池生产制造过程中最为关键的步骤之一就是金属化，金属化工艺不仅影响电池的光电转换效率，同时还影响电池的使用寿命。其中金属化浆料在金属化工艺中起着十分重要的作用，由于N型太阳能电池的发射区为P型，将传统的金属化银浆通过丝网印刷到N型电池的P型硅表面，无法形成欧姆接触，接触电阻很大；另外，N型电池的钝化层一般采用Al2O3膜叠加SiNx膜，该钝化层比普通P型电池的正面单纯的SiNx减反射膜难于腐蚀，普通的正银浆料很难透过减反射膜与硅进行接触。因此，N型电池的银铝浆料所选用的无机玻璃粘结剂作用非常关键。常用的玻璃粘结剂有Pb-B玻璃、Pb-Si玻璃、Pb-B-Si玻璃、Bi-B玻璃、Te-Pb玻璃等，这些玻璃粘结剂对于N型电池的Al2O3+SiNx钝化膜腐蚀效果不好，银与硅之间难于直接接触。同时，银铝浆中添加铝粉后，浆料非常容易烧穿P型发射区，使得电池片的烧结工艺很窄，不利于制作高转换效率的太阳能电池。
针对银铝电极浆料丝网印刷于P型发射区形成欧姆接触问题，本发明提供了一种银铝浆，其中无机玻璃粘结剂为V系玻璃粉，其熔点为450-600℃，与银粉和铝粉烧结工艺匹配，烧结温区宽；此玻璃粉对钝化层(氧化铝+氮化硅)有良好的的腐蚀效果，将本发明提供的银铝浆丝网印刷在N型硅电池的P型发射区面上，经过烧结后，银与硅能形成良好的欧姆接触，接触电阻小于0.5Ω.cm-2；本发明提供的银铝浆印刷在N型硅太阳电池上可制得转换效率≥23.5％的电池片。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种P型发射区欧姆接触银铝电极浆料，该浆料由以下部分组成：无机玻璃粘结剂、金属银粉、金属铝粉、有机载体和添加剂。通过丝网印刷工艺在N型电池的P型发射区形成膜层，烧结后形成导电膜，使银电极与P型发射区形成良好的欧姆接触，接触电阻低，制成的电池片转换效率高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
银铝浆的组分为：
无机玻璃粘结剂 0.5～5％；
金属银粉 75～90％；
金属铝粉 0.5～10％；
有机载体 8～15％；
添加剂 0.5～3％；
优选地，所述无机玻璃粘结剂为V2O5-B2O3-ZnO-Li2O系玻璃粉，这四种氧化物占所述玻璃粉总质量的40～90％，所述玻璃的熔化温度为450-600℃。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有PbO和Bi2O3种的一种或两种，其添加量为2～20％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有碱土金属氧化物MgO、CaO、SrO和BaO的一种或几种，其添加量为1～6wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有过渡金属氧化物NiO、MnO、CoO3、CuO、WO3、TiO2和ZrO2的一种或几种，其中TiO2的添加有利于形成微晶玻璃，从而增加银电极的附着性能，CuO的添加有助于对减反射膜的腐蚀，更好的形成接触，上述过渡氧化物添加量为2～10wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有稀土金属氧化物La2O3、CeO2、Nb2O5、Pr6O11和Yb2O3中的一种或几种，其添加量为1～5wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有ⅢA族元素氧化物Ga2O3、Al2O3、In2O3和Tl2O3中的一种或几种，其添加量为1～5wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有氟化物：LiF、NH3F、NaF、PbF和BaF2中的一种或几种，其添加量为0～5wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有氟硅酸盐Na2SiF6、PbSiF6和ZnSiF6中的一种或几种，其添加量为0～5wt％。
优选地，玻璃粉包括：
优选地，所述金属银粉为湿化学法制备的球形或类球形银粉，银粉D50大小为0.5-2.0μm，振实密度≥5.0g/cm3，其含量为75-90wt％。。
优选地，所述金属铝粉为N2保护熔化喷雾法制备的球形粉末，铝粉的D50粒径为1.0-8.0um，其含量为0.5-10wt％。
优选地，有机载体相由溶剂、树脂、增稠剂、增塑剂等组成，含量为8-15wt％。
优选地，添加剂为无机添加剂(如：金属氧化物或金属化合物等)和有机添加剂(如：流平剂、偶联剂等)，其含量为0.5-3％。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、选用V2O5-B2O3-ZnO-Li2O无机玻璃粘结剂制备而成的银铝电极浆料对N型电池P型发射区表面的减反层和钝化层的腐蚀效果好，可以实现导电金属粉与P发射区硅基片有效接触，降低接触电阻。
2、V2O5-B2O3-ZnO-Li2O无机玻璃粘结剂熔点为450-600℃，与银粉和铝粉的烧结工艺匹配，在烧结过程中不会烧穿P型发射区，电极烧结温区宽，满足电池烧结工艺；
3、使用V2O5-B2O3-ZnO-Li2O无机玻璃粘结剂制成的银铝浆通过丝网印刷到N型电池P型发射区表面，通过烧结制成的太阳能电池效率高，可实现转换效率≥23.5％。
具体实施方案
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例针对现有技术中存在的问题，提供一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，使用该玻璃制成银铝浆，银铝浆的组成为：无机玻璃粘结剂、金属银粉、金属铝粉、有机载体和添加剂。通过丝网印刷工艺在N型电池P型发射区表面形成膜层，烧结后形成导电膜，使玻璃对钝化层(氧化铝+氮化硅)有良好的腐蚀效果，并且不会破坏P型发射区，银电极与P型发射区形成良好的欧姆接触，接触电阻低。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
银铝电极浆料的组成如下：
无机玻璃粘结剂 0.5～5％；
金属银粉 75～90％；
金属铝粉 0.5～10％；
有机载体 8～15％；
添加剂 0.5～3％；
优选地，所述无机玻璃粘结剂为V2O5-B2O3-ZnO-Li2O系玻璃粉，这四种氧化物占所述玻璃粉总质量的40-90％，所述玻璃的熔化温度为450-600℃。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有PbO和Bi2O3种的一种或两种，其添加量为2～20％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有碱土金属氧化物MgO、CaO、SrO和BaO的一种或几种，其添加量为1～6wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有过渡金属氧化物NiO、MnO、Co2O3、CuO、WO3、TiO2和ZrO2的一种或几种，其中TiO2的添加有利于形成微晶玻璃，从而增加银电极的附着性能，CuO的添加有助于对减反射膜的腐蚀，更好的形成接触，上述过渡氧化物添加量为2～10wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有稀土金属氧化物La2O3、CeO2、Nb2O5、Pr6O11和Yb2O3中的一种或几种，其添加量为1～5wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有ⅢA族元素氧化物Ga2O3、Al2O3、In2O3和Tl2O3中的一种或几种，其添加量为1～5wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有氟化物：LiF、NH3F、NaF、PbF和BaF2中的一种或几种，其添加量为0～5wt％。
优选地，所述无机玻璃粘结剂还含有氟硅酸盐Na2SiF6、PbSiF6和ZnSiF6中的一种或几种，其添加量为0～5wt％。
玻璃粉组分包括：
优选地，所述金属银粉为湿化学法制备的球形或类球形银粉，银粉D50大小为0.5-2.0μm，振实密度≥5.0g/cm3，其含量为75～90wt％。。
优选地，所述金属铝粉为N2保护熔化喷雾法制备的球形粉末，铝粉的D50粒径为1.0-8.0um，其含量为0.5～10wt％。
优选地，有机载体相由溶剂、树脂、增稠剂、增塑剂等组成，含量为8-15wt％。
优选地，添加剂为无机添加剂(如：金属氧化物或金属化合物等)和有机添加剂(如：流平剂、偶联剂等)，其含量为0.5-3％。
下面结合若干实施例，对上述实施例中涉及的内容进行说明。
实施例1
一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂制成的银铝浆(配制100g)，其生产工艺如下：
(1)无机玻璃粘结剂配方(配制100g)：V2O5 50g，B2O3 12g，ZnO 11g，Li2O 5g，PbO10g，MgO 1g，CaO 1g,NiO 2g,MnO2 2g，La2O3 2g，CeO2 2g,Ga2O3 2g
(2)玻璃熔制及球磨工艺:1000℃，30min，淬火并球磨至D50粒径小于2um；
(3)高活性金属银粉选用湿化学硝酸银还原法制得的球形银粉，银粉的粒径为D50＝1.6μm；
(4)金属铝粉选用氮气保护熔化喷雾法制备的球形铝粉，铝粉的粒径为D50＝5μm；
(5)有机载体由有机树脂和有机溶剂组成，其中有机树脂为丙烯酸和乙基纤维素，有机溶剂为松油醇和二乙二醇丁醚醋酸酯；
(6)添加剂选用流平剂和硅油；
(7)浆料配制：按无机玻璃粘结剂2g，金属银粉85g，金属铝粉2g，有机载体10g和添加剂1g，通过双行星搅拌机混合均匀，然后经三辊研磨工艺轧浆3-5次，得到银铝电极浆料。
将上述制备的N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料进行如下性能测试：
1、浆料技术参数：
粘度：(25℃下，20rpm)160-170Pa·s；
浆料细度：≤5μm；
2、烧结后电池性能：
将制备的银铝电极浆料印刷于N型电池的发射区表面(电池片大小为6英寸)，随后通过峰值温度设置为870℃的红外隧道烧结炉进行烧结，在P型发射区形成银电极，并对所述电池进行电学性能测试(同一浆料印刷在4个样品上，分别测试样品的电学性能)，所测得的结果如下表1所示：
表1
实验结果表明，电池的串联电阻在1.36mΩ左右，转换效率在23.50％左右。显然该无机玻璃粘结剂很好地腐蚀了N型电池的钝化层，并且，烧结时银铝浆未破坏P型发射区，银与硅形成良好的欧姆接触，获得了较高转换效率的N型太阳能电池。
实施例2
一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂制成的银铝浆(配制100g)，其生产工艺如下：
(1)无机玻璃粘结剂配方(配制100g)：V2O5 35g，B2O3 25g，ZnO 20g，Li2O 8g，Bi2O35g，Sr0 2g，Co2O3 1g，CuO 1g，Nb2O5 1g，Al2O3 1g，NaF 0.5g，PbSiF 0.5g；
(2)玻璃熔制及球磨工艺:1000℃，30min，淬火并球磨至D50粒径小于2um；
(3)高活性金属银粉选用湿化学硝酸银还原法制得的球形银粉，银粉的粒径为D50＝1.8μm；
(4)金属铝粉选用氮气保护熔化喷雾法制备的球形铝粉，铝粉的粒径为D50＝3μm；
(5)有机载体由有机树脂和有机溶剂组成，其中有机树脂为丙烯酸和乙基纤维素，有机溶剂为松油醇和二乙二醇丁醚醋酸酯；
(6)添加剂选用流平剂和硅油；
(7)浆料配制：按无机玻璃粘结剂4g，金属银粉80g，金属铝粉5g，有机载体9g和添加剂2g，通过双行星搅拌机混合均匀，然后经三辊研磨工艺轧浆3-5次，得到银铝电极浆料。
将上述制备的N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料进行如下性能测试：
1、浆料技术参数：
粘度：(25℃下，20rpm)160-170Pa·s；
浆料细度：≤5μm；
2、烧结后电池性能：
将制备的银铝电极浆料印刷于N型电池的发射区表面(电池片大小为6英寸)，随后通过峰值温度设置为870℃的红外隧道烧结炉进行烧结，在P型发射区形成银电极，并对所述电池进行电学性能测试(同一浆料印刷在4个样品上，分别测试样品的电学性能)，所测得的结果如下表1所示：
表2
实验结果表明，电池的串联电阻在1.375mΩ左右，转换效率在23.46％。该无机玻璃粘结剂较好地腐蚀了N型电池的钝化层，烧结时银铝浆未破坏P型发射区，银与硅形成良好的欧姆接触，获得了较高转换效率的N型太阳能电池。
实施例3
一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂制成的银铝浆(配制100g)，其生产工艺如下：
(1)无机玻璃粘结剂配方(配制100g)：V2O5 20g，B2O3 20g，ZnO 20g，Li2O 15g，PbO15，BaO 2g，WO3 1g，TiO2 1g，ZrO 1g，Yb2O3 2g，In2O3 1g，BaF2 1g，ZnSiF6 1g；
(2)玻璃熔制及球磨工艺:1000℃，30min，淬火并球磨至D50粒径小于2um；
(3)高活性金属银粉选用湿化学硝酸银还原法制得的球形银粉，银粉的粒径为D50＝1.2μm；
(4)金属铝粉选用氮气保护熔化喷雾法制备的球形铝粉，铝粉的粒径为D50＝4μm；
(5)有机载体由有机树脂和有机溶剂组成，其中有机树脂为丙烯酸和乙基纤维素，有机溶剂为松油醇和二乙二醇丁醚醋酸酯；
(6)添加剂选用流平剂和硅油；
(7)浆料配制：按无机玻璃粘结剂1g，金属银粉85g，金属铝粉2g，有机载体11g和添加剂1g，通过双行星搅拌机混合均匀，然后经三辊研磨工艺轧浆3-5次，得到银铝电极浆料。
将上述制备的N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料进行如下性能测试：
1、浆料技术参数：
粘度：(25℃下，20rpm)155-160Pa·s；
浆料细度：≤5μm；
2、烧结后电池性能：
将制备的银铝电极浆料印刷于N型电池的发射区表面(电池片大小为6英寸)，随后通过峰值温度设置为870℃的红外隧道烧结炉进行烧结，在P型发射区形成银电极，并对所述电池进行电学性能测试(同一浆料印刷在4个样品上，分别测试样品的电学性能)，所测得的结果如下表1所示：
表3
实验结果表明，电池的串联电阻在1.39mΩ左右，转换效率在23.40％。该无机玻璃粘结剂较好地腐蚀了N型电池的钝化层，烧结时银铝浆未破坏P型发射区，银与硅形成良好的欧姆接触，获得了较高转换效率的N型太阳能电池。
对比例：
在对比例中，无机玻璃粘结剂使用目前N型电池市面使用较多的玻璃粉，按实施例1相同的配方配制银铝电极浆料，并如实施例1中的测试方法对电池进行电学性能测试，如下表4所示：
表4
实验结果表明，电池的串联电阻在1.56mΩ左右，转换效率在22.71％左右，电池较上述实例串联电阻明显较大，效率明显偏低。
本发明提供了一种银铝浆料，通过研制的V2O5-B2O3-ZnO-Li2O系玻璃对钝化层(氧化铝+氮化硅)有良好的腐蚀效果，并且，烧结时不会破坏P型发射区，使银与硅能形成良好的欧姆接触，且该玻璃熔点与银粉和铝粉的烧结工艺匹配(熔点：450-600℃)，电极烧结温区宽，满足电池烧结工艺要求。将本发明银铝浆料通过丝网印刷在N型电池的P型发射区面，经过适当温度烧结，该银铝浆料与P型发射区形成良好的欧姆接触，电池转换效率高。实验结果表明，所测得的电池效率优于目前市面上所采用玻璃制成的银铝浆的电池效率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：该玻璃粘结剂为钒酸盐玻璃，其主要材料为V2O5-B2O3-ZnO-Li2O系，按质量百分比，包括如下组分：V2O5比例为20～60％；B2O3比例为10～40％；ZnO比例为5～30％；Li2O比例为3～20％；
该玻璃制备的银铝浆可用于N型硅太阳能电池或TOPCon电池或N-PERT电池的P型发射区形成欧姆接触电极。
2.根据权利要求1所述的一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：无机玻璃粘结剂配方添加了PbO和Bi2O3种的一种或两种，其添加量为2～20％。
3.根据权利要求1所述的一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：无机玻璃粘结剂配方添加了碱土金属氧化物：MgO、CaO、SrO和BaO的一种或几种，其添加量为1～6％。
4.根据权利要求1所述的一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：无机玻璃粘结剂配方添加了过渡金属氧化物：NiO、MnO2、Co2O3、CuO、WO3、TiO2和ZrO2的一种或几种，其添加量为2～10％。
5.根据权利要求1所述的一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：无机玻璃粘结剂配方添加了稀土金属氧化物：La2O3、CeO2、Nb2O5、Pr6O11和Yb2O3中的一种或几种，其添加量为1～5％。
6.根据权利要求1所述的一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：无机玻璃粘结剂配方添加了ⅢA族元素氧化物：Ga2O3、Al2O3、In2O3和Tl2O3中的一种或几种，其添加量为1～5％。
7.根据权利要求1所述的一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：无机玻璃粘结剂配方可添加氟化物：LiF、NH3F、NaF、PbF和BaF2中的一种或几种，其添加量为0～5％。
8.根据权利要求1所述的一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：无机玻璃粘结剂配方可添加氟硅酸盐：Na2SiF6、PbSiF6和ZnSiF6中的一种或几种，其添加量为0～5％。
9.根据权利要求1所述的一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：由该无机玻璃粘结剂制备的银铝浆，按质量百分比，包括如下组分：无机玻璃粘结剂比例为0.5～5％；金属银粉比例为75～90％；金属铝粉比例为0.5～10％；有机载体比例为8～15％；添加剂比例为0.5～3％。
10.根据权利要求1和9所述的一种N型硅太阳能电池的P型发射区银铝电极浆料用无机玻璃粘结剂，其特征在于：由该玻璃制备的银铝浆，金属银粉为球形或类球形银粉，银粉的D50粒径为0.5～2.0μm，金属铝粉为球形铝粉，铝粉的D50粒径为1～8μm。
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| GR01 | Patent grant | ||
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