CN113764119A - 高方阻n型太阳能电池正面电极用银铝浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。本发明的高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆包括：80wt%‑90wt%的银粉；0.5wt%‑2wt%的铝粉；1wt%‑6wt%的玻璃粉；1wt%‑10wt%的有机载体；以及，0.01wt%‑2wt%的添加剂。本发明通过添加合适含量的添加剂，可有效抑制玻璃粉对PN结的损伤，使得玻璃粉既能腐蚀硅片表面的SiNx层,又不会击穿PN结，金属和硅之间形成良好的欧姆接触，进而提高光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆以及一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法。
背景技术
影响太阳能电池效率损失的因素主要有：栅线遮蔽因素、栅线及其接触电阻因素及载流子复合因素。为了解决这些损失因素，目前主要解决办法是：“高方阻、浅结、密植”，即将硅片方阻做高、硅片PN结离前表面更近、电池片副栅宽度更细数量更多。
其中，硅片方阻是由掺杂浓度决定，掺杂浓度越高，硅片方阻就越低，但是，高的掺杂浓度会使得载流子复合率提高，过高的掺杂甚至使表面出现“死层”，即在此层内光激发产生的载流子立即被复合，完全没有机会被PN结收集；深结的不利因素与入射光的吸收衰减及光激发非平衡载流子被PN结所收集的几率分布有关，这样的分布组合使表层激发的大量载流子不能被PN结收集而损失，所以，在工艺许可的条件下，应尽可能地使PN结向表面靠近。
为提高晶硅电池的光电转换效率，电池方阻不断提升，目前可达120Ω/□（欧姆/方）以上，传统的正面银浆已经不能满足高方阻工艺的需要，因为高方阻的硅基电池的PN结较浅，现有的浆料往往击穿PN结影响电池效率。所以目前大多通过使用具有合适软化点的玻璃粉，以实现既能充分刻蚀SiNx减反膜形成良好的欧姆接触的同时，又不蚀穿PN结。例如，现有技术之一的中国专利CN106816199B提出了采用软化点范围为500-800℃的玻璃粉，在此范围内能充分刻蚀SiNx减反膜又不蚀穿PN结，满足丝网印刷的要求。但是上述软化点范围的玻璃粉需要特别元素进行制备，增加了制备太阳能电池的工艺复杂性。
基于上述问题，有必要开发一种适合高方阻太阳能电池的浆料。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆以及一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法。
本发明的一方面，提供一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，包括：
80wt%-90wt%的银粉；
0.5wt%-2wt%的铝粉；
1wt%-6wt%的玻璃粉；
1wt%-10wt%的有机载体；以及，
0.01wt%-2wt%的添加剂。
在一些实施方式中，所述添加剂包括粉体与包覆在所述粉体表面的分散剂。
在一些实施方式中，所述粉体包括至少一种单相混合物，所述单相混合物为硅、铝、锌、铋、锑、硼和锆中的至少一种元素。
在一些实施方式中，所述单相混合物为氧化物或碳酸根化合物。
在一些实施方式中，所述分散剂包括含颜料基团共聚物、高度枝化结构聚酯、脂肪酸类、聚酰胺类、含酸性基团共聚物中的至少一种。
在一些实施方式中，所述添加剂的粒径范围为1nm~800nm；和/或，
所述添加剂的比表面积范围为10cm2/g~500cm2/g，和/或，
所述添加剂的纯度≥95%。
在一些实施方式中，所述银粉的中值粒径D50范围为1µm~2µm，振实密度范围为4g/cm3~6g/cm3，比表面积范围为0.5cm2/g～5cm2/g。
本发明的另一方面，提供一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法，包括：
对粉体进行分散处理，以得到添加剂；
将所述添加剂、有机载体、玻璃粉、银粉、铝粉进行混合，以得到所述高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆。
在一些实施方式中，所述对粉体进行分散处理，以得到添加剂，包括：
将所述粉体、分散剂以及溶剂混合并进行搅拌分散处理，以在所述粉体表面包覆有分散剂，得到所述添加剂。
在一些实施方式中，所述溶剂包括二乙二醇丁醚、聚甲氧基二甲醚、丁基卡必醇、邻苯二甲酸二丁酯、二乙二醇丁醚醋酸酯中的至少一种。
本发明提供一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，包括：80wt%-90wt%的银粉；0.5wt%-2wt%的铝粉；1wt%-6wt%的玻璃粉；1wt%-10wt%的有机载体；以及，0.01wt%-2wt%的添加剂。本发明在银铝浆中添加合适的添加剂，通过该添加剂包覆在玻璃粉上，可有效抑制玻璃粉对PN结的损伤，使得玻璃粉既能腐蚀硅片表面的SiNx层,又不会击穿PN结，金属和硅之间形成良好的欧姆接触，进而提高光电转换效率。
附图说明
图1为本发明一实施例的一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
除非另外具体说明，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等既不限定所提及的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组，也不排除出现或加入一个或多个其他不同的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示技术特征的数量与顺序。
本发明的一方面，提供一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，包括：80wt%-90wt%的银粉；0.5wt%-2wt%的铝粉；1wt%-6wt%的玻璃粉；1wt%-10wt%的有机载体；以及，0.01wt%-2wt%的添加剂。该银铝浆的总质量分数为100%。
从目前的硅基太阳能发展趋势来看，硅片表面高的方块电阻成为主流，因为高方阻硅片提高了短波响应，能有效提高光电转化效率，而高方阻硅基电池的PN结较低方阻的PN结浅，通常的玻璃粉去高温腐蚀，很容易击穿PN结，难以达到应有的效率。基于此，发明人经过长期研究发现，太阳能电池用银铝浆主要包括银粉、有机载体、玻璃粉以及铝粉外，添加剂的组成和含量对电池片的最终效率和影响起着至关重要的作用。本申请通过添加剂包覆在玻璃粉上，以抑制玻璃粉对PN结的损伤，使得玻璃粉既能腐蚀硅片表面的SiNx层，又不会击穿PN结，金属和硅之间形成良好的欧姆接触，进而提高光电转换效率，无需单独制备具有合适软化点的玻璃粉。
需要说明的是，由于本示例的添加剂属于纳米级别，活性高，仅需添加少量就可以满足浆料对于电池片的损伤要求，并且由于添加量少，不会影响烧结后栅线的体电阻率。反之，如果添加量过多反而会影响浆料的活性，使得接触电阻率增大。相对于普通的无机添加剂来说，可以有效降低成本，且具有更好的光电转换效率。其次，本示例中添加剂的加入不会影响玻璃粉和SiNx膜的反应，但是可以抑制玻璃粉的进一步反应，进而抑制玻璃粉对于PN结的损伤。
进一步需要说明的是，由于粉体粒径小，易发生颗粒团聚现象，影响浆料的质量，因此，需要先对粉体进行表面分散处理，以得到添加剂。
仍需要说明的是，本实施例对于添加剂的实现方法不做具体限定，例如，可以通过超声波进行高速搅拌分散，也可以通过分散剂进行分散处理。
具体的，在一些实施方式中，添加剂包括粉体与包覆在粉体表面的分散剂。也就是说，本示例采用离子型分散剂被选择的吸附到粉体表面形成双电子层，起分散作用。
在一些实施方式中，本示例的添加剂的粒径范围为1nm-800nm，比表面积范围为10cm2/g-500cm2/g，纯度≥95%。
进一步的，本示例的粉体包括至少一种单相混合物，该单相混合物为硅、铝、锌、铋、锑、硼和锆中的至少一种元素。也就是说，硅、锌、铋、锑、硼和锆作为粉体颗粒的添加元素，以包含一种或多种颗粒成分的一种或多种元素单相混合物，或一种或多种元素与一种或多种元素单相混合物的组合形式存在于粉体中。
在一些实施方式中，上述单相混合物可以为氧化物或碳酸根化合物。
需要说明的是，本示例对于分散剂不作具体限定，只要能起到分散粉体的作用即可，例如，高分子分散剂，其利用空间位阻效应有效阻挡粒子相互吸附。
示例性的，分散剂包括含颜料基团共聚物、高度枝化结构聚酯、脂肪酸类、聚酰胺类、含酸性基团共聚物中的至少一种，对于本领域技术人员来说，可以根据实际需要进行任意选择。
在一些实施方式中，银粉的中值粒径D50范围为1µm-2µm，振实密度范围为4g/cm3-6g/cm3，比表面积范围为0.5cm2/g-5cm2/g，主要起导电作用。
需要说明的是，本示例的玻璃粉采用Te-Bi-Pb-Zn体系与Te-Bi-Zn体系中至少一种，对此不作具体限定。另外，玻璃粉的粒径D50范围为1µm-2µm（例如，1.335µm），D90范围为2µm-3µm（例如，2.837µm），D100范围为5µm-7µm（例如，6.21µm）。
玻璃粉主要作用为腐蚀硅片表面自然氧化层和减反射膜，同时起永久链接剂的作用，提高金属粉末烧结和金属层与硅片之间的粘结性。
进一步需要说明的是，本示例的有机载体包括有机溶剂，树脂，助剂，增稠剂，有机触变剂以及润湿分散剂等至少一种，对此不作具体限定，对于本领域技术人员来说，可以根据实际需要进行选择。其中，树脂包括乙基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、丙烯酸树脂、PVB树脂至少一种，助剂有硅油等，有机触变剂包括聚酰胺蜡、聚烯烃蜡和氢化蓖麻油等至少一种，以及有机溶剂包括醇酯十二、二乙二醇丁醚、三甘醇丁醚、三甘醇乙醚、二乙二醇二丁醚等至少一种。润湿分散剂包括卵磷脂和柠檬三丁酯中的至少一种。增稠剂包括松香甘油酯、马来酸松香酯、蜡酸丁酸纤维素酯中的至少一种。
有机载体的主要作用在于分散金属和交联，通过载体润湿粉末表面，使银铝浆具有流变性。
本发明的另一方面，提供一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法S100，具体包括以下步骤 S110-S120：
S110、对粉体进行分散处理，以得到添加剂。
具体的，将粉体、分散剂以及溶剂混合并进行搅拌处理，以在粉体表面包覆有分散剂，得到添加剂。该分散剂被选择的吸附到粉体表面形成双电子层，起分散作用。
需要说明的是，本示例的粉体包括至少一种单相混合物，该单相混合物为硅、铝、锌、铋、锑、硼和锆中的至少一种元素。也就是说，硅、锌、铋、锑、硼和锆作为粉体颗粒的添加元素，以包含一种或多种颗粒成分的一种或多种元素单相混合物，或一种或多种元素与一种或多种元素单相混合物的组合形式存在于粉体中。
进一步需要说明的是，本示例对于分散剂不作具体限定，只要能起到分散粉体的作用即可，例如，高分子分散剂，其利用空间位阻效应有效阻挡粒子相互吸附。
具体的，分散剂包括含颜料基团共聚物、高度枝化结构聚酯、脂肪酸类、聚酰胺类、含酸性基团共聚物中的至少一种。
更进一步的，本示例的溶剂包括二乙二醇丁醚、聚甲氧基二甲醚、丁基卡必醇、邻苯二甲酸二丁酯、二乙二醇丁醚醋酸酯中的至少一种。
S120、将步骤S110得到的添加剂与有机载体、玻璃粉、银粉、铝粉进行混合，以得到高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆。
本示例的制备方法中先对粉体进行表面分散处理，避免粉体发生颗粒团聚现象，以得到添加剂，从而提高浆料的质量，且通过添加合适的添加剂，基于其活性高，只需添加少量即可达到效果，包覆在玻璃粉上并抑制玻璃粉对PN结的损伤，使得玻璃粉既能腐蚀硅片表面的SiNx层，又不会击穿PN结，金属和硅之间形成良好的欧姆接触，进而提升光电转换效率。
下面将结合几个具体实施例进一步说明高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备：
实施例 1
本示例中高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法，包括如下步骤：
S1、将含硅、铝的粉体、含颜料基团共聚物的分散剂以及二乙二醇丁醚的溶剂混合并进行搅拌处理，以在粉体表面包覆有分散剂，得到添加剂。
S2、将0.01wt%的添加剂、8wt%的有机载体、5.43wt%的玻璃粉、0.56wt%的铝粉、86wt%的银粉进行混合，以得到高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆。
如表1所示，本示例得到的银铝浆的光电转换效率EFF为23.26%，开路电压值Voc为0.6955V，短路电流Isc为11.2771A，填充因子为81.22%，并联电阻Rsh为3728.1Ω，串联电阻为0.00231Ω。
实施例 2
本示例中高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法，包括如下步骤：
S1、将含锌、硼、铝的粉体、高度枝化结构聚酯的分散剂以及聚甲氧基二甲醚的溶剂混合并进行搅拌处理，以在粉体表面包覆有分散剂，得到添加剂。
S2、将0.07wt%的添加剂、5wt%的有机载体、3wt%的玻璃粉、1.93wt%的铝粉、90wt%的银粉进行混合，以得到高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆。
如表1所示，本示例得到的银铝浆的光电转换效率EFF为23.37%，开路电压值Voc为0.6971V，短路电流Isc为11.2769A，填充因子为81.52%，并联电阻Rsh为2891.3Ω，串联电阻为0.00187Ω。
实施例 3
本示例中高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法，包括如下步骤：
S1、将含硅、锑、硼的粉体、脂肪酸类的分散剂以及丁基卡必醇和邻苯二甲酸二丁酯的混合溶剂混合并进行搅拌处理，以在粉体表面包覆有分散剂，得到添加剂。
S2、将1.3wt%的添加剂、6.2wt%的有机载体、4wt%的玻璃粉、1.5wt%的铝粉、87wt%的银粉进行混合，以得到高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆。
如表1所示，本示例得到的银铝浆的光电转换效率EFF为23.32%，开路电压值Voc为0.6982V，短路电流Isc为11.2772A，填充因子为81.19%，并联电阻Rsh为3007.1Ω，串联电阻为0.00241Ω。
实施例 4
本示例中高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法，包括如下步骤：
S1、将含锆、铝的粉体、聚酰胺类和含酸性基团共聚物的分散剂以及丁基卡必醇和二乙二醇丁醚醋酸酯的混合溶剂混合并进行搅拌处理，以在粉体表面包覆有分散剂，得到添加剂。
S2、将2wt%的添加剂、10wt%的有机载体、6wt%的玻璃粉、1wt%的铝粉、81wt%的银粉进行混合，以得到高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆。
如表1所示，本示例得到的银铝浆的光电转换效率EFF为23.29%，开路电压值Voc为0.6981V，短路电流Isc为11.2770A，填充因子为81.23%，并联电阻Rsh为3284.5Ω，串联电阻为0.00218Ω。
对比例
本示例中高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法，包括如下步骤：
S2、将2wt%的含锆、铝的无机添加剂（该无机添加剂的粒径在微米级以上）、10wt%的有机载体、6wt%的玻璃粉、1wt%的铝粉、81wt%的银粉进行混合，以得到高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆。
如表1所示，本示例得到的银铝浆的光电转换效率EFF为23.14%，开路电压值Voc为0.6921V，短路电流Isc为11.2768A，填充因子为81.14%，并联电阻Rsh为2910.3Ω，串联电阻为0.00252Ω。
综上可知，本申请的料浆包括添加剂，通过添加剂包覆在玻璃粉上，以抑制玻璃粉对PN结的损伤，使得玻璃粉既能腐蚀硅片表面的SiNx层，又不会击穿PN结，金属和硅之间形成良好的欧姆接触，进而提高光电转换效率，无需单独制备具有合适软化点的玻璃粉。其次，由于添加剂粒径在纳米范围，仅需少量添加剂即可满足浆料对于电池片的损伤要求，且少量的添加剂不会影响烧结后栅线的体电阻率。这相对于普通无机添加剂来说，要想达到相同的光电转换效率需要添加大量的无机添加剂，添加量过多反而会影响浆料的活性，使得接触电阻率增大。
表1 各实施例中银铝浆的性能结果
| EFF（%） | Voc（V） | Isc（A） | FF（%） | Rsh（Ω） | Rs（Ω） | |
| 实施例1 | 23.26 | 0.6955 | 11.2771 | 81.22 | 3728.1 | 0.00231 |
| 实施例2 | 23.37 | 0.6971 | 11.2769 | 81.52 | 2891.3 | 0.00187 |
| 实施例3 | 23.32 | 0.6982 | 11.2772 | 81.19 | 3007.1 | 0.00241 |
| 实施例4 | 23.29 | 0.6981 | 11.2770 | 81.23 | 3284.5 | 0.00218 |
| 对比例 | 23.14 | 0.6921 | 11.2768 | 81.14 | 2910.3 | 0.00252 |
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于，包括：
80wt%-90wt%的银粉；
0.5wt%-2wt%的铝粉；
1wt%-6wt%的玻璃粉；
1wt%-10wt%的有机载体；以及，
0.01wt%-2wt%的添加剂。
2.根据权利要求1所述的高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于，所述添加剂包括粉体与包覆在所述粉体表面的分散剂。
3.根据权利要求2所述的高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于，所述粉体包括至少一种单相混合物，所述单相混合物为硅、铝、锌、铋、锑、硼和锆中的至少一种元素。
4.根据权利要求3所述的高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于，所述单相混合物为氧化物或碳酸根化合物。
5.根据权利要求2所述的高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于，所述分散剂包括含颜料基团共聚物、高度枝化结构聚酯、脂肪酸类、聚酰胺类、含酸性基团共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1至5任一项所述的高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于，所述添加剂的粒径范围为1nm-800nm；和/或，
所述添加剂的比表面积范围为10cm2/g-500cm2/g，和/或，
所述添加剂的纯度≥95%。
7.根据权利要求1至5任一项所述的高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于，所述银粉的中值粒径D50范围为1µm-2µm，振实密度范围为4g/cm3-6g/cm3，比表面积范围为0.5cm2/g-5cm2/g。
8.一种高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆的制备方法，其特征在于，所述高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆采用权利要求1至7任一项所述的高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆，所述制备方法包括：
对粉体进行分散处理，以得到添加剂；
将所述添加剂、有机载体、玻璃粉、银粉、铝粉进行混合，以得到所述高方阻N型太阳能电池正面电极用银铝浆。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述对粉体进行分散处理，以得到添加剂，包括：
将所述粉体、分散剂以及溶剂混合并进行搅拌分散处理，以在所述粉体表面包覆有分散剂，得到所述添加剂。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括二乙二醇丁醚、聚甲氧基二甲醚、丁基卡必醇、邻苯二甲酸二丁酯、二乙二醇丁醚醋酸酯中的至少一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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