CN114883026B - 一种双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆及其制备方法，以质量分数计，铝浆包括65‑75％的铝粉，0‑5％的铝硅合金粉，0‑5％的铝硼合金粉，15‑25％有机载体，1‑5％的玻璃粉及0‑3％添加剂；玻璃粉包括以下组分：15‑35％V2O5，30‑50％BaO，10‑30％B2O3，0‑15％SiO2，0‑15％ZnO，0‑15％Al2O3，0‑10％PbO，0‑10％Bi2O3和0‑10％Sb2O3。该铝浆润湿好、流动能力强、铝硅填充率高且不扩散，铝线电阻低、接触电阻小，线宽窄，耐水煮，无铝珠，附着力强，对钝化膜层侵蚀性弱，综合性能较优异。
Description
技术领域
本发明属于铝浆技术领域，尤其涉及一种双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏行业的目标是降低太阳能组件的生产成本，实现“电网平价”。要想使晶硅光伏模块成本降低，就必须做出很多技术改革。降低度电成本有三个关键因素：输出电力、总体成本和使用年限。因此，第一种方式是降低硅片厚度，通过减少硅原料用量来降低成本；第二种方式是提高晶硅太阳能电池片光电转换效率，通过设计高效的太阳能电池结构如背面钝化晶硅太阳能电池(PERC电池)增大转换效率降低成本；第三种方式是引入背面转换效率，通过设计双面高效的太阳能电池结构如双面背钝化晶硅太阳能电池(Bi-PERC电池)增大功率降低成本。
双面背钝化Bi-PERC电池相对于PERC电池和BSF全铝背电场电池，其背面制备了一层或多层钝化膜(氧化铝、氧化硅以及氮化硅等)，钝化层一般是通过激光刻蚀等技术开孔或开槽，双面铝浆通过直接印刷成细线的方式在开孔的钝化层上，烘干、烧结，而铝浆只在开孔处与钝化层下面的硅反应形成局部铝硅电接触，从而将电流汇集导出。这种技术通过引入背表面钝化膜和双面印刷的结构，降低背面金属接触面积，大幅降低晶硅背表面载流子复合速率；同时可以增大背表面的反射率，增强硅对光子的吸收效率，最终提高电池片的发电功率。
基于上述优势，Bi-PERC电池既可以采用薄层硅片，又能够显著提高电池片转换效率，因此Bi-PERC电池将逐渐取代目前主流的PERC电池和BSF全铝背电场电池，成为下一代高效电池的主流结构。但是Bi-PERC电池对背面细线印刷的导电铝浆提出了更加严格的要求，即双面铝浆需要优异的细线印刷性能和高宽比提高背面效率，双面铝浆腐蚀能力要弱，不能破坏或腐蚀掉背面钝化层；双面铝浆需要在激光开孔或开槽处润湿好、流动能力强、填充率高且不扩散，与硅基材形成良好的欧姆电接触；双面铝浆还需要在钝化膜层上具有很强的粘附力；另外，双面细线铝浆能够耐高温水煮、可靠性好、电阻率低。因此，需要开发一款综合性能优异的双面背钝化晶硅太阳能电池局部铝硅电接触细线印刷专用铝浆。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆及其制备方法，该铝浆润湿好、流动能力强、铝硅填充率高且不扩散，铝线电阻低、接触电阻小，线宽窄，耐水煮，无铝珠，附着力强，对钝化膜层侵蚀性弱，综合性能较优异。
本发明提供了一种双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆，以质量分数计，包括以下组分：
65-75％的铝粉，0-5％的铝硅合金粉，0-5％的铝硼合金粉，15-25％有机载体，1-5％的玻璃粉及0-3％添加剂；
所述玻璃粉包括以下组分：
15-35％V2O5，30-50％BaO，10-30％B2O3，0-15％SiO2，0-15％ZnO，0-15％Al2O3，0-10％PbO，0-10％Bi2O3和0-10％Sb2O3。
在本发明中，所述有机载体的制备原料包括1-15 wt％树脂、70～93wt％溶剂、1～5wt％触变剂和1～10wt％有机添加剂；
所述树脂选自丙烯酸树脂、乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、酚醛树脂和苯氧树脂中的一种或多种；
所述溶剂选自醇酯十二、DBE二价酸酯、乙二醇苯醚、丙二醇苯醚、松油醇、二乙二醇单丁醚和二乙二醇单丁醚醋酸酯中的一种或多种；
所述触变剂选自ST、/>PLUS和/>MAX中的一种或多种；
所述有机添加剂选自润湿分散剂、流平剂、消泡剂、增塑剂和表面张力调节剂中的一种或多种。
在本发明中，所述润湿分散剂选自Disponer润湿分散剂、BYK润湿分散剂、Efka润湿分散剂、Duomeen TDO分散剂和Tego润湿分散剂中的一种或多种。
在本发明中，所述有机载体优选按照以下方法制得：
将树脂、溶剂混合，升温至50～100℃，溶解1～2h，降温至40～60℃，边分散边加入触变剂，恒温20～40min，再加入有机添加剂，保温5～15min，得到有机载体。
在本发明中，所述铝硅合金粉中铝60-90wt％，硅10-40wt％；
所述铝硅合金粉的D50为1～3微米，D90小于5微米。
在本发明中，所述铝硼合金粉中铝95～100wt％，硼0～5wt％；
所述铝硼合金粉的D50为1～3微米，D90小于5微米。
在本发明中，所述铝粉的平均粒径D50为6～10微米，氧含量为0.4～0.7％，D90小于18微米。所述铝粉为近球形。铝粉的纯度大于99.9％。
在本发明中，所述添加剂选自氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氧化锶、氧化铝、铝酸锶、荧光粉和稀土中的一种或多种。
在本发明中，所述玻璃粉的平均粒度小于5微米。
本发明提供了一种上述技术方案所述专用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
将15-35％V2O5，30-50％BaO，10-30％B2O3，0-15％SiO2，0-15％ZnO，0-15％Al2O3，0-10％PbO，0-10％Bi2O3和0-10％Sb2O3混合后升温至900-1400℃，保温30-50分钟；水淬后球磨2-4小时，过200目筛网于60-100℃下烘干，得到玻璃粉；
将65-75％的铝粉，0-5％的铝硅合金粉，0-5％的铝硼合金粉，15-25％有机载体，1-5％的玻璃粉及0-3％添加剂搅拌分散混合均匀，然后用三辊轧机轧制研磨至细度小于25μm，粘度维持在10-40Pa·S，得到双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆。
双面背面钝化晶硅太阳能电池用铝浆通过丝网细线印刷均匀的附着于Bi-PERC电池背面刻蚀线槽的钝化膜上，烘干，与背面银浆和正面银浆通过红外快速烧结后分别形成局部铝硅接触背电场、背面电极和正面电极。选用触变剂和分散剂组合，改善双面铝浆流平性和润湿性，同时降低细线宽度，提高细线高宽比，提高背面效率。利用的优选物作为添加剂，改善双面铝浆与硅半导体的接触和长波响应，使双面铝浆在刻蚀线槽处填充好，形成完整的铝硅合金层和局部铝硅背场，达到高质量的欧姆接触，同时改善铝浆与钝化层之间的附着力，有效的降低铝膜层的方阻，获得更高的光电转化效率。本发明的双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆中通过调节玻璃中氧化物配比，能够实现玻璃的软化点、粘度、表面张力以及流动特性等物理化学特性的可控，优化玻璃粉的稳定性、烧结流散特性以及粘附性。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的双面铝浆PR01局部铝硅接触结构的典型SEM图；
图2为本发明实施例2制备的双面铝浆PR02局部铝硅接触结构的典型SEM图；
图3为本发明实施例3制备的双面铝浆PR03局部铝硅接触结构的典型SEM图；
图4为本发明实施例4制备的双面铝浆PR04局部铝硅接触结构的典型SEM图；
图5为本发明实施例5制备的双面铝浆PR05局部铝硅接触结构的典型SEM图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
1浆料的组成
双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆是由金属粉、有机载体、玻璃粉及添加剂组成，金属粉作为导电相，玻璃作为粘结相，添加剂作为分散助剂、表面张力调节剂以及烧结助剂，它们均匀地分散在有机载体中，形成浆料。其各自的组成及制备方法如下：
(1)玻璃粉的制备。
在本发明的实施方式中，双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆的钒钡硼酸盐玻璃组合物可以参见表1。
表1.双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆的钒钡硼酸盐玻璃
将上述原料按比例称取，混匀，装入刚玉坩锅中，转移到硅碳棒电阻炉中，且升温至1300℃，保温40分钟；水淬后转入球磨罐中，球磨4小时后，过200目的筛网于80℃下烘干，得到平均粒径小于5μm的钒钡硼酸盐玻璃粉。
(2)金属粉末
双面背面钝化晶硅太阳能电池用铝浆中，所述金属组份包含平均粒径为2-5μm的球形铝粉。铝粉平均粒径D50为6-10微米，氧含量0.4-0.7％；铝硅合金粉平均粒径D50为1-3微米；铝硼合金粉平均粒径D50为1-3微米。
(3)添加剂组合物
双面背面钝化晶硅太阳能电池用铝浆中，所述添加剂组合物为氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氧化锶、氧化铝、铝酸锶、荧光粉、稀土等中的一种或多种组成。该添加剂颗粒的平均粒径小于1μm。
表2双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆添加剂组合物
将上述原料按比例称取，混匀，装入球磨锆罐中，加入少许球磨助剂，球磨2小时后，过800目的筛网，得到平均粒径小于1μm的铝粉表面张力修饰剂。
(4)有机载体
双面背面钝化晶硅太阳能电池用铝浆中有机载体的配比：乙基纤维素8％，醋酸丁酸纤维素1％，酚醛树脂3％，MAX 3％，醇酯十二24％，二价酸酯(DBE)15％，松油醇15％，二乙二醇单丁醚28％，Duomeen TDO分散剂3％。
将称好的树脂(乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素和酚醛树脂)及溶剂(醇酯十二、DBE、松油醇、二乙二醇单丁醚)，放入搅拌桶中，通水循环，升温，保持搅拌桶内温度为85℃，溶解时间2小时；降低温度到50℃，一边分散一边加入MAX，恒温30分钟；加入Duomeen TDO分散剂，保温10分钟；得到均一膏状物，过滤后存放。
2.浆料配比以及制备
本发明公开的双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆是由金属粉、有机载体、玻璃粉及添加剂组成，具体配比见表3。
表3双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆的配比
双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆的制备：将65-75wt％的铝粉，0-5％的铝硅合金粉，0-5％的铝硼合金粉，15-25wt％有机载体，1-5wt％的玻璃粉及0-3wt％添加剂搅拌分散混合均匀，然后用三辊轧机轧制研磨至细度小于25μm，粘度维持在10-40Pa·S，最后得到双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆。
实施例1
双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆PR01与正面电极金属化银浆、背面银浆高温快速一次共烧。经测试，其综合性能如下：
表4实施例1制备的铝浆的性能测试结果
由图1看出:PR01铝浆高宽比大、电阻低、腐蚀性小、耐水煮。
实施例2
双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆PR02与正面电极金属化银浆、背面银浆高温快速一次共烧。经测试，其综合性能如下：
表5实施例2制备的铝浆的性能测试结果
PR02铝浆高宽比大、电阻低、腐蚀性小、耐水煮。
实施例3
双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆PR03与正面电极金属化银浆、背面银浆高温快速一次共烧。经测试，其综合性能如下：
表6实施例3制备的铝浆的性能测试结果
由图3看出:PR03铝浆高宽比大、电阻偏大、腐蚀性小、耐水煮。
实施例4
双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆PR04与正面电极金属化银浆、背面银浆高温快速一次共烧。经测试，其综合性能如下：
表7实施例4制备的铝浆的性能测试结果
由图4看出:PR04铝浆高宽比大、电阻很低、腐蚀性小、耐水煮。
实施例5
双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆PR05与正面电极金属化银浆、背面银浆高温快速一次共烧。经测试，其综合性能如下：
表8实施例5制备的铝浆的性能测试结果
由图5看出:PR05铝浆高宽比大、电阻低、腐蚀性小、耐水煮。
由以上实施例可知，本发明提供了一种双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆，以质量分数计，包括以下组分：65-75％的铝粉，0-5％的铝硅合金粉，0-5％的铝硼合金粉，15-25％有机载体，1-5％的玻璃粉及0-3％添加剂；所述玻璃粉包括以下组分：15-35％V2O5，30-50％BaO，10-30％B2O3，0-15％SiO2，0-15％ZnO，0-15％Al2O3，0-10％PbO，0-10％Bi2O3和0-10％Sb2O3。与现有技术相比，本发明通过优化有机添加剂、分散剂和触变剂组合物的加入、双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆配方的调整以及制备方法的改进，选用优化过玻璃粉与铝粉搭配使用，制备的双面背面钝化晶硅太阳能电池专用铝浆在激光开孔或开槽处润湿好、流动能力强、填充率高且不扩散，与硅基材形成良好的欧姆电接触，优异的细线印刷性和高宽比、对钝化层腐蚀性小、局部掺杂铝硅背场厚度大、烧结铝膜层致密度高，铝线电阻低、接触电阻小、局部掺杂铝硅背场厚度大、耐水煮性和可靠性高且转换效率高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆，以质量分数计，包括以下组分：
65-75％的铝粉，0-5％的铝硅合金粉，0-5％的铝硼合金粉，15-25％有机载体，1-5％的玻璃粉及0-3％添加剂；
所述玻璃粉包括以下组分：
15-35％V2O5，30-50％BaO，10-30％B2O3，0-15％SiO2，0-15％ZnO，0-15％Al2O3，0-10％PbO，0-10％Bi2O3和0-10％Sb2O3；
所述铝硼合金粉中铝95～100wt％，硼0～5wt％；所述铝硼合金粉的D50为1～3微米，D90小于5微米；
所述有机载体的制备原料包括1-15wt％树脂、70～93wt％溶剂、1～5wt％触变剂和1～10wt％有机添加剂；
所述触变剂选自ST、/>PLUS、/>MAX的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的专用铝浆，其特征在于，
所述树脂选自丙烯酸树脂、乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、酚醛树脂和苯氧树脂中的一种或多种；
所述溶剂选自醇酯十二、DBE二价酸酯、乙二醇苯醚、丙二醇苯醚、松油醇、二乙二醇单丁醚和二乙二醇单丁醚醋酸酯中的一种或多种；
所述有机添加剂选自润湿分散剂、流平剂、消泡剂、增塑剂和表面张力调节剂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的专用铝浆，其特征在于，所述铝硅合金粉中铝60-90wt％，硅10-40wt％；
所述铝硅合金粉的D50为1～3微米，D90小于5微米。
4.根据权利要求1所述的专用铝浆，其特征在于，所述铝粉的平均粒径D50为6～10微米，氧含量为0.4～0.7％，D90小于18微米。
5.根据权利要求1所述的专用铝浆，其特征在于，所述添加剂选自氧化硼、氧化钙、五氧化二磷、氧化锶、氧化铝、铝酸锶、荧光粉和稀土中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的专用铝浆，其特征在于，所述玻璃粉的平均粒度小于5微米。
7.一种权利要求1～6任一项所述专用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
将15-35％V2O5，30-50％BaO，10-30％B2O3，0-15％SiO2，0-15％ZnO，0-15％Al2O3，0-10％PbO，0-10％Bi2O3和0-10％Sb2O3混合后升温至900-1400℃，保温30-50分钟；水淬后球磨2-4小时，过200目筛网于60-100℃下烘干，得到玻璃粉；
将65-75％的铝粉，0-5％的铝硅合金粉，0-5％的铝硼合金粉，15-25％有机载体，1-5％的玻璃粉及0-3％添加剂搅拌分散混合均匀，然后用三辊轧机轧制研磨至细度小于25μm，粘度维持在10-40Pa·S，得到双面背钝化晶硅太阳能电池专用铝浆。
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