CN116313216B - 一种铝浆和太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种铝浆和太阳能电池，铝浆包括金属粉和玻璃粉，金属粉包括含铝金属粉与含钪金属粉的组合，其中，含铝金属粉包括铝粉或铝合金粉，含钪金属粉包括钪粉或钪合金粉。钪元素能够增加硅基底对长波光子的捕获，提高光生载流的数量，提高电池片的开路电压。

Description

一种铝浆和太阳能电池

技术领域

本申请涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种铝浆和太阳能电池。

背景技术

铝浆作为太阳能电池的背面金属化材料，广泛应用于PERC结构电池、IBC结构电池中，起钝化作用和形成欧姆接触。铝浆烧结后在激光处与硅发生合金反应，形成L-BSF层，提高背面场的电势差，有利于减少载流子的复合，提升开路电压(Voc)。随着太阳能电池性能需求的提升，铝浆性能的提升不够理想。例如，PERC电池技术作为主流技术，依旧占据市场的大部分份额，而PERC电池用铝浆的效率提升幅度确越来越小。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种铝浆和太阳能电池，能够提升浆料烧结后电池片的Voc(开路电压)。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种铝浆，铝浆包括金属粉和玻璃粉，金属粉包括含铝金属粉与含钪金属粉的组合。其中，含铝金属粉包括铝粉或铝合金粉，含钪金属粉包括钪粉或钪合金粉。

在一实施方式中，金属粉包括铝钪合金粉。

在一实施方式中，金属粉包括铝粉与钪粉的组合。

在一实施方式中，以重量百分比计，铝浆包括65～80％铝钪合金粉、2～5％玻璃粉、1～3％有机助剂、11～32％有机粘合剂、0.01～1％硼或者硼化合物。

在一实施方式中，铝钪合金粉中钪元素的重量比例为0.1％～1％。

在一实施方式中，铝钪合金粉中钪元素的重量比例为0.1％～0.5％。

在一实施方式中，铝钪合金粉为球形粉体，D50为1～10μm。

在一实施方式中，铝钪合金粉的D50为5～10μm。

在一实施方式中，以重量百分比计，铝浆包括65～79％铝粉、0.1～1％钪粉、2～5％玻璃粉、1～3％有机助剂、11～32％有机粘合剂、0.01～1％硼或者硼化合物。

在一实施方式中，铝粉为球形粉体，铝粉的D50为1～10μm，优选地，铝粉的D50为5～10μm。

在一实施方式中，钪粉为球形粉体，钪粉的D50小于1μm。

在一实施方式中，玻璃粉为Pb-B-Zn、V-Ba-Si体系铝浆用玻璃粉，玻璃粉的D50为0.5～4μm。

在一实施方式中，有机助剂包括分散剂、触变剂、润湿剂。

在一实施方式中，有机粘合剂包括30～60％乙基纤维素、40～70％溶剂，溶剂包括丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，二乙二醇二丁醚，醇酯十二，松油醇中的一种或多种组合。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种铝浆太阳能电池，太阳能电池包括使用上述任一实施例的铝浆制备的背电场。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请在铝浆中引入了含钪金属粉，钪元素能够增加硅基底对长波光子的捕获，提高光生载流的数量，提高电池片的开路电压。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

下面来详细描述本公开的具体实施方式。

本申请提供一种铝浆，铝浆包括金属粉，金属粉包括含铝金属粉，含铝金属粉包括铝粉或铝合金粉。含铝金属粉在浆料中作为主要的反应相和导电相，对于浆料的性能起到至关重要的作用。

具体地，电池片的光电转换效率提升及可靠性能保证，是技术上持续追求的目标。而电池片效率的提升主要依靠铝浆效率的提升，铝浆效率的提升主要是Voc和FF(FillFactor，填充因子)的改善，即减少浆料烧结时对电池片造成复合和形成更好得接触。而这复合降低和接触降低是一个相对对立的矛盾体，这就造成了效率提升的幅度相对有限。例如，若浆料中包含铝硅合金粉，在减小浆料腐蚀的同时也会造成浆料电阻的增加，无法平衡复合和接触。

随着电池结构工艺的优化改进，随之匹配的浆料也要做调整和改进。基于此，本申请发明人在铝粉的功能修饰及改性的优化上做了大量的研究工作，以使得浆料的性能在持续的提升。

在一实施方式中，本申请所提供的铝浆中，金属粉包括含铝金属粉与含钪金属粉的组合，含钪金属粉包括钪粉或钪合金粉。即金属粉包括铝粉和铝合金粉中任一种与钪粉和钪合金粉中任一种的组合。

该实施方式所提供的铝浆中含有钪元素，铝浆中的钪元素在烧结过程中能够以固溶掺杂的方式进入硅基底，钪元素能够增加硅基底对长波光子的捕获，提高光生载流的数量，提高电池片的开路电压。

在一实施方式中，金属粉包括铝钪合金粉；或金属粉包括铝粉与钪粉的组合；再或者金属粉包括铝粉、钪粉与铝钪合金粉的组合。再者还可以是金属粉包括铝粉与铝钪合金粉的组合；或者金属粉包括钪粉与铝钪合金粉的组合。

该实施方式中，通过选择金属钪粉和/或铝钪合金，能够更好的在铝硅的反应中形成金属合金固熔液相，进而扩散进入硅基底。

在一实施方式中，铝钪合金粉中钪元素的重量比例为0.1％～1％；优选地，铝钪合金粉中钪元素的重量比例为0.1％～0.5％。更具体地可以为0.13％、0.18％、0.24％、0.31％、0.45％、0.55％、0.67％、0.82％、0.96％等。其中，钪粉会明显增加铝液及铝合金的粘度，抑制合金液的形成，本实施例所提供的方案中调控钪元素的比例，进而调控铝液及铝合金的粘度，以便于形成合金液。

在一实施方式中，铝钪合金粉为球形粉体，D50为1～10μm；优选地，铝钪合金粉的D50为5～10μm。更具体可以为1.3μm、2.9μm、4.2μm、5.3μm、5.5μm、6μm、6.8μm、7.4μm、8.5μm、9.6μm等。其中D50为粉体累计体积百分数达到50％时所对应的粒径，又称Dv50。

在一实施方式中，铝粉为球形粉体，铝粉的D50为1～10μm，优选地，铝粉的D50为5～10μm。更具体可以为1.3μm、2.9μm、4.2μm、5.3μm、5.5μm、6μm、6.8μm、7.4μm、8.5μm、9.6μm等。

在一实施方式中，钪粉为球形粉体，钪粉的D50小于1μm。具体可以为0.03μm、0.1μm、0.25μm、0.37μm、0.55μm、0.6μm、0.74μm、0.8μm、0.85μm、0.96μm等。

通过将金属粉做成球形粉体，有利于粉体的扩散；且合理控制粉体的粒径，若粒径过小则容易团聚，若粒径过大，则不利于熔融反应。

在一实施方式中，铝浆中除了金属粉以外，还包含无机玻璃粉、有机粘合剂等，更进一步还包含其他有机和无机的功能性添加剂。

具体地，本申请所提供方案中铝浆包括含铝金属粉、含钪金属粉，无机玻璃粉，有机载体，硼及其化合物，有机助剂等。

关于铝浆配方的优化，本申请发明人除了对铝粉的功能修饰及改性上进行了优化外、还在玻璃粉配方的优化、有机载体的优化上做了大量的研究工作，也使得浆料的性能在持续的提升。

在一实施方式中，玻璃粉为Pb-B-Zn、V-Ba-Si体系铝浆用玻璃粉，玻璃粉的D50为0.5～4μm。具体可以为0.53μm、0.75μm、0.87μm、1.00μm、1.60μm、2.14μm、2.8μm、3.25μm、3.96μm等。

在一实施方式中，有机助剂包括分散剂、触变剂、润湿剂；有机粘合剂包括30～60％乙基纤维素、40～70％溶剂，溶剂包括丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，二乙二醇二丁醚，醇酯十二，松油醇中的一种或多种组合。

在一实施方式中，以重量百分比计，铝浆包括65～80％铝钪合金粉、2～5％玻璃粉、1～3％有机助剂、11～32％有机粘合剂、0.01～1％硼或者硼化合物。其中，铝钪合金粉的含量可以是68％、71％、75％、78％；玻璃粉的含量可以是2.3％、2.8％、3.1％、3.5％、4.2％、4.7％；有机助剂的含量可以是1.3％、1.8％、2.1％、2.5％；有机粘合剂的含量可以是15％、21％、25％、28％；硼或者硼化合物的含量可以是0.03％、0.05％、0.08％。

在一实施方式中，以重量百分比计，铝浆包括65～79％铝粉、0.1～1％钪粉、2～5％玻璃粉、1～3％有机助剂、11～32％有机粘合剂、0.01～1％硼或者硼化合物。其中，铝粉的含量可以是68％、71％、75％、78％；钪粉的含量可以是0.23％、0.28％、0.35％、0.42％、0.51％、0.68％、0.75％、0.87％、0.95％；玻璃粉的含量可以是2.3％、2.8％、3.1％、3.5％、4.2％、4.7％；有机助剂的含量可以是1.3％、1.8％、2.1％、2.5％；有机粘合剂的含量可以是15％、21％、25％、28％；硼或者硼化合物的含量可以是0.03％、0.05％、0.08％。

通过合理调配铝浆配方能够提高铝浆的光电转化效率，在提升开路电压(Voc)的同时不影响浆料的接触，对Voc和FF有更好的平衡。

下面将通过几组具体实验例和对比实验例来对本申请进行说明、解释，但不应用来限制本申请的范围。

1、铝浆的制备

将实施例和对比例铝浆所用的原材按照预定比例经混合、搅拌均匀后，在3辊轧制机上进行分散轧制，得到铝浆。具体铝浆成分比例详见表1。

2、电池片的制备

分别将实施例和对比例浆料印刷在PERC电池片的背面，印刷相同的背银和正银，烧结后测试电性能对比。具体地，电池片经过背银印刷烘干、铝浆印刷烘干、正银印刷烧结后，以Sinton Sunsvoc设备测试电池的Voc具体测试结果详见表1。

表1：实施例和对比例的铝浆及电池片性能参数

结果表明，铝浆中加入金属钪粉和/或者铝钪合金粉能够明显增加电池片的开路电压Voc，具体地，实施例的电池片开压提升1.5mV，整体光电转化效率提升0.06％。

以上实施方式，本申请通过在铝浆中添加金属钪元素，来提升晶体硅太阳电池的广生载流子数量进而提升开路电压，避开了复合和接触的矛盾制约，能有效的提升光电转换效率。优选地，铝浆中钪元素来源是铝钪合金粉、铝粉和钪粉的混合体，本申请所提供浆料应用在硅太阳电池背面，能够带来的Voc提升大于1mV。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本申请的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本申请思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本申请的过程中，可以采用对本文所描述的本申请实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本申请的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)。

Claims (11)

1.一种铝浆，其特征在于，包括金属粉和玻璃粉，所述金属粉包括含铝金属粉与含钪金属粉的组合，其中，所述含铝金属粉包括铝粉或铝合金粉，所述含钪金属粉包括钪粉或钪合金粉；

所述金属粉包括铝钪合金粉，所述铝钪合金粉中钪元素的重量比例为0.18%~1%；

所述铝钪合金粉为球形粉体，D50为1-10 μm；

所述钪粉为球形粉体，钪粉的D50小于1 μm。

2.根据权利要求1所述的铝浆，其特征在于，

所述金属粉包括铝粉与钪粉的组合。

3.根据权利要求2所述的铝浆，其特征在于，

所述铝钪合金粉中钪元素的重量比例为0.18%~0.5%。

4.根据权利要求2所述的铝浆，其特征在于，

所述铝钪合金粉的D50为5~10 μm。

5.根据权利要求2所述的铝浆，其特征在于，

所述铝粉为球形粉体，铝粉的D50为1~10 μm。

6.根据权利要求5所述的铝浆，其特征在于，

所述铝粉的D50为5~10μm。

7.根据权利要求2所述的铝浆，其特征在于，

以重量百分比计，铝浆包括65~80%铝钪合金粉、2~5%玻璃粉、1~3%有机助剂、11~32%有机粘合剂、0.01~1%硼或者硼化合物。

8.根据权利要求2所述的铝浆，其特征在于，

以重量百分比计，铝浆包括65~79%铝粉、0.1~1%钪粉、2~5%玻璃粉、1~3%有机助剂、11~32%有机粘合剂、0.01~1%硼或者硼化合物。

9.根据权利要求7或8所述的铝浆，其特征在于，

所述玻璃粉为Pb-B-Zn、V-Ba-Si体系铝浆用玻璃粉，玻璃粉的D50为0.5~4 μm。

10.根据权利要求7或8所述的铝浆，其特征在于，

所述有机助剂包括分散剂、触变剂、润湿剂；

所述有机粘合剂包括30~60%乙基纤维素和40~70%溶剂，所述溶剂包括丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，二乙二醇二丁醚，醇酯十二，松油醇中的一种或多种组合。

11.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括使用如权利要求1-10任一项所述的铝浆制备的背电场。