TWI511165B - 矽太陽能電池用背電極鋁漿及其製備方法 - Google Patents

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矽太陽能電池用背電極鋁漿及其製備方法
本發明涉及一種矽太陽能電池用背電極鋁漿及其製備方法。
作為重要的清潔能源，近年來矽太陽能電池呈現快速增長趨勢，而矽太陽能電池的重要耗材之一的導電漿料需求也日益增長。矽太陽能電池用導電漿料主要包括正電極銀漿、背電極銀鋁漿和背電極鋁漿三部份，其中背電極鋁漿由鋁粉、無機玻璃相和有機載體經輥壓而成。通常採用絲網印刷技術將背電極鋁漿塗覆於太陽能電池矽片的背面，再經隧道爐快速熱處理(RTP，Rapid Temperature Process)在太陽能電池矽片的背面形成矽-鋁層，即鋁背場(BSF，Back Surface Field)。該鋁背場可消除矽與金屬電極之間的肖特基勢壘，實現良好的歐姆接觸，減少接觸電阻，從而提高矽太陽能電池的轉換效率。同時，由於重金屬類雜質在鋁中的溶解度遠大於矽，因此鋁背場的吸雜特性能有效降低重金屬對轉換效率的不良影響。
由於背電極鋁漿要覆蓋太陽能電池矽片背面的絕大部分區域，且鋁跟矽的熱膨脹係數差異較大(鋁：24×10-6 m/℃，矽：3×10-6 m/℃)，因此燒結後形成的矽-鋁層很容易引起矽片翹曲變形等問題，造成後續矽片層壓封裝的困難。
有鑒於此，有必要提供一種有效解決上述問題的背電極鋁漿。
另外，還有必要提供一種上述背電極鋁漿的製備方法。
一種矽太陽能電池用背電極鋁漿，其包括粉體和有機載體，其中粉體的質量百分含量為75~85%，剩餘的為有機載體，該粉體包括鋁粉和無機玻璃相，其中粉體中鋁粉的質量百分含量為95~98%，剩餘的為無機玻璃相；該鋁粉為表面包覆有氮化鋁的球形鋁粉，且鋁粉的粒徑分佈為1~9μm；該無機玻璃相包括質量百分含量為10~40%的氧化鉍，質量百分含量為5~15%的氧化硼，質量百分含量為20~40%的氧化矽，質量百分含量為5~40%的氧化鋅，質量百分含量為0~5%的氧化鋁，質量百分含量為0~2%的氧化鋯，質量百分含量為0~1%的氧化鍶及質量百分含量為0~15%的氧化銻。
一種矽太陽能電池用背電極鋁漿的製備方法，其包括如下步驟：
(a)粉體的製備：
鋁粉為表面包覆有氮化鋁的球形鋁粉，按下述成份和配比製備鋁粉：
粒徑區間1：1~4μm，質量百分含量：1~15wt%；
粒徑區間2：4~6μm，質量百分含量：20~60wt%；
粒徑區間3：6~8μm，質量百分含量：20~60wt%；
粒徑區間4：8~9μm，質量百分含量：0~30wt%；
按下述成份和配比製備無機玻璃相：
氧化鉍：10~40wt%；
氧化硼：5~15wt%；
氧化矽：20~40wt%；
氧化鋅：5~40wt%；
氧化鋁：0~5wt%；
氧化鋯：0~2wt%；
氧化鍶：0~1wt%；
氧化銻：0~15wt%；
按鋁粉的質量百分含量為95~98%，剩餘的為無機玻璃相的配比分別稱取鋁粉和無機玻璃相，放入混料機進行混合，混料時間為8h；
(b)有機載體的製備
有機樹脂：8~30wt%；
溶劑：70~90wt%；
消泡劑：0.5~1wt%；
增塑劑：1~5wt%；
表面活性劑：0.5~2wt%；
觸變劑：0.5~2wt%；
按上述成份和配比關係製備有機載體，混合後攪拌並保持溫度為100~120℃；
(c)背電極鋁漿的製備
按粉體的質量百分含量為75~85%，剩餘的為有機載體的比例將粉體與有機載體進行混合並攪拌，然後使用三輥研磨機進行研磨，三輥研磨機的輥距為80~150μm，研磨次數為5~10次。
本發明設計一種矽太陽能電池用背電極鋁漿，藉由選擇特殊的無機玻璃相成份，能有效的減少燒結後鋁背場和矽片間由於熱膨脹係數不匹配造成的翹曲，並且鋁背場表面光滑，無明顯鋁珠、鋁包等不良。
本發明較佳實施例的矽太陽能電池用背電極鋁漿，其包括粉體和有機載體，其中背電極鋁漿中粉體的質量百分含量為75~85%，剩餘的為有機載體。粉體包括鋁粉和無機玻璃相，其中粉體中鋁粉的質量百分含量為95~98%，剩餘的為無機玻璃相。
(1)鋁粉
所述鋁粉為表面包覆有氮化鋁的高真圓度的球形鋁粉，氮化鋁起保護作用。所述鋁粉的粒徑分佈為1~9μm。將所述鋁粉的粒徑分佈分為四個區間段，每一區間段的鋁粉的質量百分含量為：
粒徑區間1：1~4μm，質量百分含量：1~15wt%；
粒徑區間2：4~6μm，質量百分含量：20~60wt%；
粒徑區間3：6~8μm，質量百分含量：20~60wt%；
粒徑區間4：8~9μm，質量百分含量：0~30wt%。
(2)無機玻璃相
所述無機玻璃相係一種無鉛玻璃相，為鉍-硼-矽-鋅系玻璃相，並可選擇性添加氧化鋁、氧化鋯、氧化鍶和氧化銻。
所述無機玻璃相包括的組分及每一組分的質量百分含量如下：
氧化鉍(Bi2 O3 )：10~40wt%；
氧化硼(B2 O3 )：5~15wt%；
氧化矽(SiO2 )：20~40wt%；
氧化鋅(ZnO)：5~40wt%；
氧化鋁(Al2 O3 )：0~5wt%；
氧化鋯(ZrO)：0~2wt%；
氧化鍶(SrO)：0~1wt%；
氧化銻(Sb2 O3 )：0~15wt%。
(3)有機載體
所述有機載體包括有機樹脂、溶劑、消泡劑、增塑劑、表面活性劑及觸變劑，其中各組分的質量百分含量如下：
有機樹脂：8~30wt%；
溶劑：70~90wt%；
消泡劑：0.5~1wt%；
增塑劑：1~5wt%；
表面活性劑：0.5~2wt%；
觸變劑：0.5~2wt%。
有機樹脂選用乙基纖維素、醋丁纖維素、酚醛樹脂及酚醛環氧樹脂中的一種或幾種。
溶劑選用松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一種或幾種。
消泡劑選用矽油及改性聚醚類中的一種或幾種。消泡劑可降低有機載體的表面張力，減少絲網印刷時氣泡的產生。
增塑劑選用檸檬酸三丁酯、鄰苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一種或幾種。增塑劑可增加有機載體的黏附力。
表面活性劑選用卵磷脂、司盤及聚醚類物質中的一種或幾種。表面活性劑可促進粉體在有機載體中分散。
觸變劑選用聚醯胺蠟及氫化蓖麻油中的一種或幾種。觸變劑可使漿料受力變稀，靜置變稠，提高漿料的印刷性。
本發明較佳實施例的矽太陽能電池用背電極鋁漿的製備，其包括如下步驟：
(a)粉體的製備
按上述成份和配比關係分別製備鋁粉和無機玻璃相；再將鋁粉和無機玻璃相按前述配比分別稱取，放入V型混料機進行混合，混料時間為8h，得到均勻的粉體。
(b)有機載體的製備
按上述成份和配比關係製備有機載體原料，混合後加熱至溫度為100~120℃，攪拌直至樹脂溶解，溶液成為均勻液體，得到有機載體。
(c)背電極鋁漿的製備
將粉體與有機載體按所述配比進行混合攪拌，然後使用三輥研磨機進行研磨，輥距為80~150μm，研磨次數為5~10次，得到均勻分散的膏狀的鋁漿。
該背電極鋁漿的細度<10µm，黏度為20000~50000mpa·s。
使用325目不銹鋼絲網將所述背電極鋁漿印刷於125*125mm單晶矽片(矽片厚度為200μm)，再使用鏈式隧道爐進行燒結，燒結溫度為850~900℃，燒結時間為10秒。燒結後形成的矽鋁層(鋁背場)呈灰白色，表面光滑且無鋁珠、鋁包。測試樣品的翹曲度，翹曲度範圍為0.8~1.1mm，符合業界翹曲度<1.3mm的要求。
下面藉由實施例來對本發明進行具體說明。
實施例1
(1)粉體的製備：
按下述組分與重量比例配製鋁粉：
1~4μm鋁粉：15wt%；
4~6μm鋁粉：40wt%；
6~8μm鋁粉：45wt%；
按下述組分與重量比例配製無機玻璃相：
Bi2 O3 ：18wt%；
B2 O3 ：10wt%；
SiO2 ：30wt%；
ZnO：30wt%；
Al2 O3 ：1wt%；
ZrO：0.5wt%；
SrO：0.5wt%；
Sb2 O3 ：10wt%。
將鋁粉按重量為95wt%，無機玻璃相按重量為5wt%的比例，放入V型混料機，混料8小時後取出，得到均勻的粉體。
(2)有機載體的製備：
乙基纖維素：14wt%；
松油醇：77wt%；
矽油：1wt%；
二乙二醇丁醚醋酸酯：5wt%；
司盤：1wt%；
聚醯胺蠟：2wt%。
將上述成份和重量比的有機載體原料混合後加熱至100~120℃，電動攪拌直至樹脂溶解形成均勻的溶液，得到有機載體。
(3)鋁漿的製備：
稱取80wt%重量比的粉體及20wt%重量比的有機載體進行混合並攪拌均勻，然後在三輥研磨機中進行研磨，輥距調整為100μm，研磨10次後得到均勻分散的鋁漿。
(4)鋁漿的性能測試：
所述鋁漿的細度＜10μm，黏度(25℃)為20000~40000mpa·s。
使用325目不銹鋼絲網將所述鋁漿印刷於125*125mm單晶矽片(矽片厚度為200μm)，再使用鏈式隧道爐進行燒結，燒結溫度為850~900℃，燒結時間為10秒。燒結後形成的矽鋁層(鋁背場)的厚度為25±5μm。鋁背場呈灰白色，表面光滑且無鋁珠、鋁包。
電性能測試結果：
串聯電阻＜8mΩ；開路電壓＞0.618V；轉換效率＞16.7%。
測試結果表明，樣品的電性能良好。
翹曲度測試：
分別對10個樣品進行翹曲度測試，翹曲度的平均值為1.062mm。
實施例2
(1)粉體的製備：
按下述組分與重量比例配製鋁粉：
1~4μm鋁粉：10wt%；
4~6μm鋁粉：30wt%；
6~8μm鋁粉：50wt%；
8~9μm鋁粉：10wt%。
按下述組分與重量比例配製無機玻璃相：
Bi2 O3 ：10wt%；
B2 O3 ：15wt%；
SiO2 ：40wt%；
ZnO：23wt%；
Al2 O3 ：1wt%；
ZrO：0.5wt%；
SrO：0.5wt%；
Sb2 O3 ：10wt%。
將鋁粉按重量比為96wt%，無機玻璃相按重量比為4wt%的比例，放入V型混料機，混料8小時後取出，得到均勻的粉體。
(2)有機載體的製備：
乙基纖維素：10wt%；
二乙二醇丁醚：81.5wt%；
矽油：1wt%；
檸檬酸三丁酯：5wt%；
卵磷脂：0.5wt%；
氫化蓖麻油：2wt%。
將上述成份和重量比的有機載體原料混合後加熱至100~120℃，電動攪拌直至樹脂溶解形成均勻的溶液，得到有機載體。
(3)鋁漿的製備：
稱取77 wt%重量比的粉體及23 wt%重量比的有機載體進行混合並攪拌均勻，然後在三輥研磨機中進行研磨，輥距調整為100 μm，研磨10次後得到均勻分散的鋁漿。
(4)鋁漿的性能測試：
所述鋁漿的細度＜10μm，黏度(25℃)為30000~50000mpa·s。
使用325目不銹鋼絲網將所述鋁漿印刷於125*125mm單晶矽片(矽片厚度為200μm)，再使用鏈式隧道爐進行燒結，燒結溫度為850~900℃，燒結時間為10秒。燒結後形成的矽鋁層(鋁背場)的厚度為25±5μm。鋁背場呈灰白色，表面光滑且無鋁珠、鋁包。
電性能測試結果：
串聯電阻＜10mΩ；開路電壓＞0.613V；轉換效率＞16.4%。
測試結果表明，樣品的電性能良好。
翹曲度測試：
分別對10個樣品進行翹曲度測試，翹曲度的平均值為0.984mm。
本發明設計一種矽太陽能電池用背電極鋁漿，藉由選擇特殊的無機玻璃相成份，能有效的減少燒結後由於鋁背場和矽片間熱膨脹係數不匹配造成的翹曲，並且鋁背場表面光滑，無明顯鋁珠、鋁包等不良。
無

Claims (11)

  1. 一種矽太陽能電池用背電極鋁漿，其包括粉體和有機載體，其中粉體的質量百分含量為75~85%，剩餘的為有機載體，其改良在於：該粉體包括鋁粉和無機玻璃相，其中粉體中鋁粉的質量百分含量為95~98%，剩餘的為無機玻璃相；該鋁粉為表面包覆有氮化鋁的球形鋁粉，且鋁粉的粒徑分佈為1~9μm；該無機玻璃相包括質量百分含量為10~40%的氧化鉍，質量百分含量為5~15%的氧化硼，質量百分含量為20~40%的氧化矽，質量百分含量為5~40%的氧化鋅，質量百分含量為0~5%的氧化鋁，質量百分含量為0~2%的氧化鋯，質量百分含量為0~1%的氧化鍶及質量百分含量為0~15%的氧化銻。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之矽太陽能電池用背電極鋁漿，其中該鋁粉的粒徑分佈分為四個區間段，每一區間段的鋁粉的質量百分含量為：1~4μm的鋁粉的質量百分含量為1~15wt%；4~6μm的鋁粉的質量百分含量為20~60wt%；6~8μm的鋁粉的質量百分含量為20~60wt%；8~9μm的鋁粉的質量百分含量為0~30wt%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之矽太陽能電池用背電極鋁漿，其中該有機載體包括有機樹脂、溶劑、消泡劑、增塑劑、表面活性劑及觸變劑，其中各組分的質量百分含量為：有機樹脂：8~30wt%；溶劑：70~90wt%；消泡劑：0.5~1wt%；增塑劑：1~5wt%；表面活性劑：0.5~2wt%；觸變劑：0.5~2wt%。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之矽太陽能電池用背電極鋁漿，其中該有機樹脂為乙基纖維素、醋丁纖維素、酚醛樹脂及酚醛環氧樹脂中的一種或幾種。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之矽太陽能電池用背電極鋁漿，其中該溶劑為松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一種或幾種。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之矽太陽能電池用背電極鋁漿，其中該消泡劑選用矽油及改性聚醚類中的一種或幾種。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之矽太陽能電池用背電極鋁漿，其中該增塑劑為檸檬酸三丁酯、鄰苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一種或幾種。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之矽太陽能電池用背電極鋁漿，其中該表面活性劑為卵磷脂、司盤及聚醚類物質中的一種或幾種。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之矽太陽能電池用背電極鋁漿，其中該觸變劑為聚醯胺蠟及氫化蓖麻油中的一種或幾種。
  10. 一種矽太陽能電池用背電極鋁漿的製備方法，其包括如下步驟：
    (a)粉體的製備：
    鋁粉為表面包覆有氮化鋁的球形鋁粉，按下述成份和配比製備鋁粉：
    粒徑區間1：1~4μm，質量百分含量：1~15wt%；
    粒徑區間2：4~6μm，質量百分含量：20~60wt%；
    粒徑區間3：6~8μm，質量百分含量：20~60wt%；
    粒徑區間4：8~9μm，質量百分含量：0~30wt%；
    按下述成份和配比製備無機玻璃相：
    氧化鉍：10~40wt%；
    氧化硼：5~15wt%；
    氧化矽：20~40wt%；
    氧化鋅：5~40wt%；
    氧化鋁：0~5wt%；
    氧化鋯：0~2wt%；
    氧化鍶：0~1wt%；
    氧化銻：0~15wt%；
    按鋁粉的質量百分含量為95~98%，剩餘的為無機玻璃相的配比分別稱取鋁粉和無機玻璃相，放入混料機進行混合，混料時間為8h；
    (b)有機載體的製備
    有機樹脂：8~30wt%；
    溶劑：70~90wt%；
    消泡劑：0.5~1wt%；
    增塑劑：1~5wt%；
    表面活性劑：0.5~2wt%；
    觸變劑：0.5~2wt%；
    按上述成份和配比關係製備有機載體，混合後攪拌並保持溫度為100~120℃；
    (c)背電極鋁漿的製備
    按粉體的質量百分含量為75~85%，剩餘的為有機載體的比例將粉體與有機載體進行混合並攪拌，然後使用三輥研磨機進行研磨，三輥研磨機的輥距為80~150μm，研磨次數為5~10次。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之矽太陽能電池用背電極鋁漿的製備方法，其中該有機樹脂為乙基纖維素、醋丁纖維素、酚醛樹脂及酚醛環氧樹脂中的一種或幾種；該溶劑為松油醇、乙二醇苯醚以及二乙二醇丁醚中的一種或幾種；該消泡劑選用矽油及改性聚醚類中的一種或幾種；該增塑劑為檸檬酸三丁酯、鄰苯二甲酸甲酯及二乙二醇丁醚醋酸酯中的一種或幾種；該表面活性劑為卵磷脂、司盤及聚醚類物質中的一種或幾種；該觸變劑為聚醯胺蠟及氫化蓖麻油中的一種或幾種。
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