WO2020024253A1 - 用于perc电池的浆料及该浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于PERC电池的浆料及该浆料的制备方法，所述浆料包括导电相、玻璃相及有机粘结剂，所述导电相包括铝粉及铝合金粉；所述玻璃相包括玻璃粉及辅助玻璃粉，所述辅助玻璃粉的软化温度高于所述玻璃粉的软化温度。所述浆料包括：65～73质量份铝粉、3～10质量份铝合金粉、1.8～2.2质量份玻璃粉、0.3～0.5质量份辅助玻璃粉及15～40质量份有机粘结剂。所述浆料通过将前述铝粉、铝合金粉、玻璃粉、辅助玻璃粉及有机粘结剂混后再进行研磨分散，其细度不超过15μm。所述浆料适于PERC电池的背面金属化制程，简化PERC电池的生产工艺，其能够烧穿钝化膜，形成稳定的铝硅接触，有效控制背表面复合，且工艺调节窗口宽广，性能稳定。

Description

用于PERC电池的浆料及该浆料的制备方法 技术领域
本发明涉及太阳能电池及导电浆料领域，尤其涉及一种用于PERC电池的浆料及该浆料的制备方法。
背景技术
为应对将来所需面临的传统能源枯竭的困境，近年新能源产业在诸多国家与地区受到越来越多的关注与重视。太阳能电池行业也正是在此种背景下得到快速发展，而晶体硅太阳能电池目前仍是该行业中最为重要的产品及技术研发方向。近年来，用于电池背面的介质膜的钝化作用广受重视，且薄膜沉积制备技术和设备更趋成熟，加上激光技术的引入，背面钝化型太阳能电池(Passivated Emitter and Rear Cell，以下简称为“PERC电池”)的产量逐年递增。PERC电池通过钝化膜(SiN x、SiO 2、Al 2O 3等)降低电池背面电极处发生再结合而引起的能量损耗，从而提高转换效率。其中，双面PERC电池更是成为现阶段行业瞩目的新热点，但其工艺要求较高，现多采用激光工艺对背面钝化膜进行开孔/槽，再进行金属化以实现欧姆接触。
业内还公开有采用“腐蚀性浆料”直接印刷在钝化层表面，通过高温烧结过程中烧穿钝化层，形成触点，已达到其与激光开槽相同的效果。但需要二次印刷形成背电极浆料，增加成本。为降低工艺要求与生产成本，业内亦提出使用“共烧结浆料”，通过一次印刷，在形成背电极的同时，烧穿钝化层，形成良好的欧姆接触。上述“共烧结浆料”不仅需要在烧结阶段与相应的钝化膜反应，还需控制背表面复合，需要较高的工艺稳定性。
一般地，浆料多由导电相粉末、玻璃粉及有机粘结剂按照既定配比搅拌混匀制得。此处，需针对浆料的各部分组成与配比进行优化设计，以期开发得到性能稳定、适于PERC电池背面金属化制程的浆料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于PERC电池的浆料及该浆料的制备方法，适于PERC电池的背面金属化制程，能够简化PERC电池的生产工艺，且工艺调节窗口宽广，性能稳定。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于PERC电池的浆料，包括导电相、玻璃相及有机粘结剂，所述导电相包括铝粉及铝合金粉，所述玻璃相包括玻璃粉及辅助玻璃粉，所述辅助玻璃粉的软化温度高于所述玻璃粉的软化温度；所述浆料包括： 65～73质量份铝粉、3～10质量份铝合金粉、1.8～2.2质量份玻璃粉、0.3～0.5质量份辅助玻璃粉及15～40质量份有机粘结剂。
作为本发明的进一步改进，所述铝粉及铝合金粉均为球形颗粒，并且，所述铝粉的中值粒径为0.1～20μm；所述铝合金粉的中值粒径为0.5～5μm。
作为本发明的进一步改进，所述玻璃粉的质量份组成为：30～90份PbO、5～25份B 2O 3、2～10份SiO 2、5～20份ZnO及0.1～13份M xO y，其中，所述M xO y为Na 2O、CaO、K 2O及Li 2O中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述玻璃粉还包括Al 2O 3、CuO及P 2O 5中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述辅助玻璃粉包括Bi 2O 3、B 2O 3及ZnO，且其质量组成为Bi 2O 3：B 2O 3：ZnO＝(3～7)：(1.5～2.5):1。
作为本发明的进一步改进，所述辅助玻璃粉还包括SiO 2、Al 2O 3、CuO、TiO 2、Cr 2O 3、NiO、Li 2O及MnO 2中的一种或几种。
作为本发明的进一步改进，所述玻璃粉的中值粒径为0.5～5μm；所述辅助玻璃粉的中值粒径为0.5～5μm。
作为本发明的进一步改进，所述有机粘结剂包括有机树脂、有机溶剂及有机助剂；所述的有机树脂选自乙基纤维素、醋酸丁基纤维素、酚醛树脂、缩聚醛、纤维素醚中的一种或几种，且所述有机树脂在有机粘结剂中的质量占比为5％～30％；所述的有机溶剂选自丙酮、松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、甘油、二乙二醇单丁醚中的一种或几种，且所述有机溶剂在有机粘结剂中的质量占比为60％～90％；所述有机助剂包括包含磷酸酯类、磷酸酯盐类、羧酸类和高分子烷基铵盐类中的一种或几种，且所述有机助剂在有机粘结剂中的质量占比为0.5％～10％。
作为本发明的进一步改进，所述浆料还包括触变剂，所述触变剂包含气相二氧化硅、有机膨润土、改性氢化蓖麻油、司班-85和聚酰胺蜡中的一种或几种。
本发明还提供一种如前所述浆料的制备方法，主要包括将所述铝粉、铝合金粉、玻璃粉、辅助玻璃粉及有机粘结剂按既定比例进行混合，再研磨分散，并使得所述浆料的细度不超过15μm。
本发明的有益效果是：本发明用于PERC电池的浆料，适于PERC电池的背面金属化制程，能够简化PERC电池的生产工艺，无需激光开孔/槽或二次印刷，且工艺调节窗口宽广，性能稳定。所述浆料烧结后可形成较好的铝硅接触，有效控制背表面复合；除此，采用该浆料的电池片烧结后外观良好，翘曲弯折较小。
附图说明
图1是本发明浆料中玻璃粉的扫描电镜示意图；
图2是本发明浆料制得的PERC电池背表面的局部断面视图；
图3是本发明浆料的制备方法的主要流程示意图；
图4是本发明浆料中玻璃粉的制备方法的主要流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于PERC电池的浆料，特别地，所述浆料适于双面PERC电池的背表面电极的金属化制程，印制在PERC电池表面的浆料可在高温烧结过程中与SiN x、SiO 2、Al 2O 3膜层反应，并在相应的区域形成较好的欧姆接触。
所述浆料包括导电相、玻璃相及有机粘结剂，所述导电相包括铝粉及铝合金粉，所述玻璃相包括玻璃粉及辅助玻璃粉，所述辅助玻璃粉的软化温度高于所述玻璃粉的软化温度；所述浆料包括：65～73质量份铝粉、3～10质量份铝合金粉、1.8～2.2质量份玻璃粉、0.3～0.5质量份辅助玻璃粉及15～40质量份有机粘结剂。
所述铝粉及铝合金粉均为球形颗粒，所述铝粉的中值粒径为0.1～20μm，进一步优选为0.1～3μm，且该铝粉的熔点为450～650℃，进一步优选为500～600℃，其中，所述浆料可同时选用不同粒径的铝粉进行配合使用。所述铝合金粉的中值粒径为0.5～5μm，进一步优选为2～3μm，且该铝合金粉的熔点为400～600℃。所述铝合金粉优选为二元或三元合金粉末，具体地，所述铝合金粉为铝硼合金、铝硅合金、铝硅硼合金、铝硼锑合金、铝镁合金中的一种或几种。高温烧结过程中，所述玻璃相先出现熔化，浸润铝粉及铝合金粉，熔融的铝粉冷却时藉由所述玻璃相的表面张力收缩形成致密化的膜层。所述铝粉粒径较小，熔点较低，收缩压力较大，所述铝合金粉末能够避免膜层表面形成铝刺凸起。为进一步改善浆料烧结后的电流传输性能，降低串阻，所述导电相还可以添加部分银粉，所述银粉的中值粒径为0.1～5μm。
所述玻璃粉的质量份组成为：30～90份PbO、5～25份B 2O 3、2～10份SiO 2、5～20份ZnO及0.1～13份M xO y。其中，M为第一主族元素或第二主族元素，所述M xO y具体为Na 2O、CaO、K 2O及Li 2O中的至少一种。所述玻璃粉的软化温度为280～400℃，优选地，所述玻璃粉的软化温度控制在280～330℃。所述玻璃粉熔点较低，其可在烧结升温过程中，提前熔化，以对导电相进行充分浸润，且沉降完全以利于钝化膜及硅基底的润湿。
所述玻璃粉的中值粒径为0.5～5μm(参图1所示)，所述玻璃粉呈现为无定型颗粒状，且优选在实际制备过程中筛除粒径较大的粉体颗粒，并避免可能的结晶颗粒影响玻璃粉的性能，确保浆料质量。
SiO 2与B 2O 3均可形成玻璃网络结构，PbO则能与硅氧四面体相接形成特殊的网络结构，使得PbO/SiO 2组成体系具有较宽的玻璃形成区，且使得PbO具备较好的助熔性，此处，PbO占比相对较高，能够有效避免析晶，亦利于所述玻璃粉软化温度的降低。B 2O 3自身熔点较低，有利于玻璃粉软化温度的降低，并能抑制玻璃膨胀系数增大，B 2O 3还使得玻璃熔融后具有适当的流动性。ZnO组分也有助于玻璃粉熔点的降低，并能抑制玻璃膨胀系数增大，且可用于调节玻璃熔融后的流动性。除此，M xO y能够在玻璃熔炼过程中破坏前述玻璃网络结构，降低熔融状态下的玻璃料液的粘度，有利于玻璃的均匀熔炼。
所述玻璃粉还包括Al 2O 3、CuO及P 2O 5中的至少一种。Al 2O 3能够替代部分SiO 2，增加玻璃粉制备过程的化学稳定性及耐酸性能，且Al 2O 3质量组成占比小于SiO 2的一半。P 2O 5同样可用于形成玻璃网络结构，CuO则能将前述玻璃网络结构打破，且少量CuO的添加不影响所述玻璃粉的化学稳定性。
所述辅助玻璃粉包括Bi 2O 3、B 2O 3及ZnO，且其质量组成为Bi 2O 3：B 2O 3：ZnO＝(3～7)：(1.5～2.5):1。所述辅助玻璃粉的中值粒径为0.5～5μm，且所述辅助玻璃粉的软化温度控制在380～500℃，进一步地，所述辅助玻璃粉的中值粒径优选为2～5μm，软化温度优选为400～450℃。所述辅助玻璃粉的软化温度高于玻璃粉的软化温度，以避免辅助玻璃粉与玻璃粉一并熔融沉降形成较厚的玻璃层，增大串联电阻。
Bi 2O 3作为PbO的较佳替代组分，其具有降低玻璃粉软化温度、抑制调节玻璃膨胀系数的作用，还可增加所述辅助玻璃粉的比重，有利于所述辅助玻璃粉在浆料烧结过程中均匀作用于导电相。进一步地，所述辅助玻璃粉还包括SiO 2、Al 2O 3、CuO、TiO 2、Cr 2O 3、NiO、Li 2O及MnO 2中的一种或几种。所述玻璃粉与辅助玻璃粉可按既定比例混合得到相应的玻璃粉组合物，以便于所述浆料生产及物料管控。
所述有机粘结剂包括有机树脂、有机溶剂及有机助剂，所述的有机树脂选自乙基纤维素、醋酸丁基纤维素、酚醛树脂、缩聚醛、纤维素醚中的一种或几种，且所述有机树脂在有机粘结剂中的质量占比为5％～30％；所述的有机溶剂选自丙酮、松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、甘油、二乙二醇单丁醚中的一种或几种，且所述有机溶剂在有机粘结剂中的质量占比为60％～90％；所述有机助剂在有机粘结剂中的质量占比为0.5％～10％， 所述有机助剂包含磷酸酯类、磷酸酯盐类、羧酸类和高分子烷基铵盐类中的一种或几种。除此，所述浆料中还通过其它助剂如触变剂等以进一步调节优化有机粘结剂的性能，所述触变剂包含气相二氧化硅、有机膨润土、改性氢化蓖麻油、司班-85和聚酰胺蜡中的一种或几种。
所述有机粘结剂的优化有助于浆料保持较好的印刷性能。根据实际测试，所述浆料可以印刷得到最小宽度达到27μm的均匀连续栅线，且相应的栅线具有较好的高宽比与形貌特征。
此处，我们提供如下实施例1-3，并将其与对比实施例进行比对，结合图2所示为实施例1对应PERC电池的背表面的局部断面视图。所述对比实施例为现有浆料，所述实施例1-3及对比实施例配合采用同等规格的晶体硅片印刷、烧结得到相应的双面PERC电池并进行电性测试，所述实施例1-3相较于对比实施例的性能测试比对结果如下列表1所示：
序号 [Voc(V)] [Is(A)] [FF(％)] [Eff(％)] [Rs] [IVRV2]
实施例1 高3mV 持平 持平 持平 偏高 持平
实施例2 高3mV 偏高 持平 高0.2 持平 持平
实施例3 低1mV 持平 持平 高0.1 偏低 略高
实施例1浆料质量组成为：铝粉68份，粒径为2～3μm；铝硅合金粉5份，粒径同样为2～3μm；银粉5份，粒径约为0.1～1μm；玻璃粉2.5份，辅助玻璃粉0.5份，有机粘结剂19份。其中，所述玻璃粉质量组成为PbO：B 2O 3：ZnO：SiO 2：CaO＝55：20：10：5：10，所述玻璃粉的软化温度为290℃，其中值粒径为2.7μm。所述辅助玻璃粉中Bi 2O 3、B 2O 3、ZnO的质量占比为36：24：13，所述辅助玻璃粉的软化温度为400℃，中值粒径为1.4μm。
实施例2浆料质量组成为：铝粉65份，所述铝粉具体包括两种不同粒径的球形粉末；铝硅合金粉12.7份，粒径为2～3μm；玻璃粉1.8份，辅助玻璃粉0.5份，有机粘结剂20份。其中，所述玻璃粉质量组成为PbO：B 2O 3：ZnO：SiO 2：Li 2O：CaO＝61：20：10：3：3：3，所述玻璃粉的软化温度为320℃，其中值粒径为3.6μm。所述辅助玻璃粉中Bi 2O 3、B 2O 3、ZnO的质量占比为36：24：13，所述辅助玻璃粉的软化温度为420℃，中值粒径为2.2μm。
实施例3浆料质量组成为：铝粉73份，粒径为2～3μm；铝硅硼合金粉4.8份，粒径为2～3μm；玻璃粉2.2份，辅助玻璃粉0.3份，有机粘结剂20份。其中，所述玻璃粉质量组成为PbO：B 2O 3：ZnO：SiO 2：Na 2O＝65：18：8：3：6，所述玻璃粉的软化温度为310℃，其中值粒径为2.4μm。所述辅助玻璃粉中Bi 2O 3、B 2O 3、ZnO的质量占比为70：20：10，所述辅助玻璃粉的软化温度为390℃，中值粒径为1.8μm。
本发明还提供一种前述浆料的制备方法，参图3所示，包括：
按既定比例量取相应的有机树脂，并将其逐步溶解分散在有机溶剂中；
量取有机助剂及其它助剂，添加至有机溶剂中，得到质地均匀的有机粘结剂；
再将所述铝粉、铝合金粉、玻璃粉、辅助玻璃粉按既定比例加入有机粘结剂，混合后通过三辊机进行研磨分散，并使得所述浆料的细度不超过15μm。
其中，参图4所示，所述玻璃粉及辅助玻璃粉的制备方法如下：
称取原料，将原料混合均匀后放置到恒温干燥箱进行干燥处理2～5小时，所述恒温干燥箱的温度设置为150～250℃；
将完成干燥处理的原料转移至坩埚内，再将装盛有原料的坩埚放置到加热腔室中按既定程序进行熔炼；
将熔炼完成的料液经冷辊冷却，得到玻璃料；
将玻璃料进行破碎、筛分，得到玻璃粉。
优选地，在熔炼过程中，可以向所述加热腔室内充入保护气体，如N 2或其它惰性气体，以防止玻璃粉组分价态的变化，形成更稳定的化合物；所述坩埚采用铂金坩埚，以减少杂质的引入。所述既定程序包括升温阶段与保温阶段，所述保温阶段的温度设置为950～1050℃，且保温阶段的时长设置为1～2小时。除此，采用气流粉碎分级筛分系统对冷却后的玻璃料进行粉碎和筛分，以使得制得的玻璃粉、辅助玻璃粉更均匀，粒径跨度小，同时可以减少杂质的引入。
在本发明的其它实施方式中，所述混合均匀的原料亦可直接装填至所述坩埚内，再进行干燥处理，减少中间操作流程。熔炼完成的料液亦可藉由去离子水进行冷却，再通过球磨工艺进行破碎，具体制程不再赘述。
综上所述，前述玻璃粉软化温度较低、膨胀系数小，其所制得的浆料适于PERC电池的背面金属化制程。所述浆料能够简化PERC电池的生产工艺，无需激光开孔/槽或二次印刷，且工艺调节窗口宽广，性能稳定。并且，所述浆料烧结后可形成较好的铝硅接触，有效控制背表面复合，平衡电性能；采用该浆料的电池片烧结后外观良好，翘曲弯折较小，具有较好的应用前景。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 一种用于PERC电池的浆料，包括导电相、玻璃相及有机粘结剂，其特征在于，所述导电相包括铝粉及铝合金粉，所述玻璃相包括玻璃粉及辅助玻璃粉，所述辅助玻璃粉的软化温度高于所述玻璃粉的软化温度，所述浆料包括：65～73质量份铝粉、3～10质量份铝合金粉、1.8～2.2质量份玻璃粉、0.3～0.5质量份辅助玻璃粉及15～40质量份有机粘结剂。
  2. 根据权利要求1所述的浆料，其特征在于，所述铝粉及铝合金粉均为球形颗粒，并且，所述铝粉的中值粒径为0.1～20μm；所述铝合金粉的中值粒径为0.5～5μm。
  3. 根据权利要求1所述的浆料，其特征在于，所述玻璃粉的质量份组成为：30～90份PbO、5～25份B 2O 3、2～10份SiO 2、5～20份ZnO及0.1～13份M xO y，其中，所述M xO y为Na 2O、CaO、K 2O及Li 2O中的至少一种。
  4. 根据权利要求3所述的浆料，其特征在于，所述玻璃粉还包括Al 2O 3、CuO及P 2O 5中的至少一种。
  5. 根据权利要求1所述的浆料，其特征在于，所述辅助玻璃粉包括Bi 2O 3、B 2O 3及ZnO，且其质量组成为Bi 2O 3：B 2O 3：ZnO＝(3～7)：(1.5～2.5):1。
  6. 根据权利要求5所述的浆料，其特征在于，所述辅助玻璃粉还包括SiO 2、Al 2O 3、CuO、TiO 2、Cr 2O 3、NiO、Li 2O及MnO 2中的一种或几种。
  7. 根据权利要求1所述的浆料，其特征在于，所述玻璃粉的中值粒径为0.5～5μm；所述辅助玻璃粉的中值粒径为0.5～5μm。
  8. 根据权利要求1所述的浆料，其特征在于，所述有机粘结剂包括有机树脂、有机溶剂及有机助剂；所述的有机树脂选自乙基纤维素、醋酸丁基纤维素、酚醛树脂、缩聚醛、纤维素醚中的一种或几种，且所述有机树脂在有机粘结剂中的质量占比为5％～30％；所述的有机溶剂选自丙酮、松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、甘油、二乙二醇单丁醚中的一种或几种，且所述有机溶剂在有机粘结剂中的质量占比为60％～90％；所述有机助剂包括包含磷酸酯类、磷酸酯盐类、羧酸类和高分子烷基铵盐类中的一种或几种，且所述有机助剂在有机粘结剂中的质量占比为0.5％～10％。
  9. 根据权利要求1所述的浆料，其特征在于，所述浆料还包括触变剂，所述触变剂包含气相二氧化硅、有机膨润土、改性氢化蓖麻油、司班-85和聚酰胺蜡中的一种或几种。
  10. 一种用于PERC电池的浆料的制备方法，其特征在于，所述浆料包括：65～73质量份铝粉、3～10质量份铝合金粉、1.8～2.2质量份玻璃粉、0.3～0.5质量份辅助玻璃粉及 15～40质量份有机粘结剂，所述辅助玻璃粉的软化温度高于所述玻璃粉的软化温度；所述制备方法包括将所述铝粉、铝合金粉、玻璃粉、辅助玻璃粉及有机粘结剂按既定比例进行混合，再研磨分散，使得所述浆料的细度不超过15μm。
PCT/CN2018/098492 2018-08-03 2018-08-03 用于perc电池的浆料及该浆料的制备方法 WO2020024253A1 (zh)

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