CN104575685A

CN104575685A - 一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料及制备方法

Info

Publication number: CN104575685A
Application number: CN201510015499.8A
Authority: CN
Inventors: 朱金浩; 蒋剑波; 王猛; 许布; 万光耀; 陈珏荣; 高非; 朱庆庆
Original assignee: ZHEJIANG GUANGLONG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG GUANGLONG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明公开了一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，所述导电浆料包括铝粉68～80％、玻璃粉1～6％、有机粘合剂16～25％和助剂1～3％。所述助剂的组成包括60％的润湿分散剂和40％的扩散泵油。所述的铝导电浆料印刷于晶硅太阳能电池片的背面，经过红外快烧工艺，铝和基体硅发生铝硅合金反应。所述铝导电浆料的制备方法如下：将铝粉、玻璃粉和有机粘合剂、助剂放入真空搅拌机中搅拌，再经三辊轧机分散，得到精细度≤15μm，粘度为20～40Pa·s的铝导电浆料。本发明提供了一种性能优良，更适用于晶硅太阳能电池背场使用的钝化铝导电浆料；烧成后的铝膜层与硅基体具有良好地附着力和耐水性，且无铝珠、铝疱，烧成的电池片弯曲小，转化效率更高。

Description

一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料及制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池新材料领域，特别涉及一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料及制备方法。

背景技术

晶硅太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的半永久性物理电池，随着化石(石油，煤炭，天然气等)能源的极度消耗，产生的能源枯竭以及日益严重的温室效应，人类对新型清洁能源的需求变得越来越迫切。在未来漫长的时间里，太阳将是人类清洁能源的有效提供者，目前，晶硅太阳能电池是将太阳能转化为民用能源有效器件之一，它的应用范围正从航天、军事扩展到人们的日常生活，在不产生新的污染的同时，成本的降低将使太阳能电池得到更为广泛的应用。

据国际能源机构预测，全世界煤炭只能用220年，石油开采峰值位于2012年，并将在30～60年后消耗尽。而太阳辐射能预计在100亿年里可保持近似恒定的辐射输出，据预测，2050年太阳能将在整个能源结构中占据20％的比例，而到2100年这个比例将达到70％。显然，人类能源结构将在本世纪发生根本的改变，太阳能将成为最重要的能源。

铝导电浆料属于电子信息材料之一，同时也是制作太阳能电池的主要辅助材料。目前的晶硅太阳能电池制作工艺中，铝导电浆料几乎印刷在电池的整个背光面上，由于金属铝(膨胀系数为232×10^-7/℃，20～300℃)与硅(膨胀系数为26×10^-7/℃，20～300℃)的热膨胀系数的差异，导致铝导电浆料在烧结时，在硅片内产生应力，造成硅片弯曲，直接影响了太阳能电池的成品率及后续的组件工艺。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，其无铅、无镉、无铊，烧成后的铝膜层与硅基体有良好地附着力，利用其制备的电池片无铝珠、铝疱，弯曲小、EVA拉力强、转化效率高。

本发明还提供了一种所述晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料的制备方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，所述铝导电浆料主要由以下按质量百分比计的原料制成：铝粉68～80％、玻璃粉1～6％、有机粘合剂16～25％和助剂1～3％；所述助剂的组成按质量百分比计包括60％的润湿分散剂和40％的扩散泵油；所述铝导电浆料的精细度≤15μm，粘度为20～40Pa·s。

作为优选，所述铝粉的纯度大于99.9％，所述铝粉的平均激光粒径为1.0～10μm，所述铝粉的表面覆有氧化铝膜，所述氧化铝膜为雾化法生产的球形铝粉，所述氧化铝膜的厚度为2.0～10.0nm。

进一步优选的是，所述铝粉的平均激光粒径为6.0～8.0μm，松装密度为0.60～0.85g/cc，比表面积为0.70～1.00m²/g。一般情况下，选用的铝粉纯度低于99.9％会在电池片背面引入杂质，增加载流子复合速率，从而降低电池的电流和开路电压；选用纯度高于99.9％的铝粉有助于背场P+层的形成。铝粉表层容易氧化，但若氧化层的厚度超过10nm，在浆料烧结过程中，会对硅铝合金的形成造成障碍，阻碍P+层的形成。

作为优选，所述玻璃粉的组成按质量百分比计如下：SiO₂ 1～10％、ZnO 10～30％、B₂O₃ 10～40％、Bi₂O₃ 30～50％、Al₂O₃ 5～10％及V₂O₅ 1～7％。其中B₂O₃、Bi₂O₃、SiO₂是形成玻璃的主体材料，能形成稳定均质的玻璃体。ZnO、Al₂O₃可控制玻璃软化点及浆料烧结后硅片翘曲度，降低玻璃膨胀系数，使浆料烧结后达到合适的翘曲度。V₂O₅用来控制玻璃的流动性，使在浆料烧结中有适当的流动状态。B₂O₃起到熔剂的作用，能降低玻璃的熔融温度，并且在高温下降低玻璃粘度，其含量低于10％起不到有效的助熔作用，高于60％玻璃强度迅速弱化；SiO₂在玻璃中起到架桥作用，与氧化物一起形成玻璃网络，有助于提高玻璃的稳定性并提高强度，其含量高于30％玻璃的熔点会增加，不利于背场层的形成；B₂O₃作用于SiO₂类似，另外B₂O₃能降低玻璃熔点，调整浆料的烧结温度以及热膨胀系数，硼含量低于10％体系熔点高，硼含量高于30％体系热膨胀系数大，增加铝浆的翘曲度。

作为优选，所述有机粘合剂的组成按质量百分比计如下：乙基纤维素1～10％、酚醛树脂或酚醛环氧树脂1～10％、松香0.5～2％、松油醇20～50％、苯甲醇10～30％、硬脂酸正丁酯5～20％及丁基卡必醇20～40％。乙基纤维素是粘合剂的主体成份；松香可防止铝浆在烘干中氧化程度增加，并且在浆料中起到防沉作用；松油醇、丁基卡必醇、苯甲醇是溶剂的主体成份，三者混合用于调整溶剂烘干时的挥发速率，使浆料达到合适的流动性及触变性，从而达到理想的印刷效果。硬脂酸正丁酯可增加浆料的润滑性及分散性，达到更好的印刷效果，酚醛树脂或酚醛环氧树脂能使烘干后铝膜层更加致密，使其具有更好的附着力。

所述的铝导电浆料印刷于晶硅太阳能电池片的背面，经过红外快烧工艺(硅片表面实际峰值温度780～810℃，1～2秒)，铝和基体硅发生铝硅合金反应，实现欧姆接触从而形成背场，确保电池片的高转化效率，铝导电浆料烧结膜与基材料附着力好、不起铝珠、铝疱、耐水性好、不影响组件的生产，保证了电池片的可靠性。

一种所述晶硅太阳能电池背场钝化铝导电浆料的制备方法，所述的制备方法包括无机粘结相玻璃粉的制备、有机粘合剂的制备；根据所述的原料配比，将铝粉、玻璃粉和有机粘合剂、助剂放入真空搅拌机中搅拌，再经三辊轧机分散，控制刮板精细度≤15μm，使混合物形成均匀具有持续流变特性的浆料，得到铝导电浆料；所述铝导电浆料的精细度≤15μm，粘度为20～40Pa·s。上述各原料在真空搅拌机中搅拌，目的是促进有机载体对粉体的浸润，同时使粉体在载体中充分分散，降低粉体在三辊研磨机上分散的难度。刮板精细度反应的是浆料中颗粒的聚集程度，控制在15μm以下，使浆料充分分散，若粒度大于15μm就会出现均匀性不够，印刷时堵网的现象。粘度控制在20～40Pa·s有助于获得良好的印刷效果，粘度高于40Pa·s，浆料的印刷重量过大，浆料粘板影响印刷；粘度低于20Pa·s浆料的粘度过低，印刷重量偏轻、漏浆，会影响电池的开路电压。

作为优选，所述玻璃粉的制备方法如下：玻璃粉的组成按质量百分比计如下：SiO₂ 1～10％、ZnO 10～30％、B₂O₃ 10～40％、Bi₂O₃ 30～50％、Al₂O₃ 5～10％及V₂O₅ 1～7％。将上述氧化物按质量百分比称重，均匀混合于坩埚中，在马弗炉内熔制，升温至600℃，保温0.5小时，继续升温至1200℃，熔炼1～2小时；将均匀熔化的玻璃水淬后，加入至聚氨酯罐内，以纯水作为介质，6mm氧化锆球为球磨球进行球磨；其中氧化锆球：玻璃：纯水的质量比为3:1:1；填充量为球磨罐总体积的1/3～2/3，球磨时间为24小时，罐速为100～150/分，得到平均粒径≤10.0μm的无机玻璃粉。

作为优选，所述有机粘合剂的制备方法如下：有机粘合剂的组成按质量百分比计如下：乙基纤维素1～10％、酚醛树脂或酚醛环氧树脂1～10％、松香0.5～2％、松油醇20～50％、苯甲醇10～30％、硬脂酸正丁酯5～20％及丁基卡必醇20～40％。将上述组份按质量百分比称好并放入容器内，混合均匀并加热至80℃～160℃，搅拌下加入固体乙基纤维素和松香粉末，继续搅拌至固体粉末完全溶解，形成的透明均一溶液即为有机粘合剂。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过对导电浆料组分和制备工艺的优化，提供了一种性能优良，且更适用于晶硅太阳能电池背场使用的钝化铝导电浆料。烧成后的铝膜层与硅基体具有良好地附着力和耐水性，且无铝珠、铝疱，烧成的电池片弯曲小，转化效率更高。具体体现为以下几点：

(1)玻璃粉为铝导电浆料的无机粘结相，在优化比例范围内的玻璃可在烧结过程中使铝充分熔化，浸润硅表面，使铝背场均匀稳定，从而有效降低硅片表面复合速率，同时烧结后使背场附着力牢固；

(2)铝粉是铝导电浆料的重要功能相，本发明使用球形雾化铝粉满足电性能要求，除可获得理想的背场效果外，还具有基片变形小，不起铝珠、铝疱，背场均匀光滑，外观良好等优点；

(3)有机粘合剂中不同溶剂的组合，使烘干过程中铝粉氧化程度降低，铝导电浆料与基材侵润好，沉降速率慢，印刷性能良好；

(4)助剂可抑制铝粉过早氧化，使铝膜层平整、光滑，致密性更佳。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。

实施例1～5：

一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，所述铝导电浆料是由如下表1所示的原料混合而成(按质量百分比计)。

表1.实施例1～5中铝导电浆料的组成明细

实施例	1	2	3	4	5
						铝粉	68	75	71	80	78
玻璃粉	6	4	3	1	2
						有机粘合剂	25	19	24.5	16	17.5
助剂	1	2	2.5	3	2.5

所述晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料的制备方法如下：将原料铝粉、硅铝合金粉、玻璃粉和有机粘合剂按上表1中的配比放入真空搅拌机中，持续搅拌2小时左右，形成均匀混合物，再经三辊轧机分散，研磨成均质浆料，刮板精细度≤15μm，最后得到具有持续流变特性的，精细度≤15μm，粘度为20～40Pa·s的铝导电浆料。

在上述导电浆料的制备方法中，铝粉为市售氮气保护法生产的雾化铝粉，铝粉为氮化铝钝化球形铝粉，铝粉的平均粒径6.0～8.0μm(激光粒径)，松装密度为0.60～0.85g/cc，比表面积为0.70～1.00m²/g。

在上述导电浆料的制备方法中，玻璃粉为无铅玻璃，其无机成分以及各组分的配比见表2。将原料按表2中的配比称重，均匀混合后放入瓷坩埚中，在马弗炉内1200℃熔炼1小时；将均匀熔化的玻璃水淬后加入聚氨酯罐内，以纯水作为介质，6mm氧化锆球为球磨球，其中氧化锆球：玻璃：纯水的质量比为3:1:1；填充量为球磨罐总体积的1/3～2/3，球磨时间为24小时，罐速为100～150/分，得到平均粒径≤10.0μm的无机玻璃粉，该玻璃粉作为铝导电浆料的无机粘合剂。

表2.实施例1～5中玻璃粉的组成明细

实施例	1	2	3	4	5
						SiO₂	10	5	1	6	2
ZnO	22	18	30	20	13
						B₂O₃	25	15	10	35	40
Bi₂O₃	33	47	48	30	32
						Al₂O₃	5	8	10	6	9
V₂O₅	5	7	1	3	4

在上述导电浆料的制备方法中，有机粘合剂按如表3的组分和重量配比，将松油醇、丁基卡必醇和磷酸三丁酯按质量百分比称好并放入不锈钢容器内，混合均匀并加热至80℃～160℃，搅拌下加入固体乙基纤维素和松香粉末，搅拌1～2小时，此时固体粉末完全溶解，并形成完全透明的均匀溶液，作为铝导电浆料的有机粘合剂。

表3.实施例1～5中有机粘合剂的组成明细

实施例	1	2	3	4	5
						乙基纤维素	5.5	5	1	8	6
酚醛树脂	6	2	10	9	5
						松香	1.5	1.2	0.8	0.5	2
松油醇	45	50	40	20.5	27
						苯甲醇	11	11.8	10	15	30
硬脂酸正丁酯	9	5	14.2	20	10
						丁基卡必醇	22	25	24	27	20

实施例1～5得到的铝导电浆料性能见表4，并且与常规铝浆的使用结果做了比较。

表4.实施例1～5铝导电浆料与常规铝浆的性能测试结果

粘度测试条件：VT-04E 60rpm 2#spindle 25℃。

用游标卡尺测弯曲1.0-1.5mm，外观光滑，无铝珠、铝疱，用EVA粘结铝膜无剥离现象。

由表4可以看出，以上1～5实施例数据结果都能满足现有市场要求，其中以实施例1数据最高。

实施例1～5均有相对较好的印刷能力，粘度控制在30Pa·s左右；经780℃烧结后，铝层表面光滑无疱，附着力达到25N以上，翘曲小。

本实施例1～5的背场钝化铝导电浆料用于印刷在晶硅太阳能电池片的背面，经过红外快烧工艺(硅片表面实际峰值温度780℃～810℃，1～2秒)，铝和基体硅发生铝硅合金反应，实现欧姆接触并形成背场，确保电池片的高转化效率，铝导电浆料烧结膜与基材料附着力好、不起铝珠、铝疱、耐水性好、不影响组件的生产且保证了电池片的可靠性。

以上所述的实施例只是本发明的一种或几种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，其特征在于：所述铝导电浆料的组分包括铝粉、无机粘结相、有机粘合剂和助剂，所述的无机粘结相为玻璃粉；所述铝导电浆料各组分的含量以质量百分比计为：铝粉68～80％、玻璃粉1～6％、有机粘合剂16～25％和助剂1～3％；所述助剂的组成按质量百分比计包括60％的润湿分散剂和40％的扩散泵油；所述铝导电浆料的精细度≤15μm，粘度为20～40Pa·s。

2.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，其特征在于：所述铝粉的纯度大于99.9％，所述铝粉的平均激光粒径为1.0～10μm，所述铝粉的表面覆有氧化铝膜，所述氧化铝膜为雾化法生产的球形铝粉，所述氧化铝膜的厚度为2.0～10.0nm。

3.根据权利要求2所述的一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，其特征在于：所述铝粉的平均激光粒径为6.0～8.0μm，松装密度为0.60～0.85g/cc，比表面积为0.70～1.00m²/g。

4.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，其特征在于：所述玻璃粉的组成按质量百分比计如下：SiO₂ 1～10％、ZnO 10～30％、B₂O₃ 10～40％、Bi₂O₃ 30～50％、Al₂O₃ 5～10％及V₂O₅ 1～7％。

5.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，其特征在于：所述有机粘合剂的组成按质量百分比计如下：乙基纤维素1～10％、酚醛树脂或酚醛环氧树脂1～10％、松香0.5～2％、松油醇20～50％、苯甲醇10～30％、硬脂酸正丁酯5～20％及丁基卡必醇20～40％。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料，其特征在于：所述的铝导电浆料印刷于晶硅太阳能电池片的背面，经过红外快烧工艺，铝和基体硅发生铝硅合金反应，实现欧姆接触从而形成背场。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括无机粘结相玻璃粉的制备、有机粘合剂的制备；根据所述的原料配比，将铝粉、玻璃粉和有机粘合剂、助剂放入真空搅拌机中搅拌，再经三辊轧机分散，控制刮板精细度≤15μm，使混合物形成均匀具有持续流变特性的浆料，得到铝导电浆料；所述铝导电浆料的精细度≤15μm，粘度为20～40Pa·s。

8.根据权利要求7所述的晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料的制备方法，其特征在于：所述玻璃粉的制备方法如下：将氧化物按比例混合，放入坩埚中，在马弗炉内熔制，升温至600℃，保温0.5小时，继续升温至1200℃，熔炼2小时，将熔化的玻璃水淬，并用球磨使玻璃粉平均粒径≤10μm。

9.根据权利要求7所述的晶硅太阳能电池高附着力背场铝导电浆料的制备方法，其特征在于：所述有机粘合剂的制备方法如下：将所述的酚醛树脂或酚醛环氧树脂、松油醇、苯甲醇、硬脂酸正丁酯和丁基卡必醇按质量百分比称好并放入容器内，混合均匀并加热至80℃～160℃，搅拌下加入固体乙基纤维素和松香粉末，继续搅拌至固体粉末完全溶解，形成的透明均一溶液即为有机粘合剂。