CN106098146A - 高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆及在perc电池中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆及其在PERC电池中的应用，所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉70‑85份，有机载体1‑30份，无机粘结剂0.1‑10份，辅助导电添加剂0.1‑1份。该铝浆主要用于钝化发射极和背面点或线接触硅太阳电池的背场电极的制造中，其中所述PERC铝浆印刷在开点或开线硅片的钝化层上，烘干并烧结。本发明浆料对钝化膜几乎无损伤、BSF层均匀且致密、局域填充程度高，本发明产品应用于晶体硅开线钝化太阳能电池片上的量产平均转换效率≥20.7%。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆及在PERC电池中的应用。
背景技术
目前，降低晶体硅成本，是竞争日益激烈的光伏产业追求的目标之一，降低硅原料成本，一般需要向更薄的硅片发展，采用更薄的硅片是以后晶体硅太阳能电池产业发展的趋势之一。
少数载流子的扩散长度大于硅片的厚度时，电池片上下表面的复合速率对效率的影响显得更加重要。改善表面钝化的质量、降低表面复合速率已经成为提高电池效率的主要手段之一。铝背场能够有效降低电池背表面复合速率，提高转换效率，是商品化晶体硅太阳电池普遍采用的主要背表面钝化结构。
背钝化电池相较于普通电池，它的表面钝化膜可以降低载流子复合，提高转化效率；还可以改善接触，降低接触电阻，增加并联电阻；同时，它还具有减反射作用。
在电池背表面形成了一层钝化层后，为了使得印刷上去的背场铝浆和太阳电池的衬底有个良好的欧姆接触、收集电流，就出现了以下的制备工艺：①激光开孔法，美国杜邦公司已经推出了几款应用于这一技术的浆料，杜邦™Solamet® PV36x系列新型铝浆应用于背面钝化(Rear-side Passivation)晶体硅光伏电池技术，成功达到20.3%电池转换效率，更高的转换效率即代表电池能输出更多电力。但是这一技术所产生的不足在于需要添加一整套的设备，同时工艺复杂，产生的成本高。②化学腐蚀法，主要是在复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层，然后采用化学腐蚀液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域，德国莫克公司也有相应的腐蚀试剂，但是化学腐蚀的不足在于会产生污染。
采用丝网印刷的方法制备条形状局域接触和背面点接触发现，在正常的烧结状态下，铝浆很难穿透氮化硅薄膜，形成的铝浆合金很差，欧姆接触很差，会导致漏电流增加，由于氮化硅膜所含正电荷密度很大，形成的反型层也会降低段独电流和填充因子，对这种结构电池扫描其串联并联电阻发现，和标准的值相差很大，利用腐蚀浆的方法制备背点接触，在电性能参数上有少许提高。这些研究成果对太阳能电池的生产工艺具有显著的指导作用。
专利号为[CN102667961A]中公开了一种可用于形成PERC硅太阳能电池的铝背面电极的铝浆及其形成方法，它用于生产具有改善电效率的PERC硅太阳能电池，焙烧后的铝浆与背面穿孔钝化层粘附良好，并因此使通过该发明的铝浆生产的PERC硅太阳能电池具有更长的耐久性或使用寿命。但还会有少量的铝-硅合金在焙烧过程中通过硅片背面钝化层中的穿孔而逸出，而且该铝浆是印刷在背面具有穿孔的介电钝化层上的。
中国专利[CN101720512B]公开了一种局部背场背接触的方法，是利用丝网印刷的局部背场形成高质量背接触，涉及提供背表面钝化和光学限制特性的背接触或后接触的形成。但依然讲述在背表面钝化后，利用化学或激光开孔，然后印刷铝浆，烧结后得到背点接触。
中国专利[CN101540350B]公开了一种晶体硅太阳电池的制备方法，是一种背面点接触晶体硅太阳电池的制备工艺，在硅片背面热氧化二氧化硅和镀氮化硅形成复合钝化膜，并在该复合钝化膜上采用硅浆料丝网印刷具有点接触图案的硅浆层，然后采用化学腐蚀液腐蚀掉复合钝化膜中未被硅浆层覆盖的区域，再在硅片背面丝网印刷铝浆层，通过烧结使铝浆层与硅浆层的接触面形成硅铝合金层，最后通过烧结使铝浆层与硅片背面的硅基底形成局域欧姆接触和局域铝背场。采用该制备工艺降低了制备成本，更容易实现工业化大批量生产，制得的背面点接触电极晶体晶体硅太阳电池，可以形成良好的背面欧姆接触和局域铝背场，一定程度上降低了点接触引起的电池串联电阻增大的问题，保持了良好的背面钝化效果和光学背发射性能。
中国专利[CN202585431U]公开了一种具有背钝化的光学电池结构，涉及一种具有背钝化的光伏电池结构，在太阳电池的背面覆盖背钝化膜，在背钝化膜上开槽，开槽线相互正交，在背钝化膜上构成网格线，铝浆覆盖住背钝化膜上的开槽，同时不覆盖整个背部区域，铝浆烧结形成局部铝背电场结构。它的有益效果是①降低了电池的串阻，提高填充因子，提高了电池的转换效率；②改善了电池的翘曲度，得到电池更加平整。
综合国内外客户对背钝化的光伏电池结构的性能要求包括：①少子寿命高；②转化效率高；③接触电阻低、并联电阻高；④减反射性好。而针对上述要求，未见相关专利报道。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆及在PERC电池中的应用，该铝浆的主要特点在于印刷性好、对钝化膜损伤较小、能在局域接触处形成良好的欧姆接触，减小漏电流。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆，所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉70-85份，有机载体1-30份，无机粘结剂0.1-10份，辅助导电添加剂0.1-1份。
作为优化：所述的铝粉包含至少一种或多种合金粉，所述的合金粉为以下合金粉中的一种或多种：铝锌合金粉、铝镁合金粉、铝硅合金粉、银铝合金粉，所述合金粉的添加量为铝粉含量的1-30%，铝粉粒度为：1-11um。
作为优化：所述的有机载体由高分子聚合物和有机溶剂混合形成，所述高分子聚合物所占比例为1-30%，所述的高分子聚合物为二甲苯树脂、醋丙纤维素、醋丁纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素中的一种或多种；所述的有机溶剂为松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯中的一种或多种。
作为优化：所述的无机粘结剂由下列组份按照重量份数组成：Bi2O3：10-20份、B2O3：15-25份、SiO2：2-4份、PbO：20-70份、ZnO：1-15份，经处理得到粒径D50在0.8-3微米的无机粘结剂。
作为优化：所述的辅助导电添加剂为石墨烯、铜粉、锌粉中的一种或多种。
一种根据所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆在PERC电池中的应用，包括以下步骤：
（1）提供钝化片，所述钝化片在其背面具有宽度约30-60um，深度约5-20um开线的介质钝化层；
（2）在所述介质钝化层上，施加背场铝浆，通过400目丝网印刷在规格156mm×156mm的单晶硅片的背钝化面上形成背场电极膜；
（3）进烘箱250℃烘干所述铝浆；烘干以后铝电极膜层无脱落，烧结过程达到700-800℃峰值温度，以在所述介质钝化层开线处形成局部BSF层。
有益效果：本发明为一种具有流动性好、对钝化膜破坏小、BSF层均匀且致密、局域填充程度高的高效晶体硅太阳能电池局域接触背场铝浆，本发明产品应用于晶体硅开线钝化太阳能电池片上的量产平均转换效率≥20.7%，专门用于PERC硅太阳能电池背场局域接触用铝浆及其制备方法。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
具体实施例一：
一种高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆，所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉70份，有机载体1份，无机粘结剂0.1份，辅助导电添加剂0.1份。
所述的铝粉包含至少一种或多种合金粉，所述的合金粉为以下合金粉中的一种或多种：铝锌合金粉、铝镁合金粉、铝硅合金粉、银铝合金粉，所述合金粉的添加量为铝粉含量的1%，铝粉粒度为：1um。
所述的有机载体由高分子聚合物和有机溶剂混合形成，所述高分子聚合物所占比例为1%，所述的高分子聚合物为二甲苯树脂、醋丙纤维素、醋丁纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素中的一种或多种；所述的有机溶剂为松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯中的一种或多种。
所述的无机粘结剂由下列组份按照重量份数组成：Bi2O3：10份、B2O3：15份、SiO2：2份、PbO：20份、ZnO：1份，经处理得到粒径D50在0.8微米的无机粘结剂。
所述的辅助导电添加剂为石墨烯、铜粉、锌粉中的一种或多种。
一种根据所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆在PERC电池中的应用，包括以下步骤：
（1）提供钝化片，所述钝化片在其背面具有宽度约30um，深度约5um开线的介质钝化层；
（2）在所述介质钝化层上，施加背场铝浆，通过400目丝网印刷在规格156mm×156mm的单晶硅片的背钝化面上形成背场电极膜；
（3）进烘箱250℃烘干所述铝浆；烘干以后铝电极膜层无脱落，烧结过程达到700℃峰值温度，以在所述介质钝化层开线处形成局部BSF层。
具体实施例二：
一种高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆，所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉85份，有机载体30份，无机粘结剂10份，辅助导电添加剂1份。
所述的铝粉包含至少一种或多种合金粉，所述的合金粉为以下合金粉中的一种或多种：铝锌合金粉、铝镁合金粉、铝硅合金粉、银铝合金粉，所述合金粉的添加量为铝粉含量的30%，铝粉粒度为：11um。
所述的有机载体由高分子聚合物和有机溶剂混合形成，所述高分子聚合物所占比例为30%，所述的高分子聚合物为二甲苯树脂、醋丙纤维素、醋丁纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素中的一种或多种；所述的有机溶剂为松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯中的一种或多种。
所述的无机粘结剂由下列组份按照重量份数组成：Bi2O3：20份、B2O3：25份、SiO2：4份、PbO：70份、ZnO：15份，经处理得到粒径D50在3微米的无机粘结剂。
所述的辅助导电添加剂为石墨烯、铜粉、锌粉中的一种或多种。
一种根据所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆在PERC电池中的应用，包括以下步骤：
（1）提供钝化片，所述钝化片在其背面具有宽度约60um，深度约20um开线的介质钝化层；
（2）在所述介质钝化层上，施加背场铝浆，通过400目丝网印刷在规格156mm×156mm的单晶硅片的背钝化面上形成背场电极膜；
（3）进烘箱250℃烘干所述铝浆；烘干以后铝电极膜层无脱落，烧结过程达到800℃峰值温度，以在所述介质钝化层开线处形成局部BSF层。
具体实施例三：
一种高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆，所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉78份，有机载体22份，无机粘结剂6份，辅助导电添加剂0.4份。
所述的铝粉包含至少一种或多种合金粉，所述的合金粉为以下合金粉中的一种或多种：铝锌合金粉、铝镁合金粉、铝硅合金粉、银铝合金粉，所述合金粉的添加量为铝粉含量的13%，铝粉粒度为：6um。
所述的有机载体由高分子聚合物和有机溶剂混合形成，所述高分子聚合物所占比例为21%，所述的高分子聚合物为二甲苯树脂、醋丙纤维素、醋丁纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素中的一种或多种；所述的有机溶剂为松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯中的一种或多种。
所述的无机粘结剂由下列组份按照重量份数组成：Bi2O3：14份、B2O3：17份、SiO2：3份、PbO：50份、ZnO：9份，经处理得到粒径D50在2微米的无机粘结剂。
所述的辅助导电添加剂为石墨烯、铜粉、锌粉中的一种或多种。
一种根据所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆在PERC电池中的应用，包括以下步骤：
（1）提供钝化片，所述钝化片在其背面具有宽度约50um，深度约16um开线的介质钝化层；
（2）在所述介质钝化层上，施加背场铝浆，通过400目丝网印刷在规格156mm×156mm的单晶硅片的背钝化面上形成背场电极膜；
（3）进烘箱250℃烘干所述铝浆；烘干以后铝电极膜层无脱落，烧结过程达到730℃峰值温度，以在所述介质钝化层开线处形成局部BSF层。
本发明为一种具有流动性好、对钝化膜破坏小、BSF层均匀且致密、局域填充程度高的高效晶体硅太阳能电池局域接触背场铝浆，本发明产品应用于晶体硅开线钝化太阳能电池片上的量产平均转换效率≥20.7%，专门用于PERC硅太阳能电池背场局域接触用铝浆及其制备方法。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆，其特征在于：所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉70-85份，有机载体1-30份，无机粘结剂0.1-10份，辅助导电添加剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆，其特征在于：所述的铝粉包含至少一种或多种合金粉，所述的合金粉为以下合金粉中的一种或多种：铝锌合金粉、铝镁合金粉、铝硅合金粉、银铝合金粉，所述合金粉的添加量为铝粉含量的1-30%，铝粉粒度为：1-11um。
3.根据权利要求1所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆，其特征在于：所述的有机载体由高分子聚合物和有机溶剂混合形成，所述高分子聚合物所占比例为1-30%，所述的高分子聚合物为二甲苯树脂、醋丙纤维素、醋丁纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素中的一种或多种；所述的有机溶剂为松油醇、醇酯十二、丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆，其特征在于：所述的无机粘结剂由下列组份按照重量份数组成：Bi2O3：10-20份、B2O3：15-25份、SiO2：2-4份、PbO：20-70份、ZnO：1-15份，经处理得到粒径D50在0.8-3微米的无机粘结剂。
5.根据权利要求1所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆，其特征在于：所述的辅助导电添加剂为石墨烯、铜粉、锌粉中的一种或多种。
6.一种根据权利要求1所述的高效晶体硅太阳能电池局域背场铝浆在PERC电池中的应用，其特征在于：包括以下步骤：
（1）提供钝化片，所述钝化片在其背面具有宽度约30-60um，深度约5-20um开线的介质钝化层；
（2）在所述介质钝化层上，施加背场铝浆，通过400目丝网印刷在规格156mm×156mm的单晶硅片的背钝化面上形成背场电极膜；
（3）进烘箱250℃烘干所述铝浆；烘干以后铝电极膜层无脱落，烧结过程达到700-800℃峰值温度，以在所述介质钝化层开线处形成局部BSF层。
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