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CN108417290A - 一种太阳能电池铝浆及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能电池铝浆及其制备方法 Download PDF

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王茂
陈志鹏
舒华富
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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池铝浆，所述铝浆的组成按照质量百分数计算包括：铝粉70～80％，有机粘结剂15～25％，玻璃浆2～5％，添加剂0.1～3％，其中各铝浆原料质量百分含量之和为100％。通过改进玻璃浆的制作方式改善了玻璃粉在浆料中的分散情况，充分发挥玻璃粉作用，促进铝粉烧结，使烧结后的铝膜层致密均匀，光滑，无铝珠、铝苞，耐水煮性能好；控制铝硅合金化反应，增强背场效应提高转换效率。

Description

一种太阳能电池铝浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池铝浆领域，具体涉及一种太阳能电池铝浆及其制备方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池是一种将光能直接转换成电能的半导体器件。P型硅太阳能电池，通常需要在硅基体背面印刷铝导电浆料，然后经烘干、烧结工艺，使铝原子扩散进硅体当中，形成p-p+结，该铝背场的存在能够减少电子和空穴在界面的复合速率，增加载流子的寿命，增加红光效应，从而起到提升电池开路电压和短路电流的作用。在形成铝背场时，铝还能与硅形成硅铝合金，这种硅铝合金层能够起到吸杂的作用，即吸除硅晶格当中的杂质，从而起到提升并联电阻和填充因子，最终起到提高光电转换效率的作用。故而铝浆的性能对于提高太阳能电池光电特性是十分重要的。
太阳能电池的导电铝浆由铝粉、玻璃粉、有机粘结剂和添加剂等组分按一定的配比制备而成。玻璃粉在烧结过程中一定程度溶解铝粉表面的氧化膜，促进烧结，阻止铝粉在烧结过程中的聚集，避免不均匀背场(P+)层的形成；同时也决定了烧结膜的主要物理化学特性。
现有技术中，提高铝浆电性能主要从促进铝粉烧结完全烧结进行改善，因玻璃粉的独特性质，配制浆料会有分散过程，分散不均匀，局部团聚等问题无法避免，造成产品出现铝包、黑斑、BSF层不均匀，影响电性能。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种太阳能电池铝浆，该铝浆中组成玻璃浆的玻璃粉均匀分散在有机载体中，最终均匀分部铝浆体系中，促进铝粉烧结完全，提高效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种高导电性的太阳能电池铝浆，所述铝浆的组成按照质量百分数计算包括：
铝粉……70～80％，
有机粘结剂……15～25％，
玻璃浆……2～5％，
添加剂……0.1～3％，
其中各铝浆原料质量百分含量之和为100％。
作为优化，所述铝粉为球形或类球形，其平均粒径为1～8μm，纯度大于99.8％。
作为优化，所述添加剂是市场上销售的分散剂或者流平剂，具有润湿性能，减少研磨过程所需时间使浆料分散稳定，同时降低体系粘度改善浆料流动性。
作为优化，所述有机粘结剂的组成按照质量百分数计算包括：10～20％高分子聚合物和80～90％有机溶剂；所述高分子聚合物为乙基纤维素和酚醛树脂，高分子聚合物为低烧蚀残留，粘弹性模量大的聚合物；所述有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丁基卡必醇醋酸酯中的至少两种混合而成。
作为优化，所述玻璃浆是由20％～50％玻璃粉和50～80％有机粘合剂组成。
作为优化，所述玻璃粉的组成按质量百分数计算包括：Bi2O3 20～50％，B2O3 5～15％，SiO2 10～30％，ZnO 5～10％，Sb2O3 1～15％，ZrO2 0～3％，V2O5 1～8％，Al2O3 0.5～5％，BaO 0.1～2％，SrO 0～1％，La2O3 0～1％，所述玻璃粉的粒径D50为0.5～6μm。玻璃粉的组成选用稀土氧化物Bi2O3、Sb2O3、ZrO2、SrO、La2O3中的一种或几种。
一种太阳能电池铝浆的制备方法
(1)称取20～50％玻璃粉、50％～80％有机粘合剂，采用分散机在300～500rpm的转速下分散10～30min；
(2)在三辊研磨机10～15遍，三辊研磨机的剪切力比较强，研磨后玻璃粉分散比较均匀即得到所用玻璃浆；
(3)按铝浆质量百分数计算，称取0.1～3％添加剂、15～25％有机粘结剂、2～5％玻璃浆、70～80％铝粉、采用分散机在300～800rpm转速下，分散30～50min，然后在三辊研磨机上研磨15～20遍，控制粒径不大于15μm，即得到高导电性的太阳能电池铝浆。
本发明所述玻璃粉的制备过程中，玻璃粉的熔点控制在500～600℃。
本发明采用上述组份配比，在浆料中对玻璃粉组成和添加工艺进行了改进和优化，从而使得晶体硅太阳能电池背场烧结铝粉烧结完全，形成均匀且厚的BSF层，提高电性能。
本发明的优点和有益效果在于：本发明主要针对太阳能电池，研发了一种快速丝网印刷至晶体硅上的铝浆，通过高温烧结，形成均匀且厚的BSF层，提高掺杂浓度，均匀的合金层有效降低串阻、致密的铝层提高电流，最终提高光电转换效率，本发明的铝浆市场前景广阔。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种太阳能电池铝浆包括以下部分：
有机粘结剂的制备：按质量份称取高分子聚合物树脂乙基纤维素和酚醛树脂混合物10％和有机溶剂90％混合后在分散机上100r/min，电加热升温到120℃，分散50～70min，分散溶解，得到透明、均一的有机粘合剂；
玻璃粉的制备：按质量份称取Bi2O3 46.5％，B2O3 15％，SiO2 13％，ZnO 7％，Sb2O310％，ZrO2 1.5％，V2O5 3％，Al2O3 3％，BaO 0.5％，La2O3 0.5％；
用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于1000～1100℃，保温时间为60min，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5h，经筛取得到粒径在0.5～6μm的玻璃粘结剂；
玻璃浆的制备：按质量份称取20％玻璃粉、80％有机粘合剂混合，采用分散机在300～500rpm转速下分散10～30min，得到玻璃浆半成品，在三辊研磨机10遍，得到玻璃浆；
制备电池铝浆：按质量份称取铝粉75％，玻璃浆5％，有机粘结剂19.5％，添加剂0.5％；
采用分散机在600rpm转速下，分散50min，然后在三辊研磨机上研磨15～20遍，控制粒径不大于15μm，得到铝浆。
采用上述制备的样品铝浆，通过280目丝网印刷在规格156mm×156mm的多晶硅片上形成背场，进烧结炉烧结，峰值温度790℃。烧结后测试其性能数据为：转化效率为18.49％、外观光滑无包、水煮水煮85℃保持10min不起泡。
实施例2
一种太阳能电池铝浆包括以下部分：
有机粘结剂的制备：按质量份称取高分子聚合物树脂乙基纤维素和酚醛树脂10％和有机溶剂90％混合后大分散机上100r/min，电加热升温到120℃，分散50～70min，分散溶解，得到透明、均一的有机粘合剂；
玻璃粉的制备：按质量份称取Bi2O3 46.5％，B2O3 15％，SiO2 13％，ZnO 7％，Sb2O310％，ZrO2 1.5％，V2O5 3％，Al2O3 3％，BaO 0.5％，La2O3 0.5％；
用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于1000～1100℃，保温时间为60min，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5h，经筛取得到粒径在0.5～6μm的玻璃粘结剂；
玻璃浆的制备：按质量份称取50％玻璃粉、50％有机粘合剂混合，采用分散机在300～500rpm转速下分散10～30min，得到玻璃浆半成品，在三辊研磨机10遍，得到所用玻璃浆；
制备电池铝浆：按质量份称取铝粉75％，玻璃浆2％，有机粘结剂22.5％，添加剂0.5％；
采用分散机在600rpm转速下，分散50min，然后在三辊研磨机上研磨15～20遍，控制粒径不大于15μm，得到所用铝浆；
相关制备步骤同实施例1；
测试其性数据为：转化效率为18.46％、外观光滑无包、水煮85℃保持10min几乎不起泡。
对照例1
一种太阳能电池铝浆包括以下部分：
有机粘结剂的制备：按质量份称取高分子聚合物树脂乙基纤维素和酚醛树脂10％和有机溶剂90％混合后大分散机上100r/min，电加热升温到120℃，分散50～70min，分散溶解，得到透明、均一的有机粘合剂；
玻璃粉的制备：按质量份称取Bi2O3 46.5％，B2O3 15％，SiO2 13％，ZnO 7％，Sb2O310％，ZrO2 1.5％，V2O5 3％，Al2O3 3％，BaO 0.5％，SrO 0.5％，
用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于1000～1100℃，保温时间为60min，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5h，经筛取得到粒径在0.5～6μm的玻璃粘结剂；
制备电池铝浆：按质量份称取铝粉75％，玻璃粉1％，有机粘结剂23.5％，添加剂0.5％
采用分散机在600rpm转速下，分散50min，然后在三辊研磨机上研磨15遍，控制粒径不大于15μm，得到铝浆。
相关制备步骤同实施例1。
测试其性数据为：转化效率为18.40％、外观光滑、轻微铝包、水煮85℃保持10min少量气泡。
按照上述实施例生产出来的硅太阳能电池用背面铝浆，在提高电性能和改善外观及水煮性能之间寻找了平衡点。与传统直接添加玻璃粉工艺对比，通过将玻璃粉制成玻璃浆方式改善了玻璃粉在浆料中的均匀分散情况，充分发挥玻璃粉作用，促进铝粉烧结，使烧结后的铝膜层致密均匀，光滑，无铝珠、铝苞，耐水煮性能好；控制铝硅合金化反应，增强背场效应提高转换效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳能电池铝浆，其特征在于：所述铝浆的组成按质量百分数计算包括：铝粉70～80％、有机粘结剂15～25％、玻璃浆2～5％，添加剂0.1～3％，其中各铝浆原料质量百分含量之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池铝浆，其特征在于：所述铝粉为球形或类球形，所述铝粉的平均粒径为1～8μm，所述铝粉纯度大于99.8％。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池铝浆，其特征在于：所述有机粘结剂的组成按质量百分数计算包括：10～20％高分子聚合物和80～90％有机溶剂；所述有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丁基卡必醇醋酸酯中的至少两种混合而成；所述高分子聚合物为乙基纤维素和酚醛树脂。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池铝浆，其特征在于：所述玻璃浆是由20％～50％玻璃粉和50～80％有机粘合剂组成。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能电池铝浆，其特征在于：所述玻璃粉的组成按质量被分数计算包括：Bi2O3 20～50％，B2O3 5～15％，SiO2 10～30％，ZnO 5～10％，Sb2O3 1～15％，ZrO2 0～3％，V2O51～8％，Al2O3 0.5～5％，BaO 0.1～2％，SrO 0～1％，La2O3 0～1％，所述玻璃粉的粒径D50为0.5～6μm。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池铝浆，其特征在于：所述添加剂是市售的分散机和/或流平剂。
7.一种如权利要求1所述一种太阳能电池铝浆制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
⑴称取20％～50％玻璃粉、50％～80％有机粘合剂，采用分散机在300～500rpm转速下分散10～30min；
(2)在三辊研磨机10～15遍，得到所用玻璃浆；
(3)称取占原料总质量的0.1～3％添加剂、15～25％有机粘结剂、2～5％玻璃浆、70～80％铝粉、采用分散机在300～800rpm转速下，分散30～50min，然后在三辊研磨机上研磨15～20遍，控制粒径不大于15μm，即得到太阳能电池铝浆。
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