CN110289121B - 一种用于perc太阳能电池背面的合金铝浆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆，以所述的合金铝浆的重量为100％，所述的合金银浆按照重量百分比包括以下组分制备而成：35～56.5％的铝硅合金粉、17.5～37.5％的铝粉、1～2％的无铅玻璃粉、15～20％的有机溶剂、3～5％的乙基纤维素、0.05～0.1％的触变剂和0.5～1.5％的分散剂，并且将该合金浆料应用于钝化膜开口总面积占太阳能电池面积的0.5～1％的PERC太阳能电池，该合金铝浆用于低开口率PERC太阳能电池，尤其是钝化膜开口总面积占太阳能电池面积的0.5～1％的背面电极，其空隙填充率好，且形成的BSF层完整且均匀，且铝珠减少，水煮性能跟附着性均较好。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池背面铝浆，具体涉及一种用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆。
背景技术
PERC技术，即钝化发射极背面接触，通过在太阳能电池背面形成钝化层，提升转化效率。PERC电池具有工艺简单，成本较低，且与现有电池生产线兼容性高的优点，有望成为未来高效太阳能电池的主流方向。
PERC技术通过在电池的背面上添加一个电介质钝化层来提高转化效率。标准电池结构中更高的效率水平受限于光生电子重组的趋势。PERC电池最大化跨越了P-N结的电势梯度，这使得电子更稳定的流动，减少电子重组，以及更高的效率水平。
PERC电池的特点是：(1)电池的正反两面都沉积钝化膜；(2)背场的铝浆直接覆盖在背面钝化膜上与硅基体形成局部接触。根据PERC电池的结构特点，电池需要双面钝化和背面局部接触，从而大幅度降低表面复合，提高电池转化效率。双面钝化则要求电池两面都需镀介质膜，背面局部接触则需要背面开膜，因此PERC电池的工艺流程为：(1)碱制绒；(2)POCl2扩散；(3)湿法背面刻蚀；(4)双面钝化薄膜；(5)背面介质薄膜开孔；(6)金属化。其中，PERC电池金属化工业仍然可以采用丝网印刷工艺，但由于PERC电池的背面对导电浆料的性能提出了不同于常规电池浆料的要求。
在背面局部金属化阶段，会遇到铝背场空洞问题，即局部金属接触区域未形成铝背场，硅溶解进铝而形成空洞，会造成接触电阻的提高和填充因子的下降。PERC电池对背面铝浆基本要求如下：(1)开膜处填充效果良好；(2)对介质膜的损伤低；(3)形成连续的、均匀的、厚度合适的局部铝背场(LBSF)；(4)具备良好的可靠性，如附着性、耐老化性能等。随着PERC电池的快速发展，市场对PERC电池专用金属导电浆料的需求越来越强烈。
台湾专利TW201827530A提供了一种太阳电池用膏状组成物，本发明提供了一种膏状组成物，具体而言，该太阳电池用膏状组成物，包含玻璃粉末、有机载体及导电性材料，其特征是，(1)所述导电性材料，熔点在660～800℃之间的Al-X合金粉末40质量％以上；(2)所述的Al-X合金粉末的元素X，系选自硅、钡、铋、钙、锗、铟、镧、镍、铅、锑、锶、碲及钇中至少一种，应用该技术制备得到的合金浆料在钝化膜开口总面积占太阳能电池面积的0.5～1％的PERC太阳能电池中的空隙填充率不高，且形成的BSF层不规则。
发明内容
发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种孔隙填充率高、可形成规则的BSF层以及浆料的腐蚀性低的用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆，具体技术方案如下：
技术方案：本发明的目的是提供一种用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆，其技术点在于：以所述合金铝浆的重量为100％，所述合金铝浆按照重量百分比包括以下组分制备而成：
所述铝硅合金粉和铝粉的重量比为1～3:1，所述铝硅合金的中值粒径D50为5～6μm，所述铝硅合金中氧的含量为0.3～0.4wt％，所述铝粉的中值粒径D50为7～8μm，所述铝粉中氧的含量为0.35～0.45wt％。
在本发明的实施例中，所述无铅玻璃粉由玻璃粉A和玻璃粉B混合制备得到，以所述无铅玻璃粉的重量为100％，所述玻璃粉A的重量为60～90％，所述玻璃粉B的重量为10～40％，所述玻璃粉A的中值粒径D50为1～3μm，所述玻璃粉A的软化温度为500～600℃，所述玻璃粉B的中值粒径D50为1.3～1.8μm，所述玻璃粉B的软化温度为400～450℃。
在本发明的实施例中，以所述玻璃粉A的重量为100％，所述玻璃粉A按照重量百分比由0～40％的ZnO、1～40％的B2O3、30～40％的Sb2O3和0～70％的MxNy制备而成，其中元素M为碱金属或者碱土金属，N为O元素或者CO3或者卤族元素中的至少一种，x为1或者2，y为1或者2。
在本发明的实施例中，所述元素M为Ba、Ca、Sr、Na、K、Rb和Cs中至少一种为最佳。
在本发明的实施例中，以所述玻璃粉B的重量为100％，所述玻璃粉B按照重量百分比由10～50％的V2O5、0～30％的ZnO、5～40％B2O3、0～20％的P2O5或者P2(CO3)5、0～20％的WO3或者MoO3、10～40％的RQz制备而成，其中元素R为碱土金属，Q为O元素或者CO3或者卤族元素中的至少一种，z为1或者2。
在本发明的实施例中，所述元素R选自Ba、Ca和Sr中至少一种为最佳。
在本发明的实施例中，所述有机溶剂的沸点为170～250℃。
在本发明的实施例中，所述有机溶剂选自丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯十二、乙二醇丁醚、松油醇和松节油中的一种或者几种。
在本发明的实施例中，所述分散剂为选自TDO、山梨醇酐三油酸酯、BYK-110和BYK-111中的一种或者几种混合。
其中，TDO是一种特殊的双离子长链超强润湿分散剂，适合制备各种水性和油性的有机、无机涂料浆，具有高表面活性，因此具有非凡的性能，在漆膜固化过程中使涂料迁移，牢牢的吸附在固体表面，从而达到理想的效果。
BYK-110通过空间位阻使涂料解絮凝。由于解絮凝的涂料颗粒很小，从而可获得高光泽、增进颜色强度。此外，增加了透明度和遮盖力。这些产品降低粘度，因而改进了流平性，并能提高涂料的含量。
BYK-111为不含溶剂的润湿分散剂，用于溶剂型和无溶剂涂料和印刷油墨，可以稳定无机颜料，特别是二氧化钛。明显降低研磨料粘度。
在上述的所有的实施例中，所述合金铝浆应用于钝化膜开口总面积占太阳能电池面积的0.5～1％的PERC太阳能电池。
有益效果：本发明的具体优势如下：
(1)本发明的一种用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆的配方中还有35～56.5wt％的铝硅合金，该铝硅合金的中值粒径D50为5～6μm，所述铝硅合金中氧的含量为0.3～0.4wt％，所述铝粉的中值粒径D50为7～8μm，所述铝粉中氧的含量为0.35～0.45wt％，该铝硅合金可以提高合金浆料的活性，从而提高合金浆料的空隙填充率。
(2)本发明的一种用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆的配方合理，适用于低开口率PERC太阳能电池，尤其是钝化膜开口总面积占太阳能电池面积的0.5～1％的背面电极，本发明的合金铝浆印刷的空隙填充率好，且形成的BSF层完整且均匀，铝珠减少，水煮性能和附着性均较好。
(3)本发明的一种用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆的配方中采用有机溶剂的沸点为170～250℃，且丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯十二、乙二醇丁醚、松油醇和松节油的浸润性和挥发性均比较好，减少烧结过程中有机载体对硅基板的破坏作用。
(4)本发明的一种用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆的配方中采用两种玻璃粉混合，本发明的两种玻璃粉均不含Pb，完全符合环保的要求，本发明采用复配的玻璃粉，本发明的玻璃粉为弱碱性可以有效减少玻璃粉对硅基板的腐蚀性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1.无铅玻璃粉的制备
玻璃粉A的制备：以玻璃粉A的重量为100％，准备20％的ZnO、20％的B2O3、35％的Sb2O3、5％的BaCl2、10％Na2CO3和10％的Rb2O2，本实施例采用的是BaCl2其他卤族元素的金属化合物通过调节添加比例也同样适用，然后利用分散机或三辊机等已知的混合机讲各个物料混合均匀，然后进行干燥处理3.5h，然后将干燥处理的原料转至坩埚内，再将盛装有原料的坩埚放置到加热腔室中先升温至950℃，然后保温1.5h，然后将熔炼完成的料液经冷却辊，得到玻璃料，然后将玻璃料进行破碎、筛分得到中值粒径D50为1.36μm，软化温度为544.7℃的玻璃粉A。
玻璃料B的制备：以玻璃粉B的重量为100％，准备30％的V2O5、15％的ZnO、22％B2O3、10％的P2O5、10％的WO3、5％的BaCO3和8％的CaO，然后利用分散机或三辊机等已知的混合机讲各个物料混合均匀，然后进行干燥处理3h，然后将干燥处理的原料转至坩埚内，再将盛装有原料的坩埚放置到加热腔室中先升温至1000℃，然后保温1h，然后将熔炼完成的料液经冷却辊，得到玻璃料，然后将玻璃料进行破碎、筛分得到中值粒径D50为1.33μm，软化温度为405℃的玻璃粉B。
2.合金浆料的制备
以合金铝浆的重量为100％，本发明的合金银浆按照重量百分比包括以下组分制备而成：
其中，铝硅合金的中值粒径D50为5.5μm，铝硅合金中氧的含量为0.35wt％，铝粉的中值粒径D50为7.5μm，铝粉中氧的含量为0.4wt％，有机溶剂乙二醇丁醚的沸点为227℃，将上述准备好的物料按照比例进行混合，再进行研磨分散，使得制备得到的浆料的细度不得超过15μm。
实施例2
1.无铅玻璃粉的制备
玻璃粉A的制备：以玻璃粉A的重量为100％，准备40％的ZnO、5％的B2O3、30％的Sb2O3、5％的SrCl、10％Cs2CO3和10％的BaO，本实施例采用的是SrCl其他卤族元素的金属化合物通过调节添加比例也同样适用，然后利用分散机或三辊机等已知的混合机讲各个物料混合均匀，然后进行干燥处理3h，然后将干燥处理的原料转至坩埚内，再将盛装有原料的坩埚放置到加热腔室中先升温至850℃，然后保温2h，然后将熔炼完成的料液经冷却辊，得到玻璃料，然后将玻璃料进行破碎、筛分得到中值粒径D50为1.89μm，软化温度为570℃的玻璃粉A。
玻璃料B的制备：以玻璃粉B的重量为100％，准备50％的V2O5、5％的ZnO、5％B2O3、5％的P2(CO3)5、5％的WO3、15％的Sr2CO3和15％的CaI2，本实施例采用的是CaI2其他卤族元素的金属化合物通过调节添加比例也同样适用，然后利用分散机或三辊机等已知的混合机讲各个物料混合均匀，然后进行干燥处理3h，然后将干燥处理的原料转至坩埚内，再将盛装有原料的坩埚放置到加热腔室中先升温至1000℃，然后保温1h，然后将熔炼完成的料液经冷却辊，得到玻璃料，然后将玻璃料进行破碎、筛分得到中值粒径D50为1.64μm，软化温度为426℃的玻璃粉B。
2.合金浆料的制备
以合金铝浆的重量为100％，本发明的合金银浆按照重量百分比包括以下组分制备而成：
其中，铝硅合金的中值粒径D50为6μm，铝硅合金中氧的含量为0.4wt％，铝粉的中值粒径D50为8μm，铝粉中氧的含量为0.3wt％，有机溶剂丁基卡必醇和醇酯十二的沸点为231℃和255℃，将上述准备好的物料按照比例进行混合，再进行研磨分散，使得制备得到的浆料的细度不得超过15μm。
实施例3
1.无铅玻璃粉的制备
玻璃粉A的制备：以玻璃粉A的重量为100％，准备10％的ZnO、30％的B2O3、30％的Sb2O3、10％的CaCl2、10％K2CO3和10％的Cs2O，本实施例采用的是CaCl2其他卤族元素的金属化合物通过调节添加比例也同样适用，然后利用分散机或三辊机等已知的混合机讲各个物料混合均匀，然后进行干燥处理4h，然后将干燥处理的原料转至坩埚内，再将盛装有原料的坩埚放置到加热腔室中先升温至1050℃，然后保温2h，然后将熔炼完成的料液经冷却辊，得到玻璃料，然后将玻璃料进行破碎、筛分得到中值粒径D50为2.17μm，软化温度为530.6℃的玻璃粉A。
玻璃料B的制备：以玻璃粉B的重量为100％，准备10％的V2O5、40％的ZnO、20％B2O3、5％的P2(CO3)5、10％的MoO3、5％的CaCO3和10％的Sr2O，然后利用分散机或三辊机等已知的混合机讲各个物料混合均匀，然后进行干燥处理3h，然后将干燥处理的原料转至坩埚内，再将盛装有原料的坩埚放置到加热腔室中先升温至1000℃，然后保温1h，然后将熔炼完成的料液经冷却辊，得到玻璃料，然后将玻璃料进行破碎、筛分得到中值粒径D50为1.45μm，软化温度为435℃的玻璃粉B。
2.合金浆料的制备
以合金铝浆的重量为100％，本发明的合金银浆按照重量百分比包括以下组分制备而成：
其中，铝硅合金的中值粒径D50为5μm，铝硅合金中氧的含量为0.3wt％，铝粉的中值粒径D50为7μm，铝粉中氧的含量为0.35wt％，有机溶剂乙二醇丁醚和松节油的沸点分别为227℃和173～175℃，将上述准备好的物料按照比例进行混合，再进行研磨分散，使得制备得到的浆料的细度不得超过15μm。
对比例1
1.玻璃粉的制备
按质量份称取15份的B2O3、3份的SiO2、15份的Bi2O3、60份的PbO和7份的ZnO，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于900℃，保温1h，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5h，经200目筛取得到粒径D90小于2μm的玻璃粉。
2.制备电池背场铝浆
铝为市售纯度99.9％、平均粒径1.0～2.5μm的铝粉，按质量份称取铝粉75份，玻璃粉7份，有机粘结剂15份，助剂3份，其余操作同实施例。
对比例2
1.玻璃粉的制备
按质量份称取17份的B2O3、1份的SiO2、13份的Bi2O3、65份的PbO和4份的ZnO，用混料机混合均匀，装入瓷坩埚，放入马弗炉，于900℃，保温1h，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5h，经200目筛取得到粒径D90小于2μm的玻璃粉。
2.制备电池背场铝浆
铝粉为市售纯度99.9％、平均粒径1.0～2.5μm的铝粉，按质量份称取铝粉70份，玻璃粉10份，有机粘结剂17份，助剂3份，其余操作同实施例。
本发明的性能检测分析如下：
取实施例1～3和对比例1、2的制备的导电浆料，然后将其通过250目丝网印刷在化膜开口总面积占太阳能电池面积的0.5～1％，规格125mm×125mm的PERC电池的单晶硅片的背钝化面上形成电极膜，进马弗炉220℃烘干。烘干以后铝电极膜层无脱落，然后换另一面印刷正面银浆，进马弗炉烧结，峰值温度780℃，烧结后测试其电性数据如表1所示。
表1电性数据表
如上表所示，采用本发明制备得到的PERC太阳电池用的合金浆料的光电转化效率为22.26-22.42％，相对于对比例，光电转换效率明显增加，且本发明适用于低开口率PERC太阳能电池，尤其是钝化膜开口总面积占太阳能电池面积的0.5～1％的背面电极，其空隙填充率好，且形成的BSF层完整且均匀，且铝珠减少，水煮性能跟附着性均较好。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (3)
1.一种用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆，其特征在于：以所述的合金铝浆的重量为100％，所述的合金银浆按照重量百分比包括以下组分制备而成：
所述的铝硅合金粉和铝粉的重量比为1～3:1，所述的铝硅合金的中值粒径D50为5～6μm，所述的铝硅合金中氧的含量为0.3～0.4wt％，所述的铝粉的中值粒径D50为7～8μm，所述的铝粉中氧的含量为0.35～0.45wt％；
所述的无铅玻璃粉由玻璃粉A和玻璃粉B混合制备得到，以所述的无铅玻璃粉的重量为100％，所述玻璃粉A的重量为60～90％，所述玻璃粉B的重量为10～40％，所述玻璃粉A的中值粒径D50为1～3μm，所述玻璃粉A的软化温度为500～600℃，所述玻璃粉B的中值粒径D50为1.3～1.8μm，所述玻璃粉B的软化温度为400～450℃；
以所述的玻璃粉A的重量为100％，所述的玻璃粉A按照重量百分比由0～40％的ZnO、1～40％的B2O3、30～40％的Sb2O3和0～70％的MxNy制备而成，其中，元素M为碱金属或者碱土金属，N为O元素或者CO3或者卤族元素中的至少一种，x为1或者2，y为1或者2；
以所述的玻璃粉B的重量为100％，所述的玻璃粉B按照重量百分比由10～50％的V2O5、0～30％的ZnO、5～40％B2O3、0～20％的P2O5或者P2(CO3)5、0～20％的WO3或者MoO3、10～40％的RQz制备而成，其中元素R为碱土金属，Q为O元素或者CO3或者卤族元素中的至少一种，z为1或者2；
所述的有机溶剂选自丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯十二、乙二醇丁醚、松油醇和松节油中的一种或者几种；
所述的分散剂为选自TDO、山梨醇酐三油酸酯、BYK-110和BYK-111中的一种或者几种混合；
所述的元素M为Ba、Ca、Sr、Na、K、Rb和Cs中至少一种；
所述的元素R选自Ba、Ca和Sr中至少一种。
2.根据权利要求1所述的用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆，其特征在于：所述的有机溶剂的沸点为170～250℃。
3.一种根据权利要求1～2任意一项所述的用于PERC太阳能电池背面的合金铝浆的应用，其特征在于：所述的合金铝浆应用于钝化膜开口总面积占太阳能电池面积的0.5～1％的PERC太阳能电池。
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