專利名稱：一種晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著太陽能技術(shù)的飛速發(fā)展，降低太陽能電池的生產(chǎn)成本已成為目前太陽能電池行業(yè)研發(fā)的主要目標(biāo)。其中，降低硅基片材的厚度是降低成本、節(jié)約材料的重要手段之一。 但是，隨著硅基片厚度的降低，電池片由于受到燒結(jié)過程中的應(yīng)力作用，導(dǎo)致電池片的彎曲度增大，而最終造成電池組裝過程中的電池片的碎片率大幅增加，造成生產(chǎn)成本的增加。目前，解決電池片彎曲度的方法主要有減小玻璃粉的收縮率和減薄電池背電極的印刷厚度。但是，采用收縮率較低的玻璃粉，由于其軟化點(diǎn)偏高、流動性和浸潤性差，其對鋁粉的保護(hù)能力不足，存在可導(dǎo)致鋁背電極與硅基片附著力差、鋁背電極表面電阻大、降低電池效率的缺陷；采用減薄電池背電極的印刷厚度，其背電場(BSF)形成效果受到影響，存在可導(dǎo)致電池導(dǎo)電性能降低、鋁電極膜與硅基片間的接觸電阻增大、造成開路電壓及轉(zhuǎn)換效率降低的缺陷。因此，需要提供既能同硅基片形成良好的背場效果、具有高的光電轉(zhuǎn)換效率，又能緩解硅基片的彎曲應(yīng)力的電池背電極形成用漿料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿，在不增加生產(chǎn)成本的前提下，它既能與硅基片形成良好的背場效果，有效提高電池片的光電轉(zhuǎn)換效率，又能很好地抑制燒結(jié)后電池片的彎曲應(yīng)力。本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供一種晶體硅太陽能電池用背電極導(dǎo)電鋁漿的制備方法，該方法能使鋁粉在漿料中分散更加均勻。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿，所述導(dǎo)電鋁漿的組分及其質(zhì)量百分比為 鋁粉65 80% ；有機(jī)載體15 30% ；無機(jī)玻璃粉1 5% ；添加劑0. 1 1% ；偶聯(lián)劑0. 1 5%;所述有機(jī)載體由聚合物與有機(jī)溶劑混合而成，其中聚合物的質(zhì)量百分比含量為5 20%，有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分比為80 95%。所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的任何一種。所述偶聯(lián)劑選自Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y _(2，3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、Y-巰丙基三乙氧基硅烷中的任何一種。所述鋁粉顆粒的平均粒徑為2 8 μ m。所述聚合物為乙基纖維素、醋酸丁基纖維素、羥基乙基纖維素、酚醛樹脂中的一種或它們的混合物。所述有機(jī)溶劑為二乙二醇丁醚、松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、檸檬酸三丁酯中的一種或它們的混合物。一種晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿的制備方法，它包括以下步驟a.鋁粉的預(yù)處理
將偶聯(lián)劑加入到有機(jī)溶劑中，混合均勻后加入到鋁粉中，攪拌，干燥，得到預(yù)處理的鋁
粉；
b.有機(jī)載體的制備
將聚合物和有機(jī)溶劑混合并加熱至聚合物完全溶解，得到有機(jī)載體；
c.將無機(jī)玻璃粉和有機(jī)載體加入到預(yù)處理后的鋁粉中，混合均勻后加入添加劑進(jìn)行攪拌，軋壓，得到細(xì)度20 μ m以下、粘度為25-35Pa. S的晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿。所述有機(jī)溶劑是甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯中的任一種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1.使用偶聯(lián)劑對鋁粉進(jìn)行預(yù)處理后，偶聯(lián)劑均勻地包覆在鋁粉顆粒的表面，這樣既可避免配方體系中鋁顆粒的聚集以及聚合物的急劇稠化，又可提高聚合物對鋁粉的潤濕性， 還可使鋁粉與聚合物實(shí)現(xiàn)牢固鍵合，使鋁粉顆粒更加均勻穩(wěn)定地分散在有機(jī)載體形成的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中；用此鋁粉制得的鋁漿經(jīng)燒結(jié)后電池片的接觸電阻小，轉(zhuǎn)換效率高。2.偶聯(lián)劑包覆在鋁粉顆粒表面，增加了鋁粉顆粒的抗氧化性，有利于鋁漿燒結(jié)后電性能的提高。3.鋁漿燒結(jié)過程中硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)生的二氧化硅微粒，在鋁粉顆粒上形成均勻分布的表面層，能顯著降低顆粒間的粘結(jié)力，改善電池片的彎曲應(yīng)力。4.按照本發(fā)明方法獲得的鋁漿經(jīng)燒結(jié)后能夠在硅基片上形成太陽能電池所需的背場(BSF)效果，并且具有導(dǎo)電性能好、接觸電阻低、開路電壓與光電轉(zhuǎn)換效率高、與硅基片的粘結(jié)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，燒結(jié)后形成的鋁電極膜表面光滑、不起灰、無鋁珠。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中的偶聯(lián)劑亦稱為一種“架橋劑”，它一端親無機(jī)，另一端親有機(jī)，在無機(jī)填料和有機(jī)樹脂之間架起一座橋梁。無機(jī)填料經(jīng)用偶聯(lián)劑處理后，表面與偶聯(lián)劑親無機(jī)一端的化學(xué)鍵作用而達(dá)到有機(jī)包覆，加入有機(jī)樹脂共混時(shí)，其相溶性和分散性大幅度提高。本發(fā)明中利用了偶聯(lián)劑的這一作用，鋁粉中添加一定含量的硅烷偶聯(lián)劑后，硅烷偶聯(lián)劑均勻包覆在鋁粉顆粒的表面，可將其親水性表面，轉(zhuǎn)變成親有機(jī)溶劑表面，既可避免體系中粒子聚集及聚合物急劇稠化，又可提高聚合物對鋁粉的潤濕性，通過碳官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑還可使鋁粉與聚合物實(shí)現(xiàn)牢固鍵合，使鋁粉顆粒更加均勻穩(wěn)定地分散在有機(jī)載體形成的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。由于鋁粉容易氧化，發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，偶聯(lián)劑包覆在鋁粉顆粒表面，還增加了鋁粉顆粒的抗氧化性，有利于燒結(jié)后電性能的提高。在本發(fā)明中，發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在燒結(jié)過程中，硅烷偶聯(lián)劑分解，產(chǎn)生二氧化硅微粒，這種分散良好的二氧化硅微粒在鋁粉顆粒上形成均勻分布的表面層，能顯著降低顆粒間的粘結(jié)力，改善硅基片的彎曲應(yīng)力。同時(shí)，偶聯(lián)劑在燒結(jié)過程中，隨著有機(jī)溶劑的逐漸揮發(fā)，均勻穩(wěn)定分布的鋁粉顆粒與顆粒之間、顆粒與硅片之間更容易充分接觸，形成導(dǎo)電網(wǎng)鏈和致密鋁膜，改善其附著強(qiáng)度，降低鋁電極與硅片之間的接觸電阻。因此，加入適量的偶聯(lián)劑可減小鋁漿的接觸電阻，提高電池片的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)改善了電池片的彎曲度。本發(fā)明中，偶聯(lián)劑的加入量為0. 1 5% (質(zhì)量百分比)。若偶聯(lián)劑的加入量小于0. 1%，則起不到對鋁粉的均勻分散作用和燒結(jié)后對電池片的抗彎曲作用，從而對提高電性能和改善彎曲無顯著作用；若偶聯(lián)劑的加入量超過5%時(shí)，會使鋁粉顆粒的表面形成較厚的“包覆層”，阻礙了鋁粉顆粒之間“導(dǎo)電網(wǎng)鏈”的形成，接觸電阻也隨之增大。適合本發(fā)明中偶聯(lián)劑可以選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的任何一種，優(yōu)選使用Y-氨丙基三乙氧基硅烷(商品名KH-550)、Y _(2，3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(商品名ΚΗ-560)、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(商品名 HK-570)、Y-巰丙基三乙氧基硅烷(商品名KH-580)中的一種。有機(jī)載體由聚合物與有機(jī)溶劑混合而成，其中有機(jī)載體的5-20%為聚合物、 80-95%為有機(jī)溶劑(質(zhì)量百分比)。聚合物可采用乙基纖維素、醋酸丁基纖維素、羥基乙基纖維素、酚醛樹脂中的一種或幾種；所述有機(jī)溶劑可采用二乙二醇丁醚、松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、檸檬酸三丁酯中的一種或幾種。有機(jī)載體的主要作用是調(diào)節(jié)漿料的印刷性能，提高電極漿料的成膜性。本發(fā)明中有機(jī)載體的加入量為15-30% (質(zhì)量百分比)。若有機(jī)載體的含量少于15%，則漿料觸變性降低，印刷性能受影響；若有機(jī)載體的含量大于30%，則漿料粘度過低，不利于導(dǎo)電性的提高。無機(jī)玻璃粉可選用化03_SiO2- Bi2O3 體系、SiO2-PbO 體系、Bi2O3- SiO2-ZnO 體系中的一種以及氧化物添加劑構(gòu)成，所屬氧化物添加劑包括A1203、ZrO2, Sb2O3> V2O5, TiO2 中的一種或幾種。玻璃粉的軟化點(diǎn)為400-600°C，直徑控制在1-10μπι。無機(jī)玻璃粉在高溫?zé)Y(jié)時(shí)將鋁電極膜與硅基片粘結(jié)在一起，并能促進(jìn)鋁顆粒的熔融，增強(qiáng)鋁電極膜的機(jī)械強(qiáng)度和表面性能。本發(fā)明中，玻璃粉的含量為1-5% (質(zhì)量百分比)。若玻璃粉的含量少于1%， 燒結(jié)后鋁電極膜與硅基片的粘結(jié)力低，電池片表面出現(xiàn)鋁珠、起灰，同時(shí)鋁電極膜的機(jī)械強(qiáng)度降低；若含量大于5%，玻璃粉熔化后容易在硅基片表面形成一層釉面，影響導(dǎo)電性能。所述添加劑包括防沉劑、流平劑、消泡劑、潤濕劑、觸變劑中的一種或幾種。主要作用是保證漿料的存放性能及印刷性能。上述漿料的具體制作方法如下
a.鋁粉的預(yù)處理
將偶聯(lián)劑加入到有機(jī)溶劑中，混合均勻后加入到鋁粉中，攪拌，干燥，得到預(yù)處理的鋁
粉；
b.有機(jī)載體的制備
將聚合物和有機(jī)溶劑混合并加熱至聚合物完全溶解，得到有機(jī)載體；
c.將無機(jī)玻璃粉和有機(jī)載體加入到預(yù)處理過的鋁粉中，混合均勻后加入添加劑進(jìn)行攪拌，軋壓，得到細(xì)度20 μ m以下、粘度為25-35Pa. S的晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿。上述漿料用200-400目網(wǎng)板，通過絲網(wǎng)印刷的方式在太陽能電池硅基片上形成薄膜，印刷后的漿料經(jīng)過160-270°C烘干，然后在650-950°C的高溫下燒結(jié)形成背場鋁電極。下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
1)、鋁粉的預(yù)處理
稱取0. Ig硅烷偶聯(lián)劑KH570，加入到IOOml無水乙醇中，混合均勻后，將混合液加入到 65g鋁粉中，攪拌分散20分鐘；將鋁粉的分散液放入80°C的真空干燥箱中干燥3小時(shí)，得到預(yù)處理的鋁粉。2)、有機(jī)載體的制備
稱取3g乙基纖維素、2g醋丁纖維素，加入IOg松油醇、5g檸檬酸三丁酯、IOg 二乙二醇丁醚，二者混合并加熱到60°C，直到聚合物完全溶解，形成透明粘稠液體，得到所述有機(jī)載體。3)、玻璃粉 C
采用SiO2- Bi2O3體系玻璃粉，平均細(xì)度2. 5 μ m，軟化點(diǎn)500°C。將制備的有機(jī)載體、玻璃粉5g加入到上述得到的預(yù)處理的鋁粉中，混合均勻后，加入0. Ig迪高潤濕劑D655進(jìn)行預(yù)攪拌，然后用三輥研磨機(jī)進(jìn)行研磨，軋壓，得到細(xì)度 20 μ m、粘度25Pa. S的晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿。實(shí)施例2 1)、鋁粉的預(yù)處理
稱取5g硅烷偶聯(lián)劑KH550，加入到150ml甲醇中，混合均勻，將混合液加入到80g鋁粉中，攪拌分散20分鐘；將鋁粉的分散液放入80°C的真空干燥箱中干燥4小時(shí)，得到預(yù)處理的鋁粉。2)、有機(jī)載體的制備
稱取0. 5g乙基纖維素、0. 5g醋丁纖維素，加入IOg松油醇、5g 二乙二醇丁醚，二者混合并加熱到80°C，直到聚合物完全溶解，形成透明粘稠液體，得到所述有機(jī)載體。3)、玻璃粉
采用SiO2- Bi2O3體系玻璃粉，平均細(xì)度2. 5 μ m，軟化點(diǎn)500°C。將上述制備的有機(jī)載體、玻璃粉Ig加入到上述預(yù)處理的鋁粉中，混合均勻后加入 Ig迪高潤濕劑D655進(jìn)行預(yù)攪拌，然后用三輥研磨機(jī)上進(jìn)行研磨，軋壓，得到細(xì)度20 μ m、粘度30Pa. S的晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿。實(shí)施例3 1)、鋁粉的預(yù)處理
稱取3g硅烷偶聯(lián)劑KH560，加入到120ml 95%乙醇中，混合均勻后，將混合液加入到 70g鋁粉中，攪拌分散20分鐘；將鋁粉的分散液放入80°C的真空干燥箱中干燥3小時(shí)，得到預(yù)處理的鋁粉。2)、有機(jī)載體的制備
稱取3g乙基纖維素、0. 5g酚醛樹脂，加入15g 丁基卡必醇醋酸酯、5g檸檬酸三丁酯，二者混合并加熱到90°C，直到聚合物完全溶解，形成透明粘稠液體，得到所述有機(jī)載體。3)、玻璃粉
采用化03_ SiO2-PbO體系玻璃粉，平均細(xì)度3. 9 μ m，軟化點(diǎn)450°C。將上述得到的有機(jī)載體、玻璃粉3g加入到上述預(yù)處理的鋁粉中，混合均勻后加入 0. 5g蓖麻油觸變劑進(jìn)行預(yù)攪拌，然后用三輥研磨機(jī)上進(jìn)行研磨，軋壓，得到細(xì)度20 μ m,粘度28Pa. S的晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿。實(shí)施例4 1)、鋁粉的預(yù)處理
稱取3g硅烷偶聯(lián)劑KH560，加入到120ml乙酸乙酯中，混合均勻后，將混合液加入到70g鋁粉中，攪拌分散20分鐘；將鋁粉的分散液放入80°C的真空干燥箱中干燥3小時(shí)，得到預(yù)處理的鋁粉。2)、有機(jī)載體的制備
稱取2g乙基纖維素、0. 5g醋丁纖維素，加入15g 丁基卡必醇醋酸酯、5g松油醇，二者混合并加熱到70°C，直到聚合物完全溶解，形成透明粘稠液體，得到所述有機(jī)載體。3)、玻璃粉
采用化03_ SiO2-PbO體系玻璃粉，平均細(xì)度3. 9 μ m，軟化點(diǎn)450°C。將上述得到的有機(jī)載體、玻璃粉4g加入到上述預(yù)處理的鋁粉中，混合均勻后加入 0. 5g流平劑Β (-306進(jìn)行預(yù)攪拌，然后用三輥研磨機(jī)上進(jìn)行研磨，軋壓，得到細(xì)度20 μ m、粘度28Pa. S的晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿。實(shí)施例5 1)、鋁粉的預(yù)處理
稱取2g硅烷偶聯(lián)劑KH580，加入到120ml丙酮中，混合均勻后，將混合液加入到75g鋁粉中，攪拌分散20分鐘；將鋁粉的分散液放入80°C的真空干燥箱中干燥3小時(shí)，得到預(yù)處理的鋁粉。2 )、有機(jī)載體、玻璃粉同實(shí)施例3
將有機(jī)載體20g、玻璃粉3g加入到上述預(yù)處理的鋁粉中，混合均勻后加入0. 5g蓖麻油觸變劑進(jìn)行預(yù)攪拌，然后用三輥研磨機(jī)上進(jìn)行研磨，軋壓，得到細(xì)度20 μ m、粘度28Pa. S的晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿。比較例1
稱取70g鋁粉、3g硅烷偶聯(lián)劑KH560，鋁粉不預(yù)先處理，硅烷偶聯(lián)劑直接加入漿料中，其余各漿料成分及制備方法同實(shí)施例3，得到太陽能背電場用鋁漿。比較例2
稱取鋁粉70g，不加硅烷偶聯(lián)劑，其余各漿料成分及制備方法同實(shí)施例3，得到太陽能背電場用鋁漿。將上述實(shí)施例1 5和對比例得到的鋁漿應(yīng)用于下述配方
將上述所得漿料通過絲網(wǎng)印刷在125*125mm兩面制絨的單晶硅基片(厚度約180微米) 上，形成電極膜，印刷厚度為每片用漿料0.7g，進(jìn)隧道爐200°C烘干。然后換另一面印刷正面銀漿，烘干后燒結(jié)，峰值溫度890°C，出爐后用硅太陽能電池效率測定裝置測量電性能、基片彎曲度。測定的各項(xiàng)性能平均值如下
權(quán)利要求
1.一種晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿，其特征在于，所述導(dǎo)電鋁漿的組分及其質(zhì)量百分比為鋁粉65 80%;有機(jī)載體15 30%;無機(jī)玻璃粉1 5%;添加劑0. 1 1% ；偶聯(lián)劑0. 1 5% ；所述有機(jī)載體由聚合物與有機(jī)溶劑混合而成，其中聚合物的質(zhì)量百分比含量為5 20%，有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分比為80 95%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)電鋁漿，其特征在于，所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑中的任何一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述導(dǎo)電鋁漿，其特征在于，所述偶聯(lián)劑選自Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y _(2，3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、Y -(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷或Y-巰丙基三乙氧基硅烷中的任何一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述導(dǎo)電鋁漿，其特征在于，所述鋁粉顆粒的粒徑為2 8μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述導(dǎo)電鋁漿，其特征在于，所述聚合物為乙基纖維素、醋酸丁基纖維素、羥基乙基纖維素或酚醛樹脂中的一種或它們的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述導(dǎo)電鋁漿，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為二乙二醇丁醚、松油醇、丁基卡必醇醋酸酯或檸檬酸三丁酯中的一種或它們的混合物。
7.一種制備如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿的方法，其特征在于，它按以下步驟進(jìn)行a.鋁粉的預(yù)處理將偶聯(lián)劑加入到有機(jī)溶劑中，混合均勻后加入到鋁粉中，攪拌，干燥，得到預(yù)處理的鋁粉；b.有機(jī)載體的制備將聚合物和有機(jī)溶劑混合并加熱至聚合物完全溶解，得到有機(jī)載體；c.將無機(jī)玻璃粉和有機(jī)載體加入到預(yù)處理過的鋁粉中，混合均勻后加入添加劑進(jìn)行攪拌，軋壓，得到細(xì)度20 μ m以下、粘度為25-35Pa. S的晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑是甲醇、乙醇、丙酮或乙酸乙酯中的任一種。
全文摘要
一種晶體硅太陽能電池背電極用導(dǎo)電鋁漿及其制備方法，所述導(dǎo)電鋁漿的組分及其質(zhì)量百分比為鋁粉65～80%；有機(jī)載體15～30%；無機(jī)玻璃粉1～5%；添加劑0.1～1%；偶聯(lián)劑0.1～5%；所述有機(jī)載體由聚合物與有機(jī)溶劑混合而成，其中聚合物的質(zhì)量百分比含量為5～20%，有機(jī)溶劑的質(zhì)量百分比為80～95%。本發(fā)明在不增加生產(chǎn)成本的前提下，既能與硅基片形成良好的背場效果，有效提高電池片的光電轉(zhuǎn)換效率，又能很好地抑制燒結(jié)后電池片的彎曲應(yīng)力。
文檔編號H01B13/00GK102314958SQ20111025344
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者任明叔, 劉子英, 王小記 申請人:樂凱膠片股份有限公司