專利名稱：太陽能電池背面電極形成用漿料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及太陽能電池電極的漿料，具體涉及一種太陽能電池背面電極形成用漿料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的不斷提高、目前單晶硅太陽能電池規(guī)?；a(chǎn)的平均效率已經(jīng)接近18. 5%，太陽能電池電極漿料對光電轉(zhuǎn)換效率的影響也逐漸增大，尤其是太陽能電池正面銀漿的種類不斷更新，燒結(jié)溫度最佳范圍不斷變化，對太陽能電池效率的提高起到了決定性的作用。此時，太陽能電池背電極鋁漿的燒結(jié)條件同正面銀漿的相互
配合顯得非常重要。 決定鋁漿燒結(jié)工藝窗口的最大因素是其中的玻璃粉粘結(jié)劑。以往的硅太陽能電池的背電極漿料通常使用單一軟化點的玻璃粉粘結(jié)劑，其典型范圍在450-550°C之間。同時，一般要求玻璃粉的軟化點必須低于鋁硅合金形成的溫度點577°C度。也正因為如此，普通鋁漿在燒結(jié)過程中的熱特性非常單一，對燒結(jié)曲線變化的適應性小。在實際應用中，針對不同銀漿，燒結(jié)條件的變化也非常大，這就導致了銀漿的燒結(jié)條件同鋁漿的最佳燒結(jié)條件不一致。因此，在保證銀電極優(yōu)秀性能的同時，要盡可能減少對鋁電極性能的影響，需要提供能夠適應不同銀電極燒結(jié)條件的鋁電極漿料，這樣才能在整體效率上取得最大優(yōu)勢。同時，電極燒結(jié)后硅片的應力彎曲也得到了最大程度的降低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中普通鋁漿熱特性非常單一，對燒結(jié)曲線變化的適應性小等問題，提供一種適用于超寬燒結(jié)溫度范圍的太陽能電池背面電極形成用漿料。本發(fā)明所要解決的又一技術(shù)問題在于提供一種太陽能電池背面電極形成用漿料的制備方法。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，在第一個方面，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是太陽能電池背面電極形成用漿料，包括鋁粉、有機載體、無機玻璃粉、以及功能添加劑，所述無機玻璃粉包含軟化點為40(T550°C的中軟化點玻璃粉，其特征在于，所述無機玻璃粉還包含3700C 400及55(T590°C軟化點的玻璃粉。優(yōu)選地，所述無機玻璃粉的組成為①軟化點為37(T400°C的低軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比O. 5^10% ；②軟化點為40(T550°C的中軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比80% 98% ；③軟化點為55(T590°C高軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比O. 5 10%。優(yōu)選地，所述無機玻璃粉組成為①軟化點為37(T400°C的低軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比3%_6% ；②軟化點為40(T550°C的中軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比80% 98% ；
③軟化點為55(T590°C的高軟化點玻璃粉，占玻璃粉含量質(zhì)量百分比3%_6%。優(yōu)選地，所述漿料包括質(zhì)量百分比70-85%的鋁粉、14-24%的有機載體、O. 2 6%的無機玻璃粉、以及O. 5^1%的功能添加劑。 優(yōu)選地，所述高軟化點玻璃粉，其平均粒徑在O. Π. 5微米，最大顆粒直徑小于
2.5微米；所述中軟化點和低軟化點玻璃粉，其平均粒徑為f 2. 5微米，最大粒徑在3. 5微米以下。優(yōu)選地，所述高軟化點玻璃粉，平均粒徑為O. Π. 2微米，所述鋁粉平均粒徑的范圍為1 10微米。優(yōu)選地，所述玻璃粉包括B2O3-SiO2-PbO系列玻璃、無鉛Bi2O3-SiO2-ZnO-B2O3系列玻璃中的一種或兩種，以及少量氧化物添加劑；所述氧化物添加劑包括MgO、CaO、V2O5> ZnO一種或多種。優(yōu)選地，所述有機載體由聚合物和有機溶劑混合而成；所述聚合物選自乙基纖維素、丙烯酸樹脂、硝基纖維素、酚醛樹脂中的一種或多種；所述有機溶劑選自松油醇、卡比醇、檸檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚等一種或多種混合。有機載體是纖維素類和樹脂類等聚合物、以及醇類、醚類、脂類等有機溶劑的混合物。主要作用是調(diào)節(jié)所述漿料的印刷性能，提高電極漿料的成膜性。所述有機載體由質(zhì)量百分比5 20%的聚合物以及80、5%的有機溶劑混合而成。優(yōu)選地，所述功能添加劑選自表面活性劑、觸變劑、燒結(jié)促進劑、粘網(wǎng)防止劑、分散劑以及消泡劑中的一種或多種。本發(fā)明的太陽能電池電極形成用漿料中含有質(zhì)量百分比O. 2飛％的玻璃粉，且該玻璃粉由多種軟化點的玻璃粉構(gòu)成，大大拓寬了玻璃粉的軟化溫度范圍，在燒結(jié)溫度過高或過低時都能夠有部分玻璃粉起作用。在常規(guī)的玻璃粉設計中，由于鋁硅合金的形成起始溫度在577°C，因此要求玻璃粉的軟化點溫度要遠遠低于577°C，一般在550°C以下。然而，我們發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)時的峰值溫度一般可在700°C以上，由于玻璃粉的作用不僅僅在鋁硅形成面上，而且還直接作用在鋁粉顆粒之間，少量添加軟化點接近或稍高于鋁硅合金形成溫度的玻璃粉，可以避免較高溫度燒結(jié)時玻璃粉軟化后過度浸潤鋁粉和硅片而導致的硅片彎曲增大。另一方面，常規(guī)玻璃粉設計時由于30(T40(TC之間有機樹脂將完全揮發(fā)，因此玻璃粉軟化點一般不低于400度。然而，我們發(fā)現(xiàn)適當?shù)奶砑臃浅５蛙浕c(37(T400°C)的玻璃粉，并不會影響有機載體的揮發(fā)，而且由于添加量非常少，可以保證在燒結(jié)過程中對鋁粉和硅片的預浸潤，有利于最終的電池性能。本發(fā)明中，玻璃粉中的低軟化點和高軟化點玻璃粉將對燒結(jié)條件的拓寬起到補足作用。低軟化點玻璃粉占玻璃粉含量質(zhì)量百分比O. 5 10%，如果其質(zhì)量百分比如果過多，大于10%，則會造成玻璃熔融液整體粘度過低，增大燒結(jié)后硅片彎曲程度，電極硅片接觸電阻增大；如果低軟化點玻璃粉不含有或含有量過低，則當電極燒結(jié)溫度降低或者燒結(jié)爐帶速加快的燒結(jié)條件下，玻璃粉粘結(jié)作用不能得到充分發(fā)揮，鋁背電極性能下降；綜合考慮，所述低熔點玻璃粉含量在質(zhì)量百分比O. 5^10%范圍內(nèi)變化，優(yōu)選范圍3飛％。玻璃粉中質(zhì)量百分比8(Γ98%、軟化點40(T550°C的中軟化點玻璃粉起到正常的無機粘結(jié)劑的作用。其次，玻璃粉中的高軟化點玻璃粉，占玻璃粉含量質(zhì)量百分比O. 5^10% ;高軟化點玻璃粉是為了配合某些銀電極漿料燒結(jié)時需要更高溫度的燒結(jié)條件而加入的，當其含量過低，則起不到拓展燒結(jié)溫度范圍的作用，含量過高，例如大于10%，在燒結(jié)過程中會造成熔解不完全，殘留過多影響電極薄膜的導電性；一般優(yōu)選范圍在3-6%之間。同時，本發(fā)明所述太陽能電池電極形成用漿料的特征還在于所述的三種類玻璃粉中，高軟化點玻璃粉，其平均粒徑必須在I. 5微米以下(優(yōu)選范圍在O. ri. 5微米)，最大直徑必須小于2. 5微米。低軟化點和中軟化點玻璃粉，其平均粒徑可在3. 5微米以下(優(yōu)選范圍廣2.5微米)。其中平均粒徑可以是單一的，也可以是不同的多種混合。在第二個方面，本發(fā)明提供了太陽能電池背面電極形成用漿料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟( I)聚合物和有機溶劑混合制備有機載體將聚合物和有機載體按比例混合并加 熱到60-90°C，直到聚合物溶解，形成透明粘稠液體，得到有機載體；(2)將鋁粉和玻璃粉按比例混合均勻后放入攪拌機中，加入前述的有機載體，及功能添加劑進行預攪拌；(3)將上述攪拌后的混合原料在研磨機上進行研磨，得到分散均勻的漿料，然后進行真空脫泡處理，漿料細度〈15 μ m，粘度3. 5^4. 5萬mPa. s;(4)經(jīng)過65(T80(TC高溫燒結(jié)后，形成彎曲應力低、同基片結(jié)合緊密的太陽能電池背鋁電極。本發(fā)明中，術(shù)語“鋁粉”，其顆粒形狀是球狀或近球狀，鋁粉純度> 99. 97%，由一種、兩種或兩種以上平均粒徑的鋁粉混合構(gòu)成，其平均粒徑的優(yōu)選范圍在廣10微米。本發(fā)明中，術(shù)語“高軟化點玻璃粉”，是指軟化點為55(T590°C的玻璃粉。本發(fā)明中，術(shù)語“中軟化點玻璃粉”，是指軟化點為40(T550°C的玻璃粉。本發(fā)明中，術(shù)語“低軟化點玻璃粉”，是指軟化點為370°C -400°C的玻璃粉。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是I.本發(fā)明的太陽能電池電極形成用漿料，不影響普通燒結(jié)時候的漿料熱學特性，避免了低軟化點玻璃粉過多造成的玻璃溶液界面聚集、硅片應力增大的缺點，也同時避免了高軟化點玻璃粉過多造成的玻璃粉熔融不足分布不均的不利之處，對提高鋁漿的燒結(jié)條件適應性，對提高同正面銀電極漿料的匹配性，最終對提高電池電性能、開路電壓、光電轉(zhuǎn)換效率，以及抑制硅片彎曲起到了積極作用。2.本發(fā)明的漿料能夠適應不同的燒結(jié)條件，尤其有非常寬的高溫區(qū)燒結(jié)溫度范圍，同多種銀漿的燒結(jié)都具有最佳匹配特性，保證電池轉(zhuǎn)換效率的穩(wěn)定性。3.本發(fā)明的漿料能夠同硅基材充分形成太陽能電池所要求的背面電場效果(BSF)，具有開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率高、導電性良好、接觸電阻低、硅片的應力彎曲小、對硅基片附著牢固的特點，鋁電極膜表面光滑、不起泡、不掉灰、不起鋁珠。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。材料來源或出處鋁粉是普通市售產(chǎn)品，可購自遠洋鋁業(yè)，鞍山鋁業(yè)，金山鋁業(yè)等的招粉。本實施例中所用高軟化點玻璃粉、中軟化點玻璃粉及低軟化點玻璃粉從西安萬達光電訂購，也可從紅星電子，昆山英菲特光電以及佛山東谷等公司訂購。本實施例中所用聚合物和有機溶劑等材料為普通市售產(chǎn)品。實施例本實施例詳細說明本發(fā)明所述電極漿料的組成以及制備方法。下述實施例用于示例本發(fā)明，本發(fā)明的范圍并不限于下述實施例。實施例I :太陽能電池電極形成漿料鋁粉I-A將質(zhì)量百分比1%的平均粒徑為O. 91 μ m球狀鋁粉與95%的平均粒徑為6. 12 μ m的球狀鋁粉均勻混合，制造太陽能電池電極形成漿料用鋁粉A，鋁粉純度>99. 97%
有機載體I-B按照質(zhì)量百分比乙基纖維素2. 5%，樹脂2%，松油醇60%，二乙二醇甲醚20%，丁基卡比醇醋酸酯14. 5%，卵磷脂1%混合，加熱到70-90度，使纖維素和樹脂完全溶解，形成透明有機載體B玻璃粉I-C玻璃粉組成選用B2O3-SiO2-PbO系列玻璃粉。玻璃粉的軟化點可以通過調(diào)節(jié)組成中各組分的配比以及微量元素的含量來進行控制。本專利中使用的低、中、高軟化點的玻璃粉由我們提出軟化點和粒度分布要求，委托專業(yè)廠家進行制備。各種類玻璃粉的平均細度均為I. 9 μ m。玻璃粉C的準備過程如下將質(zhì)量百分比6%的軟化點395°C的玻璃粉，質(zhì)量百分比88%軟化點495°C的玻璃粉，以及質(zhì)量百分比6%的軟化點555°C的玻璃粉均勻混合，形成制造太陽能電池電極形成漿料用玻璃粉ι-c。按質(zhì)量百分比取太陽能電池電極形成漿料用鋁粉1-A77. 5%，有機載體1-B19. 5%，玻璃粉1-C1. 5%，以及觸變劑O. 5%，消泡劑O. 5%，分散劑O. 5%加入攪拌機中混合成預備物料，然后用三輥研磨機混煉成細度小于15m，粘度3. 5^4. 5萬mPas的電極形成用漿料。實施例2太陽能電池電極形成漿料用鋁粉2-A將質(zhì)量百分比1%的平均粒徑為O. 91 μ m球狀鋁粉與95%的平均粒徑為6. 12 μ m的球狀鋁粉均勻混合，制造太陽能電池電極形成漿料用鋁粉A，鋁粉純度>99. 97%。2.有機載體2-B按照質(zhì)量百分比乙基纖維素2. 5%，樹脂2%，松油醇60%，二乙二醇甲醚20%，丁基卡比醇醋酸酯14. 5%，卵磷脂1%混合，加熱到70-90度，使纖維素和樹脂完全溶解，形成透明有機載體F。3.玻璃粉 2-C玻璃粉組成選用B2O3-SiO2-PbO系列玻璃粉。玻璃粉的軟化點可以通過調(diào)節(jié)組成中各組分的配比以及微量元素的含量來進行控制。本專利中使用的低、中、高軟化點的玻璃粉由我們提出軟化點和粒度分布要求，委托專業(yè)廠家進行制備。各種類玻璃粉的平均細度均為I. 9 μ m。玻璃粉C的準備過程如下將質(zhì)量百分比3%的軟化點370°C的玻璃粉，質(zhì)量百分比94%軟化點495°C的玻璃粉，以及質(zhì)量百分比3%的軟化點590°C的玻璃粉均勻混合，形成制造太陽能電池電極形成漿料用玻璃粉2-C。按質(zhì)量百分比取太陽能電池電極形成漿料用鋁粉2-A77. 5%，有機載體2-B19. 5%，玻璃粉2-C1. 5%，以及觸變劑O. 5%，消泡劑O. 5%，分散劑O. 5%加入攪拌機中混合成預備物料，然后用三輥研磨機混煉成細度小于15 μ m，粘度3. 5^4. 5萬mPas的電極形成用漿料。對照例采用平均細度為I. 9 μ m，軟化點為495°C的單一軟化點玻璃粉。其余漿料各成分以及制備方法同實施例I。將上述所得電極形成用衆(zhòng)料通過絲網(wǎng)印刷，在規(guī)格125mmxl25mm兩面制絨的單晶硅基片(厚度約180微米)上形成電極薄膜，在生產(chǎn)線上進行試用，印刷厚度為每片用漿料0.88，進隧道爐烘干，溫度2001。烘干后鋁膜電極無脫落現(xiàn)象，然后換另一面印刷正面銀漿，烘干后進隧道爐燒結(jié)。每種鋁電極漿料進行三次對比試驗，燒結(jié)的峰值溫度分別為740V，7600C，和780V，正面銀電極漿料均采用同樣商品。出爐后測量電性能、基片彎曲度、 電極附著性以及外觀。測定的各項性能平均值如表I所示。
燒結(jié)峰 S Isc (A)^ Vbc (V)^[FF效率 ％
ΛΘ Ffr imJ又 I
實施例丨 7400.627 ° 5.56979.03 17.82%
"7600:6305:60779:04 18:02%..............
"7800:6125:60678.:% XTM
......碩兩2 7400M95:58279:32 18:00%............."7600:6275:609WTl Εθ3%
.....780................................................................. 0.629................................... 5.591................................... 79.28................. 18.02%...........
740............................................................... 0.627................................... 5.553................................... 79.00 17J5%~
_0.6295.58979.28 18.02%
HO0.6275.57079.20 17.86%如表I所示，同不采用多種軟化點玻璃粉混合的太陽能電池形成用鋁漿料的性能對比可以發(fā)現(xiàn)，在適當?shù)臒Y(jié)溫度下，鋁電極漿料基本可以獲得一個非常好的光電轉(zhuǎn)換效率，在18. 02%以上。然而，對于沒有采用多種軟化點玻璃混合的鋁漿，當燒結(jié)溫度大幅度偏離最佳值時候，光電轉(zhuǎn)換效率下降的幅度最大。雖然銀漿在影響太陽能電池轉(zhuǎn)換效率上起了更大的作用，表I的結(jié)果還是可以看出，采用了本專利提出的低、中、高軟化點玻璃混合的鋁電極漿料，轉(zhuǎn)換效率雖然有所下降，但下降幅度得到減少，說明本專利提出的漿料具有跟強大的燒結(jié)條件適應性。另外，本發(fā)明專利提出的電極漿料形成的鋁電極電極表面狀況良好，彎曲度非常低，同時體現(xiàn)了非常優(yōu)異的電性能和機械性能。上述實例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.太陽能電池背面電極形成用漿料，包括鋁粉、有機載體、無機玻璃粉、以及功能添加齊U，所述無機玻璃粉包含軟化點為40(T550°C的中軟化點玻璃粉，其特征在于，所述無機玻璃粉還包含370°C 400及55(T590°C軟化點的玻璃粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池背面電極形成用漿料，其特征在于，所述無機玻璃粉的組成為 ①軟化點為37(T400°C的低軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比O.5^10% ； ②軟化點為40(T550°C的中軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比809Γ98%； ③軟化點為55(T590°C高軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比O.5 10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池背面電極形成用漿料，其特征在于，所述無機玻璃粉的組成為 ①軟化點為37(T400°C的低軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比3%-6%； ②軟化點為40(T550°C的中軟化點玻璃粉，占玻璃粉質(zhì)量百分比809Γ98%； ③軟化點為55(T590°C的高軟化點玻璃粉，占玻璃粉含量質(zhì)量百分比3%-6%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的太陽能電池背面電極形成用漿料，其特征在于，所述漿料包括質(zhì)量百分比70-85%的鋁粉、14-24%的有機載體、O. 2飛％的無機玻璃粉、以及O.5^1%的功能添加劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池背面電極形成用漿料，其特征在于，所述高軟化點玻璃粉，其平均粒徑在O. ri. 5微米，最大顆粒直徑小于2. 5微米；所述中軟化點和低軟化點玻璃粉，其平均粒徑為廣2. 5微米，最大粒徑在3. 5微米以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能電池背面電極形成用漿料，其特征在于，所述高軟化點玻璃粉，平均粒徑為O. Π. 2微米，所述鋁粉平均粒徑的范圍為f 10微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池背面電極形成用漿料，其特征在于，所述玻璃粉包括B2O3-SiO2-PbO系列玻璃、無鉛Bi2O3-SiO2-ZnO-B2O3系列玻璃中的一種或兩種，以及少量氧化物添加劑；所述氧化物添加劑包括MgO、CaO、V2O5, ZnO 一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池背面電極形成用漿料，其特征在于，所述有機載體由質(zhì)量百分比5 20%的聚合物以及8(Γ95%的有機溶劑混合而成；所述聚合物選自乙基纖維素、丙烯酸樹脂、硝基纖維素、酚醛樹脂中的一種或多種；所述有機溶劑選自松油醇、卡比醇、檸檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚等一種或多種混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽能電池背面電極形成用漿料，其特征在于，所述功能添加劑選自表面活性劑、觸變劑、燒結(jié)促進劑、粘網(wǎng)防止劑、分散劑以及消泡劑中的一種或多種。
10.制備權(quán)利要求1-9所述的太陽能電池背面電極形成用漿料的方法，包括以下步驟 (1)聚合物和有機溶劑混合制備有機載體將聚合物和有機載體按比例混合并加熱到60-900C，直到聚合物溶解，形成透明粘稠液體，得到有機載體； (2)將鋁粉和玻璃粉按比例混合均勻后放入攪拌機中，加入前述的有機載體，及功能添加劑進行預攪拌； (3)將上述攪拌后的混合原料在研磨機上進行研磨，得到分散均勻的漿料，然后進行真空脫泡處理，漿料細度〈15 μ m，粘度3. 5 4. 5萬mPa. s; (4)經(jīng)過65(T80(TC高溫燒結(jié)后，形成彎曲應力低、同基片結(jié)合緊密的太陽能電池背鋁電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了太陽能電池背面電極形成用漿料，包括質(zhì)量百分比70～85%的鋁粉、14～24%的有機載體、0.2～6%的無機玻璃粉、以及0.5～1%的功能添加劑，所述無機玻璃粉包含軟化點為400～550℃的中軟化點玻璃粉，所述無機玻璃粉還包含370℃～400及550～590℃軟化點的玻璃粉。本發(fā)明的太陽能電池背面電極形成用漿料能夠適應不同的燒結(jié)條件，尤其有非常寬的高溫區(qū)燒結(jié)溫度范圍，同多種銀漿的燒結(jié)都具有最佳匹配特性。
文檔編號H01B13/00GK102855961SQ201210305089
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者張宏, 徐曉宙, 徐曉斌 申請人:西安交通大學蘇州研究院