一种高导电性能的晶硅太阳能电池铝浆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及晶体硅太阳能电池用铝浆，具体涉及一种高导电性能的晶硅太阳能电 池铝浆。
【背景技术】
[0002] 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降低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的作用，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。
[0003] 太阳能电池导电铝浆由铝粉、无机玻璃粘合剂、有机载体和添加剂等组分按一 定的配比制备而成，其中铝粉作为导电相，其形状，颗粒大小，粒径分布等因素对太阳能 电池背电极的电性能均有影响。因此，目前，有关铝粉的性能及其各种优化级配对晶硅 太阳能电池电性能的影响研究十分活跃，如：不同粒径大小的铝粉搭配使用的专利有 CN201110387715. 3, CN201210446534. 8, CN201210166982. 2 等；不同形状的铝粉混合使 用的专利有 CN200980135103. 6, CN201110201715. X，CN201310633274. X 等。以上所述的 多数专利中对铝粉表面的氧化程度均未提及，也有一些专利如CN 201210166982. 2 ;CN 201310485907. 7 ;CN 201510015499. 8提到铝粉表面包覆有2-10nm厚的氧化铝层，而氧化 铝薄层的存在对电池片电性能的影响是显而易见的，氧化铝层的厚度越厚或铝粉的氧含量 越高，导电性能必然会降低，诸如铝粉表面氧化铝层的厚度大于l〇nm，在目前浆料快速烧 结工艺中，很可能玻璃粉对铝粉表面的一层较厚的氧化铝膜层溶蚀不完全，因此会阻碍硅 与铝的接触以形成合金层，从而阻碍铝背场的形成。然而，采用氧含量低于0. 4%的铝粉作 导电相带来的弊端是：一方面烧结后的铝膜外观不良，容易起铝珠、铝苞和翘曲较大；另一 方面耐水煮性能也会受到不良的影响，这也是很长一段时间内该铝粉未被本领域技术人员 所采用的原因。本发明的目的在于提供一种高导电性能太阳能电池铝浆，在保证铝膜外观 和水煮性能的前提下，采用氧含量低于〇. 4%的铝粉作导电相来提高太阳能电池背电极的 电性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，以氧含量低于0.4%的铝粉作导电相提高太阳能电池背电极 的电性能，进一步提高目前市场上背铝浆的光电转化效率，同时解决了其带来的铝膜外观 和水煮性能不良的技术问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种高导电性能的晶硅太阳能电 池铝浆，其特征在于，其配方组分按重量百分比计包括：铝粉65~78%、无铅玻璃粉1~5%、 有机载体15~30%、抗翘曲添加剂0. 5~3%和助剂0. 1~3%，且各组份的重量百分比之和 为 100%。
[0006] 优选的技术方案为，所述抗翘曲添加剂包括A组分和/或B组分，所述A组分为选 自ThP207、UP207和HfW20s中的至少一种，B组分由化学通式为M2N3012的一种或几种混合而 成，化学通式中M为选自Yb3+、Er3+、Y3+、Lu3+中的一种，N为选自W6+，Mo6+中的一种。
[0007] 有资料显示，在300~1200 °C温度范围内ThP207的平均线膨胀系数 为-8. 1X10 6/°C，在600~1500°C温度范围内UP207的平均线膨胀系数为-6. 3X10 6/°C， 在-273~777°C温度范围内HfW20s的平均线膨胀系数为-8. 7X10 6/°C。化学通式为M2N3012 的钨酸盐在200~800°C/900°C的负热膨胀系数-7. 34~-6. 18X10 6/°C，其钼酸盐在RT~ 800°C的负热膨胀系数-9. 36~-6. 02X10 6/°C，上述添加剂表现负热膨胀性质的温度区间 较宽，且与电池片的烧结温度范围相匹配，另外，该添加剂负热膨胀系数的绝对值较大，即 添加很少的量就能显著降低电池片的翘曲。抗翘曲添加剂的添加量过大如大于3%，在对比 例2中添加量4%，则会以细微固体颗粒的形态阻碍铝粉颗粒间的有效接触，进而在抗翘曲 添加剂处无法形成连续的导电铝膜网络，对电性能造成波动。
[0008] 优选的技术方案为，抗翘曲添加剂的平均粒径小于3ym。铝粉为球形或类球形，纯 度大于99. 8%，铝粉由平均粒径为小于2ym的铝粉A、平均粒径为3~5ym铝粉B和平均粒 径为6~8ym铝粉C混合而成，以铝粉总重量100%计，铝粉A的重量百分比为10~30%， 铝粉B的重量百分比为30~80%，余量为铝粉C。抗翘曲添加剂的粒径优选小于3ym，可以 很好的填充在具有上述粒径铝粉所形成的缝隙中，即可以更好的在局部缓解铝浆在烧结过 程中应力的释放；采用三种不同平均粒径的铝粉混合作导电相，使配制的铝浆经丝网印刷， 烘干和烧结成铝膜后，有助于铝粉堆积密度的提高，能够提高电池片中铝膜层的致密程度， 从而提高太阳能电池片的开路电压。同时，电池片具有的致密的铝膜层还能改善电池片的 耐湿热性能。以上性能的改善均有助于提高太阳能电池的光电转化效率。
[0009] 优选的技术方案为，按铝粉总重量的百分比计，铝粉的氧含量小于0.4%，更优选为 0. 2~0. 35%，目前，氧含量低于0. 2%的铝粉还未能工业化量产。氧含量为0. 2~0. 35%的 铝粉由于外层包裹很少量的氧化层，利于降低铝粉与铝粉间的接触电阻；在烧结过程中，具 有合适软化点的玻璃粉可以有足够的时间来润湿和携带铝粉进行迀移，有助于提高硅铝合 金层的厚度或硅中铝的掺杂浓度，有助于提高太阳能电池的开压。
[0010] 优选的技术方案为，所述无铅玻璃粉的组成按重量百分比计包括：Bi203 30~ 50%、B203 10 ~20%、Si02 8 ~15%、ZnO10 ~30%、Sb203 5 ~10%、Zr02 0 ~3%、V2051 ~5%、 A1203 0? 5~5%、BaO0? 1~2%和SrO0~1%，玻璃粉的粒径分布优选为0? 5~6ym。
[0011] 通过对玻璃粉组分和百分含量的优选，使其对硅基板和铝粉的润湿性良好，经烧 结后与硅基板有好的欧姆接触，具可靠的附着力；且玻璃粉体系与硅基板的热膨胀系数匹 配，使烧结后硅片翘曲小，降低电池片制造中的碎片率。
[0012] 有机载体包括聚合物和有机溶剂，优选的技术方案为，乙基纤维素3~10%、醋酸 丁酸纤维素2~8%、酚醛树脂1~10%、松油醇30~50%、丁基卡必醇醋酸酯15~30%、柠 檬酸三丁酯10~20%、二乙二醇丁醚3~7%、栗油1~5%和润湿分散剂0. 2~1%。更进一 步优选为，乙基纤维素7%、醋酸丁酸纤维素5%、酚醛树脂5%、松油醇41%、丁基卡必醇醋酸酯 18. 7%、柠檬酸三丁酯16%、二乙二醇丁醚4%、栗油3%和润湿分散剂BYK-108 0. 3%。
[0013] 优选的技术方案为，所述助剂包括流平剂、分散剂、消泡剂和触变剂中的至少一 种。
[0014] 优选的技术方案为，所述流平剂为选自聚丙烯酸、三甘油脂肪酸纳、醋酸丁基纤维 素、己二酸二辛酯钠和聚二甲基羧酸酯钠中的至少一种；分散剂为选自聚乙烯吡咯烷酮、 十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基吡啶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇脂、硬脂酸钠和石蜡油中的 至少一种；消泡剂为选自酰胺类消泡剂、聚醚类消泡剂和亚胺类消泡剂中的至少一种；触 变剂为选自氢化蓖麻油、聚酰胺蜡微粉、改性脲类触变剂中的至少一种。
[0015] 通过对有机载体组分的筛选和助剂的适量添加，使其对粉体颗粒的润湿和分散性 能佳，不仅有良好的丝网印刷性，而且由于有机溶剂呈梯度挥发，烧结后铝膜致密光滑。
[0016] 为了使抗翘曲添加剂能更好地分散于有机载体中，作为优选的技术方案，所述抗 翘曲添加剂表面预先经过偶联剂或表面活性剂的包覆处理，所述偶联剂为选自硅烷偶联 剂、钛酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种，表面活性剂为选自失水山梨醇脂肪酸酯、卵磷 月旨、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种；偶联剂或表面活性剂的用量为抗翘曲添加剂重 量的0. 5~2%。
[0017] 本发明具有下列优点： (1)通过添加预先处理的具有负热膨胀系数的抗翘曲添加剂，抗翘曲添加剂与有机载 体之间相容性好，能均匀分散在浆料中铝粉所形成的缝隙中，烧结过程中随着温度的升高， 抗翘曲添加剂的微观晶体沿至少一个轴收缩，为铝粉的受热膨胀提供缓冲空间，进而使铝 背场与硅片间的热膨胀系数趋于一致，显著减少烧结后铝背场和硅片间由于热膨胀系数不 匹配造成的翘曲，并且铝背场表面光滑，无明显铝珠、铝苞等不良。
[0018] (2)添加抗翘曲添加剂的太阳能电池铝浆，由于铝粉的优化级配和有机载体组分 的筛选，烧结后形成的铝膜致密均匀，耐湿热性能好，水煮测试无气泡，同时擦拭与背银电 极接触重叠的铝膜部分，不会出现掉粉现象。
【具体实施方式】
[0019] 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。
[0020] 实施例1 高导电性能的晶硅太阳能电池铝浆的配方组分按重量百分比计包括：铝粉65%、无铅 玻璃粉1%、有机载体30%、抗翘曲添加剂3%和助剂1%。
[0021] 其中，铝粉规格：氧含量0. 2%。以铝粉总重量计，粒径搭配为：小于2ym的铝粉A 30%，3~5ym铝粉B30%和6~8ym铝粉C40%。无铅玻璃粉组分按重量百分比计包括： Bi203 30%，B203 20%，Si02 8%，ZnO30%，Sb203 6. 4%，Zr02 0%，V2055%，A1203 0? 5%，BaO0? 1% 和 SrO0%〇
[0022] 有机载体组分按重量百分比计包括：乙基纤维素7%、醋酸丁酸纤维素5%、酚醛树 脂5%、松油醇41%、丁基卡必醇醋酸酯18. 7%、柠檬酸三丁酯16%、二乙二醇丁醚4%、栗油3% 和润湿分散剂BYK-108 0. 3% ;抗翘曲添加剂：ThP207，硅烷偶联剂表面处理；助剂由己二酸 二辛酯钠、聚乙烯醇脂、聚醚硅油和聚酰胺蜡微粉组成。
[0023] 实施例2 铝粉70%、无铅玻璃粉3. 5%、有机载体24. 4%、