专利名称：太阳能电池背面电极形成用浆料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池电极的浆料，具体涉及一种太阳能电池背面电极形成用浆料及其制备方法。
背景技术：
随着太阳能电池的光电转换效率的不断提高、目前单晶硅太阳能电池规模化生产的平均效率已经接近18. 5%，太阳能电池电极浆料对光电转换效率的影响也逐渐增大，尤其是太阳能电池正面银浆的种类不断更新，烧结温度最佳范围不断变化，对太阳能电池效率的提高起到了决定性的作用。此时，太阳能电池背电极铝浆的烧结条件同正面银浆的相互
配合显得非常重要。 决定铝浆烧结工艺窗口的最大因素是其中的玻璃粉粘结剂。以往的硅太阳能电池的背电极浆料通常使用单一软化点的玻璃粉粘结剂，其典型范围在450-550°C之间。同时，一般要求玻璃粉的软化点必须低于铝硅合金形成的温度点577°C度。也正因为如此，普通铝浆在烧结过程中的热特性非常单一，对烧结曲线变化的适应性小。在实际应用中，针对不同银浆，烧结条件的变化也非常大，这就导致了银浆的烧结条件同铝浆的最佳烧结条件不一致。因此，在保证银电极优秀性能的同时，要尽可能减少对铝电极性能的影响，需要提供能够适应不同银电极烧结条件的铝电极浆料，这样才能在整体效率上取得最大优势。同时，电极烧结后硅片的应力弯曲也得到了最大程度的降低。
发明内容
本发明所要解决的第一问题在于克服现有技术中普通铝浆热特性非常单一，对烧结曲线变化的适应性小等问题，提供一种适用于超宽烧结温度范围的太阳能电池背面电极形成用浆料。本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种太阳能电池背面电极形成用浆料的制备方法。为了解决现有技术中的这些问题，在第一个方面，本发明提供的技术方案是太阳能电池背面电极形成用浆料，包括铝粉、有机载体、无机玻璃粉、以及功能添加剂，所述无机玻璃粉包含软化点为40(T550°C的中软化点玻璃粉，其特征在于，所述无机玻璃粉还包含3700C 400及55(T590°C软化点的玻璃粉。优选地，所述无机玻璃粉的组成为①软化点为37(T400°C的低软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比O. 5^10% ；②软化点为40(T550°C的中软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比80% 98% ；③软化点为55(T590°C高软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比O. 5 10%。优选地，所述无机玻璃粉组成为①软化点为37(T400°C的低软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比3%_6% ；②软化点为40(T550°C的中软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比80% 98% ；
③软化点为55(T590°C的高软化点玻璃粉，占玻璃粉含量质量百分比3%_6%。优选地，所述浆料包括质量百分比70-85%的铝粉、14-24%的有机载体、O. 2 6%的无机玻璃粉、以及O. 5^1%的功能添加剂。 优选地，所述高软化点玻璃粉，其平均粒径在O. Π. 5微米，最大颗粒直径小于
2.5微米；所述中软化点和低软化点玻璃粉，其平均粒径为f 2. 5微米，最大粒径在3. 5微米以下。优选地，所述高软化点玻璃粉，平均粒径为O. Π. 2微米，所述铝粉平均粒径的范围为1 10微米。优选地，所述玻璃粉包括B2O3-SiO2-PbO系列玻璃、无铅Bi2O3-SiO2-ZnO-B2O3系列玻璃中的一种或两种，以及少量氧化物添加剂；所述氧化物添加剂包括MgO、CaO、V2O5> ZnO一种或多种。优选地，所述有机载体由聚合物和有机溶剂混合而成；所述聚合物选自乙基纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素、酚醛树脂中的一种或多种；所述有机溶剂选自松油醇、卡比醇、柠檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚等一种或多种混合。有机载体是纤维素类和树脂类等聚合物、以及醇类、醚类、脂类等有机溶剂的混合物。主要作用是调节所述浆料的印刷性能，提高电极浆料的成膜性。所述有机载体由质量百分比5 20%的聚合物以及80、5%的有机溶剂混合而成。优选地，所述功能添加剂选自表面活性剂、触变剂、烧结促进剂、粘网防止剂、分散剂以及消泡剂中的一种或多种。本发明的太阳能电池电极形成用浆料中含有质量百分比O. 2飞％的玻璃粉，且该玻璃粉由多种软化点的玻璃粉构成，大大拓宽了玻璃粉的软化温度范围，在烧结温度过高或过低时都能够有部分玻璃粉起作用。在常规的玻璃粉设计中，由于铝硅合金的形成起始温度在577°C，因此要求玻璃粉的软化点温度要远远低于577°C，一般在550°C以下。然而，我们发现，烧结时的峰值温度一般可在700°C以上，由于玻璃粉的作用不仅仅在铝硅形成面上，而且还直接作用在铝粉颗粒之间，少量添加软化点接近或稍高于铝硅合金形成温度的玻璃粉，可以避免较高温度烧结时玻璃粉软化后过度浸润铝粉和硅片而导致的硅片弯曲增大。另一方面，常规玻璃粉设计时由于30(T40(TC之间有机树脂将完全挥发，因此玻璃粉软化点一般不低于400度。然而，我们发现适当的添加非常低软化点(37(T400°C)的玻璃粉，并不会影响有机载体的挥发，而且由于添加量非常少，可以保证在烧结过程中对铝粉和硅片的预浸润，有利于最终的电池性能。本发明中，玻璃粉中的低软化点和高软化点玻璃粉将对烧结条件的拓宽起到补足作用。低软化点玻璃粉占玻璃粉含量质量百分比O. 5 10%，如果其质量百分比如果过多，大于10%，则会造成玻璃熔融液整体粘度过低，增大烧结后硅片弯曲程度，电极硅片接触电阻增大；如果低软化点玻璃粉不含有或含有量过低，则当电极烧结温度降低或者烧结炉带速加快的烧结条件下，玻璃粉粘结作用不能得到充分发挥，铝背电极性能下降；综合考虑，所述低熔点玻璃粉含量在质量百分比O. 5^10%范围内变化，优选范围3飞％。玻璃粉中质量百分比8(Γ98%、软化点40(T550°C的中软化点玻璃粉起到正常的无机粘结剂的作用。其次，玻璃粉中的高软化点玻璃粉，占玻璃粉含量质量百分比O. 5^10% ;高软化点玻璃粉是为了配合某些银电极浆料烧结时需要更高温度的烧结条件而加入的，当其含量过低，则起不到拓展烧结温度范围的作用，含量过高，例如大于10%，在烧结过程中会造成熔解不完全，残留过多影响电极薄膜的导电性；一般优选范围在3-6%之间。同时，本发明所述太阳能电池电极形成用浆料的特征还在于所述的三种类玻璃粉中，高软化点玻璃粉，其平均粒径必须在I. 5微米以下(优选范围在O. ri. 5微米)，最大直径必须小于2. 5微米。低软化点和中软化点玻璃粉，其平均粒径可在3. 5微米以下(优选范围广2.5微米)。其中平均粒径可以是单一的，也可以是不同的多种混合。在第二个方面，本发明提供了太阳能电池背面电极形成用浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤( I)聚合物和有机溶剂混合制备有机载体将聚合物和有机载体按比例混合并加 热到60-90°C，直到聚合物溶解，形成透明粘稠液体，得到有机载体；(2)将铝粉和玻璃粉按比例混合均匀后放入搅拌机中，加入前述的有机载体，及功能添加剂进行预搅拌；(3)将上述搅拌后的混合原料在研磨机上进行研磨，得到分散均匀的浆料，然后进行真空脱泡处理，浆料细度〈15 μ m，粘度3. 5^4. 5万mPa. s;(4)经过65(T80(TC高温烧结后，形成弯曲应力低、同基片结合紧密的太阳能电池背铝电极。本发明中，术语“铝粉”，其颗粒形状是球状或近球状，铝粉纯度> 99. 97%，由一种、两种或两种以上平均粒径的铝粉混合构成，其平均粒径的优选范围在广10微米。本发明中，术语“高软化点玻璃粉”，是指软化点为55(T590°C的玻璃粉。本发明中，术语“中软化点玻璃粉”，是指软化点为40(T550°C的玻璃粉。本发明中，术语“低软化点玻璃粉”，是指软化点为370°C -400°C的玻璃粉。相对于现有技术中的方案，本发明的优点是I.本发明的太阳能电池电极形成用浆料，不影响普通烧结时候的浆料热学特性，避免了低软化点玻璃粉过多造成的玻璃溶液界面聚集、硅片应力增大的缺点，也同时避免了高软化点玻璃粉过多造成的玻璃粉熔融不足分布不均的不利之处，对提高铝浆的烧结条件适应性，对提高同正面银电极浆料的匹配性，最终对提高电池电性能、开路电压、光电转换效率，以及抑制硅片弯曲起到了积极作用。2.本发明的浆料能够适应不同的烧结条件，尤其有非常宽的高温区烧结温度范围，同多种银浆的烧结都具有最佳匹配特性，保证电池转换效率的稳定性。3.本发明的浆料能够同硅基材充分形成太阳能电池所要求的背面电场效果(BSF)，具有开路电压和光电转换效率高、导电性良好、接触电阻低、硅片的应力弯曲小、对硅基片附着牢固的特点，铝电极膜表面光滑、不起泡、不掉灰、不起铝珠。
具体实施例方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。材料来源或出处铝粉是普通市售产品，可购自远洋铝业，鞍山铝业，金山铝业等的招粉。本实施例中所用高软化点玻璃粉、中软化点玻璃粉及低软化点玻璃粉从西安万达光电订购，也可从红星电子，昆山英菲特光电以及佛山东谷等公司订购。本实施例中所用聚合物和有机溶剂等材料为普通市售产品。实施例本实施例详细说明本发明所述电极浆料的组成以及制备方法。下述实施例用于示例本发明，本发明的范围并不限于下述实施例。实施例I :太阳能电池电极形成浆料铝粉I-A将质量百分比1%的平均粒径为O. 91 μ m球状铝粉与95%的平均粒径为6. 12 μ m的球状铝粉均匀混合，制造太阳能电池电极形成浆料用铝粉A，铝粉纯度>99. 97%
有机载体I-B按照质量百分比乙基纤维素2. 5%，树脂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，加热到70-90度，使纤维素和树脂完全溶解，形成透明有机载体B玻璃粉I-C玻璃粉组成选用B2O3-SiO2-PbO系列玻璃粉。玻璃粉的软化点可以通过调节组成中各组分的配比以及微量元素的含量来进行控制。本专利中使用的低、中、高软化点的玻璃粉由我们提出软化点和粒度分布要求，委托专业厂家进行制备。各种类玻璃粉的平均细度均为I. 9 μ m。玻璃粉C的准备过程如下将质量百分比6%的软化点395°C的玻璃粉，质量百分比88%软化点495°C的玻璃粉，以及质量百分比6%的软化点555°C的玻璃粉均匀混合，形成制造太阳能电池电极形成浆料用玻璃粉ι-c。按质量百分比取太阳能电池电极形成浆料用铝粉1-A77. 5%，有机载体1-B19. 5%，玻璃粉1-C1. 5%，以及触变剂O. 5%，消泡剂O. 5%，分散剂O. 5%加入搅拌机中混合成预备物料，然后用三辊研磨机混炼成细度小于15m，粘度3. 5^4. 5万mPas的电极形成用浆料。实施例2太阳能电池电极形成浆料用铝粉2-A将质量百分比1%的平均粒径为O. 91 μ m球状铝粉与95%的平均粒径为6. 12 μ m的球状铝粉均匀混合，制造太阳能电池电极形成浆料用铝粉A，铝粉纯度>99. 97%。2.有机载体2-B按照质量百分比乙基纤维素2. 5%，树脂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，加热到70-90度，使纤维素和树脂完全溶解，形成透明有机载体F。3.玻璃粉 2-C玻璃粉组成选用B2O3-SiO2-PbO系列玻璃粉。玻璃粉的软化点可以通过调节组成中各组分的配比以及微量元素的含量来进行控制。本专利中使用的低、中、高软化点的玻璃粉由我们提出软化点和粒度分布要求，委托专业厂家进行制备。各种类玻璃粉的平均细度均为I. 9 μ m。玻璃粉C的准备过程如下将质量百分比3%的软化点370°C的玻璃粉，质量百分比94%软化点495°C的玻璃粉，以及质量百分比3%的软化点590°C的玻璃粉均匀混合，形成制造太阳能电池电极形成浆料用玻璃粉2-C。按质量百分比取太阳能电池电极形成浆料用铝粉2-A77. 5%，有机载体2-B19. 5%，玻璃粉2-C1. 5%，以及触变剂O. 5%，消泡剂O. 5%，分散剂O. 5%加入搅拌机中混合成预备物料，然后用三辊研磨机混炼成细度小于15 μ m，粘度3. 5^4. 5万mPas的电极形成用浆料。对照例采用平均细度为I. 9 μ m，软化点为495°C的单一软化点玻璃粉。其余浆料各成分以及制备方法同实施例I。将上述所得电极形成用衆料通过丝网印刷，在规格125mmxl25mm两面制绒的单晶硅基片(厚度约180微米)上形成电极薄膜，在生产线上进行试用，印刷厚度为每片用浆料0.88，进隧道炉烘干，温度2001。烘干后铝膜电极无脱落现象，然后换另一面印刷正面银浆，烘干后进隧道炉烧结。每种铝电极浆料进行三次对比试验，烧结的峰值温度分别为740V，7600C，和780V，正面银电极浆料均采用同样商品。出炉后测量电性能、基片弯曲度、 电极附着性以及外观。测定的各项性能平均值如表I所示。
烧结峰 S Isc (A)^ Vbc (V)^[FF效率 ％
ΛΘ Ffr imJ又 I
实施例丨 7400.627 ° 5.56979.03 17.82%
"7600:6305:60779:04 18:02%..............
"7800:6125:60678.:% XTM
......硕两2 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，同不采用多种软化点玻璃粉混合的太阳能电池形成用铝浆料的性能对比可以发现，在适当的烧结温度下，铝电极浆料基本可以获得一个非常好的光电转换效率，在18. 02%以上。然而，对于没有采用多种软化点玻璃混合的铝浆，当烧结温度大幅度偏离最佳值时候，光电转换效率下降的幅度最大。虽然银浆在影响太阳能电池转换效率上起了更大的作用，表I的结果还是可以看出，采用了本专利提出的低、中、高软化点玻璃混合的铝电极浆料，转换效率虽然有所下降，但下降幅度得到减少，说明本专利提出的浆料具有跟强大的烧结条件适应性。另外，本发明专利提出的电极浆料形成的铝电极电极表面状况良好，弯曲度非常低，同时体现了非常优异的电性能和机械性能。上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.太阳能电池背面电极形成用浆料，包括铝粉、有机载体、无机玻璃粉、以及功能添加齐U，所述无机玻璃粉包含软化点为40(T550°C的中软化点玻璃粉，其特征在于，所述无机玻璃粉还包含370°C 400及55(T590°C软化点的玻璃粉。
2.根据权利要求I所述的太阳能电池背面电极形成用浆料，其特征在于，所述无机玻璃粉的组成为 ①软化点为37(T400°C的低软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比O.5^10% ； ②软化点为40(T550°C的中软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比809Γ98%； ③软化点为55(T590°C高软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比O.5 10%。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池背面电极形成用浆料，其特征在于，所述无机玻璃粉的组成为 ①软化点为37(T400°C的低软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比3%-6%； ②软化点为40(T550°C的中软化点玻璃粉，占玻璃粉质量百分比809Γ98%； ③软化点为55(T590°C的高软化点玻璃粉，占玻璃粉含量质量百分比3%-6%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的太阳能电池背面电极形成用浆料，其特征在于，所述浆料包括质量百分比70-85%的铝粉、14-24%的有机载体、O. 2飞％的无机玻璃粉、以及O.5^1%的功能添加剂。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池背面电极形成用浆料，其特征在于，所述高软化点玻璃粉，其平均粒径在O. ri. 5微米，最大颗粒直径小于2. 5微米；所述中软化点和低软化点玻璃粉，其平均粒径为广2. 5微米，最大粒径在3. 5微米以下。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池背面电极形成用浆料，其特征在于，所述高软化点玻璃粉，平均粒径为O. Π. 2微米，所述铝粉平均粒径的范围为f 10微米。
7.根据权利要求I所述的太阳能电池背面电极形成用浆料，其特征在于，所述玻璃粉包括B2O3-SiO2-PbO系列玻璃、无铅Bi2O3-SiO2-ZnO-B2O3系列玻璃中的一种或两种，以及少量氧化物添加剂；所述氧化物添加剂包括MgO、CaO、V2O5, ZnO 一种或多种。
8.根据权利要求I所述的太阳能电池背面电极形成用浆料，其特征在于，所述有机载体由质量百分比5 20%的聚合物以及8(Γ95%的有机溶剂混合而成；所述聚合物选自乙基纤维素、丙烯酸树脂、硝基纤维素、酚醛树脂中的一种或多种；所述有机溶剂选自松油醇、卡比醇、柠檬酸三丁酯、卵磷脂、二乙二醇乙醚等一种或多种混合。
9.根据权利要求I所述的太阳能电池背面电极形成用浆料，其特征在于，所述功能添加剂选自表面活性剂、触变剂、烧结促进剂、粘网防止剂、分散剂以及消泡剂中的一种或多种。
10.制备权利要求1-9所述的太阳能电池背面电极形成用浆料的方法，包括以下步骤 (1)聚合物和有机溶剂混合制备有机载体将聚合物和有机载体按比例混合并加热到60-900C，直到聚合物溶解，形成透明粘稠液体，得到有机载体； (2)将铝粉和玻璃粉按比例混合均匀后放入搅拌机中，加入前述的有机载体，及功能添加剂进行预搅拌； (3)将上述搅拌后的混合原料在研磨机上进行研磨，得到分散均匀的浆料，然后进行真空脱泡处理，浆料细度〈15 μ m，粘度3. 5 4. 5万mPa. s; (4)经过65(T80(TC高温烧结后，形成弯曲应力低、同基片结合紧密的太阳能电池背铝电极。
全文摘要
本发明公开了太阳能电池背面电极形成用浆料，包括质量百分比70～85%的铝粉、14～24%的有机载体、0.2～6%的无机玻璃粉、以及0.5～1%的功能添加剂，所述无机玻璃粉包含软化点为400～550℃的中软化点玻璃粉，所述无机玻璃粉还包含370℃～400及550～590℃软化点的玻璃粉。本发明的太阳能电池背面电极形成用浆料能够适应不同的烧结条件，尤其有非常宽的高温区烧结温度范围，同多种银浆的烧结都具有最佳匹配特性。
文档编号H01B13/00GK102855961SQ201210305089
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月24日 优先权日2012年8月24日
发明者张宏, 徐晓宙, 徐晓斌 申请人:西安交通大学苏州研究院