一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法，所述铝导电浆料的成分包括细铝粉、粗铝粉、无机玻璃粉、有机载体、有机抗翘曲物质、流平剂、分散剂、消泡剂、触变剂、增稠剂和防沉淀剂。所述有机抗翘曲物质可溶于有机溶剂，均匀分散于铝导电浆料中，在铝导电浆料烧结时，有机抗翘曲物质形成纳米级抗翘曲氧化物，可在局部阻止铝粉微粒的结合，因此可有效降低太阳能电池片的翘曲度，并且能避免背场过烧及烧结收缩时带来的外观不良，从而降低后续组件工艺电池片的碎片率，提升电池片的良率，进一步提升其光电转换效率。
【专利说明】一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其 制备方法。
【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，通常需要在背面印刷铝导电浆料，然后烘干、烧结，使铝原子扩散进硅当中，形成P-P + 结，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，从而起到提升光电转换效率的作用。
[0003] 铝的线性热膨胀系数（23. 2E-6/°C )和硅的线性热膨胀系数（2. 5E-6/°C )是不同 的，且差异较大，因此烧结后冷却时的时候，铝背场收缩得相对多一些，而硅片尺寸基本不 变，在收缩应力作用下，电池片会产生一定的弯曲。弯曲如果较大，可能会对后续的筛选、包 装、分装、层压等造成不利影响，并且在后续组件工艺中叶容易产生碎片。还有，铝膜层在烧 结时如果温度过高，容易导致部分铝粉和玻璃粉过热，反应较剧烈，铝背场表面容易形成铝 包、铝珠、铝刺、暗包等不良现象。
[0004] 因硅材料是晶体硅太阳电池的主要成本，更轻更薄的硅片是将来的趋势，而更薄 的硅片将更容易产生弯曲。因此，寻找一种不影响电池效率和附着力，而又能够有效降低电 池片弯曲度的方法显得非常重要。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其 制备方法，该铝导电浆料能够提升P型晶体硅太阳能电池的光电转换效率，同时能够降低 电池片的翘曲，并且可以有效的避免晶体硅太阳能电池背场过烧或收缩带来的外观不良， 从而降低电池片碎片率、提升电池良率。
[0006] 本发明提供的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料中均匀分散有有机抗翘曲添加剂。
[0007] 优选的是，所述铝导电浆料的成分还包括细铝粉、粗铝粉、无机玻璃粉、有机载体、 流平剂、分散剂、消泡剂、触变剂、增稠剂和防沉淀剂。
[0008] 优选的是，所述铝导电浆料的成分按重量百分比计包括：细铝粉占5?30wt %;粗 铝粉占35?70wt %;有机抗翘曲添加剂占0. 1?IOwt %;无机玻璃粉占0. 1?5. Owt %;有 机载体占10?30wt%;流平剂占0. 01?5wt%;分散剂占0. 01?5wt%;消泡剂占0. 01? 5wt% ;触变剂占0. 01?5wt% ;增稠剂占0. 01?5wt% ;防沉淀剂占0. 01?5wt%。 [0009] 优选的是，所述有机抗翘曲添加剂为有机硅类物质、有机锡类物质或有机铅类物 质中的一种。
[0010] 优选的是，所述有机硅类物质为甲基硅油、二甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基 含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯 基娃油、甲基轻基娃油、乙基含氢娃油、轻基含氢娃油、含氰娃油中的一种或几种按任意比 例的组合；所述有机锡类物质为辛癸酸二亚甲基锡、二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡、二丁基 锡、三丁基锡、三苯基锡中的一种或者几种按任意比例的组合；所述有机铅类物质为三甲基 铅、三乙基铅、四甲基铅、四乙基铅中的一种或几种按任意比例的组合。
[0011] 优选的是，所述粗铝粉和细铝粉均为氮气雾化法生产的铝粉，表面包覆有5? 20nm的氧化层，其中细铝粉中粒径D5tl为0· 5?4um，粗铝粉中粒径D5tl为4?8um。
[0012] 优选的是，所述有机载体的成分按重量百分比计包括：1?15wt%的乙基纤维素， 60?SOwt%的丙二醇单丁醚，10?30wt%粘度调节剂。
[0013] 优选的是，所述粘度调节剂为松油醇、松节油、乙二醇丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙 二醇丁醚醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三丁酯、磷酸三丁酯中的一种或几种按任意比 例的组合。
[0014] 优选的是，所述无机玻璃粉为ZnO-B2O3体系、Bi2O3-ZnO-B 2O3体系、Bi2O3-ZnO体系、 BaO-B2O3体系、ZnO-BaO-B2O3体系、PbO-B 2O3体系、PbO-ZnO-B2O3体系玻璃粉中的一种或者几 种按任意比例的组合；所述无机玻璃粉的中粒径D 5tl为0. 5?5. Oum。
[0015] 一种制备所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料的方法，包括以下步骤：将有机 抗翘曲添加剂分散于有机载体中，搅拌混匀，然后加入无机玻璃粉、流平剂、分散剂、消泡 齐?、触变剂、增稠剂和防沉淀剂，分多次加入铝粉，搅拌均匀，再经过三辊研磨机研磨，使研 磨后楽料的细度小于20um，调节楽料粘度至35000?45000mpas，即得到所述晶体娃太阳电 池用铝导电浆料。
[0016] 值得注意的是：
[0017] 本发明中有机抗翘曲添加剂够溶解于常用工业有机溶剂中，也可溶解于本发明的 有机载体所采用的丙二醇单丁醚及粘度调节剂中。在高速搅拌下，所述有机抗翘曲添加剂 很容易均匀分散入固液混合的铝导电浆料中。铝导电浆料是印刷在晶体硅太阳电池硅片的 背面的，烧结的时候产生扩散形成P-P+结从而提高效率。而烧结的时候铝粉会产生收缩使 得硅片翘曲度偏大，因此需要加入一定量的组分抵抗这种收缩的力量。以往常规的办法是 加入硅粉、氧化铝或者二氧化硅一类的固体粉末，现代的工业使用常规技术能将它们的粒 径控制在0. 1?1微米，使用气相沉积法或者激光加热冷凝方法，可以将它们的粒径控制在 20?80nm。但是加入这些固体粉末面临两个问题，一个是它们的粒径相对于均匀分布在铝 浆中的要求而言，还是偏粗的，第二是它们作为固体相，是无法在微观上和另外的固体相完 全均匀分布的，因此也无法达到完全均匀的抵抗收缩的作用。加入有机抗翘曲添加剂就解 决了这个问题，因为有机抗翘曲添加剂溶解后是呈现液相均匀分布在铝导电楽料中的，在 导电浆料印刷、烘干后，在烧结时（有氧状态下），能燃烧分解形成无定型氧化物固体颗粒， 该固体颗粒即充当浆料烧结时的抗翘曲物质，该固体颗粒仅有1?5纳米大小，在小范围程 度内阻隔铝粉微粒的结合，降低了铝膜与硅本体的膨胀系数的差异，因此能显著减少了电 池片的弯曲度。同时由于其粒径非常小，不会阻挡铝向硅当中的扩散，因而相比常规固体抗 翘曲成分来说电性能方面会更好。
[0018] 本发明采用的铝粉是粗铝粉和细铝粉搭配的方式，这是因为通常细铝粉的烧结活 性比粗铝粉的烧结活性更高，采用混合搭配的方式，可以避免纯用细铝粉容易产生的烧结 起铝珠、铝包的现象，也可以避免纯用粗铝粉容易产生的烧结活性不足导致的光电转换效 率偏低的情况。
[0019] 本发明中无机玻璃粉为本领域技术人员所公知的一类物质，无机玻璃粉主要起粘 接作用，同时起保护导电相的作用，免除导电受酸、碱、大气、水等的侵蚀。在高温烧结中，玻 璃熔化润湿基板，在一定程度上穿透渗入金属网络，形成一种犬齿状的交合状态，这种结构 对良好的附着力十分理想。
[0020] 本发明中流平剂为本领域技术人员所公知的一类物质，包括丙烯酸树脂类流平 齐IJ、脲醛树脂类流平剂、三聚氰胺甲醛树脂类流平剂等，其作用是积聚至表面形成一层新的 树脂膜，使涂膜的表面张力趋于平衡，从而促使铝导电浆料的印刷膜层变得平整、均匀。
[0021] 本发明中分散剂为本领域技术人员所公知的一类物质，包括脂肪酸类、脂肪族酰 胺类、酯类、石蜡类、硬脂酸盐类等分散剂，其作用是能有效防止铝导电浆料中各种粒子的 团聚，使各组分均匀分散于浆料中。
[0022] 本发明中消泡剂为本领域技术人员所公知的一类物质，包括酰胺类消泡剂、聚醚 类消泡剂、亚胺类消泡剂等，其作用是为了防止在生产的过程中铝导电浆料内部产生气泡。
[0023] 本发明中触变剂为本领域技术人员所公知的一类物质，包括氢化蓖麻油类、聚酰 胺蜡微粉、改性脲类物质等，其作用是为了防止铝浆在印刷的时候流动过快，防止出现印刷 暂停时可能的漏浆现象。
[0024] 本发明中增稠剂为本领域技术人员所公知的一类物质，包括聚异乙烯、聚乙烯乙 醇、聚甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，其作用是提高浆料的粘稠性和塑性。
[0025] 本发明中防沉淀剂为本领域技术人员所公知的一类物质，包括季铵盐高分子共聚 物、阴离子羧酸共聚体、非离子聚氨酯类等，其目的是防止浆料中各粒子的沉降，稳定粒子 在浆料中的状态。
[0026] 本发明具有下列优点：
[0027] (1)采用本发明铝浆料在烧结时形成的纳米级抗翘曲物质（1?5纳米的无定型氧 化物，如二氧化硅），可在局部阻止铝粉微粒的结合，因此可有效降低太阳电池片的翘曲度， 从而降低后续组件工艺电池片的碎片率。
[0028] (2)采用本发明铝浆料在烧结时，可以避免铝包、铝刺、铝珠、暗包等长大，从而避 免此类等外观不良的形成，从而提升电池片的良品率。
[0029] (3)本发明铝浆中的有机抗翘曲物质燃烧后形成的纳米级纳米级抗翘曲物质的粒 径小，能够避免在铝导电浆料中，添加常规的无机抗翘曲剂粉末（如微米级和亚微米级的 二氧化硅粉、三氧化二铝粉等）而带来的光电转化效率下降的问题。
[0030] (4)本发明有机抗翘曲物质为液态有机物，它可溶于常用有机溶剂中，很容易均匀 分散于导电浆料中，比常规的无机固体抗翘曲剂粉末的分散性能好。
【具体实施方式】：
[0031] 本发明提供一种铝导电浆料及其制备方法，采用本发明提供的铝导电浆料得到的 晶硅电池片，可以起到提升太阳电池电性能、让烧结后的电池片弯曲度更低，避免背场过烧 或收缩带来的外观不良（如透过背场可看到多晶硅晶界花纹、起包、暗包等），从而使外观 更加美观等优点。
[0032] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书 文字能够据以实施。
[0033] 实施例1 :
[0034] 本实施例铝导电浆料的组成配方为：IOwt %的细铝粉（D5tl为Ium左右），55wt %的 粗错粉（D5tl为6um左右），25wt %的有机载体，5wt %的有机抗翅曲物质_甲基娃油，4wt %的 ZnO-BaO-B2O3无机玻璃粉，0. 2wt %的分散剂乙烯基双硬脂酰胺，0. 2wt %的聚醚类消泡剂， 0. 2wt %的丙烯酸树脂类流平剂，0. 2wt %的氢化菌麻油类触变剂，0. Iwt %的聚异乙烯增稠 剂，0. lwt%的季铵盐高分子共聚物防沉淀剂。其中有机载体配方为：10wt%的乙基纤维素， 80wt%的丙二醇丁醚，5wt%松油醇，5wt%二乙二醇丁醚醋酸酯。
[0035] 制备方法是：将二甲基硅油采用搅拌机分散于有机载体中，混匀，再加入 ZnO-BaO-B2O3无机玻璃粉、分散剂乙烯基双硬脂酰胺、聚醚类消泡剂、丙烯酸树脂类流平剂、 氢化蓖麻油类触变剂、聚异乙烯增稠剂和季铵盐高分子共聚物防沉淀剂，分多次加入铝粉， 搅拌均匀，再过三辊研磨机研磨，使研磨后浆料的细度小于15um，调节浆料粘度至40000? 42000mpas，即得到本实施例铝导电浆料。
[0036] 按上述比例精确称量及方法制备，生产出IOOkg铝导电浆料，在产线上试验的结 果如表1，其中的对照组采用市售常规铝导电浆料。
[0037] 表 1
[0038]
【权利要求】
1. 一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于：所述铝导电浆料中均匀分散有 有机抗翘曲添加剂。
2. 根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述铝导电 浆料的成分还包括细铝粉、粗铝粉、无机玻璃粉、有机载体、流平剂、分散剂、消泡剂、触变 齐U、增稠剂和防沉淀剂。
3. 根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述铝导电 浆料的成分按重量百分比计包括：细铝粉占5?30wt% ;粗铝粉占35?70wt% ;有机抗翘 曲添加剂占〇· 1?IOwt% ;无机玻璃粉占0· 1?5. Owt% ;有机载体占10?30wt% ;流平 剂占0· 01?5wt% ;分散剂占0· 01?5wt% ;消泡剂占0· 01?5wt% ;触变剂占0· 01? 5wt% ;增稠剂占0· 01?5wt% ;防沉淀剂占0· 01?5wt%。
4. 根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述有机抗 翘曲添加剂为有机硅类物质、有机锡类物质或有机铅类物质中的一种。
5. 根据权利要求4所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述有机硅 类物质为甲基娃油、-甲基娃油、乙基娃油、苯基娃油、甲基含氧娃油、甲基苯基娃油、甲基 氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含 氢娃油、轻基含氢娃油、含氰娃油中的一种或几种按任意比例的组合； 所述有机锡类物质为辛癸酸二亚甲基锡、二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡、二丁基锡、三 丁基锡、三苯基锡中的一种或者几种按任意比例的组合； 所述有机铅类物质为三甲基铅、三乙基铅、四甲基铅、四乙基铅中的一种或几种按任意 比例的组合。
6. 根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述粗铝粉 和细铝粉均为氮气雾化法生产的铝粉，表面包覆有5?20nm的氧化层，其中细铝粉中粒径 D5tl为0. 5?4um，粗铝粉中粒径D5tl为4?8um。
7. 根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述有机载 体的成分按重量百分比计包括：1?15wt %的乙基纤维素，60?80wt %的丙二醇单丁醚， 10?30wt%粘度调节剂。
8. 根据权利要求7所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述粘度调 节剂为松油醇、松节油、乙二醇丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、邻苯二甲酸二 丁酯、柠檬酸三丁酯、磷酸三丁酯中的一种或几种按任意比例的组合。
9. 根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，其特征在于，所述无机玻 璃粉为 ZnO-B2O3 体系、Bi2O3-ZnO-B2O3 体系、Bi2O3-ZnO 体系、BaO-B2O3 体系、ZnO-BaO-B2O3 体 系、PbO-B2O3体系、PbO-ZnO-B2O 3体系玻璃粉中的一种或者几种按任意比例的组合；所述无 机玻璃粉的中粒径D5tl为0· 5?5. Oum。
10. -种制备权利要求1-9任一项所述的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料的方法， 其特征在于，包括以下步骤：将有机抗翘曲添加剂分散于有机载体中，搅拌混匀，然后加入 无机玻璃粉、流平剂、分散剂、消泡剂、触变剂、增稠剂和防沉淀剂，分多次加入铝粉，搅拌 均匀，再经过三辊研磨机研磨，使研磨后浆料的细度小于20um，调节浆料粘度至35000? 45000mpas，即得到所述晶体硅太阳电池用铝导电浆料。
【文档编号】H01B1/22GK104318974SQ201410640308
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】廖炜, 敬波, 李运钧, 尹天平, 曾国平, 李昕, 周中田, 李先荣 申请人:四川银河星源科技有限公司