专利名称：无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池铝导电浆料及其制备方法。
背景技术：
随着人类历史的发展，人们对能源的需求也越来越多。然而随着传统石化能源开采的不断深入，这些能源终究有一天会枯竭。此外，传统石化能源对环境造成的污染日益严重，全球正在经历温室气体效应带来的一系列恶果，这使得人们对清洁能源的需求情有独钟。太阳能光伏发电行业在这种背景下得到快速发展，近十年来，以晶体硅太阳能电池为代表的光伏产业年均增长速度超过30份，成为全球主要的清洁能源发展方向之一。铝浆是制造晶体硅太阳能电池重要的原物料之一，具有铝吸杂和重掺杂双重作用，能显著提高电池的光电转化效率。为了降低电池片的生产成本，晶体硅片的厚度不断降低。一方面当少数载流子扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片的厚度时，烧结铝浆形成的背电场对太阳能电池特性的影响就尤为明显；另一方面，晶体硅片厚度的不断降低将使得电池片的翘曲度逐渐增大。因此，形成有效的背电场，以及降低电池片的翘曲度成为铝浆发展的必然方向。传统的晶体硅太阳能电池铝浆由有机粘合剂、无机粘合剂玻璃粉、铝粉及其它助剂组成。有机粘合剂作为浆料的载体对铝粉和玻璃粉起着润湿分散的作用，并提供浆料印刷成膜的功能。助剂与有机粘合剂配合使用，调节浆料的流变性能，提供浆料更好的工艺操作性能。铝粉作为主要的功能相，在高温烧结时与硅可形成共熔合金，形成有效的铝背场，同时，铝背层本身具有良好的导电性能，把电流传输到背电极。玻璃粉作为高温粘结剂在烧结过程中熔化，使铝粉烧结形成一均勻致密的导电膜，并使形成的导电膜与硅片形成良好的附着。在日本专利 JP2000090734、JP2001202822、JP2004134775, JP2005317898、 JP2006278071、JP2007019069、JP2007115738中均提到了一类含铅低熔点玻璃料，但由于铅具有一定的毒性，对环境会造成很大的污染，且是欧盟RoHs明令限制的物质之一，因此， 目前市场铝浆所用玻璃粉均不含铅或含铅量符合RoHs标准。中国铝浆专利CN1877864A、 CN1901234A、CN101425545A和CN101582462A中均叙述了一类无铅玻璃体系，符合绿色环保标准。但玻璃粉主要是由若干金属氧化物经过高温熔炼，并经过破碎、研磨而成，其体系及反应过程十分复杂，质量很难得到有效控制，批次之间的差异使得背场拉力忽高忽低，背场致密性也受到影响；并且，玻璃粉属于无机绝缘材料，在烧结过程中熔融形成的玻璃膜对铝背层的电阻率也有一定影响，必须控制在一个较小的温度范围内烧结才能达到较好的效果，这使得铝浆的烧结窗口大大变窄，与正银共烧的匹配性变差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆及其制备方法，该浆料经过丝网印刷、干燥后，可在较宽的温度范围内进行烧结，背场与硅片形成良好的欧姆接触，附着力良好，电池片转换效率高、翘曲度低。
本发明的目的是这样实现的一种无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆，所述铝浆由以下质量份的原料组成
铝粉70 80份有机粘合剂1818份附着力添加剂0. 5^1. 5份助剂0. 5^1. 5份；
所述附着力添加剂为有机酸金属盐。所述有机酸金属盐为癸酸锌、环烷酸锌、柠檬酸锌或柠檬酸锆。所述铝粉是具有一定粒径大小分布的球形铝粉，平均粒径D50为4-8 μ m,纯度大于99. 8%，活性铝含量大于98. 0%。更为优选地，铝粉的粒径DlO小于2 μ m, D90小于15 μ m。所述有机粘合剂由高分子聚合物、有机溶剂以及有机助剂组成，三者的质量配比为高分子聚合物有机溶剂有机助剂=Γ18 :6(T150 :2. 5^7. 5，其中高分子聚合物为乙基纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂等中的一种或几种。有机溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、三甲基戊二醇异丁酸酯、柠檬酸三丁酯、乙二醇苯醚、苯甲醇等中的一种或几种；有机助剂为油酸、蓖麻油酸、硬脂酸、硅油、蓖麻油、泵油、司盘、吐温、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等中的一种或几种。更为优选地，所述有机粘合剂，按质量份计的配比为乙基纤维素3-8份，松油醇20-50份，丁基卡必醇30-60份， 三甲基戊二醇异丁酸酯10-40份，油酸0. 5-2. 5份，醇酸树脂1-10份和泵油1_5份。所述附着力添加剂为有机酸金属盐，包括癸酸锌、环烷酸锌、柠檬酸锌或柠檬酸锆等，其特征是能与上述有机粘合剂混溶，在铝浆中能达到分子级别的均勻分散，烧结过程中形成氧化物晶体像胶水一样能够把铝粉粘结在一起形成致密的导电膜，从而取代传统铝浆中的玻璃粉。所述助剂为比克公司润湿分散剂BI-108和日本信越公司消泡剂KS-66。上述无玻璃晶体硅太阳能电池铝浆的制备方法包括以下步骤 1)有机粘合剂的配制
将除树脂外的组分按比例称量，加热至80-100° C，然后一边搅拌一边慢慢加入规定量的树脂，当树脂完全溶解后趁热过滤，即得到透明的有机粘合剂。2)浆料的配制
按比例称取铝浆各组分混合，用高速分散搅拌机搅拌，使浆料达到一定的细度 40-50 μ m,然后在三辊研磨机上进行研磨，使浆料达到均勻分散状态，浆料细度<20 μ m,粘度 30000-45000mPa · s (25°C)。本发明的有益效果是
1)用附着力添加剂取代传统铝浆中的玻璃粉组分，减少了玻璃粉制备这一工序，实现了铝浆生产的常温过程，更加节能和环保。2)附着力添加剂在浆料体系中达到分子级别分散，烧结过程中形成的氧化物“胶水”基本以界面粘结的方式在硅片上形成致密的铝背场，铝背层方阻低，可获得良好的欧姆接触，提高了电池片的转换效率。3)有机粘合剂的制备过程可使树脂的溶解时间更短，有效减少溶剂挥发；过滤效率更高，避免有机粘合剂降温后变粘过滤时堵塞网孔，从而使得有机粘合剂的品质更加稳定。4)铝浆的制备过程增加了各原物料分散的均勻性，同时降低了三辊研磨过程中出现铝亮片的几率，使得铝浆产品的品质更加稳定。
具体实施例方式实施例1
铝粉所用铝粉粒径D50为4. 8 μ m，DlO为1. 2 μ m, D90为13. 5 μ m。有机粘合剂按质量份醇酸树脂2份，松油醇35份，丁基卡必醇35份，三甲基戊二醇异丁酸酯20份，油酸2份，泵油2. 5份，混合加入反应釜中加热到80-10(TC，然后搅拌加入3. 5份的乙基纤维素，溶解后过滤，得到澄清、透明的有机粘合剂。铝浆按质量份取铝粉74份，上述有机粘合剂M份，癸酸锌1份，润湿分散剂 (BYK-108)0. 5份，消泡剂(KS-66)0. 5份，用高速搅拌机(lOOOr/min)搅拌30min，浆料细度达到40-50 μ m,用三辊研磨机研磨，控制浆料粘度25°C时30000-45000 mPa · s，浆料细度 <20 μ m,制成本发明无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆。印刷电池片并测试相关性能:125X 125mm (厚度180士20 μ m)单晶硅片，用250 目丝网印刷上述铝浆，干燥后印刷贺利氏9235正银，经烘干、隧道烧结炉共烧结(峰值温度778°C，600°C以上6. 4s)后测试相关性能开路电压(平均值)628mv，短路电流(平均值) 5. 66A，平均光电转换效率达到17. 91%，电池片的翘曲度为1. 15mm，背场EVA剥离拉力>10N。实施例2
铝粉所用铝粉粒径D50为5. 6 μ m，DlO为1. 4 μ m, D90为14. 7 μ m。有机粘合剂按质量份醇酸树脂2份，松油醇30份，丁基卡必醇30份，三甲基戊二醇异丁酸酯30份，油酸1. 5份，泵油2. 5份，混合加入反应釜中加热到80-10(TC，然后搅拌加入4. O份的乙基纤维素，溶解后过滤，得到澄清、透明的有机粘合剂。铝浆按质量份取铝粉76份，上述有机粘合剂22份，环烷酸锌0. 8份，润湿分散剂 (BYK-108)0. 6份，消泡剂(KS-66)0. 6份，用高速搅拌机(lOOOr/min)搅拌30min，浆料细度达到40-50 μ m,用三辊研磨机研磨，控制浆料粘度25°C时30000-45000 mPa · s，浆料细度 <20 μ m,制成本发明无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆。印刷电池片并测试相关性能125X 125mm (厚度180士20 μ m)单晶硅片，用250 目丝网印刷上述铝浆，干燥后印刷贺利氏9235正银，经烘干、隧道烧结炉共烧结(峰值温度785°C，600°C以上6. 6s)后测试相关性能开路电压(平均值)627mv，短路电流(平均值) 5. 63A，平均光电转换效率达到17. 80%,电池片的翘曲度为0. 95mm，背场EVA剥离拉力>10N。实施例3
铝粉所用铝粉粒径规格与实施例1相同。有机粘合剂按质量份醇酸树脂3份，松油醇35份，丁基卡必醇30份，三甲基戊二醇异丁酸酯25份，油酸1份，泵油2. 5份，混合加入反应釜中加热到80-10(TC，然后搅拌加入3. 5份的乙基纤维素，溶解后过滤，得到澄清、透明的有机粘合剂。铝浆按质量份取铝粉75份，上述有机粘合剂23份，柠檬酸锌0. 8份，润湿分散剂 (BYK-108)0. 7份，消泡剂(KS-66)0. 5份，用高速搅拌机(lOOOr/min)搅拌30min，浆料细度达到40-50 μ m,用三辊研磨机研磨，控制浆料粘度25°C时30000-45000 mPa · s，浆料细度<20 μ m,制成本发明无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆。印刷电池片并测试相关性能125X 125mm (厚度180士20 μ m)单晶硅片，用250 目丝网印刷上述铝浆，干燥后印刷贺利氏9235正银，经烘干、隧道烧结炉共烧结(峰值温度778°C，600°C以上6. 4s)后测试相关性能开路电压(平均值)628mv，短路电流(平均值) 5. 65A，平均光电转换效率达到17. 87%，电池片的翘曲度为1. 15mm，背场EVA剥离拉力>10N。实施例4
铝粉所用铝粉粒径粒径规格与实施例2相同。
有机粘合剂按质量份醇酸树脂4份，松油醇30份，丁基卡必醇35份，三甲基戊二醇异丁酸酯22份，油酸0. 5份，泵油4. 5份，混合加入反应釜中加热到80-10(TC，然后搅拌加入4份的乙基纤维素，溶解后过滤，得到澄清、透明的有机粘合剂。铝浆按质量份取铝粉76份，上述有机粘合剂22份，柠檬酸锆0. 8份，润湿分散剂 (BYK-108)0. 6份，消泡剂(KS-66)0. 6份，用高速搅拌机(lOOOr/min)搅拌30min，浆料细度达到40-50 μ m,用三辊研磨机研磨，控制浆料粘度25°C时30000-45000 mPa · s，浆料细度 <20 μ m,制成本发明无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆。印刷电池片并测试相关性能125X 125mm (厚度180士20 μ m)单晶硅片，用250 目丝网印刷上述铝浆，干燥后印刷贺利氏9235正银，经烘干、隧道烧结炉共烧结(峰值温度780°C，600°C以上6. 6s)后测试相关性能开路电压(平均值)629mv，短路电流(平均值) 5. 63A，平均光电转换效率达到17. 92%，电池片的翘曲度为1. 10mm，背场EVA剥离拉力>10N。
权利要求
1.一种无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于所述铝浆由以下质量份的原料组成铝粉70 80份有机粘合剂1818份附着力添加剂0. 5^1. 5份助剂0. 5^1. 5份；所述附着力添加剂为癸酸锌、环烷酸锌、柠檬酸锌或柠檬酸锆。
2.根据权利要求1所述的一种无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于所述铝粉平均粒径D50为4-8 μ m,纯度大于99. 8%，活性铝含量大于98. 0%。
3.根据权利要求1所述的一种无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于所述铝粉的粒径DlO小于2 μ m，粒径D90小于15 μ m。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于 所述有机粘合剂由高分子聚合物、有机溶剂以及有机助剂组成，三者的质量配比为高分子聚合物有机溶剂有机助剂=Γ18 :6(T150 :2. 5^7. 5，其中高分子聚合物为乙基纤维素、 酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂中的一种或几种；有机溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、三甲基戊二醇异丁酸酯、柠檬酸三丁酯、乙二醇苯醚、苯甲醇中的一种或几种； 有机助剂为油酸、蓖麻油酸、硬脂酸、硅油、蓖麻油、泵油、司盘、吐温、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或几种；所述助剂为润湿分散剂BI-108和消泡剂KS-66。
5.根据权利要求4所述的一种无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于所述有机粘合剂，按质量份计的配比为乙基纤维素3、份，松油醇2(Γ50份，丁基卡必醇3(Γ60 份，三甲基戊二醇异丁酸酯1(Γ40份，油酸0. 5 2. 5份，醇酸树脂广10份和泵油广5份。
6.一种如权利要求1所述的无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤1)有机粘合剂的配制将除树脂外的有机粘合剂的组分按比例称量，加热至80-100°C，然后一边搅拌一边加入规定量的树脂，当树脂完全溶解后趁热过滤，即得到透明的有机粘合剂；2)浆料的配制按比例称取铝浆各组分混合，搅拌，使浆料达到细度40-50 μ m,然后在三辊研磨机上进行研磨，使浆料达到均勻分散状态，浆料细度<20 μ m, 25°C粘度30000-45000mPa · s。
全文摘要
本发明涉及一种无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆及其制备方法，所述铝浆由以下质量份的原料组成铝粉70~80份，有机粘合剂18~28份，附着力添加剂0.5~1.5份，助剂0.5~1.5份；所述附着力添加剂为癸酸锌、环烷酸锌、柠檬酸锌或柠檬酸锆。本发明铝浆经过丝网印刷、干燥后，可在较宽的温度范围内进行烧结，背场与硅片形成良好的欧姆接触，附着力良好，电池片转换效率高、翘曲度低。
文档编号H01B1/22GK102324266SQ201110237170
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者任进福, 杨贵忠, 许士燕 申请人:江苏泓源光电科技有限公司