本发明涉及一种全铝背场晶体硅太阳能电池用背面银浆及其制备方法，具体属于太阳能电池制造材料技术领域。
背景技术：
随着化石能源（石油、煤炭、天然气等）的过度开采和消耗，能源枯竭危机和温室效应日益严重，迫使人类急需寻求可替代的新型清洁能源。在未来漫长的时间里，太阳将成为人类清洁能源的有效提供者。据预测，至2040年太阳能将在整个人类能源结构中占据20%的比例，而到2100年该比例将达到60%。其中，太阳能发电直接将太阳能辐射转换为电能，是所有清洁能源中对太阳能转换环节最少、利用最直接的方式。
目前主要的太阳能电池是晶体硅太阳能电池，且从技术成熟度、光电转换效率和原材料来源考虑，今后很长一段时间内光伏太阳能电池的重点发展对象仍将是硅系太阳能电池。但由于晶体硅太阳能电池比传统发电的成本高，使其推广安装应用受到了一定的限制，在未来一段时间内仍不能成为主流能源。因此如何进一步提高太阳能电池的光电转换效率以降低太阳能发电的成本成为晶体硅太阳能电池研究的主要内容。
铝背场（bsf）是现代晶体硅太阳能电池普遍采用的典型的背表面钝化结构，经过多年的发展，铝背场的生产工艺已逐步趋向成熟、稳定，对铝背场的各项研究也日益深化，这些都表明在今后相当长一段时间内铝背场仍将广泛用于晶体硅太阳能电池。
然而，使用普通背面银浆的常规电池中，由于银离子的迁移作用，银铝相互扩散严重，不仅导致可焊性变差，且使得背面银浆区域为无效复合区域，降低了少数载流子的收集率，使得开路电压降低，最终导致电池的光电转换效率降低。因此，如能有效阻止银铝互相扩散形成银铝合金，不仅能够提高焊接性能，且使得背面银浆在背铝层上面，在背银区域形成bsf层，可增加背面银浆与铝浆的接触面积，从而能够提高所制备太阳能电池的开路电压，降低银铝搭接电阻rs，有效提高电池的光电转换效率。
技术实现要素：
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种全铝背场晶体硅太阳能电池背面银浆，其无铅、无镉、无铊，利用其制备的电池片性能优异，光电转化效率高。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种全铝背场晶体硅太阳能电池背面银浆，该浆料由以下重量份数的各组分组成：
球形银粉10-20%
片状银粉40-60%
玻璃粉3-6%
银铝合金阻隔剂1-4%
有机载体20-30%
加工助剂0.2-0.5%
其中，所述的球形银粉，平均粒度0.5-2.0μm，d50为0.9-1.6μm，振实密度4.5-6.5g/m3；
所述的片状银粉平均粒度2.5-5.0μm，d50为3.1-3.8μm，振实密度4.0-6.0g/m3；
所述的玻璃粉为无铅玻璃，软化点700-750oc，平均粒度3.5-6.5μm；
所述的银铝合金阻隔剂为钙化合物；
所述的加工助剂为润湿剂、分散剂、流平剂及附着力促进剂。
d50又称平均粒径或中位径，d代表粉体颗粒的直径，d50表示累计50%点的直径（或称50%通过粒径）。
所述钙化合物选自碳酸钙、乙酸钙、草酸钙、二甲基丙烯酸钙中的一种。
所述润湿剂为tegowetkl245，分散剂为sn-5040、byk-110或byk-111中的一种，流平剂为byk-331，所述附着力促进剂为有机铑化合物二聚醋酸铑。
所述有机载体由以下重量份数的原料组成：
松油醇10-20%；
丁基卡必醇20-30%；
丁基卡必醇醋酸酯20-30%；
乙酰柠檬酸三丁酯10-20%；
邻苯二甲酸二辛酯5-10%；
乙基纤维素2-5%；
醋酸-丁酸纤维素2-4%；
丙烯酸树脂1-3%；
聚酰亚胺树脂2-4%；
其中，松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二辛酯为液体溶剂；乙基纤维素、醋酸-丁酸纤维素、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂为聚合物固体粉末。
本发明还提供了一种全铝背场晶体硅太阳能电池背面银浆的制备方法，包括以下步骤：
步骤1）：制备有机载体
按重量百分数为松油醇10-20%；丁基卡必醇20-30%；丁基卡必醇醋酸酯20-30%；乙酰柠檬酸三丁酯10-20%；邻苯二甲酸二辛酯5-10%；乙基纤维素2-5%；醋酸-丁酸纤维素2-4%；丙烯酸树脂1-3%；聚酰亚胺树脂2-4%分别称取液体溶剂和聚合物固体粉末，将其中的固体粉末加入到液体溶剂中，然后在温度75-85oc的恒温水槽中加热搅拌直至树脂完全溶解后，用250-350目筛网过筛，过筛后得到有机载体浆料，降温保存，留待备用；
步骤2）：背面银浆的制备
按重量百分数称量球形银粉10-20%；片状银粉40-60%；玻璃粉3-6%；银铝合金阻隔剂1-4%；有机载体20-30%；加工助剂0.2-0.5%；各物料置于容器中，首先将其均匀混合，然后再研磨分散至细度15μm以下，即得适用于全铝背场晶体硅太阳能电池用背面银浆。
为进一步方便制造，在步骤2）中均匀混合时，采用行星式离心高速搅拌机进行混合；研磨时采用三辊研磨机进行研磨。
本发明还提供了一种全铝背场晶体硅太阳能电池背面银浆的用途，其用于制作太阳能电池背电极，先在硅片背面印刷铝浆制作全铝背场后，再印刷该背面银浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1）按本发明配方所获得的晶体硅太阳能电池用背面银浆不含铅、镉、铊等有害元素，完全符合环保要求；
2）本发明产品采用球形银粉和片状银粉的混合粉末作为导电材料，且以片状银粉为主，球形银粉为辅，片状银粉分散性优良，其与球形银粉相匹配，可使得电极烧结膜更加均匀致密，导电相网络接触更加完善，从而有效提高了银电极的导电性能；
3）本发明配方创新采用钙化合物作为银铝合金形成的阻隔剂，形成银钙合金的温度低于银铝合金形成温度，使得在背面银浆烧结过程中银元素首先与钙元素形成合金，有效阻止了银铝互相扩散形成银铝合金，不仅提高了电极的焊接性能，且使得背面银浆在背铝层上面，在背银区域形成bsf层，增加了背面银浆与铝浆的接触面积，从而提高了所制备太阳能电池的开路电压，降低了银铝搭接电阻rs，有效提高了电池的光电转换效率eff。
附图说明
图1为本发明制备的背电极的横截面扫描电镜照片图。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式，所述的实施例是为了进一步描述本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施例发明中。
实施例1
一种全铝背场晶体硅太阳能电池背面银浆，该浆料由以下各组分组成：
球形银粉12g；
片状银粉60g；
玻璃粉6g；
碳酸钙3g；
有机载体20g；
润湿剂tegowetkl2450.1g；
分散剂sn-50400.1g；
流平剂byk-3310.1g；
二聚醋酸铑0.05g。
其中，所述的球形银粉平均粒度0.9μm，d50为0.9μm，振实密度6.5g/m3，烧蚀率0.3-0.8%。
片状银粉平均粒度2.5-5.0μm，d50为3.1μm，振实密度4.0-6.0g/m3。
玻璃粉为无铅玻璃，软化点700-750oc，平均粒度3.5μm。
润湿剂、分散剂、流平剂及附着力促进剂整体上作为加工助剂，其整体用量为0.2-0.5%，其中，润湿剂为tegowetkl245(德国迪高tego基材润湿剂kl245,销售商家：广州市易通高分子材料有限公司)，分散剂为sn-5040（为阴离子表面活性剂，具有卓越的润湿分散特性。分散剂5040发泡性低，能够改善涂料的流动性，具有稳定浆料粘度的优异性能），流平剂为byk-331（德国毕克byk331流平剂，广州亿珲盛化工有限公司销售），附着力促进剂为有机铑化合物二聚醋酸铑。
上述有机载体制备时，由以下原料组成：
松油醇10g；
丁基卡必醇30g；
丁基卡必醇醋酸酯30g；
乙酰柠檬酸三丁酯10g；
邻苯二甲酸二辛酯10g；
乙基纤维素2g；
醋酸-丁酸纤维素2g；
丙烯酸树脂3g；
聚酰亚胺树脂3g。
其中，松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二辛酯为液体溶剂；乙基纤维素、醋酸-丁酸纤维素、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂为聚合物固体粉末。
制备时，按如下按步骤进行：
1）有机载体的制备：先分别称取液体溶剂松油醇10g，丁基卡必醇30g，丁基卡必醇醋酸酯30g，乙酰柠檬酸三丁酯10g，邻苯二甲酸二辛酯10g于250ml烧杯中，再分别称取聚合物固体粉末乙基纤维素2g，醋酸丁酸纤维素2g，丙烯酸树脂3g，聚酰亚胺树脂3g，将固体粉末置于液体混合溶剂中，于温度为75oc的恒温水槽中加热搅拌直至树脂完全溶解后，用250目筛网过滤，得到有机载体，降温保存，留待备用；
2）浆料的制备：分别称取d50为0.9μm，振实密度为6.5g/m3的球形银粉12g，d50为3.1μm，振实密度为6.0g/m3的片状银粉60g，软化点为700oc的无铅玻璃粉6g，1g碳酸钙，上述配制的有机载体20.7g，润湿剂tegowetkl2450.1g，分散剂sn-50400.1g，流平剂byk3310.05g，附着力促进剂二聚醋酸铑0.05g于100ml带盖塑料桶中，首先在行星式离心高速搅拌机中混合均匀，然后再在三辊研磨机上研磨分散至细度15μm以下，最后在250目筛网中过滤，即得适用于全铝背场晶体硅太阳能电池用背面银浆，黏度为97kcps。
将上述所制备浆料在多晶硅太阳能电池中印刷生产试用，采用先印刷制作全铝背场再印刷所配制背面银浆制作背面电极，再印刷正面银浆制作正面电极的生产工艺流程制成电池片后，测试各项性能指标，结果列于表1，从其中可以看出，所制备的电池片具有优异的综合性能。
图1为其横截面扫描电镜照片。
从图中可以看出，该方法制得的电池由于形成连续整个面积的bsf层，从而有效提高了电池片开路电压uoc，使得转换效率eff得以提升。
实施例2
1）有机载体的制备：先分别称取液体溶剂松油醇20g，丁基卡必醇20g，丁基卡必醇醋酸酯20g，乙酰柠檬酸三丁酯20g，邻苯二甲酸二辛酯5g于250ml烧杯中，再分别称取聚合物固体粉末乙基纤维素5g，醋酸丁酸纤维素4g，丙烯酸树脂2g，聚酰亚胺树脂4g，将固体粉末置于液体混合溶剂中，于温度为85oc的恒温水槽中加热搅拌直至树脂完全溶解后，用300目筛网过滤，得到有机载体，降温保存，留待备用；
2）浆料的制备：分别称取d50为1.6μm，振实密度为4.5g/m3的球形银粉20g，d50为3.8μm，振实密度为4.0g/m3的片状银粉40g，软化点为750oc的无铅玻璃粉5.8g，4g乙酸钙，上述配制的有机载体30g，润湿剂tegowetkl2450.05g，分散剂byk-1100.05g，流平剂byk3310.05g，附着力促进剂二聚醋酸铑0.05g于100ml带盖塑料桶中，首先在行星式离心高速搅拌机中混合均匀，然后再在三辊研磨机上研磨分散至细度15μm以下，最后在250目筛网中过滤，即得适用于全铝背场晶体硅太阳能电池用背面银浆，黏度为84kcps。
将上述所制备浆料在多晶硅太阳能电池中印刷生产试用，采用先印刷制作全铝背场再印刷所配制背面银浆制作背面电极，再印刷正面银浆制作正面电极的生产工艺流程制成电池片后，测试各项性能指标，结果列于表1，从其中可以看出，所制备的电池片具有优异的综合性能。
实施例3
1）有机载体的制备：先分别称取液体溶剂松油醇15g，丁基卡必醇25g，丁基卡必醇醋酸酯25g，乙酰柠檬酸三丁酯15g，邻苯二甲酸二辛酯8g于250ml烧杯中，再分别称取聚合物固体粉末乙基纤维素3g，醋酸丁酸纤维素3g，丙烯酸树脂2g，聚酰亚胺树脂4g，将固体粉末置于液体混合溶剂中，于温度为80oc的恒温水槽中加热搅拌直至树脂完全溶解后，用300目筛网过滤，得到有机载体，降温保存，留待备用；
2）浆料的制备：分别称取d50为1.2μm，振实密度为5.3g/m3的球形银粉15.4g，d50为3.5μm，振实密度为4.8g/m3的片状银粉55.1g，软化点为720oc的无铅玻璃粉4g，草酸钙3g，上述配制的有机载体22g，润湿剂tegowetkl2450.1g，分散剂byk-1110.1g，流平剂byk3310.1g，附着力促进剂二聚醋酸铑0.2g于100ml带盖塑料桶中，首先在行星式离心高速搅拌机中混合均匀，然后再在三辊研磨机上研磨分散至细度15μm以下，最后在250目筛网中过滤，即得适用于全铝背场晶体硅太阳能电池用背面银浆，黏度为91kcps。
将上述所制备浆料在多晶硅太阳能电池中印刷生产试用，采用先印刷制作全铝背场再印刷所配制背面银浆制作背面电极，再印刷正面银浆制作正面电极的生产工艺流程制成电池片后，测试各项性能指标，结果列于表1，从其中可以看出，所制备的电池片具有优异的综合性能。
实施例4
1）有机载体的制备：先分别称取液体溶剂松油醇18g，丁基卡必醇23g，丁基卡必醇醋酸酯28g，乙酰柠檬酸三丁酯12g，邻苯二甲酸二辛酯7g于250ml烧杯中，再分别称取聚合物固体粉末乙基纤维素4g，醋酸丁酸纤维素3g，丙烯酸树脂1g，聚酰亚胺树脂4g，将固体粉末置于液体混合溶剂中，于温度为75oc的恒温水槽中加热搅拌直至树脂完全溶解后，用280目筛网过滤，得到有机载体，降温保存，留待备用；
2）浆料的制备：分别称取d50为1.4μm，振实密度为5.8g/m3的球形银粉17.9g，d50为3.6μm，振实密度为4.8g/m3的片状银粉49.8g，软化点为730oc的无铅玻璃粉5g，二甲基丙烯酸钙2g，上述配制的有机载体25g，润湿剂tegowetkl2450.05g，分散剂sn-50400.05g，流平剂byk3310.1g，附着力促进剂二聚醋酸铑0.1g于100ml带盖塑料桶中，首先在行星式离心高速搅拌机中混合均匀，然后再在三辊研磨机上研磨分散至细度15μm以下，最后在250目筛网中过滤，即得适用于全铝背场晶体硅太阳能电池用背面银浆，黏度为86kcps。
将上述所制备浆料在多晶硅太阳能电池中印刷生产试用，采用先印刷制作全铝背场再印刷所配制背面银浆制作背面电极，再印刷正面银浆制作正面电极的生产工艺流程制成电池片后，测试各项性能指标，结果列于表1，从其中可以看出，所制备的电池片具有优异的综合性能。
实施例5
1）有机载体的制备：先分别称取液体溶剂松油醇12g，丁基卡必醇28g，丁基卡必醇醋酸酯23g，乙酰柠檬酸三丁酯18g，邻苯二甲酸二辛酯6g于250ml烧杯中，再分别称取聚合物固体粉末乙基纤维素4g，醋酸丁酸纤维素4g，丙烯酸树脂3g，聚酰亚胺树脂2g，将固体粉末置于液体混合溶剂中，于温度为85oc的恒温水槽中加热搅拌直至树脂完全溶解后，用320目筛网过滤，得到有机载体，降温保存，留待备用；
2）浆料的制备：分别称取d50为1.2μm，振实密度为6.3g/m3的球形银粉10g，d50为3.2μm，振实密度为5.7g/m3的片状银粉60g，软化点为730oc的无铅玻璃粉3g，乙酸钙3.7g，上述配制的有机载体23g，润湿剂tegowetkl2450.1g，分散剂byk-1100.05g，流平剂byk3310.05g，附着力促进剂二聚醋酸铑0.1g于100ml带盖塑料桶中，首先在行星式离心高速搅拌机中混合均匀，然后再在三辊研磨机上研磨分散至细度15μm以下，最后在250目筛网中过滤，即得适用于全铝背场晶体硅太阳能电池用背面银浆，黏度为85kcps。
将上述所制备浆料在多晶硅太阳能电池中印刷生产试用，采用先印刷制作全铝背场再印刷所配制背面银浆制作背面电极，再印刷正面银浆制作正面电极的生产工艺流程制成电池片后，测试各项性能指标，结果列于表1，从其中可以看出，所制备的电池片具有优异的综合性能。
实施例6
1）有机载体的制备：先分别称取液体溶剂松油醇15g，丁基卡必醇22g，丁基卡必醇醋酸酯27g，乙酰柠檬酸三丁酯17g，邻苯二甲酸二辛酯9g于250ml烧杯中，再分别称取聚合物固体粉末乙基纤维素4g，醋酸丁酸纤维素2g，丙烯酸树脂2g，聚酰亚胺树脂2g，将固体粉末置于液体混合溶剂中，于温度为80oc的恒温水槽中加热搅拌直至树脂完全溶解后，用320目筛网过滤，得到有机载体，降温保存，留待备用；
2）浆料的制备：分别称取d50为1.3μm，振实密度为6.2g/m3的球形银粉20g，d50为3.4μm，振实密度为4.9g/m3的片状银粉40g，软化点为710oc的无铅玻璃粉5.7g，二甲基丙烯酸钙3.9g，上述配制的有机载体30g，润湿剂tegowetkl2450.1g，分散剂byk-1110.1g，流平剂byk-3310.1g，附着力促进剂二聚醋酸铑0.1g于100ml带盖塑料桶中，首先在行星式离心高速搅拌机中混合均匀，然后再在三辊研磨机上研磨分散至细度15μm以下，最后在250目筛网中过滤，即得适用于全铝背场晶体硅太阳能电池用背面银浆，黏度为87kcps。
将上述所制备浆料在多晶硅太阳能电池中印刷生产试用，采用先印刷制作全铝背场再印刷所配制背面银浆制作背面电极，再印刷正面银浆制作正面电极的生产工艺流程制成电池片后，测试各项性能指标，结果列于表1，从其中可以看出，所制备的电池片具有优异的综合性能。
对比例1
1）有机载体的制备：先分别称取液体溶剂松油醇10g，丁基卡必醇30g，丁基卡必醇醋酸酯30g，乙酰柠檬酸三丁酯10g，邻苯二甲酸二辛酯10g于250ml烧杯中，再分别称取聚合物固体粉末乙基纤维素2g，醋酸丁酸纤维素2g，丙烯酸树脂3g，聚酰亚胺树脂3g，将固体粉末置于液体混合溶剂中，于温度为75oc的恒温水槽中加热搅拌直至树脂完全溶解后，用250目筛网过滤，得到有机载体，降温保存，留待备用；
2）浆料的制备：分别称取d50为1.2μm，振实密度为5.3g/m3的球形银粉15.4g，d50为3.5μm，振实密度为4.8g/m3的片状银粉55.1g，软化点为720oc的无铅玻璃粉7g，上述配制的有机载体22g，润湿剂tegowetkl2450.1g，分散剂byk-1110.1g，流平剂byk3310.1g，附着力促进剂二聚醋酸铑0.2g于100ml带盖塑料桶中，首先在行星式离心高速搅拌机中混合均匀，然后再在三辊研磨机上研磨分散至细度15μm以下，最后在250目筛网中过滤，即得适用于全铝背场晶体硅太阳能电池用背面银浆，黏度为93kcps。
将上述所制备浆料在多晶硅太阳能电池中印刷生产试用，采用先印刷制作全铝背场再印刷所配制背面银浆制作背面电极，再印刷正面银浆制作正面电极的生产工艺流程制成电池片后，测试各项性能指标，结果列于表1，从其中可以看出，所制备的电池片性能较差。
由表1数据对比可以看出，本发明由于创新性的在配方中添加钙化合物作为银铝扩散形成银铝合金的阻隔剂，有效阻止了银铝互相扩散形成银铝合金，从而提高了所制备银电极的焊接性能，且由于背面银浆在背铝层上面，使得背银区域也形成了bsf层，增加了背面银浆与铝浆的接触面积，与不加钙化合物的配方相比，本发明实施例所制备太阳能电池具有更高的开路电压和更高的电池光电转换效率eff。
表1实施例1-6及对比例1背面银浆制得电池片性能对比
注：uoc，开路电压；isc，短路电流；rs，串联电阻；rsh，并联电阻；ff，填充因子；eff，转换效率。
总结：本发明并不局限于上述实施例，该全铝背场晶体硅太阳能电池背面银浆，可以由以下重量百分数的各组分组成：
球形银粉10-20%；
片状银粉40-60%；
玻璃粉3-6%；
银铝合金阻隔剂1-4%；
有机载体20-30%；
加工助剂0.2-0.5%；
其中，所述的球形银粉优选纯度大于99.90%，平均粒度0.5-2.0μm，d50为0.9-1.6μm，振实密度4.5-6.5g/m3，烧蚀率0.3-0.8%；
片状银粉优选纯度大于99.90%，平均粒度2.5-5.0μm，d50为3.1-3.8μm，振实密度4.0-6.0g/m3；
玻璃粉为无铅玻璃，软化点700-750oc，平均粒度3.5-6.5μm；
银铝合金阻隔剂为钙化合物，选自碳酸钙、乙酸钙、草酸钙、二甲基丙烯酸钙中的一种；
加工助剂可为润湿剂、分散剂、流平剂及附着力促进剂，其中，润湿剂为tegowetkl245(德国迪高tego基材润湿剂kl245,销售商家：广州市易通高分子材料有限公司)，分散剂为sn-5040（为阴离子表面活性剂，具有卓越的润湿分散特性。分散剂5040发泡性低，能够改善涂料的流动性，具有稳定浆料粘度的优异性能）、byk-110（德国毕克byk110分散剂，广州亿珲盛化工有限公司销售）或byk-111（德国毕克byk111分散剂，广州亿珲盛化工有限公司销售）中的一种，流平剂为byk-331（德国毕克byk331流平剂，广州亿珲盛化工有限公司销售），所述附着力促进剂为有机铑化合物二聚醋酸铑。
有机载体由以下重量百分数的原料组成：
松油醇10-20%；
丁基卡必醇20-30%；
丁基卡必醇醋酸酯20-30%；
乙酰柠檬酸三丁酯10-20%；
邻苯二甲酸二辛酯5-10%；
乙基纤维素2-5%；
醋酸-丁酸纤维素2-4%；
丙烯酸树脂1-3%；
聚酰亚胺树脂2-4%；
其中，松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二辛酯为液体溶剂；乙基纤维素、醋酸-丁酸纤维素、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂为聚合物固体粉末。
本领域的技术人员根据上述实施例所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。