一种晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于晶体硅太阳能电池领域，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池铝背场导电 浆料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 当前关于太阳能电池的研究非常活跃，太阳能电池有望成为未来电力供应的主要 支柱，晶体硅太阳能电池是光伏市场上的主导产品，而导电浆料是制作晶体硅太阳能电池 的主要辅助材料。这类浆料主要由导电金属粉、无机玻璃粉、有机载体等混合轧制而成。金 属粉作为导电相，它烧结后与基体硅层形成金属-硅合金，降低电极与硅界面的肖特基势 垒；玻璃粉的主要作用是使固化膜层与基体硅牢固结合起来；有机载体控制浆料的流变特 性，调节浆料的施工性能。
[0003] 铝背场导电浆料为该类浆料的一种，它印刷在电池的整个背光面上，并形成PP+ 结，为电池提供部分的开路电压（Voc)。因此，铝导电浆料的性能好坏对电池的电性能和外 观的优劣都有着重要的影响。目前对铝导电浆料的研究，一方面通过改进浆料配方提高电 池的光电转换效率；另一方面是提升浆料的其他性能，如改善外观、提高铝膜表面光滑度、 降低其对电池的翘曲度的影响等。
[0004] 通过改变铝导电浆料的组成配方，提高晶体硅太阳电池的光电转换效率，这方面 的研究很多。关于如何降低铝浆对电池片翘曲度的影响的研究也有不少，但专门针对如何 改善铝浆烧结后的铝膜的外观的研究不多。
[0005][0006] 该浆料虽然可以抑制烧结后的电池片弯曲，但是其光电转换效率低、铝背场的表 面粗糙，有龟裂纹。
【发明内容】
[0007] 本发明为解决现有的太阳能电池铝背场导电浆料在烧结后存在表面粗糙、有龟裂 纹的技术问题，提供一种表面光滑、没有龟裂纹的太阳能电池铝背场导电浆料及其制备方 法。
[0008] 本发明提供了一种晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料，所述导电浆料包括铝粉、 无机玻璃粉、有机载体及防龟裂纹添加剂；所述防龟裂纹添加剂为氧化硼粉和/或无定形 硼粉。
[0009] 本发明还提供了该晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料的制备方法，将无机玻璃粉 和防龟裂纹添加剂分散于有机载体中，然后加入铝粉，研磨即得到晶体硅太阳能电池铝背 场导电楽料。
[0010] 本发明的晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料中，添加了一定量的防龟裂纹添加剂 氧化硼粉和/或无定形态硼粉。采用本发明的铝背场导电浆料丝网印刷在晶体硅太阳电池 的背光面上，过隧道炉烧结后的铝膜表面无龟裂纹，表面美观、光滑，无铝疱铝珠现象，电池 片翘曲度、与硅衬底的附着力、光电转换效率等性能均符合行业要求。
【具体实施方式】
[0011] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0012] 本发明提供了一种晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料，所述导电浆料包括铝粉、 无机玻璃粉、有机载体、防龟裂纹添加剂；所述防龟裂纹添加剂为氧化硼粉和/或无定形硼 粉。
[0013] 本发明的发明人发现公开号为CN103123812A的专利中，虽然因铝浆加入较多的 硼粉，可抑制烧结后电池片的弯曲，但是，硼粉比铝粉的导电性能差很多，而且，在目前常规 的烧结温度下，硼与硅不容易形成合金，因此采用该浆料制备的太阳能电池，其光电转换效 率有可能有较大程度的下降，并且，采用该浆料制备的太阳能电池的铝背场表面仍存在表 面粗糙，有龟裂纹，若粗糙严重，则对后续制备电池组件产生不利的影响。
[0014] 本发明的发明人经过大量的实验得出，铝导电浆料的导电金属铝粉，其表面覆盖 一定厚度(一般在10-20nm)的氧化铝，在铝浆料过烧结炉烧结时，当温度高于导电浆料中玻 璃粉的熔融温度时，铝粉表面的氧化铝与玻璃粉发生融蚀作用，从而导致该氧化铝膜破裂， 其中新鲜的铝单质体被剥离出来，与硅衬底接触的那部分铝与硅形成硅铝合金层，该硅铝 合金层形成PP+结。铝单质之间相互接合形成背场的主体层，铝粉与铝粉之间融合处可发 生结晶，如果玻璃粉的流动性很弱，所采用铝粉的比表面积大，吸油量大，则玻璃粉的熔融 液可能不能充分填充铝粉之间的晶界，从而在晶界处呈现出龟裂纹。
[0015] 本发明晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料采用防龟裂纹添加剂，防龟裂纹添加剂 为氧化硼或者可以在300-600°C下被空气氧化形成氧化硼的无定形硼粉，氧化硼的熔点在 一般在450°C以下，而本发明铝浆所采用的玻璃粉的软化温度Tf为500-700°C，高于氧化硼 (不论是添加的氧化硼还是由无定型硼粉氧化生成的氧化硼）的熔融温度，因此在玻璃粉凝 固以后，氧化硼仍可以流动，并填充入铝粉之间的晶界处，从而消除晶界处呈现的龟裂纹。
[0016] 根据本发明所提供的晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料，优选地，以所述导电浆 料的总重量为基准，所述铝粉的含量为70-80wt%，所述无机玻璃粉的含量为0. 5-5.Owt%， 所述有机载体的含量为18_29wt%，所述防龟裂纹添加剂的含量为0. 010-0.lOOwt%。因铝 粉之间的晶界极其微小，因此本发明浆料中的氧化硼粉或者无定形硼粉的添加量不需要很 高，添加量太大，则可能造成烧结后铝粉球体之间，其形成的导电通道的电阻加大。
[0017] 根据本发明所提供的晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料，为了更好的控制防龟裂 纹添加剂的熔点，优选地，所述氧化硼粉的中粒径D5(l为：1. 0微米<D5(I ￡10微米。
[0018] 根据本发明所提供的晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料，为了更好的控制防龟裂 纹添加剂的熔点，且更容易氧化，所述无定形硼粉的中粒径D5(l为：0. 10微米<D5(I￡2.0微米。
[0019] 根据本发明所提供的晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料，因防龟裂纹添加剂的添 加量很微小，所以无论是采用的氧化硼粉或者无定形态硼粉，其纯度都不需要很高，考虑材 料成本，优选地，所述氧化硼粉或无定形硼粉的纯度为3 95.Owt%。
[0020] 根据本发明所提供的晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料，优选地，所述无机玻璃 粉的软化温度Tf为500-700°C。
[0021] 根据本发明所提供的晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料，所述无机玻璃粉可为 Bi-B-Sb-Si-Ba或Zn-B-Sb-Si-Ba玻璃粉，并可添加CaO、MgO或A1203等。制作无机玻璃粉 的氧化物可以为晶态或者非晶态，其粒径范围也较宽，如中粒径D5(l -般处在0. 5-20iim均 可。优选地，所述无机玻璃粉的组成为Bi203或Zn030-50重量份，B203 10-30重量份，Sb203 10-20 重量份，Sb205 1. 0-5. 0 重量份，Si02 5 . 0-10 重量份，BaO5. 0-10 重量份，CaO0-5. 0 重量份，MgO0-5. 0重量份，A1203 0-5. 0重量份，总量为100质量份。
[0022] 根据本发明所提供的晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料，优选地，所述有机载体 中含有增稠剂、润滑剂、触变剂以及有机溶剂；以有机载体总量为基准，所述增稠剂的含量 为4.O-lOwt%，所述润滑剂的含量为0. 5-5.Owt%，所述触变剂的含量为0. 2-2. 0wt%，所述 有机溶剂的含量为85-95wt%。
[0023] 本发明中，所述增稠剂没有特别的限制，可以为本领域常用的各种增稠剂，如可以 为乙基纤维素、改性酚醛树脂或环氧树脂的至少一种；所述润滑剂为十六醇或十八醇；所 述触变剂为改性氢化蓖麻油或聚酰胺蜡粉；所述有机溶剂为松油醇、邻苯二甲酸二丁酯、丁 基卡必醇、松节油、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯，二 乙二醇单丁醚乙酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯中的至少两种。
[0024] 本发明中，所述有机载体中各组分的含量在本领域的常用范围内即可，本发明没 有特殊规定。例如，以有机载体的总质量为基准，其中增稠剂的含量为4-lOwt%，润滑剂含量 为0. 2-5.Owt%、触变剂的含量为0. 2-5.Owt%，有机溶剂的含量为85-95wt%。作为本发明的 一种优选实施方式，所述有机溶剂为松油醇、乙二醇乙醚醋酸酯和丁基卡必醇的混合物。更 优选情况下，以100重量份的有机溶剂为基准，其中松油醇的含量为55-65重量份，乙二醇 乙醚醋酸酯的含量为15-25重量份，丁基卡必醇的含量为15-25重量份。
[0025] 所述的有机载体制备方法是将增稠剂、润滑剂和触变剂溶解在上述有机溶剂所组 成的混合溶剂中，在50_70°C下使其充分溶解并搅拌均匀，即得有机载体。
[0026] 本发明还提供了一种本发明所述的晶体硅太阳能电池铝背场导电浆料的制备方 法，将无机玻璃粉和防龟裂纹添加剂分散于有机载体中，然后加入铝粉，研磨即得到体硅太 阳能电池铝背场导电浆料。
[0027] 根据本发明所提供的制备方法，优选地，所述导电浆料的细度￡20mm，所述导电浆 料的黏度为3000(T35000mPa*s。所述研磨为用棍研磨机进行研磨，所述研磨的次数没有特 别的限制，只要能使铝导电浆料的细度< 20i!m即可，为了节约工序，本发明所述的研磨次 数为5-10次。
[0028] 本发明所述的晶体硅太阳能电池背场铝导电浆料，其印刷与烧结工艺是：采用 180-280目的丝网印刷在单晶或多晶硅太阳能电池的背光面上，烘干温度为200-400°C， 烘干10-60秒，再入隧道炉烧结，预热温度为200-400°C，时间为30-60秒，峰值温度为 940-960°C，时间为 0? 5-1. 5 秒。
[0029] 采用本发明的铝背场导电浆料丝网印刷在晶体硅太阳电池的背光面上，过隧道炉 烧结后的铝膜表面无龟裂纹，表面美观、光滑，无铝疱铝珠现象，电池片翘曲度、与硅衬底的 附着力、光电转换效率等性能均符合行业要求。
[0030] 下面结合实施例对本发明进行进一步的详细说明。
[0031] 实施例1 1、制备无机玻璃粉 按质量份称取 36 份Bi203, 24 份B203, 9 份Si02，10 份BaO, 16 份Sb203, 2 份Sb205, 1 份CaO, 1份MgO，1份A1203。采用球磨混合的方法，球磨0. 5h，将各氧化物粉末混合均匀，转入 刚玉坩埚中，并置于硅碳棒炉中。将硅碳棒炉内升温至550°C，保温0. 5h，再升温至1