一種太陽能電池用鋁導電漿料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能電池領域，尤其涉及一種太陽能電池用鋁導電漿料及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著世界能源的枯竭，各種替代能源，如太陽能、風能、水能等得到了廣泛的關注。 尤其是太陽能電池，有望成為未來電力供應的主要支柱，晶體硅太陽能電池是光伏市場上 的主導產品，而導體漿料是制作晶體硅太陽能電池的主要輔助材料。這類漿料主要由導電 金屬粉、無機玻璃粉、有機載體等混合軋制而成。背場鋁導電漿料為該類漿料的一種，它印 刷在電池的整個背光面上，并形成PP+結，為電池提供部分的開路電壓（V。。)，因此，鋁導電 漿料的性能好壞對電池的電性能優(yōu)劣有著重要的影響。目前對向鋁導電漿料的研究方向 有：一是如何在現有的基礎上，通過漿料配方的改進，提高電池的光電轉換效率；另一個是 改善鋁導電漿料的其他特殊性能，如降低其對電池的翹曲度的影響，改善耐水煮性能等。
[0003][0004]

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明為解決現有的太陽能電池用鋁導電漿料存在光電轉換效率低的技術問題， 提供一種光電轉換效率高的太陽能電池用導電漿料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明公開了一種太陽能電池用鋁導電漿料，所述鋁導電漿料包括鋁粉、無機玻 璃粉、有機載體和金屬元素化合物；所述金屬元素化合物為可溶于有機溶劑的錫化合物、鉛 化合物和銀化合物中的至少一種；所述金屬元素化合物可在有氧條件下氧化分解成金屬氧 化物。
[0007] 本發(fā)明還提供了上述太陽能電池用鋁導電漿料的制備方法，包括將金屬元素化合 物分散于有機載體中，混勻后，加入無機玻璃粉、鋁粉，研磨后得到所述太陽能電池用鋁導 電漿料。
[0008] 鋁導電漿料形成鋁背場的原理是，鋁導電漿料中含有的大量的鋁粉微球，該鋁粉 微球表面覆蓋一定厚度(一般在l(T20nm)的氧化鋁，當鋁導電漿料在經過燒結爐時，在熱作 用或熔融狀態(tài)的玻璃粉的腐蝕下，該氧化鋁膜破裂，其中新鮮的鋁單質被剝離出來，鋁單質 之間相互接觸形成背場的主體層，與硅襯底接觸的那部分鋁與硅形成硅鋁合金層，該硅鋁 合金層形成PP +結。
[0009] 本發(fā)明太陽能電池用鋁導電漿料，所述漿料中添加一定量的金屬元素化合物，該 金屬元素化合物可在空氣氣氛下氧化分解成金屬氧化物，并且，在常溫下，該金屬元素化 合物呈液態(tài)，或者溶于有機溶劑后呈液態(tài)，而液態(tài)物質的分散性，較普通固體顆粒的要好得 多，尤其是比納米級的固體顆粒的分散性好。將該金屬元素化合物預先分散在有機載體中， 而后再分散到漿料體系中，液態(tài)(或者溶于有機溶劑后呈液態(tài)）金屬元素化合物在粘稠的漿 料體系中很容易均勻分布，也不會發(fā)生團聚與沉淀現象，在常溫下，本發(fā)明的漿料處于穩(wěn)定 均勻的體系。
[0010] 當本發(fā)明的鋁導電漿料過燒結爐時，在燒結氣氛狀態(tài)下(氣氛為普通空氣)，該金 屬元素化合物與空氣中的氧氣，在一定的溫度下(燒結爐中的溫度段）發(fā)生氧化分解反應， 錫化合物、鉛化合物或銀化合物分別被氧化分解形成氧化錫、氧化鉛或者氧化銀，同時生成 水及二氧化碳。金屬元素錫、鉛、銀的活潑性小于鋁，被氧化分解形成的氧化錫、氧化鉛或 氧化銀，與從鋁粉球剝離出來的新鮮鋁原子接觸時，可被鋁原子還原形成錫、鉛或銀的金屬 單質，鋁原子同時被氧化成氧化鋁。由氧化物被還原形成的單質金屬原子，在凝聚形成金屬 微粒時，存在一個納米級的過程，因其高表面積效應，該金屬微粒在燒結段的一定溫度區(qū)域 內呈現液態(tài)，因此納米級的金屬粒子可自由流動，并填充在鋁原子與鋁原子、或者鋁原子與 硅原子（P型硅襯底)的間隙中，從而降低了整個導電通道的接觸電阻。因此，電池的串聯電 阻減少，填充因子增加，鋁背場對硅片的附著力以及電池的光電轉化效率均有一定量的提 升。
【具體實施方式】
[0011] 為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合 實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012] 本發(fā)明提供了一種太陽能電池用鋁導電漿料，所述鋁導電漿料包括鋁粉、無機玻 璃粉、有機載體和金屬元素化合物；所述金屬元素化合物為可溶于有機溶劑的錫化合物、鉛 化合物和銀化合物中的至少一種；所述金屬元素化合物可在有氧條件下氧化分解成金屬氧 化物。
[0013] 根據本發(fā)明所提供的太陽能電池用鋁導電漿料，優(yōu)選地，以鋁導電漿料的總重 量為基準，以鋁導電漿料的總重量為基準，所述鋁粉的含量為60-80wt%，所述無機玻璃粉 的含量為〇. 5-3. Owt%，所述有機載體的含量為19_30wt%，所述金屬元素化合物的含量為 0. 01-0. 50wt%〇
[0014] 本發(fā)明所添加的金屬元素化合物，因其形成的氧化物被還原成金屬單質時，消耗 漿料中的金屬鋁原子，而使鋁原子氧化成氧化鋁而存在于背場膜中，氧化鋁為不良導體，所 以金屬元素化合物含量不能太高，否則背場膜的體電阻或與硅的接觸電阻會增大，從而影 響電池的效率；太少，則金屬單質微粒的填充效果不明顯。
[0015] 根據本發(fā)明所提供的太陽能電池用鋁導電漿料，優(yōu)選地，所述錫化合物為四苯基 錫、四丁基錫、四乙基錫、三甲基一苯基錫、二月桂酸二丁基錫、二月桂酸二辛基錫、馬來酸 二丁基錫和馬來酸二辛基錫中的至少一種；所述鉛化合物為四苯基鉛，四丁基鉛，四乙基鉛 和三甲基一苯基鉛中至少的一種；所述銀化合物為山崳酸銀、月桂酸銀，棕櫚酸銀、硬酯酸 銀、羧基硬酯酸銀、油酸銀和癸酸銀中至少的一種。
[0016] 根據本發(fā)明所提供的太陽能電池用鋁導電漿料，所述金屬元素化合物優(yōu)選為有機 金屬錫化合物，有機錫化合物來源廣泛，材料成本低廉，很多有機金屬錫化合物在常溫下性 質穩(wěn)定，呈液態(tài)，非常容易溶于普通的有機溶劑中。并且在高溫氧化分解后，不會留下除金 屬氧化物以外的殘留雜質，對背電場膜的體電阻的降低非常有利。雖然金屬銀化合物氧化 分解，并被鋁還原后得到的銀單質金屬的導電性最好，但有金屬銀化合物的制備較難，并且 材料成本高。有機鉛化合物則對環(huán)保不利，并且其還原后形成的鉛的導電性也不太好。因 此本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述金屬元素化合物為四苯基錫、四丁基錫、二月桂酸二丁基錫、二月 桂酸二辛基錫中的至少一種。
[0017] 根據本發(fā)明所提供的太陽能電池用鋁導電漿料，優(yōu)選地，所述無機玻璃粉為 Bi-B-Sb-Si-Ba系或Zn-B-Sb-Si-Ba玻璃粉。還可以在玻璃粉中添加 Ca0、Mg0或Al2O3。其 組成為 Bi2O3 或 Zn030-50 份，B2O3 10-30 份，Sb2O3 10-20 份，Sb2O5 1. 0-5. 0 份，SiO2 5. 0-10 份，BaO 5. 0-10 份，CaO 0-5. 0 份，MgO 0-5. 0 份，Al2O3 0-5. 0 份，總量為 100 質量份。
[0018] 根據本發(fā)明所提供的太陽能電池用鋁導電漿料，優(yōu)選地，所述有機載體含有 4. 0-10wt%的增稠劑，0. 2-5. Owt%的潤滑劑，0. 2-5. Owt%的觸變劑和85-95wt%的有機溶劑。
[0019] 根據本發(fā)明所提供的太陽能電池用鋁導電漿料，優(yōu)選地，所述有機溶劑選自松油 醇、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、松節(jié)油、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇乙醚 醋酸酯、檸檬酸三丁酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、鄰苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯中的兩種 或兩種以上；所述增稠劑為乙基纖維素、改性酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂的至少一種；所述潤滑 劑為十六醇或十八醇；所述觸變劑為改性氫化蓖麻油或聚酰胺蠟粉。
[0020] 所述有機載體中各組分的含量在本領域的常用范圍內即可，本發(fā)明沒有特殊規(guī) 定。例如，以有機載體的總質量為基準，其中增稠劑的含量為4_10wt%，0. 2-5. Owt%的潤滑 劑、0. 2-5. Owt%的觸變劑，有機溶劑的含量為85-95wt%。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式， 所述有機溶劑為松油醇、乙二醇乙醚醋酸酯和丁基卡必醇的混合物。更優(yōu)選情況下，以100 重量份的有機溶劑為基準，其中松油醇的含量為55-65重量份，乙二醇乙醚醋酸酯的含量 為15-25重量份，丁基卡必醇的含量為15-25重量份。
[0021] 所述的有機載體制備方法是將增稠劑、潤滑劑和觸變劑溶解在上述有機溶劑所組 成的混合溶劑中，在50-70°C下使其充分溶解并攪拌均勻，即得有機載體。
[0022] 本發(fā)明還提供了所述的太陽能電池用鋁導電漿料的制備方法，包括將金屬元素化 合物分散于有機載體中，混勻后，加入無機玻璃粉、鋁粉，研磨后得到所述太陽能電池用鋁 導電漿料。
[0023] 根據本發(fā)明所提供的制備方法，優(yōu)選地，所述鋁導電漿料的細度< 20 μ m，粘度為 25000-35000mPa· s。所述研磨為用輥研磨機進行研磨，所述研磨的次數沒有特別的限制， 只要能使鋁導電漿料的細度< 20μπι即可，為了節(jié)約工序，本發(fā)明所述的研磨次數為5-10 次。
[0024] 將本發(fā)明制備的鋁導電漿料采用絲網印刷到單晶或多晶硅太陽能電池上燒結成 膜后，鋁背場的外觀、耐水煮性、翹曲度均符合行業(yè)，電池的串聯電阻減少，填充因子增加， 鋁背場對硅片的附著力以及電池的光電轉化效率均有明顯的提升。
[0025] 下面通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。
[0026] 實施例1 步驟一：無機玻璃粉的制備： 按質量份稱取 36 份 Bi2O3, 24 份 B2O3,9 份 SiO2, 10 份 BaO, 16 份 Sb2O3, 2 份 Sb2O5,1 份 CaO, 1份MgO，1份Al2O3。采用球磨混合的方法，球磨0. 5h，將各氧化物粉末混合均勻，轉入 剛玉坩堝中，并置于硅碳棒爐中。將硅碳棒爐內升溫至550°C，保溫0. 5h，再升溫至1200°C， 保溫2h，水淬過濾得到玻璃渣。將玻璃渣裝入球磨罐，按質量比氧化鋯球：玻璃珠：去離子 水=4 :1 :0. 7,罐速300轉/分鐘，濕磨7. 0