专利名称：一种晶体硅太阳能电池铝浆及其制备方法
技术领域：
本发明涉及铝浆，具体是一种晶体硅太阳能电池铝浆，以及该铝浆的制备方法。
背景技术：
太阳能电池发电具有其它发电方式所不具备的优势，例如不消耗燃料、规模能够灵活组合、不受地域限制、设备建设周期短、建设成本低、无噪音、无污染、安全可靠、维护简单等，有大规模应用的前景。随着近年来常规能源的日趋紧张，太阳能电池发电越来越受到人们的关注。在不远的将来，太阳能电池发电将会占据能源消费的重要席位，由此会启动一个巨大的市场。届时，伴随着太阳能电池产业的迅速发展，市场对太阳能电子浆料的需求也会迅速地增长，而铝浆作为太阳能电池制造使用的主要电子浆料，其未来的市场需求将会日益增大。在制造晶体硅太阳能电池时，利用丝网将铝浆印刷在硅片的背面，经过干燥、烧结、冷却等工艺，使烧结过程中形成的硅-铝合金可以有效消除硅片与电极之间的肖特基势垒，实现良好的欧姆接触，冷却后的硅片上形成掺杂有铝的硅外延生长层，即背场层(BSF)，可以有效提高电池的开路电压，实现高的光电转换效率。透过前述的晶体硅太阳能电池制造过程我们可以清楚的知道，晶体硅太阳能电池的光电转换效率高与低，关键取决于附着在硅片上的铝浆。因此，为了提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率，人们对铝浆的配方及制备方法做了大量的研究，例如中国专利文献公开的“一种硅太阳能电池电极浆料的组成及制备方法”(公开号CN 101651155，
公开日2010年2月17日)、“一种环保型硅太阳能电池背电场铝浆及其制造方法”(公开号CN 101425545，
公开日2009年5月6日)，这些技术是在铝浆中以添加第III主族元素(镓、铟、铊)的方法来改善硅片的背场层，从而提高电池的光电转换效率；但是，第III主族元素不仅存在成本高、影响铝背场附着力(第III主族元素属于软金属)等问题，而且更为严重的是，其毒性很大，根本不能满足环保要求，因而，第III主族元素不是理想的添加物。除此之外，也有以高纯铝粉(活性铝含量> 99. 8%)来制备铝浆的技术，例如中国专利文献公开的“一种晶体硅太阳能电池铝浆组成及其制备方法”(公开号CN 101728439，
公开日2010年6月9日)，该技术制得的铝浆确实能够直接有效的提升电池的光电转换效率；但是，完全采用高纯铝粉来制备铝浆，那么铝浆的制备成本非常昂贵，是铝浆生产企业所不能承受的。对铝浆研究除了考虑提高电池的光电转换效率外，还需要考虑降低电池硅片的翘曲值。这是因为，光电转换效率再高，未有效解决翘曲值的话，较大的翘曲值会导致电池组件在生产过程中存在较高的破片率，生产出的电池组件废品率高，增大了企业成本。电池硅片的翘曲主要原因是，由于烧结后的冷却过 程中背面铝层与电池硅层的形变差异所致；与正面所用的金属浆料不同，背面铝浆覆盖了正极硅片的绝大部分表面，铝和硅的热膨胀系数分别为ZSXKr6IT1和3. 5X 10- -1,由于较大的热膨胀系数差异，使得烧结后的电池硅片在冷却过程中，铝层的收缩效率比硅层的收缩效率大的多，当冷却温度低于硅铝共晶的温度577°C后，熔融态的硅铝层凝固，硅层和铝层由于通过硅铝合金层连接，将不能够发生相对位移，此后，收缩上的差异将导致连接处产生应力，最终导致电池硅片弯曲，不能合格成品。中国专利文献公开了一种名称为“太阳能电池背场铝浆组合物及其制备方法”(公开号CN 101916610，
公开日2010年12月15日)的技术，该技术是以合理的铝粉配比来达到降低电池硅片翘曲值的目的；但是，铝粉的配比不仅关系到电池硅片的翘曲值，而且对烧结后铝膜表面能否形成连贯的导电通路特性都有重要影响，因此其操作难度大，对降低电池硅片翘曲值的作用极为有限，实用可靠性差。此外，中国专利文献还公开了“一种太阳能电池背场铝浆”(公开号=CN 101826564，
公开日:2010年9月8日)、“一种环保型硅基太阳能电池用背铝浆料及其制备方法”(公开号CN 101866705，
公开日2010年10月20日)，这些技术是通过调整玻璃粉的膨胀系数以及玻璃粉的加入量来达到降低电池硅片翘曲值的目的；然而，应用于铝浆的玻璃粉要求具有良好的浸润性，以及与烧结工艺相匹配的软化温度、流平温度，且能提供可靠的附着力，这些要求在一定程度上限制了玻璃粉的膨胀系数及加入量的调整，增大了操作难度大，对降低电池硅片翘曲值的作用极为有限，实用可靠性差。综上所述，现有的晶体硅太阳能电池铝浆技术存在诸多问题，例如高光电转换效率与低翘曲值不能兼顾、生产成本高、不环保、操作难度大、实用可靠性差等问题，不能满足市场的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种高光电转换效率与低翘曲值能同时兼顾、生产成本低、环保无毒、附着力强、操作容易、可靠实用的晶体硅太阳能电池铝浆，以及该铝浆的制备方法。本发明采用的技术方案是，一种晶体硅太阳能电池铝浆，所述铝浆的原料配比按以下重量份数计
铝粉混合物60 80份，
无机粘合剂2 6份，
惰性组分0.1 3份，
有机载体15 35份，
有机添加剂0. 5 5份。所述铝粉混合物是由活性铝含量> 98%的普通球形铝粉和活性铝含量> 99. 8%的高纯球形铝粉组成；其中，所述普通球形铝粉依据粒径的不同分为两种；所述铝粉混合物的具体原料配比按以下质量百分比计
粒径I 3 ii m的普通球形铝粉10 40%，
粒径5 6 ii m的普通球形铝粉40 70%，
高纯球形铝粉3 20%。所述高纯球形铝粉的粒径为4 6 ii m。所述无机粘合剂的粒径< 10 Ii m ;所述无机粘合剂的具体原料配比按以下质量百分比计
三氧化二铋30 70%，
氧化锌10 25%，
三氧化二硼5 20%，二氧化娃5 15%,
三氧化二铝1 10%。所述惰性组分的粒径为3 5 Pm ;所述惰性组分为氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锌、氧化锆中的一种或两种以上的混合物。所述有机载体的原料配比按以下质量百分比计
松节油5 15%，
苯甲醇3 10%，
二乙二醇丁醚10 30%，
二乙二醇丁醚醋酸酯 20 40%，
柠檬酸三丁酯15 30%，
乙基纤维素2 7%。所述有机添加剂为司班-85、卵磷脂、硼酸酯类偶联剂、硅烷偶联剂、流平剂中的一种或两种以上的混合物。一种上述晶体硅太阳能电池铝浆的制备方法，具体包括下列步骤
1).无机粘合剂制备
按配方量称取无机粘合剂的原料；将原料混合均匀；将混合好的原料加入到钼金坩埚内，用高温炉加热钼金坩埚，使钼金坩埚内的混合原料温度彡13000C，保温，保温时间≥ 30min ;将高温混合原料水淬，得到玻璃颗粒料；将玻璃颗粒料干燥；将干燥后的玻璃颗粒料球磨粉碎,使其粒径< IOiim ;得到无机粘合剂；
2).有机载体制备
按配方量称取有机载体的原料；将原料混合，混合后加入到反应釜中加热，使反应釜内的原料温度≥80℃，在转速≥60r/min的条件下，持续混合至少2h，使反应釜内的原料充分溶解混合；反应釜停止加热，使反应釜内的溶解混合物冷却，冷却温度≤ 30°C，采用260 300目的不锈钢丝虑网过滤，澄清；得到透明的有机载体；
3).铝粉混合物制备
按配方量称取铝粉混合物的原料；将原料混合均匀；
4).铝浆制备
按配方量称取铝粉混合物、无机粘合剂、惰性组分、有机添加剂、有机载体原料；将铝粉混合物、无机粘合剂和惰性组分混合均匀，得到混合粉料；将混合粉料和有机载体、有机添加剂加入到高速搅拌机中混合，混合时间> lOmin，使它们混合均匀，得到混合浆料；采用三辊研磨机将浆料研磨，控制浆料的细度< 25 u m，浆料的粘度为30 45pa. s ；
5).真空消泡
采用真空消泡机将研磨分散好的浆料进行消泡；得到铝浆产品。所述无机粘合剂制备过程中的原料混合均匀，是将原料加入到V型混料机中进行混合，混合时间彡20min。所述铝浆制备过程中的铝粉混合物、无机粘合剂和惰性组分混合均匀，是将铝粉混合物、无机粘合剂和惰性组分加入到V型混粉机中混合，混合时间> 30min。本发明的有益效果是1.在合理的原料配比前提下，通过对铝粉混合物的粒径及配比进行配伍调整，使制成的铝浆烧结后附着在硅片上的铝膜更加致密、均匀，进而提高电池的导电性，并保证电池导电性的稳定性，从而使低成本的铝浆在电池上实现高光电转换效率，性价比好；通过加入的惰性组分，可以有效降低电池硅片的翘曲值，使生产出的电池能够同时兼顾高光电转换效率与低翘曲值，进而提高电池合格率，降低企业成本；
2.铝浆原料中的无机粘合剂不含铅、汞、铬、钒、铊等有害物质及其化合物，制成的铝浆环保、无毒，符合欧盟ROSH的要求；此外，无机粘合剂的粒径要求范围较宽，制成的铝浆不起铝珠、铝包，组件时不起灰，在硅片上的附着力强，可靠性高，制成的电池综合电性能高且稳定，实用性强；
3.制备方法能够使惰性组分均匀的分散在(尤其是研磨工序)铝粉的颗粒之间，从而在高温烧结后的冷却过程中，通过惰性组分可以有效控制因铝粉颗粒的结合收缩而导致的硅片过分翘曲，达到降低硅片翘曲值的目的，减小破片率，整个制备过程简单易行，操作方便。
具体实施例方式下面通过具体实施例来详细说明本发明，各实施例的内容仅用作理解本发明内容，不应理解为对本发明保护范围的限制。实施例1
本发明的原料配比按以下重量份数计。铝粉混合物70份；这70份铝粉混合物的具体原料配比是(按质量百分比计)粒径I 3 ii m的普通球形铝粉30% (即21份)、粒径5 6 ii m的普通球形铝粉60% (即42份)、粒径4 6 y m的高纯球形铝粉10%(即7份);所述普通球形铝粉的活性铝含量> 98%，所述高纯球形铝粉的活性铝含量> 99. 8% ；
无机粘合剂5份；这5份无机粘合剂的具体原料配比是(按质量百分比计)三氧化二铋为50% (BP 2. 5份)、氧化`锌20%卿I份)、三氧化二硼10%卿0. 5份)、二氧化硅15%卿
0.75份)、三氧化二铝5% (即0. 25);无机粘合剂的粒径为< 10 ii m ;
惰性组分1. 5份；这1. 5份惰性组分是氮化硅(I份)和氧化铝(0. 5份)的混合物；惰性组分的粒径为3 5 ii m ;
有机载体21份；这21份有机载体的具体原料配比是(按质量百分比):松节油10% (BP
2.1份)、苯甲醇4. 5% (即0. 945份)、二乙二醇丁醚20% (即4. 2份)、二乙二醇丁醚醋酸酯30% (即6. 3份)、柠檬酸三丁酯30% (即6. 3份)、乙基纤维素5. 5% (即1. 155份)；
有机添加剂2. 5份；这2. 5份有机添加剂是司班-85 (2份)和流平剂(0. 5份)的混合物。本发明的制备方法具体包括下列步骤
I).无机粘合剂制备
按配方量称取无机粘合剂的原料；将原料加入到V型混料机中进行混合，混合时间为25min,使原料混合均匀；将混合好的原料加入到钼金坩埚内，用高温炉加热钼金坩埚，使钼金坩埚内的混合原料温度为1300°C，保温时间为30min ;将高温混合原料水淬，得到玻璃颗粒料；将玻璃颗粒料干燥；将干燥后的玻璃颗粒料球磨粉碎，使其粒径< IOym ;得到无机粘合剂；2).有机载体制备
按配方量称取有机载体的原料；将原料混合，混合后加入到反应釜中加热，使反应釜内的原料温度为80°C，在转速为60r/min的条件下，持续混合2h，使反应釜内的原料充分溶解混合；反应釜停止加热，使反应釜内的溶解混合物冷却，冷却温度为30°C，采用280目的不锈钢丝虑网过滤，澄清；得到透明的有机载体；
3).铝粉混合物制备
按配方量称取铝粉混合物的原料；将原料混合均匀；
4).招衆制备
按配方量称取铝粉混合物、无机粘合剂、惰性组分、有机添加剂、有机载体原料；将铝粉混合物、无机粘合剂和惰性组分加入到V型混粉机中混合，混合时间为30min，使它们混合均匀，得到混合粉料；将混合粉料和有机载体、有机添加剂加入到高速搅拌机中混合，混合时间为lOmin，使它们混合均匀，得到混合浆料；采用三辊研磨机将浆料研磨，控制浆料的细度< 25 ii m,浆料的粘度为30 45pa. s ；
5).真空消泡
采用真空消泡机将研磨分散好的浆料进行消泡；得到铝浆产品。将上述配方和方法制成的铝浆在电池生产线上试用，单晶125硅片，印刷增重
0.9 1. lg，在200 240°C的温度条件下烘干，在烧结峰值为830°C的条件下烧结；烧结后铝膜呈银灰色，致密，无铝珠、铝包，不掉灰。经电池片测试分选，分别统计电池片电性能，测试样片300片，取平均值，其 主要性能参数见表I。
比较例I
除了去除实施例1中的惰性组分、并将铝粉混合物按照1. 5wt%的用量下料之外，其它按实施例1中的配方及方法，制备得到比较浆料；将比较浆料采用实施例1的测试方法，其主要性能参数见表I。表I 实施例1及比较例I制成的浆料使用性能对比
权利要求
1.ー种晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述铝浆的原料配比按以下重量份数计 铝粉混合物60 80份， 无机粘合剂2 6份， 惰性组分0.1 3份， 有机载体15 35份， 有机添加剂0.5 5份。
2.根据权利要求1所述晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述铝粉混合物是由活性铝含量> 98%的普通球形铝粉和活性铝含量> 99. 8%的高纯球形铝粉组成；其中，所述普通球形铝粉依据粒径的不同分为两种；所述铝粉混合物的具体原料配比按以下质量百分比计 粒径I 3 ii m的普通球形铝粉10 40%， 粒径5 6 ii m的普通球形铝粉40 70%， 高纯球形铝粉3 20%。
3.根据权利要求2所述晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述高纯球形铝粉的粒径为4 6 y m。
4.根据权利要求1所述晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述无机粘合剂的粒径< 10 Pm;所述无机粘合剂的具体原料配比按以下质量百分比计 三氧化ニ铋30 70%， 氧化锌10 25%， 三氧化ニ硼5 20%， ニ氧化娃5 15%, 三氧化ニ铝I 10%。
5.根据权利要求1所述晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述惰性组分的粒径为3 5pm ;所述惰性组分为氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锌、氧化锆中的ー种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述有机载体的原料配比按以下质量百分比计 松节油5 15%， 苯甲醇3 10%， ニこニ醇丁醚10 30%， ニこニ醇丁醚醋酸酯 20 40%， 柠檬酸三丁酯15 30%， こ基纤维素2 7%。
7.根据权利要求1所述晶体硅太阳能电池铝浆，其特征在于，所述有机添加剂为司班-85、卵磷脂、硼酸酯类偶联剂、硅烷偶联剂、流平剂中的ー种或两种以上的混合物。
8.—种权利要求1所述晶体硅太阳能电池铝浆的制备方法，具体包括下列步骤 I).无机粘合剂制备 按配方量称取无机粘合剂的原料；将原料混合均匀；将混合好的原料加入到钼金坩埚内，用高温炉加热钼金坩埚，使钼金坩埚内的混合原料温度彡13000C，保温，保温时间^ 30min ;将高温混合原料水淬，得到玻璃颗粒料；将玻璃颗粒料干燥；将干燥后的玻璃颗粒料球磨粉碎,使其粒径< IOiim ;得到无机粘合剂； 2).有机载体制备 按配方量称取有机载体的原料；将原料混合，混合后加入到反应釜中加热，使反应釜内的原料温度彡800C，在转速彡60r/min的条件下，持续混合至少2h，使反应釜内的原料充分溶解混合；反应釜停止加热，使反应釜内的溶解混合物冷却，冷却温度< 30°C，采用260 300目的不锈钢丝虑网过滤，澄清；得到透明的有机载体； 3).铝粉混合物制备 按配方量称取铝粉混合物的原料；将原料混合均匀； 4).招衆制备 按配方量称取铝粉混合物、无机粘合剂、惰性组分、有机添加剂、有机载体原料；将铝粉混合物、无机粘合剂和惰性组分混合均匀，得到混合粉料；将混合粉料和有机载体、有机添加剂加入到高速搅拌机中混合，混合时间> IOmin,使它们混合均匀，得到混合浆料；采用三辊研磨机将浆料研磨，控制浆料的细度< 25 u m，浆料的粘度为30 45pa. s ； 5).真空消泡 采用真空消泡机将研磨分散好的浆料进行消泡；得到铝浆产品。
9.根据权利要求8所述晶体硅太阳能电池铝浆的制备方法，其特征在于，所述无机粘合剂制备过程中的原料混合均匀，是将原料加入到V型混料机中进行混合，混合时间^ 20min。
10.根据权利要求8所述晶体硅太阳能电池铝浆的制备方法，其特征在于，所述铝浆制备过程中的铝粉混合物、无机粘合剂和惰性组分混合均匀，是将铝粉混合物、无机粘合剂和惰性组分加入到V型混粉机中混合，混合时间> 30min。
全文摘要
一种晶体硅太阳能电池铝浆及其制备方法，铝浆原料配比按以下重量份数计铝粉混合物60～80份，无机粘合剂2～6份，惰性组分0.1～3份，有机载体15～35份，有机添加剂0.5～5份。制备方法包括1)无机粘合剂制备；2)有机载体制备；3)铝粉混合物制备；4)铝浆制备按配方量称取原料；将铝粉混合物、无机粘合剂和惰性组分混合，得混合粉料；将混合粉料和有机载体、有机添加剂加入到高速搅拌机中混合，得混合浆料；用三辊研磨机将浆料研磨，控制浆料细度＜25μm，浆料粘度为30～45pa.s；5)真空消泡；得铝浆产品。它能够同时兼顾高光电转换效率与低翘曲值，且具有生产成本低、环保无毒、附着力强、操作容易、可靠实用等特点。
文档编号H01L31/0224GK103065702SQ20121058281
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者朱健, 苟鹏飞, 吴红兵, 钟连兵, 肖毅 申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司