CN106601330B - 高填充率perc电池局域接触背场铝浆及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆及其制备方法，所述的具有高填充率的局域背场铝浆是通过将乙基纤维素溶于有机溶剂中，在一定温度下搅拌制备成均一透明的有机载体待用，再加入铝粉、纳米铝硼锑合金粉等，经分散三辊研磨制备而成。该浆料由下列组份按照重量份配比组成：铝粉70‑85份；纳米铝硼锑合金粉1‑5份；有机载体10‑25份；无机粘结剂0.1‑6份；辅助添加剂0.01‑1份。该铝浆主要用于钝化发射极和背面点或线接触硅太阳电池的背场电极的制造中，所述PERC铝浆印刷在开点或开线硅片的钝化层上。本发明浆料具有表面光滑，对铝膜附着力牢固，对钝化膜几乎无损伤、填充率高达90%以上等优势。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池领域，具体涉及一种高填充率PERC电池局域接触背场铝浆及其制备方法。
背景技术
PERC硅太阳能电池是常规晶体硅太阳能电池的一种特殊类型，其特征是电池正面和背面均具有介质钝化层。目前，降低晶体硅成本，是竞争日益激烈的光伏产业追求的目标之一，降低硅原料成本，一般需要向更薄的硅片发展，采用更薄的硅片是以后晶体硅太阳能电池产业发展的趋势之一。少数载流子的扩散长度大于硅片的厚度时，电池片上下表面的复合速率对效率的影响显得更加重要。改善表面钝化的质量、降低表面复合速率已经成为提高电池效率的主要手段之一。PERC电池，通过激光技术在背面介质层上开槽，露出线状或点状硅衬底。钝化膜不仅具有减反射作用增加了红光响应，而且降低了载流子在背面的复合，综合效果可使电池的光电转换效率提高1.0-1.5％，是商品化晶体硅太阳电池普遍采用的主要背表面钝化结构。
基于PERC电池这种优势，局域铝背场结构越来越受到国内外电池片厂家重视，其产业化趋势已很明显了。局域铝背场电池用铝浆相对于传统铝背场电池用铝浆具有更高的技术要求，常规铝浆不能很好地填充在钝化膜开线或开点处，烧结后无法与硅基底形成良好的欧姆接触，而且常规铝浆对钝化膜侵蚀性太强，会对背场钝化膜造成严重的破坏，因此，开发一种适合局域铝背场结构的铝浆是趋势发展需要的。
然而，在实验室研发过程中发现烧结后本应该形成局域铝背表面场的区域出现了大量空洞，空洞的形成不仅使铝背面场没有形成P+层，造成欧姆接触变差，进而影响电池性能。为了降低或消除局域铝背场填充较差，空洞较多的现象，本发明提出了一种通过添加纳米铝硼锑合金粉，具有较高活性，纳米铝硼锑合金粉中引入了硼和锑元素，它使玻璃粉具有很好浸润性，同时起到调节烧结窗口的作用；本发明同时辅助添加辅助钛酸四丁酯、甲基丙烯酸锌并控制玻璃粉软化点温度，使得玻璃粉热稳定性增加，与铝层形成良好的欧姆接触，有效改善局域铝背场填充情况，填充率高达90％以上。
专利号为[CN103219416A]中公开了一种能够有效消除PERC硅太阳能电池局域铝背场空洞的方法，它主要通过二次沉积的方法，先在晶体硅太阳能电池的去除背面钝化膜区域局域沉积铝层，然后进行高温烧结形成铝背场，之后背面完全沉积或局部沉积铝层并低温形成背面金属电极。但这种方法过于复杂不适用于现有生产工艺。
中国专利[CN103545013A]公开了一种局部铝背场晶体硅太阳能电池专用铝浆，相比于传统铝浆，其发明铝浆具有流动性好、对钝化膜破坏小、铝膜致密均匀等优点。但对其铝浆的填充效果未提及。
综合国内外客户对PERC电池局域铝背场易出现的空洞现象，将浆料填充率提高至90％以上方面，未见相关专利报道。
发明内容
发明目的：在于提供一种具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆及其制备方法，该铝浆的主要特点在于对钝化膜损伤较小、能在局域接触处形成良好的欧姆接触，浆料填充率高达90％以上，电池电性能明显提高。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，所述PERC铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉70-85份；纳米铝硼锑合金粉1-5份；有机载体10-25份；无机粘结剂0.1-6份；辅助添加剂0.01-1份。
作为优化：所述铝粉为类球形铝粉，铝粉的含氧量在0.3-0.8％，中位径D50为13-17um。
作为优化：所述纳米铝硼锑合金粉主要采用溶胶-凝胶法制得，制备纳米铝硼锑合金粉的原材料为铝醇盐、氯化硼和乙酰丙酮锑，其比例为等摩尔比例，其粒径在20-80nm范围内。
作为优化：所述的有机载体由高分子聚合物乙基纤维素和有机溶剂混合形成；所述的有机溶剂为松油醇、二乙二醇单丁醚、乙二醇甲醚、丁基卡必醇醋酸酯、山梨醇酐硬脂酸酯、卵磷脂中的一种或多种。
作为优化：所述无机粘结剂为片状Bi2O3-V2O5-Sb2O3-MoO3体系玻璃粉，其粒径在7-11um，经球磨处理得到玻璃粉的软化温度在250-650℃范围内可调。
作为优化：基于总铝浆重量计，所述铝浆包含至少一种辅助添加剂，其中，所述辅助添加剂为钛酸四丁酯、甲基丙烯酸锌中的一种或两种的混合物。
一种根据所述的具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
称取制备好的重量份数如下：铝粉70-85份；纳米铝硼锑合金粉1-5份；有机载体10-25份；无机粘结剂0.1-6份；辅助添加剂0.01-1份进行混合均匀，采用分散机在500-2000rpm转速下，分散1h后，在三辊研磨机上研磨分散至细度＜15um，浆料粘度控制在30-50Pa·S，其中所述浆料粘度是用Brookfield DV2T粘度计在25℃测定的。
一种根据所述的具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆在PERC电池中的用途，所述铝浆具有均匀且致密的BSF层、局域填充率达到90％及以上。其中所述局域填充情况是通过SEM和金相显微镜观察而得，用于测试局域填充率的硅片要经过激光划片处理后经酸溶液浸泡制样。
有益效果：本发明为一种具有对钝化膜破坏小、BSF层均匀且致密、能在局域接触处形成良好的欧姆接触，填充程度高的高效晶体硅太阳能电池局域接触背场铝浆，本发明产品应用于PERC硅太阳能电池背场局域接触，浆料填充率可达到90％以上，同时本发明用合金粉及添加无机添加剂，对硅片杂质离子污染少，克服了现有PERC电池背场用铝浆易形成空洞，填充率低，BSF层薄且不均匀的问题，从而进一步提升其光电转换效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行阐述，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下的实施事例。
实施例一：
一种具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，所述的具有高填充率的局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉70份，纳米铝硼锑合金粉3份，有机载体25份，无机粘结剂1.9份，辅助添加剂0.1份。
所述铝粉：铝粉的含氧量为0.50-0.55％，中位径D50为15-17um；纳米铝硼锑合金粉，粒径为20-40nm。
所述有机载体：乙基纤维素占2份，有机溶剂为松油醇15份、乙二醇甲醚2份、丁基卡必醇醋酸酯5份、山梨醇酐硬脂酸酯1份。
所述的无机粘结剂为片状片状Bi2O3-V2O5-Sb2O3-MoO3体系玻璃粉，其粒径在7-11um，经球磨处理得到玻璃粉的玻璃软化温度在450-500℃范围内。
在权利要求书和本说明书中使用术语“玻璃粉软化温度”，是指一定量的玻璃粉在15K/min条件下进行程序升温测试出来的温度点范围。
所述的辅助添加剂为甲基丙烯酸锌。
一种具有高填充率的局域背场用铝浆的制备方法，包括以下步骤：
1、纳米铝硼锑合金粉主要采用溶胶-凝胶法制得，具体方法为:按等摩尔比例分别将铝醇盐、氯化硼和乙酰丙酮锑溶于一定浓度盐酸溶液中，并匀速搅拌，经3h后调节溶液PH在5-6范围内，继续搅拌，至在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，经老化、离心后球磨即可。
2、所述铝浆的制备方法：称取上述比例铝粉和纳米铝硼锑合金粉、无机粘结剂、有机载体和辅助添加剂进行混合均匀，采用分散机在500-1000rpm转速下，分散1h后，在三辊研磨机上研磨分散至细度＜15um；浆料粘度控制在35-40Pa·S，其中所述浆料粘度是用Brookfield DV2T粘度计在25℃测定的；
对局域填充情况可通过扫描电子显微镜(SEM)和金相显微镜来检测。为此，可使用以下方法对测试样品进行预处理和检测程序：将权利要求中的铝浆通过丝网印刷方式施加在介质钝化层上，烘干后烧结，烧结过程达到700-800℃峰值温度。将烧结后硅片用激光划片机垂直于槽线方向划片，然后将划片放置于一定浓度酸溶液中，浸泡至硅片表面出现气泡，再经去离子水清洗后干燥。
局域填充率计算方法为：假设钝化片共100根栅线，对这100根栅线分别进行金相显微镜观察，局域填充率＝局域填满数/总测试栅线数。
具体实施例二：
一种具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，所述的具有高填充率的局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉71份，纳米铝硼锑合金粉4份，，有机载体22份，无机粘结剂2.5份，辅助添加剂0.5份。
所述铝粉：铝粉的含氧量为0.45-0.50％，中位径D50为13-15um；纳米铝硼锑合金粉，粒径为60-80nm.
所述有机载体：乙基纤维素占2份，有机溶剂为松油醇15份、乙二醇甲醚2份、丁基卡必醇醋酸酯5份、山梨醇酐硬脂酸酯1份。
所述的无机粘结剂为片状片状Bi2O3-V2O5-Sb2O3-MoO3体系玻璃粉，其粒径在7-11um，经球磨处理得到玻璃粉的玻璃软化温度在400-430℃范围内。
所述的辅助添加剂为钛酸四丁酯。
相关制备步骤同实施例1。
具体实施例三：
一种具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，所述的具有高填充率的局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉70份，纳米铝硼锑合金粉5份，有机载体23份，无机粘结剂1.8份，辅助添加剂0.2份。
所述铝粉：铝粉的含氧量为0.60-0.65％，中位径D50为15-17um；纳米铝硼锑合金粉，粒径为60-80nm.
所述有机载体：乙基纤维素占2份，有机溶剂为松油醇15份、乙二醇甲醚2份、丁基卡必醇醋酸酯5份、山梨醇酐硬脂酸酯0.8份、卵磷脂0.2份。
所述的无机粘结剂为片状片状Bi2O3-V2O5-Sb2O3-MoO3体系玻璃粉，其粒径在7-11um，经球磨处理得到玻璃粉的玻璃软化温度在380-410℃范围内。
所述的辅助添加剂为钛酸四丁酯。
相关制备步骤同实施例1。
具体实施例四：
一种具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，所述的具有高填充率的局域背场铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉75份，纳米铝硼锑合金粉3份，有机载体20.5份，无机粘结剂1.45份，辅助添加剂0.05份。
所述铝粉：铝粉的含氧量为0.50-0.55％，中位径D50为15-17um；纳米铝硼锑合金粉，粒径为20-40nm。
所述有机载体：乙基纤维素占2份，有机溶剂为松油醇15份、乙二醇甲醚2份、丁基卡必醇醋酸酯5份、山梨醇酐硬脂酸酯0.8份、卵磷脂0.2份。
所述的无机粘结剂为片状片状Bi2O3-V2O5-Sb2O3-MoO3体系玻璃粉，其粒径在7-11um，经球磨处理得到玻璃粉的玻璃软化温度在500-550℃范围内。
所述的辅助添加剂为甲基丙烯酸锌。
相关制备步骤同实施例1。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，其特征在于：所述PERC铝浆由下列组份按照重量份数组成：铝粉70-85份；纳米铝硼锑合金粉1-5份；有机载体10-25份；无机粘结剂0.1-6份；辅助添加剂0.01-1份；
所述纳米铝硼锑合金粉主要采用溶胶-凝胶法制得，制备纳米铝硼锑合金粉的原材料为铝醇盐、氯化硼和乙酰丙酮锑，其比例为等摩尔比例，其粒径在20-80nm范围内。
2.根据权利要求1所述的具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，其特征在于：所述铝粉为类球形铝粉，铝粉的含氧量在0.3-0.8％，中位径D50为13-17um。
3.根据权利要求1所述的具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，其特征在于：所述的有机载体由高分子聚合物乙基纤维素和有机溶剂混合形成；所述的有机溶剂为松油醇、二乙二醇单丁醚、乙二醇甲醚、丁基卡必醇醋酸酯、山梨醇酐硬脂酸酯、卵磷脂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，其特征在于：所述无机粘结剂为片状Bi2O3-V2O5-Sb2O3-MoO3体系玻璃粉，其粒径在7-11um，经球磨处理得到玻璃粉的软化温度在250-650℃范围内可调。
5.根据权利要求1所述的具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆，其特征在于：基于总铝浆重量计，所述铝浆包含至少一种辅助添加剂，其中，所述辅助添加剂为钛酸四丁酯、甲基丙烯酸锌中的一种或两种的混合物。
6.一种根据权利要求1的所述的具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
称取制备好的重量份数如下：铝粉70-85份；纳米铝硼锑合金粉1-5份；有机载体10-25份；无机粘结剂0.1-6份；辅助添加剂0.01-1份进行混合均匀，采用分散机在500-2000rpm转速下，分散1h后，在三辊研磨机上研磨分散至细度＜15um，浆料粘度控制在30-50Pa·S，其中所述浆料粘度是用BrookfieldDV2T粘度计在25℃测定的。
7.一种根据权利要求1的所述的具有高填充率的PERC电池局域背场用铝浆在PERC电池中的用途，其特征在于：所述铝浆具有均匀且致密的BSF层、局域填充率达到90％及以上，其中所述局域填充情况是通过SEM和金相显微镜观察而得，用于测试局域填充率的硅片要经过激光划片处理后经酸溶液浸泡制样。
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