CN101866705B - 一种环保型硅基太阳能电池用背铝浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于丝网印刷的环保型硅基太阳能电池用背铝浆料及其制备方法，包括下列组份组成（质量百分比含量）：无铅玻璃粉1-4%、球型铝粉70-85%、有机载体10%-22%、溶剂3%-6%、增塑剂0.1%-2%和分散剂0.1-1%，通过改变玻璃粉和球型铝粉的添加比例可以改善接触电阻和电池片的翘曲度；改变有机载体和溶剂的添加比例可以调节产品的粘度、印刷性；改变增塑剂的添加比例可以调节产品的塑性，流平性和印刷性；通过合适的助剂、有机载体和溶剂改善印刷时可能出现的堵网和干网现象；采用本浆料制备的太阳能电池转化效率显著提高。

Description

一种环保型硅基太阳能电池用背铝浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种环保型硅基太阳能电池用背面铝浆及其制备方法。

背景技术

传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能照射到达地球表面的功率高达80万亿千瓦（假如把照射到地面的太阳能的0.1%转化为电能，转变率为5%），每年发电量可达5.6×10¹²千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。

太阳能光伏发电技术作为太阳能利用中最具意义的技术，成为世界各国竞相研究应用的热点。最近10年以每年平均30%的速度递增，最近3年更是以每年50%以上的速度高速增长。太阳能光伏发电已经成为可再生能源领域中继风力发电之后产业化发展最快、最大的产业。美国市场调查公司DisplaySearch发布预测称，2009年太阳能电池单元的全球产能将比上年增长56％，达到17GW。从08年1月到09年7月，产能增加了11.4GW。该公司预测，今后到2013之前，太阳能电池单元的全球产能将以年平均49％的速度增长，到2013年扩大至42GW。　IC Insights预测，太阳能电池厂商的设备投资将于2011年步入发展轨道。预计2011年将比上年增长13％，达到7亿7000万美元，2012年同比增长74％，达到13亿4000万美元，2013年将扩大至19亿7000万美元（比上年增长47％），超过08年业绩14亿7000万美元。预计工厂开工率也将稳步增长，2011年达到63％，2013年达到82％。我国的太阳能电池研究比国外晚了20年，但是，由于最近10年国家在这方面逐年加大了投入，中国的光伏产业有了一个前所未有的突飞猛进的发展 ：2002-2007年，中国不但以193.1％的年平均增长率快速、健康发展，而且形成了一个高水平、国际化的光伏产业群体。

发明内容

本发明的目的是制备一种用于丝网印刷的环保型硅基太阳能电池用背铝浆料，该浆料具有优异的印刷性，烧结后与硅片形成良好的欧姆接触，硅片背面不产生铝珠，电池片翘曲度低，电池转化效率高。

本发明的另一目的是提供一种环保型硅基太阳能电池用背铝浆料的制备方法。

一种环保型硅基太阳能电池用背铝浆料，包括下列组份组成（质量百分比含量）：无铅玻璃粉1-4%、球型铝粉70~85%、有机载体10%~22%、溶剂3%~6%、增塑剂0.1%~2%和分散剂0.1~1%，

所述无铅玻璃粉由下列组份组成（质量百分比含量）：40%~70%Bi₂O₃、1%~4%BaO、10%~20%SiO₂、15%~30%ZnO、2%~5%Al₂O₃，

所述有机载体由下列组份组成（质量百分比含量）：10%~30%乙基纤维素树脂和70%~90%的丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、松油醇中的一种或多种混合溶液，

所述溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、松油醇中的一种或多种混合溶液。

所述球型铝粉平均粒径为2um~6um、纯度大于99.50%。

所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二丁脂、己二酸二辛酯的一种或几种；

所述分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、微晶石蜡的一种或几种。

一种环保型硅基太阳能电池用背铝浆料的制备方法，包括以下基本步骤：

步骤1）：无铅玻璃粉的制备

原料组份及质量百分比为：40%~70%Bi₂O₃、1%~4%BaO、10%~20%SiO₂、15%~30%ZnO、2%~5%Al₂O₃，各组分质量总量百分比之和为100%；将上述原料混合均匀、热熔、冷却、粉碎、球磨、干燥、过筛制得无铅玻璃粉，其平均粒径范围为0.5um~1.5um；

步骤2）：载体的制备

按质量百分比计，将10%~30%的乙基纤维素树脂加入到70%~90%的丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、松油醇中的一种或多种混合溶液中，在恒温水槽、温度75℃~95℃中溶解完全，过滤得有机载体；

步骤3）：浆料的制备

按质量百分比计，将步骤1）制得的无铅玻璃粉1%~4%、球型铝粉70%~85%、步骤2）制得的载体10%~22%、溶剂3%~6%、增塑剂0.1%~2%、分散剂0.1~1%混合均匀，在三辊机上分散至15um以下，过滤后得到背铝浆料。

在本发明中，改变玻璃粉和球型铝粉的添加比例可以改善接触电阻和电池片的翘曲度；改变有机载体和溶剂的添加比例可以调节产品的粘度、印刷性；改变增塑剂的添加比例可以调节产品的塑性，流平性和印刷性；通过合适的助剂、有机载体和溶剂改善印刷时可能出现的堵网和干网现象；采用本浆料制备的太阳能电池转化效率显著提高。

具体实施方式

一种环保型硅基太阳能电池用背铝浆料，包括下列组份组成（质量百分比含量）：无铅玻璃粉1-4%、球型铝粉70~85%、有机载体10%~22%、溶剂3%~6%、增塑剂0.1%~2%和分散剂0.1~1%，

所述无铅玻璃粉由下列组份组成（质量百分比含量）：40%~70%Bi₂O₃、1%~4%BaO、10%~20%SiO₂、15%~30%ZnO、2%~5%Al₂O₃，

所述有机载体由下列组份组成（质量百分比含量）：10%~30%乙基纤维素树脂和70%~90%的丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、松油醇中的一种或多种混合溶液，

所述溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、松油醇中的一种或多种混合溶液。

所述球型铝粉平均粒径为2um~6um、纯度大于99.50%。

所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二丁脂、己二酸二辛酯的一种或几种；

所述分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸锌、微晶石蜡的一种或几种。

一种环保型硅基太阳能电池用背铝浆料的制备方法，包括以下基本步骤：

步骤1）：无铅玻璃粉的制备

原料组份及质量百分比为：40%~70%Bi₂O₃、1%~4%BaO、10%~20%SiO₂、15%~30%ZnO、2%~5%Al₂O₃，各组分质量总量百分比之和为100%；将上述原料混合均匀、热熔、冷却、粉碎、球磨、干燥、过筛制得无铅玻璃粉，其平均粒径范围为0.5um~1.5um；

步骤2）：载体的制备

按质量百分比计，将10%~30%的乙基纤维素树脂加入到70%~90%的丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸脂、松油醇中的一种或多种混合溶液中，在恒温水槽、温度75℃~95℃中溶解完全，过滤得有机载体；

步骤3）：浆料的制备

按质量百分比计，将步骤1）制得的无铅玻璃粉1%~4%、球型铝粉70%~85%、步骤2）制得的载体10%~22%、溶剂3%~6%、增塑剂0.1%~2%、分散剂0.1~1%混合均匀，在三辊机上分散至15um以下，过滤后得到背铝浆料。

以下结合具体实施实例进一步说明本发明的制备过程：

实施例1

1）环保型玻璃粉的制备：将Bi₂O₃ 40%、BaO 1%、SiO₂ 20%、ZnO 15%、Al₂O₃ 2%按质量百分比混合均匀后，在1200℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过400目筛网过滤后备用；

2）有机载体的制备：按质量百分比将10%的乙基纤维素树脂加入到90%的松油醇中，在恒温水浴中加热到75℃~95℃至完全溶解，250目过滤；

3）浆料的制备：按质量百分比将上述4%的玻璃粉、70%的球型铝粉、22%的有机载体、3%的松油醇溶剂、0.6%的邻苯二甲酸二辛脂、0.4%的聚乙烯蜡分散剂，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至15um以下，最后在250目筛网中过滤，粘度为60kcps的环保铝浆；

4）将浆料使用丝网印刷于条形硅片表面，测其电阻率为32mΩ/□；在125*125单晶硅片（200±20um）印刷，经烘干、烧结后测试其电性能数据：开路电压626mv，转化效率17.4%。

实施例2

1）环保型玻璃粉的制备：将Bi₂O₃ 70%、BaO 2%、SiO₂ 10%、ZnO 15%、Al₂O₃ 3%按质量百分比混合均匀后，在1100℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过400目筛网过滤后备用；

2）有机载体的制备：按质量百分比将10%的乙基纤维素树脂加入到90%的松油醇中，在恒温水浴中加热到75℃~95℃至完全溶解，325目过滤；

3）浆料的制备：按质量百分比将上述1%的玻璃粉、85%的球型铝粉、10%的有机载体、3%的松油醇溶剂、0.2%的邻苯二甲酸二辛脂、0.8%的聚乙烯蜡分散剂，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至15um以下，最后在325目筛网中过滤，粘度为65kcps的环保铝浆；

4）将浆料使用丝网印刷于条形硅片表面，测其电阻率为30mΩ/□；在125*125单晶硅片（200±20um）印刷，经烘干、烧结后测试其电性能数据：开路电压628mv，转化效率17.6%。

实施例3

1）环保型玻璃粉的制备：将Bi₂O₃ 50%、BaO 4%、SiO₂ 12%、ZnO 30%、Al₂O₃ 4%按质量百分比混合均匀后，在1150℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过325目筛网过滤后备用；

2）有机载体的制备：按质量百分比将10%的乙基纤维素树脂加入到90%的松油醇中，在恒温水浴中加热到75℃~95℃至完全溶解，325目过滤；

3）浆料的制备：按质量百分比将上述3%的玻璃粉、75%的球型铝粉、16%的有机载体、3.5%的松油醇溶剂、2%的邻苯二甲酸二辛脂、0.5%的聚乙烯蜡分散剂，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至15um以下，最后在250目筛网中过滤，粘度为67kcps的环保铝浆；

4）将浆料使用丝网印刷于条形硅片表面，测其电阻率为35mΩ/□；在125*125单晶硅片（200±20um）印刷，经烘干、烧结后测试其电性能数据：开路电压624mv，转化效率17.2%。

实施例4

1）环保型玻璃粉的制备：将Bi₂O₃ 60%、BaO 3%、SiO₂ 15%、ZnO 17%、Al₂O₃ 5%按质量百分比混合均匀后，在1120℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过325目筛网过滤后备用；

2）有机载体的制备：按质量百分比将10%的乙基纤维素树脂加入到90%的松油醇中，在恒温水浴中加热到75℃~95℃至完全溶解，325目过滤；

3）浆料的制备：按质量百分比将上述2%的玻璃粉、80%的球型铝粉、12%的有机载体、3%的松油醇溶剂、2%的邻苯二甲酸二辛脂、1%的聚乙烯蜡分散剂，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至15um以下，最后在325目筛网中过滤，粘度为58kcps的环保铝浆；

4）将浆料使用丝网印刷于条形硅片表面，测其电阻率为32mΩ/□；在125*125单晶硅片（200±20um）印刷，经烘干、烧结后测试其电性能数据：开路电压626mv，转化效率17.4%。

实施例5

1）环保型玻璃粉的制备：将Bi₂O₃ 55%、BaO 3%、SiO₂ 17%、ZnO 20%、Al₂O₃ 5%按质量百分比混合均匀后，在1170℃下保温30分钟熔化后，将玻璃粉冷切，球磨48小时，经过325目筛网过滤后备用；

2）有机载体的制备：按质量百分比将10%的乙基纤维素树脂加入到90%的松油醇中，在恒温水浴中加热到75℃~95℃至完全溶解，325目过滤；

3）浆料的制备：按质量百分比将上述2%的玻璃粉、72%的球型铝粉、18%的有机载体、6%的松油醇溶剂、1.9%的邻苯二甲酸二辛脂、0.1%的聚乙烯蜡分散剂，将它们在行星式或其它搅拌机里混合均匀，再在三辊机上分散至15um以下，最后在250目筛网中过滤，粘度为63kcps的环保铝浆；

4）将浆料使用丝网印刷于条形硅片表面，测其电阻率为30mΩ/□；在125*125单晶硅片（200±20um）印刷，经烘干、烧结后测试其电性能数据：开路电压628mv，转化效率17.5%。

Claims (3)

1.一种环保型硅基太阳能电池用背铝浆料，其特征在于包括下列组份组成(质量百分比含量)：无铅玻璃粉1～4％、球型铝粉70～85％、有机载体10％～22％、溶剂3％～6％、增塑剂0.1％～2％和分散剂0.1～1％，

所述无铅玻璃粉由下列组份组成(质量百分比含量)：40％～70％Bi₂O₃、1％～4％BaO、10％～20％SiO₂、15％～30％ZnO、2％～5％Al₂O₃，

所述有机载体由下列组份组成(质量百分比含量)：10％的乙基纤维素树脂和90％的松油醇溶液，

所述溶剂为松油醇溶液，

所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂，

所述分散剂为聚乙烯蜡。

2.根据权利要求1所述的环保型硅基太阳能电池用背铝浆料，其特征在于：所述球型铝粉平均粒径为2μm～6μm、纯度大于99.50％。

3.权利要求1-2任一所述环保型硅基太阳能电池用背铝浆料的制备方法，其特征在于，包括以下基本步骤：

步骤1)：无铅玻璃粉的制备

原料组份及质量百分比为：40％～70％Bi₂O₃、1％～4％BaO、10％～20％SiO₂、15％～30％ZnO、2％～5％Al₂O₃，各组分质量总量百分比之和为100％；将上述原料混合均匀、热熔、冷却、粉碎、球磨、干燥、过筛制得无铅玻璃粉，其平均粒径范围为0.5μm～1.5μm；

步骤2)：载体的制备

按质量百分比计，将10％的乙基纤维素树脂加入到90％的松油醇中溶液中，在恒温水槽、温度75℃～95℃中溶解完全，过滤得有机载体；

步骤3)：浆料的制备

按质量百分比计，将步骤1)制得的无铅玻璃粉1％～4％、球型铝粉70％～85％、步骤2)制得的载体10％～22％、松油醇3％～6％、邻苯二甲酸二辛脂0.1％～2％、聚乙烯蜡0.1～1％混合均匀，在三辊机上分散至15μm以下，过滤后得到背铝浆料。