CN102081988A

CN102081988A - 一种增强型硅太阳能电池背电场a1浆

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Publication number: CN102081988A
Application number: CN2010106237309A
Authority: CN
Inventors: 张振中; 张煜
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Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: CN102081988B

Abstract

一种增强型硅太阳能电池背电场Al浆，符合太阳能电池产品工业化生产的需要，该浆料的特征在于所采用的无机粘接剂中，含有作为改性玻璃添加的半导体玻璃材料。按所用材料和用量范围，制得的无机粘接剂与其适配物按组分制备的浆料，以其良好的工艺性能和电性能，增强了硅太阳能电池背电场Al浆质量和其稳定性。

Description

一种增强型硅太阳能电池背电场A1浆

技术领域

太阳能电池技术起源于半导体技术的发展，并且伴随着半导体技术步步深入的应用，它的技术终将日臻完善。

本发明涉及太阳能光伏技术相关的新材料制造，也是厚膜电子浆料技术在太阳能电池制造中的应用，尤其是涉及一种增强型硅太阳能电池背电场Al浆的制造技术。

技术背景

我国在上世纪九十年代，应用厚膜电子浆料技术，开发了单晶硅太阳能电池Al背电场浆料，由于硅太阳能电池背电场Al浆有很高的性价比，因此得到了迅速的推广和发展，时至2009年，我国的太阳能电池产量达到2.6GW，占全球的39.8％，其中85％以上采用Al厚膜背电场。

近年来，太阳能电池市场发展很快，带动了科技创新活动的兴起，出现了多项硅太阳能电池背电场Al浆相关的中国发明专利，其中：CN200610011050.5特征在于配浆时加入了硼粉，硅烷偶联剂和硬脂酸盐。CN200610011001.1主要特征在于采用的无机粘合剂是一种含镓、铟或铊占40～60wt％的玻璃金属粉。CN200910094945.3的特征是在配浆时加入了硅合金粉，形成欧姆接触层。CN200910094775.9特征是采用锡粉作为无机粘接剂，烧成含铝的锡膜附着在Si基片上。CN200910094798.X特征描述为：组份60～90wt％的银粉或铝粉，三种配套使用的无铅、镉、汞的正(背)电极银浆和背电场铝浆。

另外，专利CN200910087556.8特征是72～82％份的铝粉中，加入了0.1～2％份的氧化铝粉。CN200910115680.0的特征：采用两种粒度类型的铝粉，称一种粒度类型粒度＜2μm，含量1～10wt％。专利CN200810196407.0特征是铝粉覆有氮化铝，平均粒度2～6μm。专利CN200810096425.1特征是铝粉的振实密度≥1.28g/cc。

无机粘接剂对硅太阳能电池Al浆的厚膜烧成质量有重要影响。专利CN200610011001.1中，所采用的“无机粘合剂是含镓，铟，铊的含量占40～60wt％玻璃金属粉”，鉴于铊及其氧化物极其剧毒，镓有逆向膨胀特性，用时都要注意。因为铟对固体有特殊的黏附能力，所用的玻璃粉平均粒度＜3μm，含量这样高，必然发生板结。专利CN200910094775.9提出了新的无机粘接剂：在浆料烧结时，锡的熔化将铝粉颗粒“焊接”成厚膜导体，如果成功，导电能力会提高很大。

硅太阳能电池Al浆中的玻璃，通常只当作粘接剂使用，不仅功能单一，绝缘电阻也高，因此，Al厚膜导体中相邻金属颗粒间形成“单结电阻”(或称为势垒电阻)偏高，影响Al厚膜导体的导电性。在一般情况下，玻璃是一种绝缘物质，电阻率在10¹⁰～10¹⁵Ω，而由硅太阳电池Al浆中玻璃基料(Al₂O₃，SiO₂))组成的无铅铝硅酸盐玻璃，电阻率达1.3×10¹⁶Ω.cm。另一方面，半导体玻璃的应用不断取得新进展，电阻率已下降到10^-3Ω以下，如氧化铟锡N型金属氧化物半导体玻璃(ITO)，其电阻率一般在10^-4Ω，好的可达5×10^-5Ω。综上所述，通过配炼或者掺杂的方式，将半导体玻璃材料引入硅太阳能电池背电场Al浆中进行改性，会有好的效果。

发明的目的

硅太阳能电池的生产，是一种复杂高新技术条件下的多工序制造过程，在多项工艺环节中，太阳能电池Al浆的厚膜烧成质量，是很有影响的一个因素。发明的目的，就是要改变那种只把无机粘接剂，作为只提供粘接的能力的单一工艺，不注重其它性能的现状，在浆料中引入半导体玻璃材料，降低无机粘接剂在厚膜烧成中形成的金属颗粒间的单结电阻或降低其“势垒电阻”，增强硅太阳能电池背电场Al浆的导电能力，改善厚膜Al电极的生成能力和欧姆接触能力，改善Al厚膜背电场结的形成效果，通过增强硅太阳能电池背电场Al浆的电性能和工艺性能，来促进和完善硅太阳能电池产品质量的提高和生产质量的稳定性，满足稳定的规模化高质量的工业化生产的需要。

发明的技术方案

要改变通常Al浆中无机粘接剂功能单一，只有粘接作用，玻璃绝缘电阻大的状态。改性的方法，就是要在硅太阳能电池Al中引人含有作为改性玻璃成分的半导体玻璃材料，成为改性的无机粘接剂的添加物。改性玻璃物料进入的方式中，一是在玻璃基料的熔制阶段，把配合的金属氧化物半导体玻璃材料引人熔融玻璃基料溶液中，经过炼制和球磨，制备为改性的超细玻璃粉料。另外，那些配合在Al浆中的半导体金属粉料和导电的金属氧化物半导体材料，可以在Al厚膜烧结过程中，通过作为无机粘接剂的改性玻璃发生的熔化，使湿润的粉体颗粒熔入其中，用填充和掺杂，再进一步完善无机粘接剂的改性效果。并与其适配物包括导电金属粉料和有机粘合剂，按组分来制备硅太阳能电池背电场Al浆，使其获得增强的电性能和工艺性能。

发明的特征

1.一种增强型硅太阳能电池背电场Al浆，其特征之一：在该浆料所采用的无机粘接剂中，含有作为改性玻璃成分添加在该浆料中的半导体玻璃材料，所用的材料和主辅料及其用量见表1和表2：金属氧化物半导体玻璃材料及主辅料的用量(取各成分之和为100wt％)(表1)

MgO

CaO

BaO

TiO₂

V₂O₅

ZnO

SnO₂

Sb₂O₃

Bi₂O₃

ZrO₂

B₂O₃

Al₂O₃

SiO₂

0～5

0～3

0～5

0～20

0～3

0～10

0～80

0～3

0～40

0～20

0～30

浆料中添加的半导体金属、半导体金属氧化物、导电金属氧化物半导体材料用量

(合并主体金属粉料计算的占比wt％)。(表2)

B	Ga	In	In₂O₃	SnO₃
					＜1(粒度＜1μm)	＜1	＜10	＜5	＜0.5(粒度＜1μm)

2.根据特征1.所述的作为改性玻璃成分在浆料中添加了半导体玻璃材料的无机粘接剂制备的浆料，其特征在于采用了该无机粘接剂的下列适配物作为浆料的组分wt％(其余为无机粘接剂)：(1)浆料中的金属粉料采用下列四种金属粉料中的一种，用量占浆料总量30～80wt％(含上述(表2)导电的半导体材料)：(a)导电金属Al粉，平均粒度≤7.5μm，粒度分布为0.1～10μm；(b)含1～10wt％In的Al基雾化超细粉体材料(平均粒度＜5μm，粒度分布为0.1～10μm，含量占混合金属粉料的20～50wt％，其余为导电金属Al粉)和导电金属Al粉(平均粒度＞5μm，粒度分布为1～10μm)均匀混合的金属粉料；(c)导电金属Al粉(平均粒度≤7.5μm，粒度分布为0.1～10μm)和In粉(平均粒度≤10μm，含量占混合金属粉料的0.1～10wt％，其余为导电金属Al粉)均匀混合的金属粉料；(d)In粉中含有＜30wt％的金属Ga，其余与(c)相同。(2)调浆采用含乙基纤维素的有机粘合剂，用量＜60wt％的浆料总量。

发明的优点

1.改变了作为无机粘接剂使用的玻璃粉料只有粘接功能，电阻率高的现状，添加的半导体金属有极高的空穴和电子迁移率，金属氧化物半导体改变了金属离子的分布密度和传导机制，导电的金属氧化物半导体能够增强的电子和离子的传导作用，作为改性玻璃成分添加在浆料中的这些半导体玻璃材料的掺杂和改性作用，使Al浆烧结厚膜中的相邻金属颗粒间的“单结电阻”或“势垒电阻”降低，增强了硅太阳能电池背电场Al厚膜的导电能力。

2.研制的太阳能电池Al浆在厚膜烧成工艺环节，作为无机粘接剂使用的的改性玻璃，熔化的玻璃液粘度下降，表面张力下降，使Al粉颗粒堆砌紧密，烧成的Al厚膜质地密实，表面光滑，有较好的工艺效果。

3.研制的太阳能电池Al浆在厚膜烧成工艺环节，作为无机粘接剂使用的的改性玻璃，熔化的玻璃液粘度下降，表面张力下降，增加了Al粉颗粒在Si基材上的沉积密度和接触率，有利于Al-Si合金化和Al电极生成，增强了欧姆接触效果。

4.研制的太阳能电池Al浆在厚膜烧成工艺环节，作为无机粘接剂使用的的改性玻璃，熔化的玻璃液粘度下降，表面张力下降，增加了Al厚膜导体在Si基材上沉积的密实性和融和度，降低了Al-Si接触角，增加了Al的内扩散和硅太阳能电池的Al背场结的生成质量，降低少数载流子在背场复活的概率。

5.能增加硅太阳能电池对入射阳光的利用，半导体金属In和半导体金属氧化物In₂O₃不仅对全色谱可见光有极强的反射率，而且对红外线有极强的反射率，金属氧化物半导体材料ZnO对紫外线有反射作用，利用它们可以很好的防止光线穿透。

6.本发明的浆料导电性好，方阻在10～50mΩ/□内，满足浆料的印烧工艺要求，增强了硅太阳能电池背电场Al浆的工艺性能和电性能，正常情况下可以提高硅太阳能电池片0.1～0.5％的光电转换效率。

7.研制的增强型硅太阳能电池背电场Al浆质量高，工艺性能稳定，适用于规模化生产的大中型太阳能电池制造企业。

实施例

例1.取CaO＜3，BaO≤2，TiO₂≤2，V₂O₅＜3，ZnO＜15，SnO₂＜2，Sb₂O₃＜5，Bi₂O₃＜70，ZrO₂＜2，B₂O₃＜25，Al₂O₃＜15，SiO₂＜20，各成分之和为100，熔炼并球磨制得作为无机粘接剂的玻璃粉，平均粒度＜3μm，用量＜浆料总量的10％；超细In粉粒度＜10μm，用量＜玻璃粉末的80％；导电Al粉粒度范围0.1～10μm，平均粒度≈6.5μm；Al粉用量＜浆料总量的80％；用含乙基纤维素的有机粘合剂调制浆料，用量＜浆料总量的60％；制备增强型硅太阳能电池背电场Al浆料500g，试样用Al₂O₃陶瓷基片按100方图形印烧成厚膜导体，10只试片的方阻均在40mΩ/□之内。

例2.取MgO＜3，BaO＜2，TiO₂＜2，V₂O₅＜3，ZnO＜15，Sb₂O₃＜5，Bi₂O₃＜70，ZrO₂＜2，B₂O₃＜25，Al₂O₃＜15，SiO₂＜20，各成分之和为100，熔炼并球磨制得玻璃粉粒度＜3μm，用量＜浆料总量的10％；导电Al粉粒度范围0.1～10μm，平均粒度≈6.5μm，用量＜浆料总量的80％；金属In粉平均粒度＜10μm，用量＜玻璃粉80％；SnO₂超细粉末，平均粒度＜1μm，用量＜玻璃粉1％；In₂O₃超细粉末平均粒度＜2μm，用量＜玻璃粉末的3％；用含乙基纤维素的有机粘合剂(用量＜浆料总量的80％)制备成增强型硅太阳能电池背电场Al浆500g，试样用Al₂O₃基片印烧成厚膜导体，测得10个烧样的平均方阻≈25mΩ/□。取5片125×125mm²单晶硅电池片印烧，任取两片送检的结果见下表：

样片	P	Uoc	Isc	Rs	Rsh	FF	eFF
								2#	2.6808	0.6092	5.2953	0.0049	119.432	79.08	0.1732
3#	2.6912	0.6101	5.3333	0.0048	158.045	79.09	0.1750

注)湿重：0.90～0.94g/片，烘干片厚≈35μm，烧厚≈25μm。

技术文献

1.赵彦钊、殷海荣主编，玻璃工艺学，化学工业出版社，2006年9月1日出版。

2.郭青蔚、王桂生，常用有色金属二元合金相图集，化学工业出版社，2010年1月1日出版。

3.(俄)费多洛夫、阿克楚林著，张启运、徐克敏编译，铟化学手册，北京大学出版社，2005年5月1日出版。

4.(德国)卡默(Kammer.c)著，卢惠民编译，铝手册，化学工业出版社，2009年1月1日出版。

Claims

1.一种增强型硅太阳能背电场Al浆，其特征在于：在该浆料所采用的无机粘接剂中，含有作为改性玻璃成分添加在该浆料中的半导体玻璃材料，所用的材料和主辅料及其用量如表1，表2。

金属氧化物半导体玻璃材料和玻璃主辅料(取各成分之和为100wt％)：(表1)

MgO CaO BaO TiO₂ V₂O₅ ZnO SnO₂ Sb₂O₃ Bi₂O₃ ZrO₂ B₂O₃ Al₂O₃ SiO₂ 0～5 0～3 0～3 0～3 0～5 0～20 0～3 0～10 0～80 0～3 0～40 0～20 0～30

浆料中添加的半导体金属、半导体金属氧化物和导电的金属氧化物半导体材料(用量合并主体金属粉料计算的占比wt％)：(表2)

B Ga In In₂O₃ SnO₃ 用量＜1(粒度＜1μm) ＜1 ＜10 ＜5 用量＜0.5(粒度＜1μm)

2.根据权利要求1.所述的作为改性玻璃成分在浆料中添加了半导体玻璃材料的无机粘接剂所制备的浆料，其特征在于采用了该无机粘接剂的下列适配物作为浆料的组分wt％(其余为无机粘接剂)：(1)浆料中的金属粉料采用下列四种金属粉料中的一种，用量占浆料总量30～80wt％(含上述(表2)导电的半导体材料)：(a)导电金属Al粉，平均粒度≤7.5μm，粒度分布为0.1～10μm；(b)含1～10wt％In的Al基雾化超细粉体材料(平均粒度＜5μm，粒度分布为0.1～10μm，含量占混合金属粉料的20～50wt％，其余为导电金属Al粉)和导电金属Al粉(平均粒度＞5μm，粒度分布为1～10μm)均匀混合的金属粉料；(c)导电金属Al粉(平均粒度≤7.5μm，粒度分布为0.1～10μm)和In粉(平均粒度≤10μm，含量占混合金属粉料的0.1～10wt％，其余为导电金属Al粉)均匀混合的金属粉料；(d)In粉中含有＜30wt％的金属Ga，其余与(c)相同。(2)调浆采用含乙基纤维素的有机粘合剂，用量＜60wt％的浆料总量。