CN105244074B - 一种晶体硅太阳能电池用铝浆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池用铝浆及其制备方法，属于太阳能电池技术领域，有效解决了现有技术中的电池用铝浆在烧结后铝浆料易出现硅片附着力不佳、铝膜表面易出现微裂纹等技术问题。本发明的晶体硅太阳能电池用铝浆，包括以下组分，各组分质量百分比为：通用铝粉50～80％；纳米铝悬浮液1～15％；无机粘结剂1～13％；有机粘结剂1～30％；无机填料0.1～1％；各组分的质量百分比之和为100％。其制备方法是按照比例称取各组分，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至粒径为15～20微米，粘度为25000～35000mPa·s，即可得到晶体硅太阳能电池用铝浆。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳能电池用铝浆，还涉及该种晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池一直是太阳能电池领域内发展最为迅速，市场最大的一类，其中作为晶体硅太阳能电池阳极材料的铝浆，其主要由导电相、无机粘结剂、添加剂、有机载体组成。配好的铝浆采用丝网印刷在硅片表面后再与银浆共烧结。但采用现有的材料及工艺，在烧结后铝浆料易出现硅片附着力不佳、铝膜表面易出现微裂纹等缺陷。本发明人经过研究发现，主要是有机相在烧结过程中挥发过快，导致铝与多晶硅间产生较多孔隙，且印刷后湿的铝膜因为有机相的挥发也未能在烧结时及时形成致密的铝膜，从而出现微裂纹的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种晶体硅太阳能电池用铝浆，附着力好，铝膜表面无微裂纹。
本发明的另一目的是提供该种晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，工艺条件简单，成本低廉。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种晶体硅太阳能电池用铝浆，包括以下组分，各组分质量百分比为：
各组分的质量百分比之和为100％。
本发明通过增加纳米铝悬浮液组分，有效解决了现有技术在烧结后铝浆料易出现硅片附着力不佳、铝膜表面易出现微裂纹等技术问题。具体机理如下：由于纳米铝悬浮液是纳米级的铝粉被有机溶剂包裹后得到的，在铝浆印刷后进行烧结时，外层有机溶剂包覆物挥发后，纳米铝粉因为金属的纳米效应，小于100nm时可极大的降低金属的熔点；而且，铝浆料烧结时在有机溶剂包覆物挥发分解的同时，纳米铝粉即开始熔解并流动，从而填补通用铝粉与硅表面的孔隙，从根本上提高铝与硅的解除面积，形成更多有效的铝浆的背电场，并解决了硅片附着力不佳及铝膜表面的微裂纹的问题。为了消除烧结过程中产生的内应力，减小电池片的翘曲，添加少量无机填料，可以达到有效降低电池片翘曲的目的。
优选的，包括以下组分，各组分质量百分比为：
各组分的质量百分比之和为100％，其中，无机填料为纳米氧化硅。
优选的，包括以下组分，各组分质量百分比为：
优选的，包括以下组分，各组分质量百分比为：
优选的，所述通用铝粉由粒径分别为6～7微米和1～2微米的球形铝粉按照4:1的质量比混合而成。
优选的，所述纳米铝悬浮液的制备方法如下：取粒径为20～80nm的纳米铝粉于二甲苯溶液中，同时加入乙烯基吡咯烷酮单体，得到的混合溶液用超声波分散10min后加入偶氮类引发剂，于60℃温度、氮气气氛下引发聚合反应，充分反应后使用高速离心机进行固液相分离，提取下层固相加入等量二甲苯配置而得到纳米铝悬浮液。
由于纳米级铝粉反应活性高，不可直接将铝粉保存在醇类、水或者含有较高反应活性物质的溶剂混合物中，本发明为避免纳米铝粉在存放及铝浆配置过程中表面被氧化，因此预先对使用的纳米铝粉在乙烯基吡咯烷酮单体中进行反应性包覆，在铝粉表面形成一层有机包覆膜，从而避免纳米铝粉因为使用、存储、转移的操作不当表面被氧化而影响铝浆的背电场效率。
使用二甲苯、苯类等与水不能互溶的有机溶剂在超声波中清洗纳米铝粉，清洗后纳米铝粉表面被二甲苯类有机溶剂包覆，在纳米铝粉表面形成有机包覆膜，避免纳米铝粉粉体的团聚，但同时被二甲苯包覆的纳米铝粉在后期浆料配置过程中，纳米铝粉外表面的有机包覆膜极易被其他有机溶剂破坏。因此本发明采用将二甲苯包覆的纳米铝粉与乙烯基吡咯烷酮单体(简称NVP单体)、偶氮类引发剂偶氮二异丁腈(简称AIBN)等在二甲苯溶液中进行单体引发，得到聚乙烯吡咯烷酮包覆的纳米铝粉。并以此包覆铝粉加入到最终的铝浆配比中，极大的提升现有铝浆的性能。
优选的，所述无机粘结剂为三氧化二铋、二氧化硅、氧化锌、三氧化硼中的一种或几种。
优选的，所述有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、酚醛树脂、环氧树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的一种或几种。
该种晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，按照比例称取各组分，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至粒径为15～20微米，粘度为25000～35000mPa·s，即可得到晶体硅太阳能电池用铝浆。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明通过增加纳米铝悬浮液组分，由于纳米铝悬浮液是纳米级的铝粉被有机溶剂包裹后得到的，在铝浆印刷后进行烧结时，外层有机溶剂包覆物挥发后，纳米铝粉因为金属的纳米效应，小于100nm时可极大的降低金属的熔点；而且，铝浆料烧结时在有机溶剂包覆物挥发分解的同时，纳米铝粉即开始熔解并流动，从而填补通用铝粉与硅表面的孔隙，从根本上提高铝与硅的解除面积，形成更多有效的铝浆的背电场，并解决了硅片附着力不佳及铝膜表面的微裂纹的问题。另外，为了消除烧结过程中产生的内应力，减小电池片的翘曲，添加少量无机填料纳米氧化硅，可以达到有效降低电池片翘曲的目的。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述：
具体实施方式
本发明一种晶体硅太阳能电池用铝浆实施例1，包括以下组分，各组分质量百分比为：
所述通用铝粉由粒径分别为6～7微米和1～2微米的球形铝粉按照4:1的质量比混合而成。
所述纳米铝悬浮液的制备方法如下：取粒径为40nm的纳米铝粉于二甲苯溶液中，同时加入乙烯基吡咯烷酮单体，得到的混合溶液用超声波分散10min后加入偶氮类引发剂，于60℃温度、氮气气氛下引发聚合反应，充分反应后使用高速离心机进行固液相分离，提取下层固相加入等量二甲苯配置而得到纳米铝悬浮液。
所述无机粘结剂为三氧化二铋、二氧化硅、氧化锌、三氧化硼中的一种或几种。
所述有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、酚醛树脂、环氧树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的一种或几种。
该种晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，按照比例称取各组分，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至粒径为15～20微米，粘度为30000mPa·s，即可得到晶体硅太阳能电池用铝浆。
本发明一种晶体硅太阳能电池用铝浆实施例2，其结构组成与实施例1基本相似，区别在于：包括以下组分，各组分质量百分比为：
该种晶体硅太阳能电池用铝浆的制备方法，与实施例1相同。
现有技术中一种电池用铝浆对比例，包括以下组分，各组分质量百分比为：78％通用铝粉；12％无机粘结剂；10％有机粘结剂。
该种电池用铝浆的制备方法如下：按照比例称取各组分，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至粒径为15～20微米，粘度为25000～35000mPa·s即可。
对实施例1～2得到的晶体硅太阳能电池用铝浆产物，使用250目网版丝网印刷在规格156mm×156mm的单晶硅电池片上，形成铝背面，进马弗炉烘干后，在铝背面印刷背银形成背电极，进马弗炉烘干，然后在电池片另一面(正面)印刷正面银浆，通过烧结炉烧结后得到单晶硅电池片，对电池片的表观、附着力、翘曲以及光电转换率等性能进行检测，同时与对比例进行比较，检测结果如表1所示。
表1
测试结果表明，本发明实施例1～2得到的晶体硅太阳能电池用铝浆产物，与现有技术的对比例相比，有效消除了铝膜表面的微裂纹的问题；而且硅片附着力有明显提高，达到对比例的2倍以上；并且翘曲有明显下降，有效降低了电池片翘曲，说明添加少量无机填料纳米氧化硅，可以消除烧结过程中产生的内应力，减小电池片的翘曲；另外，光电转换率也比对比例有明显提高，可见，本发明的晶体硅太阳能电池用铝浆产物的综合性能比现有技术的电池用铝浆有着显著提高，有着良好的应用前景。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (8)
1.一种晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于：包括以下组分，各组分质量百分比为：
通用铝粉 50～80%；
纳米铝悬浮液 1～15%；
无机粘结剂 1～13%；
有机粘结剂 1～30%；
无机填料 0.1～1%；
各组分的质量百分比之和为 100%；
所述纳米铝悬浮液中纳米铝粉为聚乙烯吡咯烷酮包覆的纳米铝粉；
所述纳米铝悬浮液的制备方法如下：取粒径为20～80nm的纳米铝粉于二甲苯溶液中，同时加入乙烯基吡咯烷酮单体，得到的混合溶液用超声波分散10min后加入偶氮类引发剂，于60℃温度、氮气气氛下引发聚合反应，充分反应后使用高速离心机进行固液相分离，提取下层固相加入等量二甲苯配置而得到纳米铝悬浮液。
2.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于：包括以下组分，各组分质量百分比为：
通用铝粉 60～70%；
纳米铝悬浮液 8～15%；
无机粘结剂 10～13%；
有机粘结剂 7～15%；
无机填料 0.1～1%；
各组分的质量百分比之和为 100%，其中，无机填料为纳米氧化硅。
3.如权利要求2所述的一种晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于：包括以下组分，各组分质量百分比为：
通用铝粉 61.5%；
纳米铝悬浮液 15%；
无机粘结剂 13%；
有机粘结剂 10%；
纳米氧化硅 0.5%。
4.如权利要求2所述的一种晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于：包括以下组分，各组分质量百分比为：
通用铝粉 68%；
纳米铝悬浮液 10%；
无机粘结剂 12.5%；
有机粘结剂 9%；
纳米氧化硅 0.5%。
5.如权利要求1至4任意一项所述的一种晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于：所述通用铝粉由粒径分别为6～7微米和1～2微米的球形铝粉按照4:1的质量比混合而成。
6.如权利要求1至4任意一项所述的一种晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于：所述无机粘结剂为三氧化二铋、二氧化硅、氧化锌、三氧化硼中的一种或几种。
7.如权利要求1至4任意一项所述的一种晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于：所述有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、酚醛树脂、环氧树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池用铝浆，其特征在于：按照比例称取各组分，使用分散机混合均匀后，用三辊研磨机研磨至粒径为15～20微米，粘度为25000～35000mPa·s，即可得到晶体硅太阳能电池用铝浆。
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