一種晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池用導電漿料，具體地，涉及一種晶體硅太陽能電池用鋁導 電漿料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能作為一種綠色能源，以其取之不竭、無污染、不受地域資源限制等優(yōu)點越來 越受到人們的重視。現(xiàn)有大量工藝化應(yīng)用的主要是晶體硅太陽能電池。鋁導電漿料是晶體 硅太陽能電池的重要材料?，F(xiàn)有的鋁導電漿料主要鋁粉、無機玻璃粉、有機載體混合攪拌并 軋制而成。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的晶硅太陽能電池制作工藝是將鋁導電漿料印刷在電池的幾乎整 個背光面上，由于金屬鋁（膨脹系數(shù)為232Xl〇7°C，20~300°C)與硅（膨脹系數(shù)為 26 X 10 7/°C，20~300°C )的熱膨脹系數(shù)的差異，當鋁漿料在燒結(jié)時，在硅片內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，造 成硅片彎曲。為了進一步降低晶體硅太陽能電池的制造成本，增強其與傳統(tǒng)能源發(fā)電的競 爭力，硅片的厚度逐漸降低，并仍有向下發(fā)展的趨勢。隨著硅片厚度的不斷減薄，鋁漿燒結(jié) 后，電池片更容易翹曲，這直接影響硅太陽電池的成品率及后續(xù)的組件工藝。
[0004] 行業(yè)內(nèi)通用的背場鋁漿一般由鋁粉、玻璃粉、載體等攪拌研磨而成，在鋁漿印刷燒 結(jié)后，留在硅片背面的大部分是鋁粉及少量起粘接作用的玻璃粉，由于金屬鋁與硅材料的 熱膨脹系數(shù)差別較大，造成背場鋁膜冷卻后，在硅片內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，從而造成硅片的彎曲。
[0005] 目前，減少太陽能電池的硅片翹曲常用的方法有：減少鋁漿印刷時的轉(zhuǎn)移量；降 低燒結(jié)溫度；通過特殊冷卻技術(shù)使基體產(chǎn)生塑性變形等等，但最簡便及最有效的方法還是 通過改變漿料的配方設(shè)計，消除或減少鋁膜與硅基底層應(yīng)力產(chǎn)生根源，制作一種光電轉(zhuǎn)換 效率高，同時使硅片翹曲度小的太陽能電池鋁導電漿料。
[0006] CN101728439A公開了一種硅太陽電池背場鋁導電漿料的組成和制備方法，即采用 在鋁漿中添加0. 5-6. 0重量％的粒徑為2-6 μ m的金屬或非金屬粉末（硼、硅、鋅、銻、錫中 的至少一種）的方法來改善所制得的鋁漿燒結(jié)后形成的電池片的彎曲度及電性能。但是， 該類添加劑中的非金屬粉末硼和硅的熔點很高，遠超過鋁的熔點，并且只是簡單的機械混 合，在目前常規(guī)的晶體硅電池的燒結(jié)工藝下，該類非金屬粉末并不能與主體金屬鋁形成均 勻的合金，因此不能改善電池片的彎曲度，甚至可能因引入雜質(zhì)而降低鋁漿對硅片的附著 力及電池片的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，上述方法中所添加的金屬粉末鋅、銻、錫即使在目前的 燒結(jié)狀況下能與鋁粉形成合金，也因合金的膨脹系數(shù)與電池片基體硅相差較大（因鋅、銻、 錫金屬的膨脹系數(shù)與硅相差也較大，且添加量少），因此，在鋁漿中添加該類金屬粉的方法 也難以改善電池片的翹曲度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，在保持較高的光電轉(zhuǎn)換效率的前提下提供 一種適合工業(yè)批量生產(chǎn)的翹曲度低的晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料及其制備方法。
[0008] 本發(fā)明的發(fā)明人是基于以下考慮完成本發(fā)明的技術(shù)方案的：無機玻璃粉為熔融氧 化物通過水淬冷卻而成，在熔融狀態(tài)下，玻璃中的部分種類的金屬與氧之間的離子鍵斷裂 釋放原子氧。納米級別的第IIIA族、第IVA族、第IVB族、第VB族和第VIB族元素的碳化 物或氮化物的粒徑小、相對表面積大且活性高，添加上述納米級別的顆粒時，無機玻璃粉中 的原子氧很容易被納米級的上述碳化物或氮化物所奪取，同時反應(yīng)生成氣體，反應(yīng)情況可 示意性地表示為：
[0009] RC+W-0 - R+C02
[0010] RN+W-0 -R+N2
[0011] 其中，R表示硅、硼或鋁等元素，W表示玻璃中的金屬元素，W-O表示金屬氧化物。 其中生成的氣體被鋁原子包裹，冷卻后，使得鋁漿燒結(jié)殘余物（鋁膜）中有許多微細的孔洞 形成。根據(jù)熱膨脹系數(shù)的加和性，具有孔洞的鋁膜的熱膨脹系數(shù)比實體鋁膜的熱膨脹系數(shù) 要小得多。并且，孔洞所占的體積越多，熱膨脹系數(shù)越小，雖然上述納米顆粒的添加量相對 于鋁粉來說比較小，但因其密度小，單位質(zhì)量的微粒個數(shù)多，因此，燒結(jié)后由其與無機玻璃 粉反應(yīng)形成的孔洞數(shù)目也多，因此鋁膜的熱膨脹系數(shù)大幅度降低，縮小了鋁膜與硅材料的 熱脹系數(shù)的差異，因此硅片的彎曲度也能夠得到顯著的降低，從而可以極大地改善了電池 片燒結(jié)后的翹曲問題。
[0012] 為了實現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料， 所述鋁導電漿料包括鋁粉、無機玻璃粉、有機載體和納米顆粒，所述納米顆粒包括第IIIA 族的碳化物、第IVA族的碳化物、第IVB族的碳化物、第VB族的碳化物、第VIB族的碳化物、 第IIIA族的氮化物、第IVA族的氮化物、第IVB族的氮化物、第VB族的氮化物和第VIB族 的氮化物中的至少一種。
[0013] 另一方面，本發(fā)明還提供了一種晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料的制備方法，該 方法包括將鋁粉、無機玻璃粉、有機載體和納米顆?；旌喜⒀心ィ玫剿鲣X導電漿料；所 述納米顆粒包括第IIIA族的碳化物、第IVA族的碳化物、第IVB族的碳化物、第VB族的碳 化物、第VIB族的碳化物、第IIIA族的氮化物、第IVA族的氮化物、第IVB族的氮化物、第VB 族的氮化物和第VIB族的氮化物中的至少一種。
[0014] 另一方面，本發(fā)明還提供了一種上述鋁導電漿料和由本發(fā)明提供的方法制備得到 的鋁導電漿料在晶體硅太陽能電池中的應(yīng)用。
[0015] 將本發(fā)明提供的上述鋁導電漿料應(yīng)用于晶體硅太陽能電池片時，可以使得晶體硅 太陽電池片表面光滑，而且不起鋁珠和鋁皰，電池片的翹曲度很小，由本發(fā)明的以下實施例 中可以看出，批量生產(chǎn)印刷有本發(fā)明所述的鋁導電漿料的晶體硅太陽能電池片時，能夠在 保持電池片的高的光電轉(zhuǎn)換效率的同時，使得其翹曲度小于或等于0. 80_，燒結(jié)后得到的 鋁膜與硅基體附著牢固，符合行業(yè)要求。
[0016] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0017] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0018] 在本發(fā)明中，所述第IIIA族的碳化物可以包括碳化硼和碳化鋁中的至少一種；所 述第IVA族的碳化物可以包括碳化硅、碳化錫和碳化鉛中的至少一種；所述第IVB族的碳化 物可以包括碳化鈦和碳化鋯中的至少一種；所述第VB族的碳化物可以包括碳化釩；所述第 VIB族的碳化物可以包括碳化鉻、碳化鑰和碳化鎢中的至少一種；所述第IIIA族的氮化物 可以包括氮化硼和氮化鋁中的至少一種；所述第IVA族的氮化物可以包括氮化硅和氮化錫 中的至少一種；所述第IVB族的氮化物可以包括氮化鈦和氮化鋯中的至少一種；所述第VB 族的氮化物可以包括氮化釩；所述第VIB族的氮化物可以包括氮化鉻和氮化鑰中的至少一 種。
[0019] 第一方面，本發(fā)明提供了一種晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料，所述鋁導電漿料 包括鋁粉、無機玻璃粉、有機載體和納米顆粒，所述納米顆粒包括第IIIA族的碳化物、第 IVA族的碳化物、第IVB族的碳化物、第VB族的碳化物、第VIB族的碳化物、第IIIA族的氮 化物、第IVA族的氮化物、第IVB族的氮化物、第VB族的氮化物和第VIB族的氮化物中的至 少一種。
[0020] 將本發(fā)明提供的上述鋁導電漿料應(yīng)用于晶體硅太陽能電池片時，就可以保證電池 片在具有高的光電轉(zhuǎn)換效率的同時，使得晶體硅太陽電池片表面光滑，而且不起鋁珠和鋁 皰，并且能夠降低電池片的翹曲度。
[0021] 在本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料中，相對于100重量份的鋁粉， 優(yōu)選所述無機玻璃粉的用量為〇. 5-7. 0重量份；更優(yōu)選所述無機玻璃粉的用量為1. 0-5. 0 重量份；最優(yōu)選所述無機玻璃粉的用量為1. 5-3. 5重量份。
[0022] 在本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料中，相對于100重量份的鋁粉， 優(yōu)選所述有機載體的用量為20-40重量份；更優(yōu)選所述有機載體的用量為25-35重量份； 最優(yōu)選所述有機載體的用量為27-33重量份。
[0023] 在本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料中，相對于100重量份的鋁粉， 優(yōu)選所述納米顆粒的用量為〇. 01-1. 〇重量份；更優(yōu)選所述納米顆粒的用量為〇. 04-0. 80重 量份；最優(yōu)選所述納米顆粒的用量為〇. 08-0. 50重量份。
[0024] 在本發(fā)明中，控制所述納米顆粒的添加量在上述范圍內(nèi)時可以使得電池片的翹曲 度更低，而且，當相對于100重量份的鋁粉，所述納米顆粒的用量超過1. 0重量份時，會形成 過多的氣孔，硅鋁層的致密度受到影響，在一定程度范圍內(nèi)，可能會影響燒結(jié)后鋁膜的導電 性能及鋁膜與硅的附著強度；而當納米顆粒的用量小于〇. 01重量份時，則起不到降低電池 片翹曲度的效果。
[0025] 在本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料中，優(yōu)選所述納米顆?？梢园?納米碳化娃、納米碳化硼、納米碳化鈦、納米碳化鉻、納米碳化鶴、納米碳化f凡、納米氮化石圭、 納米氮化硼、納米氮化鈦和納米氮化鉻中的至少一種。
[0026] 在本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料中，由于碳化硅和氮化硅比起其 他的碳化物或氮化物，它們被還原形成的物質(zhì)為單質(zhì)硅，不容易在鋁背場中形成雜質(zhì)元素， 并且該碳化物和氮化物的材料來源容易，價格相對便宜，也較容易制備得到本發(fā)明所優(yōu)選 的粒徑范圍，因此本發(fā)明最優(yōu)選所述納米顆粒為碳化硅和/或氮化硅。
[0027] 優(yōu)選情況下，在本發(fā)明所述的晶體硅太陽能電池用鋁導電漿料中，所述納米顆 粒的粒徑范圍可以為：10nm < D5q <