一种含高分散石墨烯的晶硅太阳能电池铝浆及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及晶硅太阳能电池铝浆领域，具体涉及一种含高分散石墨烯的晶硅太阳 能电池铝浆及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 晶体硅太阳能电池是一种将光能直接转换成电能的半导体器件。P型硅太阳能电 池，通常需要在硅基体背面印刷铝导电浆料，然后经烘干、烧结工艺，使铝原子扩散进硅体 当中，形成P-P+结，该背场的存在能够减少电子和空穴在界面的复合速率，增加载流子的 寿命，增加红光效应，从而起到提升电池开路电压和短路电流的作用。在形成铝背场时，铝 还能与硅形成硅铝合金，这种硅铝合金层能够起到吸杂的作用，即吸除硅晶格当中的杂质， 从而起到提升并联电阻和填充因子，最终起到提高光电转换效率的作用。故而铝浆的性能 对于提高太阳能电池光电特性是十分重要的。
[0003] 在常规的太阳能电池铝浆中，Al-Si合金的热膨胀系数远大于硅的热膨胀系数， 在烧结冷却后Al-Si合金的收缩率远大于硅片的收缩率，对硅片施加拉应力形成凸型的翘 曲。随着自动化程度的提高，不断有厂家采用太阳能电池硅片自动焊接技术，硅片的翘曲会 造成组件焊接成品率大幅降低。再者，为节省成本，更轻更薄的硅片是将来的发展趋势，由 于厚度减小，硅片自身的刚性降低，受烧结冷却后Al-Si合金的拉应力影响，烧结后的硅片 更容易产生弯曲。因此，寻找一种不影响电池效率和附着力，而又能够有效降低电池片弯曲 度的方法显得非常重要。
[0004] 石墨烯是一种由碳原子以Sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有 一个碳原子厚度的二维材料，呈片状结构，也可以称为石墨烯片。石墨烯具备很多优异的性 质，例如在室温下，电子迀移率超过15000cm 2/V*s，比纳米碳管（约10000cm2/V*s)高，更 是硅晶（1400cm2/V · s)的10倍以上，是已知材料中电子迀移率最快的；电阻（10 6Ω. cm) 比铜或银更低，是在室温下具有最低电阻的材料，导电密度是铜的一百万倍；此外，它还具 有相当高的表面积2600 m2/g、高的热导率3000 Wm 1K1和极低的热膨胀系数。正因为它的 上述特性，被用于制造透明触控屏幕、超级电容器、甚至是用于太阳能电池等领域。
[0005] 将石墨烯添加到晶硅太阳能电池铝浆料中，在保证优异导电性能的条件下对降低 铝浆烧结冷却过程中的翘曲度及提高铝浆的稳定性很有帮助。但在实际应用中石墨烯容 易不可逆聚集、分散性差等缺点限制了其优异性能的发挥。申请号为201310461174. 3公 开的一种基于功能化石墨烯的太阳能背铝浆料及其制备方法，采用了对氧化石墨烯进行改 性-还原制备功能化的石墨烯方法，来改善石墨烯在溶剂中的分散性，但由于还原的不彻 底仍会有含氧官能团的残留，破坏了石墨烯的共辄结构，使其导电性及其他性能显著降低。 CN201310104495. 8公开的一种晶体硅太阳能电池用导电浆料及其制备方法，并未明确提及 石墨烯的分散方法，故石墨烯优势的发挥必然会受到限制。目前，用无机超细粒子作为阻隔 分散剂对石墨烯片进行分散的方法，提供了一条阻止石墨烯片团聚的崭新途径。基于此种 思路，本发明的目的在于提供一种石墨烯的分散方法，使石墨烯在不经过氧化-改性-还原 过程时就能很好的分散在浆料介质中，从而更好地发挥单层石墨烯的各种独特性能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种石墨烯分散均匀的含高 分散石墨烯的晶硅太阳能电池铝浆。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种含高分散石墨烯的晶硅太阳能电池 铝浆，其特征在于，其组分按重量百分比计包括：铝粉65~85%、玻璃粉/石墨烯复合粉体 0. 5~3%、玻璃粉0~5%、有机载体5~30%和助剂0. 01~5% ;玻璃粉、多层石墨烯和球磨 介质经球磨、过滤、洗涤、干燥后制得所述玻璃粉/石墨烯复合粉体，玻璃粉/石墨烯复合粉 体中石墨稀的重量百分比为5~30%。
[0008] 氧化铅的加入能够显著降低玻璃粉的软化点，使玻璃粉具有更好的附着力，氧化 铅和二氧化硅形成的螺旋形网状结构可使玻璃粉紧密地包覆在石墨烯表面，并携带石墨烯 和铝粉进行迀移和润湿，避免烧结过程中石墨烯的聚集，且球磨可进一步剥离多层石墨烯 获得的石墨烯纳米片，石墨烯纳米片因具有超大的比表面积，可有效阻止铝粉颗粒在烧结 冷却过程中晶粒的急剧长大，即起到细化晶粒的作用，从而提高铝膜烧结致密性，提高导电 性能。优选的技术方案为，玻璃粉的组成按重量百分比计为PbO 60~85%，B2O3 5~15%， SiO2I ~10%，ZnO 1 ~8%，MgO 1 ~6%，Sb2O3 1 ~10%，V2O5I ~8%，Al2O3 0· 5 ~5%，BaO 0. 1~2%。玻璃粉由平均粒径< 0. 5 μ m的玻璃粉A和平均粒径为0. 5~6 μ m的玻璃粉B 混合而成，玻璃粉A占玻璃粉的重量百分比为10~30wt%。上述的玻璃粉包括球磨制备玻 璃粉/石墨烯复合粉体的原料玻璃粉，还包括制备晶硅太阳能电池铝浆时另外添加的玻璃 粉，粒径较小的亚微米级玻璃粉更容易吸附在石墨烯表面。
[0009] 为了使铝粉、玻璃粉和球磨制得的玻璃粉/石墨烯复合粉体，有利于烧结形成的 铝背场中粉体之间的紧密堆积，提高铝背场的致密性，优选的技术方案为，球形铝粉是由粒 径为1~3 μ m的铝粉A和粒径为4~6 μ m的铝粉B混合而成，铝粉B占球形铝粉的重量 百分比为50~80%。
[0010] 为了保证浆料具有合适的粘稠性和塑形，有机载体形成网状或链状的高分子包裹 铝粉、玻璃粉等固体粉末，形成分散度高的浆料，优选的技术方案为，有机载体包括增稠剂 和有机溶剂，增稠剂占有机载体的重量百分比为10~30% ;其中，增稠剂由乙基纤维素、羟 甲基纤维素、硝化纤维素、丙烯酸树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛、松 香树脂、松香改性酚醛树脂和松香改性甘油酯中的至少一种混合而成；有机溶剂由松油醇、 松节油，丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯，乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、乙 二醇苯醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁基醚、二乙二醇丁醚 醋酸酯、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、十二醇酯、磷酸三丁酯、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲 酸二丁酯、邻苯二甲酸三丁酯中至少两种的混合物。
[0011] 优选的技术方案为，所述助剂包括流平剂、分散剂、消泡剂和触变剂。分散剂还可 吸附于玻璃粉/石墨烯复合粉体的表面，提高玻璃粉/石墨烯复合粉体的电位差或者在粉 体间形成空间位阻，进一步阻止石墨烯的不可逆聚集。
[0012] 优选的技术方案为，流平剂为选自聚丙烯酸、三甘油脂肪酸纳、醋酸丁基纤维素、 己二酸二辛酯钠和聚二甲基羧酸酯钠中的至少一种；分散剂为选自聚乙烯吡咯烷酮、十六 烷基三甲基溴化铵、十六烷基吡啶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇脂、硬脂酸钠和石蜡油中的至少 一种；消泡剂为选自酰胺类消泡剂、聚醚类消泡剂和亚胺类消泡剂中的至少一种；触变剂 为选自氢化蓖麻油、聚酰胺蜡微粉、改性脲类触变剂中的至少一种。
[0013] 进一步优选的技术方案为，其组分按重量百分比计包括：铝粉68~82%、玻璃粉/ 石墨烯复合粉体1~1. 5%、玻璃粉0~3%、有机载体10~30%和助剂0. 2~5%。
[0014] 本发明的目的还在于提供一种适于规模生产的含高分散石墨烯的晶硅太阳能电