专利名称：一种晶体硅太阳能电池背电场Al浆的制作方法
技术领域：
在现代科技体系中，半导体技术是一个重大宽广的领域，因其快速深入的发展，促 进了太阳能电池技术的进步。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，尤其是涉及一种晶体硅太阳能电池背电场Al浆的制造技术。
背景技术：
上世纪九十年代，我国的科研部门(昆明贵金属研究所)应用厚膜电子浆料技术， 开发了与单晶硅太阳能电池配套的上下电极Ag浆和Al背电场浆料。Al在Si晶上生成的 电极有较好的欧姆接触，Al能吸杂并且廉价，使其成为硅电池电极背场材料的首选。时至 2009年，我国的太阳能电池产量占全球的39. 8% (达到2. 6GW)，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迅猛，激发了科技创新活动的展开，出现了多项硅 太阳能电池背电场Al浆相关的发明专利，它们是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 菜。CN200810196407. 0其特征是铝粉覆有氮化铝，平均粒度2 6 μ m。CN200910087556. 8 特征是72 82%份的铝粉中，加入了 0. 1 2%份的氧化铝粉。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。CN200610011001. 1 发明的主要特征在于所采用的无机粘合剂是一种含镓、铟或铊占40 60%的玻璃 金属粉。CN200610011050. 5特征在于配浆时加入了硼粉，硅烷偶联剂和硬脂酸盐。 CN200910094945. 3的特征是在配浆是加入了硅合金粉。CN200810096425. 1其特征也是关 于铝粉的描述，即振实密度彡1. ^g/cc(与粒度正相关)。CN200910115680. 0称其特征在 于采用了两种粒度类型的铝粉，其中一种粒度类型是粒度< 2μπι，含量占1 10wt%。上述发明中，5项涉及Al粉的性能，而且均与粒度有关系，另外的5项涉及Al 粉的改性。其原因在于Al极易氧化，温度越高，氧化越迅速，在700°C，微小的氧分压 G.5X10_46大气压)即生成Al2O315较大的铝固体，其表面可以钝化，但微细颗粒的Al粉， 因总表面积大故氧化度高，表面能较大，其活性也大，易吸潮水解加速氧化。Al2O3具有很高 的绝缘性和高稳定性，在Al浆的制造工艺中，Al2O3是在熔制玻璃时，作为玻璃的成分加入， 被熔制成玻璃；但调制浆料时，氧化程度高的Al粉或混入其中的Al2O3，则可造成浆料导电 性降低。在CN200610011001. 1中，其主特征在于用“含镓，铟，铊的含量占40 60wt %玻 璃金属粉”作为无机粘合剂，应注意金属铊及其氧化物均是极剧毒的物质，而镓具有凝固膨 胀的特点。尤其需要指出金属^的最大特点是对固体强烈的粘附力，致使玻璃金属粉板 结。在太阳能电池Al浆制造工艺中，经熔制，湿磨，烘干后的超细玻璃粉末都会结块，通常 用球磨机粉碎。此时，加^粉球磨的结果是完全结块。用离心打粉机，高速的离心力致使 板结更坚硬。结果缸罐、磨球、搅拌器的全部表面都包裹了致密的硬壳。而且玻璃和^粉 因为板结而分散不好，增加了轧浆次数，巨大的剪切应力，使轧辊表面的Al粉发热氧化，干浆增加。结果是浆料过轧，方阻增加，粘度升高，40 IOOym大颗粒增多，造成印刷时堵 网，Al浆的工艺性和电性能下降。发明的目的作为Al浆的主体材料，金属Al粉的性能至关重要，发明的目的就是选择一种具有 优良导电性，抗氧化和细粉填充性的导电金属Al粉，研制出一种具有良好电性能和工艺性 能的适用于太阳能电池工业化生产且符合质量稳定性要求的晶体硅太阳能电池背电场Al 浆，有利于改善和提高硅太阳能电池产品的质量和制造水平。发明的技术方案在硅太阳能电池Al浆所需导电金属Al粉的粒度范围内进行选择，去除掉总表面 积大，氧化程度高，活性大易吸潮变质的微细颗粒部分的粉料，保持那些氧化程度低导电能 力较好的粗颗粒粉料，(浆料烧结时，粗颗粒热膨胀尺度大，颗粒表面的Al2O3破裂，则大颗 粒转化为导电颗粒)，以含^的Al基雾化超细粉体材料来替代微细颗粒Al粉，以提供填充 性，研制出具有良好的电性能和工艺性能的晶体硅太阳能电池背电场Al浆。发明的特征1.本发明的特征1在于制备浆料采用的金属材料是含h质量分数为1 10% 的Al基雾化超细粉体材料与导电Al粉(R 50m Ω / □，δ = 25 μ m)均勻混合的金属粉 料，其中，含h的Al基雾化超细粉体材料的粒度分布为0. 1 10 μ m，平均粒度< 5 μ m，其 质量分数占混合金属粉料的2 50%;其余为导电Al粉，粒度分布为1. 0 10 μ m，平均粒 度〉5 μ m。2.本发明的特征2在于根据特征1，所述含的Al基雾化超细粉体材料与导 电Al粉均勻混合的金属粉料制备的浆料，其特征在于采用了金属粉料的下列适配物作为 浆料的组份(余量为金属粉料)(1)金属粉料的烧结粘接剂，采用玻璃粉和经过烧结可转 化为玻璃的B粉、Si粉，粒度分布为0. 05 7 μ m，平均粒度< 5 μ m，用量占浆料质量分数 的0. 5 10%。( 上述粉料的调浆，采用含乙基纤维素的有机粘合剂，用量占浆料质量分 数的5 50%。所述浆料中的h为铟元素，Al为铝元素，B为硼元素，Si为硅元素。R0为电阻率， 用方阻表示，厚度δ = 25μπι，宽ImmX长Imm为1方，用□表示。本发明的优点1.本发明采用含h的Al基雾化粉与导电Al粉的混合粉料，以其良好的抗氧化 性，导电性和细粉填充性成为硅太阳能电池Al浆主体金属材料的首选，并能降低金属原料 的退货率，直到目前为止，尚未见可供企业采用的直接检测Al粉含氧量的方法的相关报 道，Al粉质量争议引起的退(换)货率达15 30%，这种情况可因本发明的推行而改变。2.通常Al浆中的细粉变质问题，造成硅太阳能电池Al浆质量不稳定，电池组件厂 因此发生的Al浆退(换)货率达5 20%。本发明所提供的硅太阳能电池Al浆可以其良 好质量使产品退货率下降。3.在本发明浆料中均勻分散的金属h可以导致极高的空穴和电子迁移率，改善 硅太阳能电池背电场结的生成率和质量。4.本发明中采用的主体金属粉料以其柔软的特性和润湿能力，可以降低Al-Si界 面的接触角，促进Al-Si合金化和Al电极生成，改善欧姆接触效果。
5.通常Al浆中的Al2O3细粉是一种高介电物质，Al浆方阻因受其影响上升到50 200m Ω / □，本发明浆料的导电性良好，方阻在10 50m Ω / □内。6.本发明浆料中的主体金属粉料因对Al-Si合金化有促进作用，从而强化了这个 过程中金属Al的吸杂作用。7.本发明浆料中各种物料分散均勻，浆料没有“过轧”，浆料的印刷性能良好，印烧 成膜质量高，因此具有较好的工艺性。此前的“玻璃金属粉”工艺，为改变粉料板结不分散 的问题，轧浆次数可达40次，轧辊高温，出现的粗颗粒在丝印时堵网。浆料粘度急升，反复 调粘又使印刷性能下降，印烧成膜可能凸凹不平，出现气泡和掉粉，“过轧”会造成工艺性和 电性能的降低。8.本发明的浆料质量稳定，能改善电池组件的质量稳定性，光电转换效率获得一 定的提升，以多晶硅为例，可达0. 1 0.5%提升，保持在15. 5 16. 5%之内，采用超细Al 粉制造的浆料，转换效率只有14 15%。9.本发明浆料中的金属h分散度高，因此减少了使用量。采用超细Al粉和“玻 璃金属粉”工艺的企业，为了补偿质量的问题，加大了金属^的含量，致使浆料成本攀升，本 发明在全行业推行，每年可减少金属h的消耗30 60T
实施例例1 (1)用铝铟合金Alln5 (江西海特新材料公司生产)500g，加工成雾化粉，平均 粒度5 μ m。(雾化工艺=N2气干喷，N2气循环风冷，N2气储罐强冷，简式旋风分级，粗粉重 喷)；用高纯超细Al粉(河南远洋铝业公司生产)500g，平均粒度6.5μπι，用振动筛稍加 去除微细颗粒粉末(Iym以下)，按本发明所述组份范围，均勻混合。( 按本发明所述比 例加入玻璃粉和有机粘合剂，配制IOOg实验浆料。( 在Al2O3基片上丝印100方图形， 250 0C /15min烘干，进隧道炉烧结，炉温曲线与电池片的烧结温度相同，电阻测量全部烧 样厚度S 25μπι，方阻在10 25Ι Ω/□内。例2(1)用h棒200g压成厚3mm的片，剪碎；高纯Al碎块4kg用中频炉熔化，添 加化片，稍加搅拌，参照例1条件，加工成平均粒度 5μπι的雾化粉。(2)按本发明所述 组份加入高纯超细Al粉(除去Iym以下微细粉)，平均粒度 6.5 μπι，混合均勻。(3)按 本发明所述加入玻璃粉和有机粘合剂，适当搅勻，用Φ150三辊研磨机轧制15次，制得硅太 阳能电池Al浆lkg。(4)抽检及实验结果细度为15μπι，粘度3. 5X104mPa. s/25°C，方阻 < 20πιΩ/ □，用多晶硅太阳能电池片烧成，试验片(125X 125mm)第91 100片光电转换 效率在15. 9 16. 5%以内(初烧有气孔，搅拌快了，浆料气泡多)。例3按照例2的方法制备500g硅太阳能电池Al浆，用于单晶硅太阳能电池片实 验，浆料指标抽检及烧片试验结果见后表。
权利要求
1.一种晶体硅太阳能电池背电场Al浆，其特征在于制备浆料采用的金属材料是含h 质量分数为1 10%的Al基雾化超细粉体材料与导电Al粉(Rn< 50m Ω/，δ = 25 μ m) 均勻混合的金属粉料，其中，含^的Al基雾化超细粉体材料的粒度分布为0. 1 10 μ m， 平均粒度< 5μπι，其质量分数占混合金属粉料的2 50% ；其余为导电Al粉，粒度分布为 1. 0 10 μ m，平均粒度〉5 μ m。
2.根据权利要求1，所述的含^的Al基雾化超细粉体材料与导电Al粉均勻混合的金 属粉料制备的浆料，其特征在于采用了金属粉料的下列适配物作为浆料的组份(余量为金 属粉料)(1)金属粉料的烧结粘接剂，采用玻璃粉和经过烧结可转换为玻璃的B粉、Si粉， 粒度分布为0.05 7μπι，平均粒度<5μπι，用量占浆料质量分数的0.5 10%。(2)上述 粉料的调浆，采用含乙基纤维素的有机粘合剂，用量占浆料质量分数的5 50%。所述浆料中的h为铟元素，Al为铝元素，B为硼元素，Si为硅元素，R0为电阻率，用方 阻表示，厚度δ = 25μπι，宽ImmX长Imm为1方，用□表示。
全文摘要
研制了一种适用于晶体硅太阳能电池工业化生产并能保持其质量稳定性的晶体硅太阳能电池背电场Al浆，本发明着力改进和提高作为Al浆主体材料的金属Al粉的导电性、抗氧化性和可填充性，提供的太阳能电池Al浆具有良好的电性能和工艺性能，在所采用的均匀混合的金属粉料中，一种含In雾化粉料的平均粒度＜5μm，粒度分布在0.1～10μm，另一种导电Al粉的平均粒度＞5μm，粒度分布在1～10μm。
文档编号H01L31/0224GK102081987SQ20101057319
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者张振中, 张煜 申请人:张振中