一种N型高效电池正面银铝浆的制作方法

本发明属于材料领域，具体涉及一种n型高效电池正面银铝浆

背景技术：

晶体硅太阳能电池经过多年发展，其性能逐步提效，已经由最早的晶体硅常规太阳电池(背面无钝化)，然后发展到背面钝化的perc电池。在perc电池中，金属电极仍与硅衬底直接接触，金属与半导体的接触界面由于功函数适配会产生能带弯曲，并产生大量的少子复合中心，对太阳电池的效率产生负面影响，因此，人们很早就提出使用一种薄膜将金属与硅隔开以减少复合，但这种结构原理的电池直到近年来才逐渐开始产业化，而现有产品存在着如下缺点：(1)电性能不稳定，批次间电性能差异达0.2％；(2)总体电性能不够高，量产效率平均23.8％，开路电压低于700mv；(3)印刷性能不良，常发生虚印；(4)接触电阻大。

技术实现要素：

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种开路电压高、印刷性能好且接触电阻小的n型高效电池正面银铝浆。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种n型高效电池正面银铝浆，包括以下重量份的组分：银铝粉混合料83～95份、玻璃料2～8份、金属氧化物0.01～0.2份、有机载体1～10份、alb合金1～10份和硼粉0～1份；所述银铝粉混合料中包括银粉与铝粉，银粉和铝粉的质量比为1:78～85；所述铝粉的含氧量为0.9～1.3％。

本发明所提供的n型高效电池正面银铝浆，通过在铝粉中添加特定含量的银粉，可使整体银铝浆的导电能力提高，降低最终制备电池的接触电阻值；同时限定铝粉中的低含氧量(即高纯度)，进而使铝粉易于突破钝化膜层与电池中的硅接触，形成欧姆接触，保障了所述电池银铝浆的电流传导能力。所添加的银粉含量适中，若银粉含量过多，容易造成铝含量降低，接触电阻变大，影响电池性能；而含量过少则会导致电子-空穴复合较大，电池开路电压下降，并造成印刷性不良。通过在组分中添加玻璃料及金属氧化物，可有效拓宽材料的应用工艺窗口，提高银铝浆的稳定性，同时避免玻璃料因对钝化膜的过度腐蚀导致铝粉与电池中的硅的反应过于剧烈；特定含量alb合金及硼粉的添加，可使银铝浆中b元素分散均匀促进接触性能，烧结制备p+结构，提升导电性。通过整体配方的协调，所述n型高效电池正面银铝浆在应用于电池中可保证其具有高开路电压、宽应用窗口、低接触电阻以及优异的电性能。

优选地，所述银粉的中位粒径为0.5～3μm，比表面积为0.5～2m²/g，振实密度为4～6g/m³，烧损率≤1％。通过限定银粉的粒径和比表面积，可有效保证银粉的分散性，避免浆料在经过研磨工序时，硬团聚的银颗粒被挤压成银片，丝网印刷时银片停留在网版上下不去，在印刷到超过千片时银片的积累造成堵网，形成虚印的现象；若银粉粒径过大则可能引起其烧结活性不足，从而导致致密性问题，影响线电阻甚至电性能。通过选用适宜振实密度以及烧损率低的银粉可保障银粉在烧结时的收缩率，银粉间的接触致密，电阻较低。

优选地，所述铝粉的中位粒径为1～5μm，最大粒径d100≤12μm。由于银铝浆中铝粉颗粒远大于银粉颗粒，铝粉颗粒度大会造成堵网或者刮破网版的现象，造成虚印或漏浆；而即使铝粉中位径合适，如果铝粉的粒度分布宽，最大粒径较大，也会导致上述问题的发生。因此与银粉相似，铝粉的粒径也需要进行限定优选。通过限定铝粉的中位粒径的最大粒径，可保证其在印刷工序时不会造成堵网、虚印现象。

优选地，所述玻璃料包含以下重量份的组分：pb3(bo3)210～30份、bi2o310～30份、sio21～10份、al2o31～10份、sno210～30份、naalf60.1～3份、zro21～6份以及sro5～20份。pb3(bo3)2可促进烧结，保护欧姆金属铝不被氧化；bi2o3中bi处于bi6o6的8面体中，在形成玻璃时，bi-o键的共价成分增加，bi³⁺的配位数降低，形成类似于sbo3构型的bio3特殊结构基团，bio3基团填充在sio4四面体之间，使玻璃结构紧密，状态稳定；sio2作为玻璃料的主体骨架，形成了紧密的sio2网络结构；al2o3的加入可调节玻璃料的粘度，抑制相分离和析晶；sno2的加入可提高材料的化学稳定性，降低热膨胀系数，提高热力学稳定性；zro2对玻璃颗粒的烧结收缩有一定的阻碍作用，加入使得玻璃颗粒的烧结收缩率下降，提高玻璃料的物理、化学稳定性，电池片可以耐受户外恶劣环境，发电能力不衰减；sro作为强熔剂，在低温下不易熔融，而在高温下，一旦熔融，能大大降低玻璃料粘度，是取代氧化铅的最好熔剂，可有效减少铅的用量。

优选地，所述玻璃料的粒径为0.5～5μm。通过对玻璃料粒径的限定可控制玻璃料具有合适的软化点，从而控制整个浆料的烧结温度和腐蚀程度。

优选地，所述金属氧化物包括pbo和sro中的至少一种。所述金属氧化物在玻璃料之外添加，也是为了更好的平衡玻璃料对钝化膜的腐蚀，使得铝粉跟硅的反应不至于太剧烈，导致烧结深度过大，产生过大复合，造成电性能下降。

优选地，所述有机载体包含以下重量份的组分：丙烯酸树脂与乙基纤维素的混合物2～15份、松油醇10～30份、丁基卡必醇10～30份、十二醇酯10～30份、邻苯二甲酸二乙酯15～25份、乙酸二甘醇丁基醚酯1～10份和乙二酸丁醚5～15份。所述含量组分组成的有机载体可有效负载银铝粉及其他组分，同时保证各组分的分散均匀性。

优选地，所述alb合金中b的质量含量为0.1～1％。因为n型n型高效电池正面n-p的结构，p层在正面，因此需要元素周期表上缺电子的第三主族元素作为参与制成正面电极，通过烧结制作出一个p+结构，考虑到使用的便宜性和价格，al元素是优选，其次再考虑到al在si中的烧结掺杂浓度(现有量产的烧结工艺)最多达到10¹⁸，而b的烧结掺杂浓度可以达到10¹⁹，所以除了铝之外，会选用b元素作为掺杂元素；由于b是不导电物质，其掺杂不必太多，但加入过少则难以保障b元素在各处的均匀分布；发明人经过实验后发现选择以alb合金的形式作为组分其效果最佳，用其代替部分铝粉，可保证铝粉与电池中硅反应的平稳性，而限定b元素的含量则可保证alb合金的加入量足够多，能均匀分布在界面各处。

优选地，所述硼粉的粒径为10～100nm，纯度≥99.9％。与alb合金作用相似，硼粉在缩小粒径及提高纯度后可有效保证其扩散浓度变大，分散程度高，提高最终制备电池的电性能。

优选地，所述n型高效电池正面银铝浆中的组分还包括分散剂、流平剂和触变剂；所述分散剂为山梨醇酐三油酸酯。

本发明的另一目的还在于提供所述n型高效电池正面银铝浆的制备方法。

一种n型高效电池正面银铝浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)将银粉和铝粉分别加入有机溶剂混合并均质后，混合均匀，得银铝粉混合料；

(2)将步骤(1)所得银铝粉混合料、玻璃料、金属氧化物、有机载体、alb合金和硼粉混合并在真空下搅拌均匀后分散，即得所述n型高效电池正面银铝浆。

本发明所述n型高效电池正面银铝浆的制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。

本发明的再一目的在于提供一种由所述n型高效电池正面银铝浆制备的n型高效电池。所述电池不仅具有高开路电压、宽应用窗口、低接触电阻以及优异的电性能。

本发明的有益效果在于，本发明提供了一种n型高效电池正面银铝浆，通过在铝粉中添加特定含量的银粉，同时限定铝粉中的低含氧量，可使整体银铝浆的导电能力提高，降低最终制备电池的接触电阻值，保障了所述电池银铝浆的电流传导能力。通过在组分中添加玻璃料，可有效腐蚀电池表面的钝化膜，将银铝粉引入接触界面；金属氧化物的加入则可以很好地平衡银、铝粉和钝化膜以及硅的反应程度；特定含量alb合金及硼粉的添加，可使银铝浆中b元素分散均匀促进接触性能，烧结制备p+结构，提升导电性。通过整体配方的协调，所述n型高效电池正面银铝浆在应用于电池中可保证其具有高开路电压、宽应用窗口、低接触电阻以及优异的光电转换效率。本发明还提供了所述n型高效电池正面银铝浆的制备方法。该方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。本发明还提供了一种由所述n型高效电池正面银铝浆制备的n型高效电池。

附图说明

图1为本发明所述n型高效电池正面银铝浆制备的n型高效电池结构示意图。

具体实施方式

若无特别说明，本发明实施例和对比例中所用原料均购自市场，所使用的制备仪器均为市购的普通型号。本发明所使用的铝粉为湖南金马公司生产的产品，该产品的中位粒径和最大粒径的测试使用丹东百特粒度分析仪(bt-p300s)进行，活性度的测试使用氧化还原滴定法进行；所使用的银粉为苏州银瑞公司生产的产品，该产品的中位粒径的测试使用马尔文粒度分析仪(ms2000)测定，比表面积测试使用精微高博比表面积分析仪(jw-bk400)进行，振实密度测试使用振实密度仪pt-20进行，烧损率测试使用烘干比重法进行。

为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。

实施例1

本发明所述n型高效电池正面银铝浆的一种实施例，本实施例所述n型高效电池正面银铝浆，包括以下重量份的组分：银铝粉混合料90份、玻璃料5份、金属氧化物0.1份、有机载体8份、alb合金5份、硼粉0.5份、0.5份分散剂、0.5份流平剂和0.5份触变剂；所述银铝粉混合料中包括类球形银粉与铝粉，银粉和铝粉的质量比为1:80；所述铝粉的活性度为98.9％；所述分散剂为山梨醇酐三油酸酯；所述有机载体包括以下重量份的组分：丙烯酸树脂与乙基纤维素混合物8份、松油醇15份、丁基卡必醇20份、十二醇酯20份、邻苯二甲酸二乙酯19份、乙酸二甘醇丁基醚酯5份以及乙二酸丁醚10份；所述alb合金为alb合金粉末。

所述类球形银粉的中位粒径为1μm，比表面积为1.5m²/g，振实密度为5g/m³，烧损率为0.5％；所述铝粉的中位粒径为3μm，最大粒径d100为10μm。

所述玻璃料包含以下重量份的组分：pb3(bo3)220份、bi2o320份、sio25份、al2o35份、sno220份、naalf62份、zro24份以及sro15份；所述玻璃料的粒径为2.5μm；所述玻璃料通过上述氧化物混合后，经v型混料机粗混，放入坩埚后再高温熔炼、猝火，所得玻璃料熔块研磨至所述粒径制得。

所述金属氧化物为pbo和sro的混合物，两者的质量比为1:1。

所述有机载体包含以下重量份的组分：丙烯酸树脂与乙基纤维素的混合物10份、松油醇20份、丁基卡必醇20份、十二醇酯20份、邻苯二甲酸二乙酯20份、乙酸二甘醇丁基醚酯5份和乙二酸丁醚10份。

所述alb合金中b的质量含量为0.5％；所述硼粉的平均粒径为50nm。

本实施例所述n型高效电池正面银铝浆的制备方法，包括以下步骤：

(1)将类球形银粉和铝粉分别取50份，分别加入8份有机溶剂混合并放入均质机分别均质后，按比例将两者混合均匀，得银铝粉混合料；

(2)将步骤(1)所得银铝粉混合料、玻璃料、金属氧化物、有机载体、alb合金、硼粉、分散剂、流平剂和触变剂混合并在真空下搅拌20min均匀后，导入三辊研磨机分散，即得所述n型高效电池正面银铝浆。

实施例2

本发明所述n型高效电池正面银铝浆的一种实施例，本实施例所述n型高效电池正面银铝浆，包括以下重量份的组分：银铝粉混合料95份、玻璃料8份、金属氧化物0.2份、有机载体12份、alb合金10份、硼粉0.5份、1份分散剂、0.5份流平剂和0.5份触变剂；所述银铝粉混合料中包括类球形银粉与铝粉，银粉和铝粉的质量比为1:78；所述铝粉的活性度为99％；所述分散剂为山梨醇酐三油酸酯；所述alb合金为alb合金粉末。

所述类球形银粉的中位粒径为2.5μm，比表面积为2m²/g，振实密度为4g/m³，烧损率为0.5％；所述铝粉的中位粒径为4.5μm，最大粒径d100为12μm。

所述玻璃料包含以下重量份的组分：pb3(bo3)210份、bi2o330份、sio210份、al2o32份、sno210份、naalf63份、zro26份以及sro20份；所述玻璃料的粒径为2.5μm；所述玻璃料通过上述氧化物混合后，经v型混料机粗混，放入坩埚后再高温熔炼、猝火，所得玻璃料熔块研磨至所述粒径制得。

所述金属氧化物为pbo和sro的混合物，两者的质量比为1:1。

所述有机载体包含以下重量份的组分：丙烯酸树脂与乙基纤维素的混合物15份、松油醇10份、丁基卡必醇30份、十二醇酯10份、邻苯二甲酸二乙酯25份、乙酸二甘醇丁基醚酯1份和乙二酸丁醚15份。

所述alb合金中b的质量含量为0.5％；所述硼粉的平均粒径为50nm。

本实施例所述n型高效电池正面银铝浆的制备方法同实施例1。

实施例3

本发明所述n型高效电池正面银铝浆的一种实施例，本实施例所述n型高效电池正面银铝浆，包括以下重量份的组分：银铝粉混合料83份、玻璃料3份、金属氧化物0.05份、有机载体4份、alb合金2份、硼粉0.5份、0.5份分散剂、0.5份流平剂和0.5份触变剂；所述银铝粉混合料中包括类球形银粉与铝粉，银粉和铝粉的质量比为1:85；所述铝粉的活性度为99％；所述分散剂为山梨醇酐三油酸酯；所述alb合金为alb合金粉末。

所述类球形银粉的中位粒径为0.5μm，比表面积为1m²/g，振实密度为6g/m³，烧损率为0.5％；所述铝粉的中位粒径为2μm，最大粒径d100为10μm。

所述玻璃料包含以下重量份的组分：pb3(bo3)230份、bi2o310份、sio22份、al2o310份、sno230份、naalf60.5份、zro22份以及sro5份；所述玻璃料的粒径为2.5μm；所述玻璃料通过上述氧化物混合后，经v型混料机粗混，放入坩埚后再高温熔炼、猝火，所得玻璃料熔块研磨至所述粒径制得。

所述金属氧化物为pbo和sro的混合物，两者的质量比为1:1。

所述有机载体包含以下重量份的组分：丙烯酸树脂与乙基纤维素的混合物5份、松油醇30份、丁基卡必醇10份、十二醇酯30份、邻苯二甲酸二乙酯15份、乙酸二甘醇丁基醚酯10份和乙二酸丁醚5份。

所述alb合金中b的质量含量为0.5％；所述硼粉的平均粒径为50nm。

本实施例所述n型高效电池正面银铝浆的制备方法同实施例1。

对比例1

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述电池银铝浆，包括以下重量份的组分：银铝粉混合料90份、玻璃料5份、有机载体8份、0.5份分散剂、0.5份流平剂和0.5份触变剂。

对比例2

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述电池银铝浆，包括以下重量份的组分：银铝粉混合料80份、玻璃料10份、金属氧化物0.1份、有机载体15份、alb合金5份、硼粉0.5份、0.5份分散剂、0.5份流平剂和0.5份触变剂；所述alb合金为alb合金粉末。

对比例3

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述电池银铝浆，包括以下重量份的组分：银铝粉混合料90份、玻璃料1份、金属氧化物0.1份、有机载体8份、alb合金15份、硼粉0.5份、0.5份分散剂、0.5份流平剂和0.5份触变剂；所述alb合金为alb合金粉末。

对比例4

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述电池银铝浆中，所述银铝粉混合料中包括类球形银粉与铝粉，银粉和铝粉的质量比为1:75。

对比例5

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述电池银铝浆中，所述银铝粉混合料中包括类球形银粉与铝粉，银粉和铝粉的质量比为1:90。

对比例6

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述电池银铝浆中，所述铝粉的活性度为95％。

对比例7

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述n型高效电池正面银铝浆中，所述铝粉的中位粒径为8μm，最大粒径d100为15μm；所述类球形银粉的中位粒径为5μm。

对比例8

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述n型高效电池正面银铝浆中，所述玻璃料包含以下重量份的组分：pb3(bo3)235份、bi2o35份、sio25份、al2o315份、sno25份、naalf62份、zro28份以及sro3份。

对比例9

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述玻璃料的平均粒径为6μm。

对比例10

本对比例与实施例1的差别仅在于，所述n型高效电池正面银铝浆中，所述alb合金中b的质量含量为1.5％。

将实施例1～3制得的n型高效电池正面银铝浆产品用于制备n型高效电池，所述n型高效电池的结构示意图如图1所示。同时将对比例1～10所得产品也用于制备n型电池，对所述电池进行电性能测试，测试结果如表1所示。

表1

从表中可以看出，相比于对比例1～10所制备的产品，本发明优选技术参数范围内所制备得到的n型高效电池正面银铝浆产品应用于制备n型高效电池时，所述电池具有较高的开路电压、较低的电阻以及优异的光电转换效率。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。