專利名稱：一種晶體硅太陽能電池背電場Al漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在現(xiàn)代科技體系中，半導(dǎo)體技術(shù)是一個重大寬廣的領(lǐng)域，因其快速深入的發(fā)展，促 進了太陽能電池技術(shù)的進步。本發(fā)明涉及太陽能光伏技術(shù)相關(guān)的新材料制造，也是厚膜電子漿料技術(shù)在太陽能 電池制造中的應(yīng)用，尤其是涉及一種晶體硅太陽能電池背電場Al漿的制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
上世紀(jì)九十年代，我國的科研部門(昆明貴金屬研究所)應(yīng)用厚膜電子漿料技術(shù)， 開發(fā)了與單晶硅太陽能電池配套的上下電極Ag漿和Al背電場漿料。Al在Si晶上生成的 電極有較好的歐姆接觸，Al能吸雜并且廉價，使其成為硅電池電極背場材料的首選。時至 2009年，我國的太陽能電池產(chǎn)量占全球的39. 8% (達(dá)到2. 6GW)，其中85%以上采用Al厚 膜背電場。近年來，太陽能電池市場發(fā)展迅猛，激發(fā)了科技創(chuàng)新活動的展開，出現(xiàn)了多項硅 太陽能電池背電場Al漿相關(guān)的發(fā)明專利，它們是CN200910094798.X特征描述為組份 60 90wt%的銀粉或鋁粉，三種配套使用的無鉛、鎘、汞的正(背)電極銀漿和背電場鋁 菜。CN200810196407. 0其特征是鋁粉覆有氮化鋁，平均粒度2 6 μ m。CN200910087556. 8 特征是72 82%份的鋁粉中，加入了 0. 1 2%份的氧化鋁粉。CN200910094775. 9特 征是采用錫粉作為無機粘接劑，燒成含鋁的錫膜附著在Si基片上。CN200610011001. 1 發(fā)明的主要特征在于所采用的無機粘合劑是一種含鎵、銦或鉈占40 60%的玻璃 金屬粉。CN200610011050. 5特征在于配漿時加入了硼粉，硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸鹽。 CN200910094945. 3的特征是在配漿是加入了硅合金粉。CN200810096425. 1其特征也是關(guān) 于鋁粉的描述，即振實密度彡1. ^g/cc(與粒度正相關(guān))。CN200910115680. 0稱其特征在 于采用了兩種粒度類型的鋁粉，其中一種粒度類型是粒度< 2μπι，含量占1 10wt%。上述發(fā)明中，5項涉及Al粉的性能，而且均與粒度有關(guān)系，另外的5項涉及Al 粉的改性。其原因在于Al極易氧化，溫度越高，氧化越迅速，在700°C，微小的氧分壓 G.5X10_46大氣壓)即生成Al2O315較大的鋁固體，其表面可以鈍化，但微細(xì)顆粒的Al粉， 因總表面積大故氧化度高，表面能較大，其活性也大，易吸潮水解加速氧化。Al2O3具有很高 的絕緣性和高穩(wěn)定性，在Al漿的制造工藝中，Al2O3是在熔制玻璃時，作為玻璃的成分加入， 被熔制成玻璃；但調(diào)制漿料時，氧化程度高的Al粉或混入其中的Al2O3，則可造成漿料導(dǎo)電 性降低。在CN200610011001. 1中，其主特征在于用“含鎵，銦，鉈的含量占40 60wt %玻 璃金屬粉”作為無機粘合劑，應(yīng)注意金屬鉈及其氧化物均是極劇毒的物質(zhì)，而鎵具有凝固膨 脹的特點。尤其需要指出金屬^的最大特點是對固體強烈的粘附力，致使玻璃金屬粉板 結(jié)。在太陽能電池Al漿制造工藝中，經(jīng)熔制，濕磨，烘干后的超細(xì)玻璃粉末都會結(jié)塊，通常 用球磨機粉碎。此時，加^粉球磨的結(jié)果是完全結(jié)塊。用離心打粉機，高速的離心力致使 板結(jié)更堅硬。結(jié)果缸罐、磨球、攪拌器的全部表面都包裹了致密的硬殼。而且玻璃和^粉 因為板結(jié)而分散不好，增加了軋漿次數(shù)，巨大的剪切應(yīng)力，使軋輥表面的Al粉發(fā)熱氧化，干漿增加。結(jié)果是漿料過軋，方阻增加，粘度升高，40 IOOym大顆粒增多，造成印刷時堵 網(wǎng)，Al漿的工藝性和電性能下降。發(fā)明的目的作為Al漿的主體材料，金屬Al粉的性能至關(guān)重要，發(fā)明的目的就是選擇一種具有 優(yōu)良導(dǎo)電性，抗氧化和細(xì)粉填充性的導(dǎo)電金屬Al粉，研制出一種具有良好電性能和工藝性 能的適用于太陽能電池工業(yè)化生產(chǎn)且符合質(zhì)量穩(wěn)定性要求的晶體硅太陽能電池背電場Al 漿，有利于改善和提高硅太陽能電池產(chǎn)品的質(zhì)量和制造水平。發(fā)明的技術(shù)方案在硅太陽能電池Al漿所需導(dǎo)電金屬Al粉的粒度范圍內(nèi)進行選擇，去除掉總表面 積大，氧化程度高，活性大易吸潮變質(zhì)的微細(xì)顆粒部分的粉料，保持那些氧化程度低導(dǎo)電能 力較好的粗顆粒粉料，(漿料燒結(jié)時，粗顆粒熱膨脹尺度大，顆粒表面的Al2O3破裂，則大顆 粒轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電顆粒)，以含^的Al基霧化超細(xì)粉體材料來替代微細(xì)顆粒Al粉，以提供填充 性，研制出具有良好的電性能和工藝性能的晶體硅太陽能電池背電場Al漿。發(fā)明的特征1.本發(fā)明的特征1在于制備漿料采用的金屬材料是含h質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 10% 的Al基霧化超細(xì)粉體材料與導(dǎo)電Al粉(R 50m Ω / □，δ = 25 μ m)均勻混合的金屬粉 料，其中，含h的Al基霧化超細(xì)粉體材料的粒度分布為0. 1 10 μ m，平均粒度< 5 μ m，其 質(zhì)量分?jǐn)?shù)占混合金屬粉料的2 50%;其余為導(dǎo)電Al粉，粒度分布為1. 0 10 μ m，平均粒 度〉5 μ m。2.本發(fā)明的特征2在于根據(jù)特征1，所述含的Al基霧化超細(xì)粉體材料與導(dǎo) 電Al粉均勻混合的金屬粉料制備的漿料，其特征在于采用了金屬粉料的下列適配物作為 漿料的組份(余量為金屬粉料)(1)金屬粉料的燒結(jié)粘接劑，采用玻璃粉和經(jīng)過燒結(jié)可轉(zhuǎn) 化為玻璃的B粉、Si粉，粒度分布為0. 05 7 μ m，平均粒度< 5 μ m，用量占漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù) 的0. 5 10%。( 上述粉料的調(diào)漿，采用含乙基纖維素的有機粘合劑，用量占漿料質(zhì)量分 數(shù)的5 50%。所述漿料中的h為銦元素，Al為鋁元素，B為硼元素，Si為硅元素。R0為電阻率， 用方阻表示，厚度δ = 25μπι，寬ImmX長Imm為1方，用□表示。本發(fā)明的優(yōu)點1.本發(fā)明采用含h的Al基霧化粉與導(dǎo)電Al粉的混合粉料，以其良好的抗氧化 性，導(dǎo)電性和細(xì)粉填充性成為硅太陽能電池Al漿主體金屬材料的首選，并能降低金屬原料 的退貨率，直到目前為止，尚未見可供企業(yè)采用的直接檢測Al粉含氧量的方法的相關(guān)報 道，Al粉質(zhì)量爭議引起的退(換)貨率達(dá)15 30%，這種情況可因本發(fā)明的推行而改變。2.通常Al漿中的細(xì)粉變質(zhì)問題，造成硅太陽能電池Al漿質(zhì)量不穩(wěn)定，電池組件廠 因此發(fā)生的Al漿退(換)貨率達(dá)5 20%。本發(fā)明所提供的硅太陽能電池Al漿可以其良 好質(zhì)量使產(chǎn)品退貨率下降。3.在本發(fā)明漿料中均勻分散的金屬h可以導(dǎo)致極高的空穴和電子遷移率，改善 硅太陽能電池背電場結(jié)的生成率和質(zhì)量。4.本發(fā)明中采用的主體金屬粉料以其柔軟的特性和潤濕能力，可以降低Al-Si界 面的接觸角，促進Al-Si合金化和Al電極生成，改善歐姆接觸效果。
5.通常Al漿中的Al2O3細(xì)粉是一種高介電物質(zhì)，Al漿方阻因受其影響上升到50 200m Ω / □，本發(fā)明漿料的導(dǎo)電性良好，方阻在10 50m Ω / □內(nèi)。6.本發(fā)明漿料中的主體金屬粉料因?qū)l-Si合金化有促進作用，從而強化了這個 過程中金屬Al的吸雜作用。7.本發(fā)明漿料中各種物料分散均勻，漿料沒有“過軋”，漿料的印刷性能良好，印燒 成膜質(zhì)量高，因此具有較好的工藝性。此前的“玻璃金屬粉”工藝，為改變粉料板結(jié)不分散 的問題，軋漿次數(shù)可達(dá)40次，軋輥高溫，出現(xiàn)的粗顆粒在絲印時堵網(wǎng)。漿料粘度急升，反復(fù) 調(diào)粘又使印刷性能下降，印燒成膜可能凸凹不平，出現(xiàn)氣泡和掉粉，“過軋”會造成工藝性和 電性能的降低。8.本發(fā)明的漿料質(zhì)量穩(wěn)定，能改善電池組件的質(zhì)量穩(wěn)定性，光電轉(zhuǎn)換效率獲得一 定的提升，以多晶硅為例，可達(dá)0. 1 0.5%提升，保持在15. 5 16. 5%之內(nèi)，采用超細(xì)Al 粉制造的漿料，轉(zhuǎn)換效率只有14 15%。9.本發(fā)明漿料中的金屬h分散度高，因此減少了使用量。采用超細(xì)Al粉和“玻 璃金屬粉”工藝的企業(yè)，為了補償質(zhì)量的問題，加大了金屬^的含量，致使?jié){料成本攀升，本 發(fā)明在全行業(yè)推行，每年可減少金屬h的消耗30 60T
實施例例1 (1)用鋁銦合金Alln5 (江西海特新材料公司生產(chǎn))500g，加工成霧化粉，平均 粒度5 μ m。(霧化工藝=N2氣干噴，N2氣循環(huán)風(fēng)冷，N2氣儲罐強冷，簡式旋風(fēng)分級，粗粉重 噴)；用高純超細(xì)Al粉(河南遠(yuǎn)洋鋁業(yè)公司生產(chǎn))500g，平均粒度6.5μπι，用振動篩稍加 去除微細(xì)顆粒粉末(Iym以下)，按本發(fā)明所述組份范圍，均勻混合。( 按本發(fā)明所述比 例加入玻璃粉和有機粘合劑，配制IOOg實驗漿料。( 在Al2O3基片上絲印100方圖形， 250 0C /15min烘干，進隧道爐燒結(jié)，爐溫曲線與電池片的燒結(jié)溫度相同，電阻測量全部燒 樣厚度S 25μπι，方阻在10 25Ι Ω/□內(nèi)。例2(1)用h棒200g壓成厚3mm的片，剪碎；高純Al碎塊4kg用中頻爐熔化，添 加化片，稍加攪拌，參照例1條件，加工成平均粒度 5μπι的霧化粉。(2)按本發(fā)明所述 組份加入高純超細(xì)Al粉(除去Iym以下微細(xì)粉)，平均粒度 6.5 μπι，混合均勻。(3)按 本發(fā)明所述加入玻璃粉和有機粘合劑，適當(dāng)攪勻，用Φ150三輥研磨機軋制15次，制得硅太 陽能電池Al漿lkg。(4)抽檢及實驗結(jié)果細(xì)度為15μπι，粘度3. 5X104mPa. s/25°C，方阻 < 20πιΩ/ □，用多晶硅太陽能電池片燒成，試驗片(125X 125mm)第91 100片光電轉(zhuǎn)換 效率在15. 9 16. 5%以內(nèi)(初燒有氣孔，攪拌快了，漿料氣泡多)。例3按照例2的方法制備500g硅太陽能電池Al漿，用于單晶硅太陽能電池片實 驗，漿料指標(biāo)抽檢及燒片試驗結(jié)果見后表。
權(quán)利要求
1.一種晶體硅太陽能電池背電場Al漿，其特征在于制備漿料采用的金屬材料是含h 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 10%的Al基霧化超細(xì)粉體材料與導(dǎo)電Al粉(Rn< 50m Ω/，δ = 25 μ m) 均勻混合的金屬粉料，其中，含^的Al基霧化超細(xì)粉體材料的粒度分布為0. 1 10 μ m， 平均粒度< 5μπι，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)占混合金屬粉料的2 50% ；其余為導(dǎo)電Al粉，粒度分布為 1. 0 10 μ m，平均粒度〉5 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的含^的Al基霧化超細(xì)粉體材料與導(dǎo)電Al粉均勻混合的金 屬粉料制備的漿料，其特征在于采用了金屬粉料的下列適配物作為漿料的組份(余量為金 屬粉料)(1)金屬粉料的燒結(jié)粘接劑，采用玻璃粉和經(jīng)過燒結(jié)可轉(zhuǎn)換為玻璃的B粉、Si粉， 粒度分布為0.05 7μπι，平均粒度<5μπι，用量占漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.5 10%。(2)上述 粉料的調(diào)漿，采用含乙基纖維素的有機粘合劑，用量占漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5 50%。所述漿料中的h為銦元素，Al為鋁元素，B為硼元素，Si為硅元素，R0為電阻率，用方 阻表示，厚度δ = 25μπι，寬ImmX長Imm為1方，用□表示。
全文摘要
研制了一種適用于晶體硅太陽能電池工業(yè)化生產(chǎn)并能保持其質(zhì)量穩(wěn)定性的晶體硅太陽能電池背電場Al漿，本發(fā)明著力改進和提高作為Al漿主體材料的金屬Al粉的導(dǎo)電性、抗氧化性和可填充性，提供的太陽能電池Al漿具有良好的電性能和工藝性能，在所采用的均勻混合的金屬粉料中，一種含In霧化粉料的平均粒度＜5μm，粒度分布在0.1～10μm，另一種導(dǎo)電Al粉的平均粒度＞5μm，粒度分布在1～10μm。
文檔編號H01L31/0224GK102081987SQ20101057319
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者張振中, 張煜 申請人:張振中