一种晶体硅光伏电池用铝浆材料及制备方法

摘要

本发明涉及晶体硅光伏电池制备技术领域，且公开了一种晶体硅光伏电池用铝浆材料即制备方法，包括以下重量份数配比的原料：20～27份铝粉、10～15份由PbO、SiO2、TiO2、B2O3、MgO组成的玻璃粉、15～25份高模数硅酸钾溶液、1～3份分散剂和2～3份防沉剂；将铝粉与均一分散的玻璃粉粘结相加入到无机载体溶剂高模数硅酸钾溶液中，在无机分散剂和无机防沉剂的共同作用下，铝粉在浆料中呈均匀分散状态，制备出晶体硅光伏电池用铝浆材料。本发明解决了目前晶体硅光伏电池用铝浆材料，在将铝粉制备成铝浆的过程中，所添加的有机组分，在烧结过程逸出气体，造成印刷条纹裂缝，无法保证电池背面铝电极稳定导电的技术问题。

权利要求

1.一种晶体硅光伏电池用铝浆材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：20～

27份平均粒径≤150um的铝粉、10～15份由PbO、SiO2、TiO2、B2O3、MgO组成的玻璃粉、15～25份高模数硅酸钾溶液、1～3份分散剂和2～3份防沉剂；将平均粒径≤150um的铝粉与均一分散的玻璃粉粘结相加入到无机载体溶剂高模数硅酸钾溶液中，在无机分散剂和无机防沉剂的共同作用下，铝粉在浆料中呈均匀分散状态，制备出晶体硅光伏电池用铝浆材料；

所述晶体硅光伏电池用铝浆材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备20～27份平均粒径≤150um的铝粉；

(2)称取10～15份平均粒径≤2.6um的玻璃粉，超声分散在无水乙醇溶剂中，配制得到玻璃分散液；

(3)将15～25份高模数硅酸钾溶液加入高速混合器中，在转速为300～500rpm的搅拌状态下，先加入1～3份分散剂和2～3份防沉剂，再缓慢加入步骤(1)中制备的铝粉，转为600～

800rpm搅拌2～3h；在转速为300～500rpm的搅拌状态下，以1mL/s的速率将步骤(2)中制备的玻璃分散液加入到高速混合器中，之后，转为600～800rpm搅拌1～3h；

(4)将步骤(3)中制备的复合浆料置于球磨罐中，在N2保护下，球磨4～6h，过100目筛，制备得到铝浆；

其中，所述高模数硅酸钾溶液的制备方法包括以下步骤：将100g硅酸钾溶液倒入装有高速搅拌器和加热装置的反应器中，在搅拌下慢慢加入15g硅溶胶，滴加完硅溶胶后，将体系升温到50℃，再向反应器中滴加6g甲基三甲氧基硅烷，在此过程中补加蒸馏水使体系的PH值为10，滴加完硅烷后，在3500r/min下搅拌2.0h，即得到高模数硅酸钾溶液；

其中，所述的铝粉的制备方法包括如下步骤：1)取375g九水合硝酸铝溶解于蒸馏水中，加入100mL质量分数为10％的氨水，定容至1L，在温度60℃下保持恒温，配制得到溶液A；称取2g氢氧化钠溶解于1L蒸馏水中，配制得到溶液B；

2)将溶液B加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在温度60℃下保持恒温，在转速为120rpm的搅拌下，先加入260g质量分数为10％的盐酸羟胺溶液，再加入1g琥珀酸，转为

300rpm搅拌1h，同时在温度60℃下保持恒温；

3)步骤2)中的反应器在温度60℃下保持恒温，且在转速为120rpm的搅拌下，将溶液A以

5mL/s的速率加入到反应器中，溶液A滴加完毕后，转为300rpm搅拌反应1h，之后，同时在温度60℃下保持恒温；

反应结束后，采用蒸馏水洗涤至电导率为20us/cm为止，将所得铝粉放置在真空干燥箱中，在温度60℃下保温1h，研磨过100目筛，制备得到平均粒径≤150um的铝粉。

2.根据权利要求1所述的铝浆材料，其特征在于，所述玻璃粉由平均粒径≤2.6um的

30％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2、15％wtB2O3、10％wtMgO组成。

3.根据权利要求1所述的铝浆材料，其特征在于，所述分散剂为硅酸钠、防沉剂为气相二氧化硅。

说明书

一种晶体硅光伏电池用铝浆材料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及晶体硅光伏电池制备技术领域，具体为一种晶体硅光伏电池用铝浆材料及制备方法。

背景技术

[0002] 在制造晶体硅太阳能电池时，利用丝网将铝浆印刷在硅片的背面，经过干燥、烧结、冷却等工艺，使烧结过程中形成的硅-铝合金可以有效消除硅片与电极之间的肖特基势垒，实现良好的欧姆接触，冷却后的硅片上形成掺杂有铝的硅外延生长层，即背电场，可以有效提高电池的开路电压，实现高的光电转化效率。其中，晶体硅太阳能电池的光电转化效率的高与低，关键取决于附着在硅片上的铝浆。

[0003] 然而，在晶体硅太阳能电池的制备工艺中，除了需要考虑提高电池的光电转化效率外，还需要考虑降低电池硅片的翘曲值。这是因为，光电转化效率再高，未有效解决翘曲值的话，较大的翘曲值会导致电池组件在生产过程中存在较高的破片率，从而使生产出来的电池组件废品率升高。

[0004] 而电池硅片发生翘曲的主要原因是，由于烧结后的冷却过程中背面铝层与电池硅层的形变差异所导致的，与晶体硅太阳能电池正面所用金属浆料不同的是，背面铝浆覆盖了硅片的绝大部分表面，铝和硅的热膨胀系数分别为23×10-6/K和3.5×10-6/K，由于较大的热膨胀系数差异，使得烧结后的电池硅片在冷却过程中，铝层的收缩效率比硅层的收缩效率大的多，当冷却温度低于硅铝共晶的温度577℃后，熔融态的硅铝层凝固，硅层和铝层由于通过硅铝合金连接，将不能够发生相对位移，此后，收缩上的差异将导致连接处产生应力，最终导致电池硅片弯曲。

[0005] 授权公告号为CN103065702B的发明专利公开了一种晶体硅太阳能电池铝浆及其制备方法，其能够同时兼顾高光电转换效率与低翘曲值，但是上述铝浆中添加了有机载体与有机添加剂组分，有机载体与有机添加剂组分在高温烧结的过程中，会发生热分解与化学反应，不仅会生成小分子气体，还会生成新的有机组分，伴随小分子气体的挥发过程，新生成的有机组分与其他铝浆配料中的小孔隙会不断产生，造成印刷条纹裂缝，这一现象使得烧结后的电池硅片在冷却后铝膜的均匀致密度大大降低，而且也无法保证电池导电性的稳定性。

[0006] 本发明提供一种晶体硅光伏电池用铝浆材料及制备方法，旨在解决目前晶体硅光伏电池用铝浆材料，在将铝粉制备成铝浆的过程中，所添加的有机组分，在烧结过程逸出气体，造成印刷条纹裂缝，无法保证电池背面铝电极稳定导电的技术问题。

发明内容

[0007] (一)解决的技术问题

[0008] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种晶体硅光伏电池用铝浆材料及制备方法，解决了目前晶体硅光伏电池用铝浆材料，在将铝粉制备成铝浆的过程中，所添加的有机组分，在烧结过程逸出气体，造成印刷条纹裂缝，无法保证电池背面铝电极稳定导电的技术问题。

[0009] (二)技术方案

[0010] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0011] 一种晶体硅光伏电池用铝浆材料，包括以下重量份数配比的原料：20～27份平均粒径≤150um的铝粉、10～15份由PbO、SiO2、TiO2、B2O3、MgO组成的玻璃粉、15～25份高模数硅酸钾溶液、1～3份分散剂和2～3份防沉剂；

[0012] 将平均粒径≤150um的铝粉与均一分散的玻璃粉粘结相加入到无机载体溶剂高模数硅酸钾溶液中，在无机分散剂和无机防沉剂的共同作用下，铝粉在浆料中呈均匀分散状态，制备出晶体硅光伏电池用铝浆材料。

[0013] 优选的，所述玻璃粉由平均粒径≤2.6um的30％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2、15％wtB2O3、10％wtMgO组成。

[0014] 优选的，所述分散剂为硅酸钠、防沉剂为气相二氧化硅。

[0015] 一种晶体硅光伏电池用铝浆材料的制备方法，包括以下步骤：

[0016] (1)制备20～27份平均粒径≤150um的铝粉；

[0017] (2)称取10～15份平均粒径≤2.6um的玻璃粉，超声分散在无水乙醇溶剂中，配制得到玻璃分散液；

[0018] (3)将15～25份高模数硅酸钾溶液加入高速混合器中，在转速为300～500rpm的搅拌状态下，先加入1～3份分散剂和2～3份防沉剂，再缓慢加入步骤(1)中制备的铝粉，转为600～800rpm搅拌2～3h；

[0019] 在转速为300～500rpm的搅拌状态下，以1mL/s的速率将步骤(2)中制备的玻璃分散液加入到高速混合器中，之后，转为600～800rpm搅拌1～3h；

[0020] (4)将步骤(3)中制备的复合浆料置于球磨罐中，在N2保护下，球磨4～6h，过100目筛，制备得到铝浆。

[0021] (三)有益的技术效果

[0022] 与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：

[0023] 将平均粒径≤150um的铝粉与均一分散的玻璃粉粘结相加入到无机载体溶剂高模数硅酸钾溶液中，在无机分散剂硅酸钠和无机防沉剂气相二氧化硅的共同作用下，铝粉在浆料中呈均匀分散状态，制备出晶体硅光伏电池用铝浆材料；

[0024] 上述晶体硅光伏电池用铝浆材料，在将铝粉制备成铝浆的过程中，由于采用的载体溶剂、分散剂和防沉剂均为无机耐高温组分，而没有采用有机分散剂，所以铝浆印刷后烧结的过程中，不会逸出气体，造成印刷条纹裂缝，从而能够有效保证电池背面铝电极稳定导电的技术效果；

[0025] 本发明制备出的铝浆的触变指数为2.74～2.89，表明铝浆在不受力时粘度较大，受剪切力时粘度迅速降低，表现假塑性，印刷后铝浆从网孔间释放而重新快速恢复至初始结构，不会出现铺展和坍塌，因此本发明制备出的铝浆具有易于印刷过网、连续性好的技术优点。

具体实施方式

[0026] 制备高模数硅酸钾溶液的原材料包括：硅酸钾溶液，青岛泡花碱厂；硅溶胶，江阴国联化工有限公司；甲基三甲氧基硅烷，化学纯，上海化学试剂采购供应站；其中，硅酸钾溶液的基本性质见表1，硅溶胶的基本性质见表2；

[0027] 表1硅酸钾溶液的基本性质

[0028] 规格 氧化钾％ 二氧化硅％ 模数(M) 黏度(20℃)Pa·sQPY405-1 ≥11.5 ≥25 3.15～3.3 ≤0.6

[0029] 表2硅溶胶的基本性质

[0030]规格 二氧化硅％ PH 黏度(20℃)Pa·s 硅溶胶透明度
-3
CH83-125 25±1 9～11 3～6×10 10

[0031] 高模数硅酸钾溶液的制备方法包括以下步骤：将100g硅酸钾溶液倒入装有高速搅拌器和加热装置的反应器中，在搅拌下慢慢加入15g硅溶胶，滴加完硅溶胶后，将体系升温到50℃，再向反应器中滴加6g甲基三甲氧基硅烷，在此过程中补加蒸馏水使体系的PH值为10，滴加完硅烷后，在3500r/min下搅拌2.0h，即得到高模数硅酸钾溶液。

[0032] 实施例一：

[0033] 晶体硅光伏电池用铝浆材料的制备方法包括以下步骤：

[0034] (1)取375g九水合硝酸铝溶解于蒸馏水中，加入100mL质量分数为10％的氨水，定容至1L，在温度60℃下保持恒温，配制得到溶液A；称取2g氢氧化钠溶解于1L蒸馏水中，配制得到溶液B；

[0035] (2)将溶液B加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在温度60℃下保持恒温，在转速为120rpm的搅拌下，先加入260g质量分数为10％的盐酸羟胺溶液，再加入1g琥珀酸，转为300rpm搅拌1h，同时在温度60℃下保持恒温；

[0036] (3)步骤(2)中的反应器在温度60℃下保持恒温，且在转速为120rpm的搅拌下，将溶液A以5mL/s的速率加入到反应器中，溶液A滴加完毕后，转为300rpm搅拌反应1h，之后，同时在温度60℃下保持恒温；

[0037] 反应结束后，采用蒸馏水洗涤至电导率为20us/cm为止，将所得铝粉放置在真空干燥箱中，在温度60℃下保温1h，研磨过100目筛，制备得到平均粒径≤150um的铝粉；

[0038] (4)称取10g平均粒径≤2.6um的玻璃粉，超声分散在加入了1g硅酸钠分散剂和2g气相二氧化硅防沉剂的100mL无水乙醇溶剂中，配制得到玻璃分散液；其中，玻璃粉由20％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2、15％wtB2O3、20％wtMgO组成；

[0039] (5)将15g高模数硅酸钾溶液加入高速混合器中，在转速为300rpm的搅拌状态下，先加入1g硅酸钠分散剂和2g气相二氧化硅防沉剂，再缓慢加入步骤(3)中制备的20g铝粉，转为600rpm搅拌2h；

[0040] 在转速为300rpm的搅拌状态下，以1mL/s的速率将步骤(4)中制备的玻璃分散液加入到高速混合器中，之后，转为600rpm搅拌1h；

[0041] (6)将步骤(5)中制备的复合浆料置于球磨罐中，在N2保护下，球磨4h，过100目筛，制备得到铝浆；

[0042] (7)测试上述铝浆在剪切速率为10s-1下的粘度为52.3Pa·s，在剪切速率为100s-1下的粘度为18.1Pa·s，触变指数为2.89。

[0043] 实施例二：

[0044] 晶体硅光伏电池用铝浆材料的制备方法包括以下步骤：

[0045] (1)取400g九水合硝酸铝溶解于蒸馏水中，加入100mL质量分数为10％的氨水，定容至1L，在温度80℃下保持恒温，配制得到溶液A；称取4g氢氧化钠溶解于1L蒸馏水中，配制得到溶液B；

[0046] (2)将溶液B加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在温度80℃下保持恒温，在转速为300rpm的搅拌下，先加入300g质量分数为10％的盐酸羟胺溶液，再加入3g琥珀酸，转为500rpm搅拌3h，同时在温度80℃下保持恒温；

[0047] (3)步骤(2)中的反应器在温度80℃下保持恒温，且在转速为300rpm的搅拌下，将溶液A以5mL/s的速率加入到反应器中，溶液A滴加完毕后，转为500rpm搅拌反应3h，之后，同时在温度80℃下保持恒温；

[0048] 反应结束后，采用蒸馏水洗涤至电导率为30us/cm为止，将所得铝粉放置在真空干燥箱中，在温度80℃下保温3h，研磨过100目筛，制备得到平均粒径≤150um的铝粉；

[0049] (4)称取15g平均粒径≤2.6um的玻璃粉，超声分散在加入了3g硅酸钠分散剂和3g气相二氧化硅防沉剂的100mL无水乙醇溶剂中，配制得到玻璃分散液；其中，玻璃粉由20％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2、15％wtB2O3、20％wtMgO组成；

[0050] (5)将25g高模数硅酸钾溶液加入高速混合器中，在转速为500rpm的搅拌状态下，先加入3g硅酸钠分散剂和3g气相二氧化硅防沉剂，再缓慢加入步骤(3)中制备的27g铝粉，转为800rpm搅拌3h；

[0051] 在转速为500rpm的搅拌状态下，以1mL/s的速率将步骤(4)中制备的玻璃分散液加入到高速混合器中，之后，转为800rpm搅拌3h；

[0052] (6)将步骤(5)中制备的复合浆料置于球磨罐中，在N2保护下，球磨6h，过100目筛，制备得到铝浆；

[0053] (7)测试上述铝浆在剪切速率为10s-1下的粘度为51.7Pa·s，在剪切速率为100s-1下的粘度为18.9Pa·s，触变指数为2.74。

[0054] 实施例三：

[0055] 晶体硅光伏电池用铝浆材料的制备方法包括以下步骤：

[0056] (1)取390g九水合硝酸铝溶解于蒸馏水中，加入100mL质量分数为10％的氨水，定容至1L，在温度70℃下保持恒温，配制得到溶液A；称取3g氢氧化钠溶解于1L蒸馏水中，配制得到溶液B；

[0057] (2)将溶液B加入到装有搅拌装置和加热装置的反应器中，在温度70℃下保持恒温，在转速为180rpm的搅拌下，先加入280g质量分数为10％的盐酸羟胺溶液，再加入2g琥珀酸，转为400rpm搅拌2h，同时在温度70℃下保持恒温；

[0058] (3)步骤(2)中的反应器在温度70℃下保持恒温，且在转速为240rpm的搅拌下，将溶液A以5mL/s的速率加入到反应器中，溶液A滴加完毕后，转为400rpm搅拌反应2h，之后，同时在温度70℃下保持恒温；

[0059] 反应结束后，采用蒸馏水洗涤至电导率为25us/cm为止，将所得铝粉放置在真空干燥箱中，在温度70℃下保温2h，研磨过100目筛，制备得到平均粒径≤150um的铝粉；

[0060] (4)称取12g平均粒径≤2.6um的玻璃粉，超声分散在加入了2g硅酸钠分散剂和2.5g气相二氧化硅防沉剂的100mL无水乙醇溶剂中，配制得到玻璃分散液；其中，玻璃粉由
20％wtPbO、20％wtSiO2、25％wtTiO2、15％wtB2O3、20％wtMgO组成；

[0061] (5)将20g高模数硅酸钾溶液加入高速混合器中，在转速为400rpm的搅拌状态下，先加入2g硅酸钠分散剂和2.5g气相二氧化硅防沉剂，再缓慢加入步骤(3)中制备的24g铝粉，转为700rpm搅拌2.5h；

[0062] 在转速为400rpm的搅拌状态下，以1mL/s的速率将步骤(4)中制备的玻璃分散液加入到高速混合器中，之后，转为700rpm搅拌2h；

[0063] (6)将步骤(5)中制备的复合浆料置于球磨罐中，在N2保护下，球磨5h，过100目筛，制备得到铝浆；

[0064] (7)测试上述铝浆在剪切速率为10s-1下的粘度为53.4Pa·s，在剪切速率为100s-1下的粘度为19.3Pa·s，触变指数为2.77。

[0065] 其中，目前广泛使用的对浆料流变性表征的参数主要有两个：一个是特定剪切速率下的粘度，常用的剪切速率为10s-1下的粘度，另一个是触变指数，也称触变系数，反映浆料在剪切力作用下的触变性，实际应用中惯用剪切率在10s-1下的粘度与100s-1下的粘度的比值作触变系数值。