本發(fā)明涉及電子漿料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)能鋁導(dǎo)體漿料及其制備方法。
背景技術(shù)：
晶體硅太陽(yáng)能電池制造時(shí)，利用絲網(wǎng)將鋁漿印刷在硅片的背面，經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)、冷卻等工藝，可以形成在硅基板和鋁層之間形成硅-鋁合金層，以消除硅片和電極之間的肖特基勢(shì)壘，實(shí)現(xiàn)良好的歐姆接觸，且冷卻后的硅片上形成摻雜有鋁的硅外延生長(zhǎng)層，即背場(chǎng)層，以提高電池的開路電壓和提高光電轉(zhuǎn)換效率。背鋁漿料的燒結(jié)工藝窗口的寬窄和生產(chǎn)成本是考量背鋁漿料的綜合性能的重要指標(biāo)。
目前，改進(jìn)鋁漿組成所解決的技術(shù)問(wèn)題主要集中于兩點(diǎn)，一是減弱硅-鋁合金層的形成導(dǎo)致的太陽(yáng)能電池片翹曲現(xiàn)象，另一是改善硅片與燒結(jié)層之間的歐姆接觸，增加開路電壓，以提高電池片的電性能。 后一技術(shù)問(wèn)題的常用技術(shù)方案為添加摻雜劑，現(xiàn)有技術(shù)中已知的摻雜劑如中國(guó)專利201410463110.1中提及的稀土摻雜物，具體為鑭、釔、銪、鈥、銩、鈰等氧化物或其他化合物，稀土摻雜物的添加量為0.0001～0.5%；中國(guó)專利201210446526.3中提及的添加劑為硼、鎵、銦、鉈金屬單質(zhì)中的一種或幾種；中國(guó)專利200810047523.6中提及的添加劑為三價(jià)金屬有機(jī)化合物，具體的，三價(jià)金屬有機(jī)化合物為B、Al、Ga、In有機(jī)化合物中的一種或幾種，其用量為0.05～5%。實(shí)際生產(chǎn)中，三價(jià)有機(jī)金屬化合物的分散性較佳，但在燒結(jié)過(guò)程中容易揮發(fā)，影響鋁層的致密度，不利于電池片電性能的提高。另外，由于硼、鎵、銦、鉈金屬單質(zhì)在鋁漿中的混合形式是直接分散，上述微粉與鋁粉相似，均具有較高的表面能，容易發(fā)生金屬粉的團(tuán)聚，并且由于鎵、銦、鉈的密度大于鋁粉密度，因此摻雜劑在硅鋁合金層中的摻雜不均勻，不利于歐姆接觸的形成。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種太陽(yáng)能鋁導(dǎo)體漿料，該鋁漿通過(guò)改善玻璃粉與添加劑的接觸方式達(dá)到提高鋁層和硅片的歐姆接觸性能，提高電池的導(dǎo)電性能，具有性能一致和高光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種太陽(yáng)能鋁導(dǎo)體漿料，其特征在于，其組分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括60～80%的鋁粉、0.5～10%的無(wú)鉛玻璃粉、18～36%的有機(jī)載體、0.01～5%的添加劑，所述添加劑為選自單質(zhì)B、Ga、In以及含Ga、In的無(wú)機(jī)化合物、固溶體中的至少一種，添加劑為經(jīng)研磨處理表面包覆有無(wú)鉛玻璃粉的包覆添加劑。
將添加劑與無(wú)鉛玻璃粉混合研磨，玻璃粉的粒徑呈正態(tài)分布，其中粒徑較小的無(wú)鉛玻璃粉吸附在添加劑的表面，在添加劑粉體之間形成阻隔，減少團(tuán)聚幾率，包覆添加劑作為整體均勻分散在鋁漿中，鋁漿燒結(jié)過(guò)程中，玻璃粉融化，鋁顆粒沉積在硅片表面，添加劑顆粒在鋁層中摻雜分布均勻，提高鋁層和硅片的歐姆接觸性能和導(dǎo)電性能，燒結(jié)所得鋁層具有性能一致和高光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)選的技術(shù)方案為，添加劑為選自無(wú)機(jī)化合物和固溶體的至少一種；所述無(wú)機(jī)化合物由金屬元素和非金屬元素組合而成，金屬元素包含Ga或In，非金屬元素為選自N、P、As、S中的一種，固溶體為含第三主族金屬元素的固溶體。無(wú)機(jī)化合物和固溶體在燒結(jié)過(guò)程中能優(yōu)先沉積，與硅反應(yīng)生成金屬間化合物，消除硅與電極間的肖特基勢(shì)壘，形成歐姆接觸。與單質(zhì)的B、Ga、In與硅形成合金相比，無(wú)機(jī)化合物和固溶體的金屬離子可進(jìn)一步提高P+區(qū)域的摻雜效果。
上述無(wú)機(jī)化合物中的金屬元素可以為1-2種。
優(yōu)選的技術(shù)方案為，固溶體包含銦鎵氮固溶體、鎵砷磷固溶體、鎵鋁砷固溶體、銦砷磷固溶體、鎵鋁銦磷固溶體。由第三主族金屬元祖和第五主族非金屬元素固溶體與硅形成的金屬間化合物電子半導(dǎo)體，電導(dǎo)性能增強(qiáng)。
為了進(jìn)一步優(yōu)化鋁層的歐姆接觸性能和導(dǎo)電性能，強(qiáng)化金屬間化合物性能，其中固溶體多為材料的基體，金屬化合物為強(qiáng)化相，優(yōu)選的技術(shù)方案為，添加劑由選自無(wú)機(jī)化合物的至少一種和固溶體中的至少一種組合而成，無(wú)機(jī)化合物和固溶體含有相同的金屬元素，以添加劑質(zhì)量100%計(jì)，添加劑中無(wú)機(jī)化合物的質(zhì)量百分比為5～25%。含有相同金屬元素的無(wú)機(jī)化合物和固溶體之間更容易生成同一種半導(dǎo)體材料所形成的光伏電池背場(chǎng)p-n結(jié)，p-n結(jié)兩端的鋁層與硅片層形成緊密歐姆接觸狀態(tài)。
優(yōu)選的技術(shù)方案為，添加劑為Mn3GaN與銦鎵氮固溶體組合而成，以添加劑質(zhì)量100%計(jì)，添加劑中Mn3GaN的質(zhì)量百分比為15～20%。Mn3GaN的負(fù)熱膨脹性質(zhì)有助于降低降低電池片翹曲，消除或降低翹曲對(duì)電池片造成的不良影響。
優(yōu)選的技術(shù)方案為，添加劑的粒徑為2.5～5μm，玻璃粉的粒徑為1～3μm。經(jīng)球磨或砂磨的添加劑和玻璃粉均粉碎細(xì)化，微米級(jí)的玻璃粉更容易吸附在添加劑的表面形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的包覆添加劑，并在后續(xù)分散過(guò)程中保持包覆形態(tài)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種適用于太陽(yáng)能鋁導(dǎo)體漿料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
S1：將玻璃粉、添加劑和研磨溶劑置于球磨或砂磨設(shè)備中，持續(xù)研磨5～8h，干燥后的粉料過(guò)400～600目篩，得表面包覆有無(wú)鉛玻璃粉的添加劑；
S2：將S1所得包覆添加劑、余量玻璃粉、鋁粉和有機(jī)載體攪拌均勻，并置于研磨機(jī)中研磨，制成太陽(yáng)能鋁導(dǎo)體漿料。
其中，S1中玻璃粉與添加劑的質(zhì)量之比為（1～2）:1。
上述S1中的研磨溶劑可選擇水或乙醇。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于：
本發(fā)明太陽(yáng)能鋁導(dǎo)體漿料通過(guò)改進(jìn)添加劑在鋁漿中的形態(tài)和接觸方式，使添加劑在鋁漿中的分散更均勻，且玻璃粉在其周圍的包覆更穩(wěn)定，保持固溶體晶體經(jīng)粉碎處理后表面的晶界形態(tài)，有助于提高鋁層和硅片的歐姆接觸性能，進(jìn)而提高太陽(yáng)能電池的導(dǎo)電性能和光電轉(zhuǎn)換效率；
鋁漿生產(chǎn)過(guò)程中添加劑和部分玻璃粉經(jīng)兩次研磨，可使玻璃粉和添加劑晶粒進(jìn)一步細(xì)化，提高鋁背場(chǎng)燒結(jié)膜的致密性；
通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)選添加劑的種類，并對(duì)添加劑進(jìn)行組合，改善太陽(yáng)能電池硅片燒結(jié)前后的翹曲，并進(jìn)一步優(yōu)化太陽(yáng)能電池的導(dǎo)電性能和光電轉(zhuǎn)換效率。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1-4的鋁漿組成見(jiàn)下表：
實(shí)施例1-4所采用的鋁粉大小一致，添加劑的粒徑為2.5～5μm，玻璃粉的粒徑為3～5μm。
實(shí)施例1-4選擇水作為研磨介質(zhì)溶劑，球磨機(jī)中的磨球大小為5～10mm，球料比為6:1，轉(zhuǎn)速為150rpm，經(jīng)干燥和過(guò)篩，顯微鏡觀察玻璃粉可包覆在添加劑的外周。
實(shí)施例1-4的添加劑均為硼粉。
實(shí)施例1-4太陽(yáng)能鋁導(dǎo)體漿料的制備方法包括以下步驟：
S1：將玻璃粉、添加劑和研磨溶劑置于球磨或砂磨設(shè)備中，持續(xù)研磨5h，干燥后的粉料過(guò)500目篩，得表面包覆有無(wú)鉛玻璃粉的添加劑；
S2：將S1所得包覆添加劑、余量玻璃粉、鋁粉和有機(jī)載體攪拌均勻，并置于研磨機(jī)中研磨，制成太陽(yáng)能鋁導(dǎo)體漿料。
實(shí)施例1-4制備方法中，實(shí)施例1、3、4的 S1中玻璃粉與添加劑的質(zhì)量比為1:1，實(shí)施例2中玻璃粉的添加量小于添加劑的添加量，因此玻璃粉和添加劑全部加入研磨設(shè)備中。
實(shí)施例5-10基于實(shí)施例4，區(qū)別在于添加劑的種類：
實(shí)施例5的添加劑為鎵單質(zhì)和銦單質(zhì)等重組合而成；
實(shí)施例6的添加劑為磷化鎵；
實(shí)施例7的添加劑為鎵砷磷固溶體；
實(shí)施例8的添加劑為砷化鎵和鎵鋁銦磷固溶體以質(zhì)量比2:1組合而成；
實(shí)施例9-11的添加劑為氮化銦和銦砷磷固溶體組合而成，添加劑中無(wú)機(jī)化合物氮化銦的質(zhì)量百分比為5%、25%、15%。
實(shí)施例12-13的添加劑為Mn3GaN與銦鎵氮固溶體組合而成，Mn3GaN無(wú)機(jī)化合物Mn3GaN的質(zhì)量百分比為15%、20%。
實(shí)施例5-13的鋁漿制備方法同實(shí)施例4，添加劑的粒徑為2.5～5μm，玻璃粉的粒徑為1～3μm。
實(shí)施例14的添加劑制備工藝中，玻璃粉與添加劑的質(zhì)量比為2:1。
對(duì)比例
對(duì)比例與實(shí)施例4的組分相同，區(qū)別在于不采用研磨的方式將添加劑包覆起來(lái)。
鋁漿性能測(cè)試
將導(dǎo)電鋁漿，采用250目網(wǎng)板絲網(wǎng)分別印刷在多晶硅片(規(guī)格：156×156mm，厚度為200±10μm，印刷質(zhì)量為每片用漿1.5克，烘干溫度為200℃，烘干時(shí)間為2分鐘，再入鏈?zhǔn)綘t燒結(jié)，燒結(jié)溫度呈梯度分布，帶速為200ipm。出爐后即得太陽(yáng)能電池片。且上述實(shí)施例和對(duì)比例中的鋁漿與同一型號(hào)的太陽(yáng)能電池用正銀和背銀漿料搭配。每次試驗(yàn)?zāi)撤N漿料采用50片電池片，試驗(yàn)數(shù)據(jù)取其平均值。
（1）鋁膜表面狀況：憑感官檢查，觀察是否有不銹鋼網(wǎng)帶印痕，鋁膜表面狀況，是否光滑、有無(wú)鋁珠、鋁苞；均無(wú)記為OK。
（2）電池片彎曲程度：電池片的彎曲程度用塞尺測(cè)量，單位為mm。
（3）電性能：電池片的串聯(lián)電阻用太陽(yáng)電池片專用光電模擬測(cè)試儀器測(cè)試，按照IEC904-1公開的方法對(duì)各電池片進(jìn)行測(cè)試得到。測(cè)試條件為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC)：光強(qiáng)：1000W/m2；光譜：AM1.5G；溫度：25℃。
憑感官檢查鋁膜表面狀況，與實(shí)施例1-14相比，對(duì)比例的鋁膜光滑程度欠佳，實(shí)施例2中由于粘結(jié)相無(wú)鉛玻璃粉的加入量較少，因此鋁膜的附著力稍差。表中串阻為銀膜的串聯(lián)電阻。
對(duì)照對(duì)比例和實(shí)施例可見(jiàn)，使用玻璃粉包覆添加劑有助于提高鋁層串阻和光電轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)一步優(yōu)選的組合添加劑還可改善電池片的翹曲，
經(jīng)研磨干燥后的粉料過(guò)篩，留在篩面上的物料很少，因此采用400目或600目篩的過(guò)篩效果與500目相當(dāng)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。