一種含高分散石墨烯的晶硅太陽(yáng)能電池鋁漿及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及晶硅太陽(yáng)能電池鋁漿領(lǐng)域，具體涉及一種含高分散石墨烯的晶硅太陽(yáng) 能電池鋁漿及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 晶體硅太陽(yáng)能電池是一種將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。P型硅太陽(yáng)能電 池，通常需要在硅基體背面印刷鋁導(dǎo)電漿料，然后經(jīng)烘干、燒結(jié)工藝，使鋁原子擴(kuò)散進(jìn)硅體 當(dāng)中，形成P-P+結(jié)，該背場(chǎng)的存在能夠減少電子和空穴在界面的復(fù)合速率，增加載流子的 壽命，增加紅光效應(yīng)，從而起到提升電池開(kāi)路電壓和短路電流的作用。在形成鋁背場(chǎng)時(shí)，鋁 還能與硅形成硅鋁合金，這種硅鋁合金層能夠起到吸雜的作用，即吸除硅晶格當(dāng)中的雜質(zhì)， 從而起到提升并聯(lián)電阻和填充因子，最終起到提高光電轉(zhuǎn)換效率的作用。故而鋁漿的性能 對(duì)于提高太陽(yáng)能電池光電特性是十分重要的。
[0003] 在常規(guī)的太陽(yáng)能電池鋁漿中，Al-Si合金的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于硅的熱膨脹系數(shù)， 在燒結(jié)冷卻后Al-Si合金的收縮率遠(yuǎn)大于硅片的收縮率，對(duì)硅片施加拉應(yīng)力形成凸型的翹 曲。隨著自動(dòng)化程度的提高，不斷有廠(chǎng)家采用太陽(yáng)能電池硅片自動(dòng)焊接技術(shù)，硅片的翹曲會(huì) 造成組件焊接成品率大幅降低。再者，為節(jié)省成本，更輕更薄的硅片是將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，由 于厚度減小，硅片自身的剛性降低，受燒結(jié)冷卻后Al-Si合金的拉應(yīng)力影響，燒結(jié)后的硅片 更容易產(chǎn)生彎曲。因此，尋找一種不影響電池效率和附著力，而又能夠有效降低電池片彎曲 度的方法顯得非常重要。
[0004] 石墨烯是一種由碳原子以Sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有 一個(gè)碳原子厚度的二維材料，呈片狀結(jié)構(gòu)，也可以稱(chēng)為石墨烯片。石墨烯具備很多優(yōu)異的性 質(zhì)，例如在室溫下，電子迀移率超過(guò)15000cm 2/V*s，比納米碳管（約10000cm2/V*s)高，更 是硅晶（1400cm2/V · s)的10倍以上，是已知材料中電子迀移率最快的；電阻（10 6Ω. cm) 比銅或銀更低，是在室溫下具有最低電阻的材料，導(dǎo)電密度是銅的一百萬(wàn)倍；此外，它還具 有相當(dāng)高的表面積2600 m2/g、高的熱導(dǎo)率3000 Wm 1K1和極低的熱膨脹系數(shù)。正因?yàn)樗?上述特性，被用于制造透明觸控屏幕、超級(jí)電容器、甚至是用于太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。
[0005] 將石墨烯添加到晶硅太陽(yáng)能電池鋁漿料中，在保證優(yōu)異導(dǎo)電性能的條件下對(duì)降低 鋁漿燒結(jié)冷卻過(guò)程中的翹曲度及提高鋁漿的穩(wěn)定性很有幫助。但在實(shí)際應(yīng)用中石墨烯容 易不可逆聚集、分散性差等缺點(diǎn)限制了其優(yōu)異性能的發(fā)揮。申請(qǐng)?zhí)枮?01310461174. 3公 開(kāi)的一種基于功能化石墨烯的太陽(yáng)能背鋁漿料及其制備方法，采用了對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行改 性-還原制備功能化的石墨烯方法，來(lái)改善石墨烯在溶劑中的分散性，但由于還原的不徹 底仍會(huì)有含氧官能團(tuán)的殘留，破壞了石墨烯的共輒結(jié)構(gòu)，使其導(dǎo)電性及其他性能顯著降低。 CN201310104495. 8公開(kāi)的一種晶體硅太陽(yáng)能電池用導(dǎo)電漿料及其制備方法，并未明確提及 石墨烯的分散方法，故石墨烯優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮必然會(huì)受到限制。目前，用無(wú)機(jī)超細(xì)粒子作為阻隔 分散劑對(duì)石墨烯片進(jìn)行分散的方法，提供了一條阻止石墨烯片團(tuán)聚的嶄新途徑。基于此種 思路，本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯的分散方法，使石墨烯在不經(jīng)過(guò)氧化-改性-還原 過(guò)程時(shí)就能很好的分散在漿料介質(zhì)中，從而更好地發(fā)揮單層石墨烯的各種獨(dú)特性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，設(shè)計(jì)一種石墨烯分散均勻的含高 分散石墨烯的晶硅太陽(yáng)能電池鋁漿。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種含高分散石墨烯的晶硅太陽(yáng)能電池 鋁漿，其特征在于，其組分按重量百分比計(jì)包括：鋁粉65~85%、玻璃粉/石墨烯復(fù)合粉體 0. 5~3%、玻璃粉0~5%、有機(jī)載體5~30%和助劑0. 01~5% ;玻璃粉、多層石墨烯和球磨 介質(zhì)經(jīng)球磨、過(guò)濾、洗滌、干燥后制得所述玻璃粉/石墨烯復(fù)合粉體，玻璃粉/石墨烯復(fù)合粉 體中石墨稀的重量百分比為5~30%。
[0008] 氧化鉛的加入能夠顯著降低玻璃粉的軟化點(diǎn)，使玻璃粉具有更好的附著力，氧化 鉛和二氧化硅形成的螺旋形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可使玻璃粉緊密地包覆在石墨烯表面，并攜帶石墨烯 和鋁粉進(jìn)行迀移和潤(rùn)濕，避免燒結(jié)過(guò)程中石墨烯的聚集，且球磨可進(jìn)一步剝離多層石墨烯 獲得的石墨烯納米片，石墨烯納米片因具有超大的比表面積，可有效阻止鋁粉顆粒在燒結(jié) 冷卻過(guò)程中晶粒的急劇長(zhǎng)大，即起到細(xì)化晶粒的作用，從而提高鋁膜燒結(jié)致密性，提高導(dǎo)電 性能。優(yōu)選的技術(shù)方案為，玻璃粉的組成按重量百分比計(jì)為PbO 60~85%，B2O3 5~15%， SiO2I ~10%，ZnO 1 ~8%，MgO 1 ~6%，Sb2O3 1 ~10%，V2O5I ~8%，Al2O3 0· 5 ~5%，BaO 0. 1~2%。玻璃粉由平均粒徑< 0. 5 μ m的玻璃粉A和平均粒徑為0. 5~6 μ m的玻璃粉B 混合而成，玻璃粉A占玻璃粉的重量百分比為10~30wt%。上述的玻璃粉包括球磨制備玻 璃粉/石墨烯復(fù)合粉體的原料玻璃粉，還包括制備晶硅太陽(yáng)能電池鋁漿時(shí)另外添加的玻璃 粉，粒徑較小的亞微米級(jí)玻璃粉更容易吸附在石墨烯表面。
[0009] 為了使鋁粉、玻璃粉和球磨制得的玻璃粉/石墨烯復(fù)合粉體，有利于燒結(jié)形成的 鋁背場(chǎng)中粉體之間的緊密堆積，提高鋁背場(chǎng)的致密性，優(yōu)選的技術(shù)方案為，球形鋁粉是由粒 徑為1~3 μ m的鋁粉A和粒徑為4~6 μ m的鋁粉B混合而成，鋁粉B占球形鋁粉的重量 百分比為50~80%。
[0010] 為了保證漿料具有合適的粘稠性和塑形，有機(jī)載體形成網(wǎng)狀或鏈狀的高分子包裹 鋁粉、玻璃粉等固體粉末，形成分散度高的漿料，優(yōu)選的技術(shù)方案為，有機(jī)載體包括增稠劑 和有機(jī)溶劑，增稠劑占有機(jī)載體的重量百分比為10~30% ;其中，增稠劑由乙基纖維素、羥 甲基纖維素、硝化纖維素、丙烯酸樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙烯醇縮丁醛、松 香樹(shù)脂、松香改性酚醛樹(shù)脂和松香改性甘油酯中的至少一種混合而成；有機(jī)溶劑由松油醇、 松節(jié)油，丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯，乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、乙 二醇苯醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇二丁基醚、二乙二醇丁醚 醋酸酯、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、十二醇酯、磷酸三丁酯、檸檬酸三丁酯、鄰苯二甲 酸二丁酯、鄰苯二甲酸三丁酯中至少兩種的混合物。
[0011] 優(yōu)選的技術(shù)方案為，所述助劑包括流平劑、分散劑、消泡劑和觸變劑。分散劑還可 吸附于玻璃粉/石墨烯復(fù)合粉體的表面，提高玻璃粉/石墨烯復(fù)合粉體的電位差或者在粉 體間形成空間位阻，進(jìn)一步阻止石墨烯的不可逆聚集。
[0012] 優(yōu)選的技術(shù)方案為，流平劑為選自聚丙烯酸、三甘油脂肪酸納、醋酸丁基纖維素、 己二酸二辛酯鈉和聚二甲基羧酸酯鈉中的至少一種；分散劑為選自聚乙烯吡咯烷酮、十六 烷基三甲基溴化銨、十六烷基吡啶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇脂、硬脂酸鈉和石蠟油中的至少 一種；消泡劑為選自酰胺類(lèi)消泡劑、聚醚類(lèi)消泡劑和亞胺類(lèi)消泡劑中的至少一種；觸變劑 為選自氫化蓖麻油、聚酰胺蠟微粉、改性脲類(lèi)觸變劑中的至少一種。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為，其組分按重量百分比計(jì)包括：鋁粉68~82%、玻璃粉/ 石墨烯復(fù)合粉體1~1. 5%、玻璃粉0~3%、有機(jī)載體10~30%和助劑0. 2~5%。
[0014] 本發(fā)明的目的還在于提供一種適于規(guī)模生產(chǎn)的含高分散石墨烯的晶硅太陽(yáng)能電