一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉的製作方法
2023-04-30 03:39:16
一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉的製作方法
【專利摘要】本發明屬於太陽能電池電極漿料【技術領域】，尤其涉及一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，合金粉包括至少一種第一矽鋁合金和至少一種第二矽鋁合金，第一矽鋁合金中矽的質量含量小於12.73%，第二矽鋁合金中矽的質量含量大於或等於12.73%，並且第一矽鋁合金和第二矽鋁合金的熔點均小於660℃。相對於現有技術，將本發明的合金粉加入鋁漿中能夠：使導電顆粒之間牢固燒結在一起，降低鋁顆粒之間的表面接觸電阻，使厚膜的導電性能更加優秀；有助於在矽片上形成深摻雜的p+區域，提高太陽能電池的轉換效率；拓寬燒結溫度窗口區間，使產品的工藝性更好，在鋁漿燒結過程中發生鋁珠、鋁包和起灰等缺陷的工藝敏感性下降，性能穩定性提高。
【專利說明】—種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉
【技術領域】
[0001]本發明屬於太陽能電池電極漿料【技術領域】，尤其涉及一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉。
【背景技術】
[0002]太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉換成電能的裝置，其工作原理是:太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，光生空穴流向P區，光生電子流向η區，接通電路後就形成電流。由於其利用的是太陽能這種取之不盡用之不竭的綠色能源，因此在全球能源危機的大環境下，太陽能電池越來越受到各國的重視，年增長速度達到了 40%以上。
[0003]在太陽能電池中，人們對矽太陽能電池的研究和關注最多。在矽太陽能電池的製作過程中，背電極的製作是非常重要的工序。背電極一般採用鋁漿，經絲網印刷並經隧道爐快速燒結後，在太陽能電池矽片的背陽面形成一個「鋁背場」。在燒結過程中，導電鋁顆粒與矽片之間形成矽-鋁合金層，可消除矽片與電極的肖特基勢壘，實現歐姆接觸。
[0004]其中，鋁漿主要由鋁粉、無機粘接相(一般為玻璃相)、有機載體和改性劑等原料按照一定的比例組成。其中，鋁粉是漿料中的導電顆粒，其比例佔到漿料總質量的70wt.%以上，對太陽能電池的轉換效率有極大影響。但是，對現有技術的鋁漿進行燒結時，因燒結峰值溫度可瞬間達到830-850°C甚至更高，極易造成Al的局部融化而出現鋁珠、鋁包和起灰等現象。此外，商用太陽能電池的轉換效率已經普遍提高到17.5%以上，對太陽能漿料生產廠家而言，電池轉換效率提升的空間越來越小，持續提升的難度也越來越大。
[0005]有鑑於此，確有必要提供一種不僅能夠使鋁漿的電性能得到進一步提高，而且還能改善鋁漿的工藝性能的合金粉。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於:針對現有技術的不足而提供一種不僅能夠使鋁漿的電性能得到進一步提高，而且還能改善鋁漿的工藝性能的合金粉。
[0007]為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案:
一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，所述合金粉包括至少一種第一矽鋁合金和至少一種第二矽鋁合金，所述第一矽鋁合金中矽的質量含量小於12.73% (矽鋁合金的共晶點組分)，所述第二矽鋁合金中矽的質量含量大於或等於12.73%，並且所述第一矽鋁合金和所述第二矽鋁合金的熔點均小於660°C。鋁粉的熔點為660°C，合金粉的熔點小於鋁粉的熔點。第一矽鋁合金和第二矽鋁合金與金屬鋁和金屬矽之間均容易發生固溶。
[0008]作為本發明用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉的一種改進，所述第一矽鋁合金和所述第二矽鋁合金的質量比例為(I?99):(99?I)。
[0009]作為本發明用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉的一種改進，所述第一矽鋁合金和所述第二矽鋁合金的質量比例為(20?80): (80?20)。[0010]作為本發明用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉的一種改進，所述第一矽鋁合金和所述第二矽鋁合金的質量比例為50:50。
[0011]作為本發明用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉的一種改進，所述合金粉的線膨脹係數介於矽的線膨脹係數和鋁的線膨脹係數之間，從而可調節鋁膜伸縮性，起到調節鋁漿與矽片之間的燒結匹配性的作用。
[0012]作為本發明用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉的一種改進，所述合金粉的平均粒徑為1-10 μ m,粒徑太大，不利於合金粉向鋁粉顆粒之間的間隙填充；粒徑太小，易導致燒結後的矽片翹曲度較大。
[0013]作為本發明用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉的一種改進，所述合金粉佔所述鋁漿的質量百分比為I?10%，合金粉的含量太高，就會降低作為導電顆粒的鋁粉的含量，不利於鋁漿的電性能的改善，合金粉的含量太低，又不能起到很好的改善鋁漿的電性能，而且不利於改善鋁漿燒結過程中的工藝敏感性。鋁漿中的其他成分，如鋁粉、無機粘接相、有機載體和改性劑等可以選用現有技術已知的各種材料。其中，無機粘接相可以選擇玻璃粉，有機載體可以選擇包括乙基纖維素和酚醛樹脂、松香、松油醇等的物質，改性劑可以選擇乙二醇苯醚和鄰苯二甲酸二乙酯等。
[0014]使用時，將本發明的合金粉隨機地、均勻地混雜在鋁顆粒中，並與其他成分混合製成鋁漿，燒結時，由於合金粉顆粒的熔點較低，因此優先熔化，起到如同「焊接劑」一樣的作用，將周圍與之接觸的鋁粉顆粒「焊合」在一起，合金粉熔滴與鋁粉顆粒之間相互擴散、發生合金化，使其變成固溶體或者生成近乎單一相的導電鏈結構，從而改善了顆粒間的接觸狀況。根據隧道效應導電機理理論:厚膜電阻中的金屬導電粒子之間的接觸電阻的變化，對其導電性能有很大影響。接觸電阻增大，則導電性能下降，表現為其單位電阻增大，且溫度係數、噪音特性都發生劣化。反之，若接觸電阻減小，則導電性能提高。因此，顆粒間的接觸狀況的改善，就提高了鋁漿的導電性能，從而提高了太陽能電池的轉換效率。
[0015]此外，在燒結過程中，當溫度尚未升高到鋁的熔點時，合金粉優先熔融，不僅能把周圍緊挨著它的鋁顆粒粘合在一起，組成「三維網絡狀導電骨架」，而且在厚膜的最底層，與矽襯底接觸的合金粉顆粒熔融後，優先與矽之間發生互熔，將導電厚膜底層與矽襯底預先焊合在一起，使隨後的高溫燒結過程中導電鋁層與襯底矽之間的相互擴散及合金化得以順利進行。由於本發明的合金粉不僅自身具有良好的導電性，而且與周圍與之接觸的金屬鋁顆粒和矽襯底之間都有很好的浸潤性，容易實現彼此固溶。
[0016]更重要的是，由於本發明的合金粉包括娃含量較低的第一娃招合金和娃含量較高的第二娃招合金，在燒結時，彼此相鄰的第一娃招合金、第二娃招合金、招粉和娃襯底之間發生相互熔合，在它們的接觸界面上，有形成組分為矽含量為12.73%的共晶合金的趨勢，這種成分差別提供了彼此熔合的驅動力，從而在燒結後形成更緻密且低方阻的背場。而且，由於合金粉包括兩種以上不同組分的矽鋁合金，在燒結的過程中，各矽鋁合金漸次熔化，在熔化過程中，需要從周圍環境中吸收熱量(熔化熱)，從而使得合金顆粒周圍不會出現局部溫度過高的現象，從而能夠減少鋁珠、鋁包和起灰等現象的出現，使得鋁漿能夠耐受更高溫度的燒結。
[0017]總之，相對於現有技術，將本發明的合金粉加入鋁漿中能夠起到以下作用:
第一，使導電顆粒之間牢固燒結在一起，組成連續的三維導電網絡，降低鋁顆粒之間的表面接觸電阻，使厚膜的導電性能更加優秀；
第二，有助於在矽片上形成深摻雜的P+區域，即鋁背場，有助於提高太陽能電池的轉換效率，大約能提高0.2?0.4% ；
第三，拓寬燒結溫度窗口區間，使產品的工藝性更好，在鋁漿燒結過程中發生鋁珠、鋁包和起灰等缺陷的工藝敏感性下降，性能穩定性提高。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
本實施例提供的一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，包括第一矽鋁合金和第二矽招合金，其中，第一娃招合金中娃的質量含量為12.01%,第二娃招合金中娃的質量含量為
14.25%,第一娃招合金和第二娃招合金的熔點均小於660°C,第一娃招合金和第二娃招合金的質量比例為50:50，並且合金粉的線膨脹係數介於矽的線膨脹係數和鋁的線膨脹係數之間，合金粉的平均粒徑為5.5 μ m。
[0019]使用時，將本發明的合金粉隨機地、均勻地混雜在鋁顆粒中，並與其他成分混合製成鋁漿，其中合金粉佔鋁漿的質量百分比為4%。
[0020]實施例2
本實施例提供的一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，包括第一矽鋁合金和第二矽招合金，其中，第一娃招合金中娃的質量含量為10.13%,第二娃招合金中娃的質量含量為13.12%,第一娃招合金和第二娃招合金的熔點均小於660°C,第一娃招合金和第二娃招合金的質量比例為80:20，並且合金粉的線膨脹係數介於矽的線膨脹係數和鋁的線膨脹係數之間，合金粉的平均粒徑為5.0 μ m。
[0021]使用時，將本發明的合金粉隨機地、均勻地混雜在鋁顆粒中，並與其他成分混合製成鋁漿，其中合金粉佔鋁漿的質量百分比為3%。
[0022]實施例3
本實施例提供的一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，包括第一矽鋁合金和第二矽招合金，其中，第一娃招合金中娃的質量含量為10.31%,第二娃招合金中娃的質量含量為16.15%,第一娃招合金和第二娃招合金的熔點均小於66CTC,第一娃招合金和第二娃招合金的質量比例為20:80，並且合金粉的線膨脹係數介於矽的線膨脹係數和鋁的線膨脹係數之間，合金粉的平均粒徑為4.5 μ m。
[0023]使用時，將本發明的合金粉隨機地、均勻地混雜在鋁顆粒中，並與其他成分混合製成鋁漿，其中合金粉佔鋁漿的質量百分比為7%。
[0024]實施例4
本實施例提供的一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，包括第一矽鋁合金和第二矽招合金，其中，第一娃招合金中娃的質量含量為9.25%,第二娃招合金中娃的質量含量為18.20%,第一娃招合金和第二娃招合金的熔點均小於660°C,第一娃招合金和第二娃招合金的質量比例為40:60，並且合金粉的線膨脹係數介於矽的線膨脹係數和鋁的線膨脹係數之間，合金粉的平均粒徑為6.5 μ m。
[0025]使用時，將本發明的合金粉隨機地、均勻地混雜在鋁顆粒中，並與其他成分混合製成鋁漿，其中合金粉佔鋁漿的質量百分比為8%。[0026]實施例5
本實施例提供的一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，包括第一矽鋁合金和第二矽招合金，其中，第一娃招合金中娃的質量含量為5.38%,第二娃招合金中娃的質量含量為
13.01%,第一娃招合金和第二娃招合金的熔點均小於660°C,第一娃招合金和第二娃招合金的質量比例為1:99，並且合金粉的線膨脹係數介於矽的線膨脹係數和鋁的線膨脹係數之間，合金粉的平均粒徑為3.2 μ m。
[0027]使用時，將本發明的合金粉隨機地、均勻地混雜在鋁顆粒中，並與其他成分混合製成鋁漿，其中合金粉佔鋁漿的質量百分比為5%。
[0028]實施例6
本實施例提供的一種用於娃太陽能電池招眾的合金粉，包括兩種第一娃招合金和第二矽鋁合金，其中，第一種第一矽鋁合金中矽的質量含量為4.38%，第二種第一矽鋁合金中矽的質量含量為7.23%,第二娃招合金中娃的質量含量為13.01%,第一娃招合金和第二娃招合金的熔點均小於660°C，第一矽鋁合金和第二矽鋁合金的質量比例為90:10，第一種第一矽鋁合金和第二種第一矽鋁合金的質量比為1:1，並且合金粉的線膨脹係數介於矽的線膨脹係數和鋁的線膨脹係數之間，合金粉的平均粒徑為5.8 μ m。
[0029]使用時，將本發明的合金粉隨機地、均勻地混雜在鋁顆粒中，並與其他成分混合製成鋁漿，其中合金粉佔鋁漿的質量百分比為4%。
[0030]實施例7
本實施例提供的一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，包括兩種第一矽鋁合金和兩種第二矽鋁合金，其中，第一種第一矽鋁合金中矽的質量含量為6.91%，第二種第一矽鋁合金中娃的質量含量為8.99%,第一種第二娃招合金中娃的質量含量為12.73%,第一種第二娃招合金中娃的質量含量為15.78%,第一娃招合金和第二娃招合金的熔點均小於660°C,第一娃招合金和第二娃招合金的質量比例為30:70,第一種第一娃招合金和第二種娃招合金的質量比為1: 1，第一種第二矽鋁合金和第二種第二矽鋁合金的質量比為3:1，並且合金粉的線膨脹係數介於矽的線膨脹係數和鋁的線膨脹係數之間，合金粉的平均粒徑為4.5μπι。
[0031]使用時，將本發明的合金粉隨機地、均勻地混雜在鋁顆粒中，並與其他成分混合製成鋁漿，其中合金粉佔鋁漿的質量百分比為1%。
[0032]將實施例1至7提供的合金粉隨機地、均勻地混雜在鋁顆粒中，並與其他成分混合製成鋁漿，再經過絲網印刷在單晶矽片上，配合杜邦公司的17系正面銀漿燒結工藝，形成鋁背場(實驗組)，經觀察，鋁背場的背面光滑緻密，無鋁珠、鋁包和起灰等現象。
[0033]作為對比，將未加有本發明的合金粉的鋁漿按照上述工序製得鋁背場(對比組)，經觀察，該鋁背場的背面不夠光滑，有時有鋁珠和鋁包等現象出現。
[0034]製成鋁背場後，再按照常規技術組裝成太陽能電池，測試各太陽能電池的平均光電轉換效率，結果是:對比組為18.125%，而實驗組中添加有實施例1?7的合金粉的太陽能電池的平均光電轉換效率依次為:18.187%、18.228%、18.271%、18.229%、18.305%、18.301%、18.279%。
[0035]根據上述說明書的說明與教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行修改與變更，因此本發明並不局限於上面所描述的【具體實施方式】，對本發明的一些修改與變更也應落入到本發明的權利要求的保護範圍之類。另外，儘管本說明書中使用了一些特定術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。
【權利要求】
1.一種用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，其特徵在於:所述合金粉包括至少一種第一矽鋁合金和至少一種第二矽鋁合金，所述第一矽鋁合金中矽的質量含量小於12.73%，所述第二娃招合金中娃的質量含量大於或等於12.73%,並且所述第一娃招合金和所述第二娃招合金的熔點均小於660°C。
2.根據權利要求1所述的用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，其特徵在於:所述第一矽鋁合金和所述第二矽鋁合金的質量比例為(I?99):(99?I)。
3.根據權利要求2所述的用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，其特徵在於:所述第一矽鋁合金和所述第二矽鋁合金的質量比例為(20?80): (80?20)。
4.根據權利要求3所述的用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，其特徵在於:所述第一矽鋁合金和所述第二矽鋁合金的質量比例為50:50。
5.根據權利要求1所述的用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，其特徵在於:所述合金粉的線膨脹係數介於矽的線膨脹係數和鋁的線膨脹係數之間。
6.根據權利要求1所述的用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，其特徵在於:所述合金粉的平均粒徑為1-10 μ m。
7.根據權利要求1至6任一項所述的用於矽太陽能電池鋁漿的合金粉，其特徵在於:所述合金粉佔所述鋁漿的質量百分比為I?10%。
【文檔編號】H01L31/0224GK103617820SQ201310585203
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】李暉雲 申請人:東莞市精微新材料有限公司