[发明专利]一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池用导电浆料，具体地，涉及一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法和应用。

背景技术

太阳能作为一种绿色能源，以其取之不竭、无污染、不受地域资源限制等优点越来越受到人们的重视。现有大量工艺化应用的主要是晶体硅太阳能电池。铝导电浆料是晶体硅太阳能电池的重要材料。现有的铝导电浆料主要铝粉、无机玻璃粉、有机载体混合搅拌并轧制而成。

现有技术的晶硅太阳能电池制作工艺是将铝导电浆料印刷在电池的几乎整个背光面上，由于金属铝(膨胀系数为232×10^-7/℃，20～300℃)与硅(膨胀系数为26×10^-7/℃，20～300℃)的热膨胀系数的差异，当铝浆料在烧结时，在硅片内产生应力，造成硅片弯曲。为了进一步降低晶体硅太阳能电池的制造成本，增强其与传统能源发电的竞争力，硅片的厚度逐渐降低，并仍有向下发展的趋势。随着硅片厚度的不断减薄，铝浆烧结后，电池片更容易翘曲，这直接影响硅太阳电池的成品率及后续的组件工艺。

行业内通用的背场铝浆一般由铝粉、玻璃粉、载体等搅拌研磨而成，在铝浆印刷烧结后，留在硅片背面的大部分是铝粉及少量起粘接作用的玻璃粉，由于金属铝与硅材料的热膨胀系数差别较大，造成背场铝膜冷却后，在硅片内产生应力，从而造成硅片的弯曲。

目前，减少太阳能电池的硅片翘曲常用的方法有：减少铝浆印刷时的转移量；降低烧结温度；通过特殊冷却技术使基体产生塑性变形等等，但最简便及最有效的方法还是通过改变浆料的配方设计，消除或减少铝膜与硅基底层应力产生根源，制作一种光电转换效率高，同时使硅片翘曲度小的太阳能电池铝导电浆料。

CN101728439A公开了一种硅太阳电池背场铝导电浆料的组成和制备方法，即采用在铝浆中添加0.5-6.0重量％的粒径为2-6μm的金属或非金属粉末(硼、硅、锌、锑、锡中的至少一种)的方法来改善所制得的铝浆烧结后形成的电池片的弯曲度及电性能。但是，该类添加剂中的非金属粉末硼和硅的熔点很高，远超过铝的熔点，并且只是简单的机械混合，在目前常规的晶体硅电池的烧结工艺下，该类非金属粉末并不能与主体金属铝形成均匀的合金，因此不能改善电池片的弯曲度，甚至可能因引入杂质而降低铝浆对硅片的附着力及电池片的光电转换效率。另外，上述方法中所添加的金属粉末锌、锑、锡即使在目前的烧结状况下能与铝粉形成合金，也因合金的膨胀系数与电池片基体硅相差较大(因锌、锑、锡金属的膨胀系数与硅相差也较大，且添加量少)，因此，在铝浆中添加该类金属粉的方法也难以改善电池片的翘曲度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，在保持较高的光电转换效率的前提下提供一种适合工业批量生产的翘曲度低的晶体硅太阳能电池用铝导电浆料及其制备方法。

本发明的发明人是基于以下考虑完成本发明的技术方案的：无机玻璃粉为熔融氧化物通过水淬冷却而成，在熔融状态下，玻璃中的部分种类的金属与氧之间的离子键断裂释放原子氧。纳米级别的第IIIA族、第IVA族、第IVB族、第VB族和第VIB族元素的碳化物或氮化物的粒径小、相对表面积大且活性高，添加上述纳米级别的颗粒时，无机玻璃粉中的原子氧很容易被纳米级的上述碳化物或氮化物所夺取，同时反应生成气体，反应情况可示意性地表示为：

RC+W-O→R+CO₂

RN+W-O→R+N₂

其中，R表示硅、硼或铝等元素，W表示玻璃中的金属元素，W-O表示金属氧化物。其中生成的气体被铝原子包裹，冷却后，使得铝浆烧结残余物(铝膜)中有许多微细的孔洞形成。根据热膨胀系数的加和性，具有孔洞的铝膜的热膨胀系数比实体铝膜的热膨胀系数要小得多。并且，孔洞所占的体积越多，热膨胀系数越小，虽然上述纳米颗粒的添加量相对于铝粉来说比较小，但因其密度小，单位质量的微粒个数多，因此，烧结后由其与无机玻璃粉反应形成的孔洞数目也多，因此铝膜的热膨胀系数大幅度降低，缩小了铝膜与硅材料的热胀系数的差异，因此硅片的弯曲度也能够得到显著的降低，从而可以极大地改善了电池片烧结后的翘曲问题。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种晶体硅太阳能电池用铝导电浆料，所述铝导电浆料包括铝粉、无机玻璃粉、有机载体和纳米颗粒，所述纳米颗粒包括第IIIA族的碳化物、第IVA族的碳化物、第IVB族的碳化物、第VB族的碳化物、第VIB族的碳化物、第IIIA族的氮化物、第IVA族的氮化物、第IVB族的氮化物、第VB族的氮化物和第VIB族的氮化物中的至少一种。