一种用于N型银铝浆的铝粉材料及其应用的制作方法

一种用于n型银铝浆的铝粉材料及其应用
技术领域
1.本发明涉及一种用于n型银铝浆的铝粉材料及其应用，涉及h01b，具体涉及包含金属或合金的导电材料领域。


背景技术：

2.随着社会的发展，能源危机越来越严重，寻找新兴能源替代传统石化燃料是现代社会发展的必然趋势。太阳能资源是一种取之不竭的清洁能源，通过将太阳能转化为电能已经成为现实，太阳能电池越来越成为电能供应的重要来源，n型太阳能电池相较于传统的p型电池具有转化效率高，双面率高，温度系数低，无光衰，弱光效应好的优点。但是追求n型电池转化效率的进一步提高，降低生产成本也是光伏领域一直追逐的目标。影响太阳能电池转化效率的因素主要有栅线遮蔽、栅线接触电阻、载流子等。现有的印刷浆料存在颗粒大堵网的现象，铝粉可以促进n型电池正面银铝浆在金属化过程中形成良好的欧姆接触，但是铝粉和硅基材互相扩散，形成银铝钉扎坑，易击穿pn隔离结，造成开压降低，严重影响电池效率。因此开发一种可以减少电子-空穴对复合，同时不易形成银铝钉扎坑，降低金属化复合，提高开压的铝粉材料至关重要。
3.中国发明专利cn201410369114.3公开了一种晶体硅太阳能电池铝浆用铝粉、制备方法及含有该铝粉的太阳能电池，通过在所用铝粉中加入d
50
≤1微米的二氧化硅和d
50
≤1微米的硼粉，二者的加入，使得铝桨烧结时，二氧化硅不会达到熔融状态，避免铝片的边缘过度收缩，从而减少翘曲。但是应用于n型电池中有击穿pn隔离结的问题，反而降低转化效率。中国发明专利cn202011242618.0公开了一种n型高效电池正面银铝浆，铝粉与银粉采用1：(78-85)的质量比，可使整体银铝浆的导电能力提高，降低最终制备电池的接触电阻值，但是铝粉的粒径稍大，容易造成堵网或刮破网版的问题，影响太阳能电池的印刷。


技术实现要素：

4.为了改善应用于n型电池银铝浆的综合性能，优化了银铝浆中铝粉的性能，本发明的第一个方面提供了一种用于n型银铝浆的铝粉材料，所述铝粉材料的中位径d50为1-3μm，最大颗粒d100＜4.5μm。
5.作为一种优选的实施方式，所述铝粉材料的形状选自球形、片形、星形中的一种。
6.作为一种优选的实施方式，所述铝粉材料的含氧质量分数＜2％，所述铝粉材料的开始氧化温度＞625℃。
7.作为一种优选的实施方式，所述铝粉材料的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)在氮气气体保护下，将铝锭在熔炼炉中加热至700-1000℃熔化成为铝液并保温，然后将所得的铝液通过铝液导液管输送至由混合气体作为环境气体的雾化室中，同时，通过紧耦合气雾化喷嘴喷出混合气体，对所述铝液进行雾化处理，形成雾状铝液液滴，接着，在环境气体的冷却和保护下，冷却速凝，形成雾化铝粉，冷却温度为200-400℃；
9.(2)用氮气保护气流粉碎分级机分级铝粉，在氮气气体保护下，通过调整设备气压
为0.5-0.7mpa和分级轮转速为270-320hz将步骤1中制得的铝粉分级出粒径小于4.5微米的铝粉材料。
10.作为一种优选的实施方式，所述混合气体为氮气和氧气的混合气体，氧气的体积分数为1-4％。
11.在n型半导太阳能电池中电子是多子，空穴是少子，通过热激发由施主能级跃迁到导带中的电子大大增加，半导体导带中的电子远多于价带中的空穴，导电性增加。但是电子和空穴在被有效利用前发生复合会降低光电转化效率。申请人发现去掉铝粉中的大颗粒，将铝粉d100控制在小于4.5微米，不仅能够解决浆料印刷堵网现象，而且会改善铝硅互溶形成的钉扎坑，降低金属化复合，提高电池片开压。
12.申请人进一步发现采用氧含量为2％的混合气体保护气氛制备得到的铝粉含氧量低，铝粉的氧化层致密。猜测可能的原因是：采用氧气与氮气混合气氛，氧含量为2％的混合气体在雾化室中，在铝浆形成铝液雾滴的瞬间被混合气体包裹，由于氮氧混合气氛中氧气的占比极低，混合气体中氮气的气压大，氧气与铝液滴表面发生瞬时的氧化反应，形成的氧化铝层不易形成疏松的孔洞，从而形成致密的氧化铝层。申请人进一步发现，开始氧化温度》625℃能够进一步降低接触电阻率、减少金属化复合，提高光电转化效率。
13.本发明的第二个方面提供了一种用于n型银铝浆的铝粉材料的应用，应用于n型银铝浆的制备中，所述n型银铝浆的制备原料以重量份计包括：铝粉材料0.5-3份，玻璃粉3-10份，银粉70-90份，有机载体5-15份。
14.作为一种优选的实施方式，所述玻璃粉为pbo-b2o
3-zno-sio2系玻璃粉，软化温度为300-500℃，粒径d50为0.6-2μm。
15.作为一种优选的实施方式，所述银粉的粒径d50为1-3μm。
16.作为一种优选的实施方式，所述有机载体以重量份计包括粘结剂树脂0.8-3份，溶剂2-6份和助剂0.7-3.8份。
17.所述粘结剂树脂选自丙烯酸树脂、乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、pvb(聚乙烯醇缩丁醛酯)、氢化松香酯树脂、热塑性弹性体中的一种或几种的组合。
18.作为一种优选的实施方式，所述溶剂选自二乙二醇二丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚、己二酸二甲酯、醇酯十二、三丙二醇单甲醚、醇酯十六中的一种或几种的组合。
19.作为一种优选的实施方式，所述助剂以重量份计包括分散剂0.1-0.8份，硅油0.1-1份和触变剂0.5-2份。
20.作为一种优选的实施方式，所述硅油包括但不限于甲基硅油、乙烯基硅油、氨基硅油中的一种或几种的组合。
21.作为一种优选的实施方式，所述触变剂选自聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、氢化蓖麻油中的一种或几种的组合。
22.作为一种优选的实施方式，所述n型银铝浆的制备方法，包括以下步骤：
23.(1)将铝粉材料，玻璃粉混合均匀，加入有机载体，搅拌均匀，然后加入银粉，搅拌均匀；
24.(2)用三辊机研磨5-8h，500目过滤网过滤得到n型银铝浆。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.(1)本发明所述用于n型银铝浆的铝粉材料，中位径d50为1-3μm，最大颗粒d100＜4.5μm，不仅能够解决浆料印刷堵网现象，而且会改善铝硅互溶形成的钉扎坑，降低金属化复合，提高电池片开压。
27.(2)本发明所述用于n型银铝浆的铝粉材料，制备过程中采用氧含量为～的混合气体保护气氛，制备得到的铝粉含氧量低，铝粉的氧化层致密，应用于n型电池的银铝浆中接触电阻率低，寿命长。
28.(3)本发明所述用于n型银铝浆的铝粉材料，制备的银铝浆中铝粉材料与银粉的重量比为(0.5-3)：(70-90)，在保证了接触电阻较小的情况下，不会导致电子-空穴复合增加，电池开路电压下降，造成印刷性不良。
29.(4)本发明所述用于n型银铝浆的铝粉材料，在不影响n型电池正面银铝浆在金属化过程中形成良好的欧姆接触的同时，可减小形成的银铝钉扎坑，从而降低金属化复合，提高电池开路电压，提高光电转化效率。
附图说明
30.图1为实施例1制备的铝粉材料的差示扫描量热法dsc谱图；
31.图2为实施例1制备的铝粉材料的电镜图片；
32.图3为对比例1制备的铝粉材料应用于n型银铝浆中得到的电池片表面电镜图；
33.图4为实施例1制备的铝粉材料应用于n型银铝浆中得到的电池片表面电镜图。
具体实施方式
34.本技术中未明确说明的原料均来自市售。
35.实施例1
36.一种用于n型银铝浆的铝粉材料，所述铝粉材料的中位径d50为1-3μm，最大颗粒d100＜4.5μm。
37.所述铝粉材料的形状为球形；所述铝粉材料的含氧质量分数＜2％，所述铝粉材料的开始氧化温度为630℃。差示扫描量热法dsc谱图见图1。
38.所述铝粉材料的制备方法，包括以下步骤：
39.(1)在氮气气体保护下，将铝锭在熔炼炉中加热至900℃熔化成为铝液并保温，然后将所得的铝液通过铝液导液管输送至由混合气体作为环境气体的雾化室中，同时，通过紧耦合气雾化喷嘴喷出混合气体，对所述铝液进行雾化处理，形成雾状铝液液滴，接着，在环境气体的冷却和保护下，冷却速凝，形成雾化铝粉，冷却温度为300℃；
40.(2)用氮气保护气流粉碎分级机分级铝粉，在氮气气体保护下，通过调整设备气压为0.6mpa和分级轮转速为300hz将步骤1中制得的铝粉分级出粒径小于4.5微米的铝粉材料。
41.所述混合气体为氮气和氧气的混合气体，氧气的体积分数为2％。
42.制备得到的铝粉材料的电镜图见图2。
43.一种用于n型银铝浆的铝粉材料的应用，应用于n型银铝浆的制备中，所述n型银铝浆的制备原料以重量份计包括：铝粉材料2.5份，玻璃粉6.5份，银粉80份，有机载体10份。
44.所述玻璃粉为pbo-b2o
3-zno-sio2系玻璃粉，软化温度为300-500℃，粒径d50为
0.6-2μm。
45.所述银粉的粒径d50为1-3μm。
46.所述有机载体以重量份计包括粘结剂树脂1.5份，溶剂4份和助剂2.5份。
47.所述粘结剂树脂为醋酸丁酸纤维素。
48.所述溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯。
49.所述助剂以重量份计包括分散剂0.4份，硅油0.5份和触变剂1份。
50.所述硅油为甲基硅油。
51.所述触变剂为聚乙烯蜡。
52.所述分散剂为0.2重量份聚醚磷酸酯和0.2重量份丙烯酸酯。
53.所述n型银铝浆的制备方法，包括以下步骤：
54.(1)将铝粉材料，玻璃粉混合均匀，加入有机载体，搅拌均匀，然后加入银粉，搅拌均匀；
55.(2)用三辊机研磨8h，500目过滤网过滤得到n型银铝浆。
56.实施例2
57.一种n型银铝浆，具体步骤同实施例1，不同点在于使用的铝粉开始氧化温度为635℃。
58.对比例1
59.n型银铝浆的制备原料以重量份计包括：常规铝粉材料2.5份，玻璃粉6.5份，银粉80份，有机载体10份。该实施例中的铝粉的中位径d50为1-3μm，d100为8-10μm。开始氧化温度630℃。
60.所述玻璃粉为pbo-b2o
3-zno-sio2系玻璃粉，软化温度为300-500℃，粒径d50为0.6-2μm。
61.所述银粉的粒径d50为1-3μm。
62.所述有机载体以重量份计包括粘结剂树脂1.5份，溶剂4份和助剂2.5份。
63.所述粘结剂树脂为醋酸丁酸纤维素。
64.所述溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯。
65.所述助剂以重量份计包括分散剂0.4份，硅油0.5份和触变剂1份。
66.所述硅油为甲基硅油。
67.所述触变剂为聚乙烯蜡。
68.所述分散剂为0.2重量份聚醚磷酸酯和0.2重量份丙烯酸酯。
69.所述n型银铝浆的制备方法，包括以下步骤：
70.(1)将铝粉材料，玻璃粉混合均匀，加入有机载体，搅拌均匀，然后加入银粉，搅拌均匀；
71.(2)用三辊机研磨8h，用500目过滤网过滤得到n型银铝浆。
72.对比例2
73.一种n型银铝浆，具体步骤与对比例1相似，不同点在于使用的常规铝粉，该对比例中的铝粉的开始氧化温度为608℃。
74.对比例3
75.一种n型银铝浆，具体步骤与对比例1相似，不同点在于使用的常规铝粉，该对比例
中的铝粉的开始氧化温度为619℃。
76.性能测试
77.将实施例1-2、对比例1-3制备得到的n型银铝浆应用到n型topcon太阳能电池硅基电池片上，对比例1得到的电池片表面电镜图见图3，实施例1得到的电池片表面电镜图见图4。
78.用tlm(接触电阻测试仪)仪器测试接触电阻率，用wct-120(少子寿命测试仪)设备测试电池片少子寿命，计算j
01
，测试结果见表1。
79.表1
80.ꢀꢀ
接触电阻率(mω*cm2)j
01
(fa/cm2)实施例11.2301实施例21.1303对比例11.1438对比例22.3492对比例32.0487
81.从实施例1和对比例1的结果可以看出，铝粉d100控制在d100＜4.5μm能够减少金属化复合。从实施例1-2和对比例2-3的结果可以看出，铝粉材料的开始氧化温度》625℃能够进一步降低接触电阻率、减少金属化复合。

技术特征：
1.一种用于n型银铝浆的铝粉材料，其特征在于，所述铝粉材料的中位径d50为1-3μm，最大颗粒d100＜4.5μm。2.根据权利要求1所述用于n型银铝浆的铝粉材料，其特征在于，所述铝粉材料的形状选自球形、片形、星形中的一种。3.根据权利要求1所述用于n型银铝浆的铝粉材料，其特征在于，所述铝粉材料的含氧质量分数＜2％，所述铝粉材料的开始氧化温度＞625℃。4.根据权利要求1所述用于n型银铝浆的铝粉材料，其特征在于，所述铝粉材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在氮气气体保护下，将铝锭在熔炼炉中加热至700-1000℃熔化成为铝液并保温，然后将所得的铝液通过铝液导液管输送至由混合气体作为环境气体的雾化室中，同时，通过紧耦合气雾化喷嘴喷出混合气体，对所述铝液进行雾化处理，形成雾状铝液液滴，接着，在环境气体的冷却和保护下，冷却速凝，形成雾化铝粉，冷却温度为200-400℃；(2)用氮气保护气流粉碎分级机分级铝粉，在氮气气体保护下，通过调整设备气压为0.5-0.7mpa和分级轮转速为270-320hz将步骤1中制得的铝粉分级出粒径小于4.5微米的铝粉材料。5.一种根据权利要求1-4任一项所述用于n型银铝浆的铝粉材料的应用，其特征在于，应用于n型银铝浆的制备中，所述n型银铝浆的制备原料以重量份计包括：铝粉材料0.5-3份，玻璃粉3-10份，银粉70-90份，有机载体5-15份。6.根据权利要求5所述用于n型银铝浆的铝粉材料的应用，其特征在于，所述玻璃粉为pbo-b2o
3-zno-sio2系玻璃粉，软化温度为300-500℃，粒径d50为0.6-2μm。7.根据权利要求5所述用于n型银铝浆的铝粉材料的应用，其特征在于，所述银粉的粒径d50为1-3μm。8.根据权利要求5所述用于n型银铝浆的铝粉材料的应用，其特征在于，所述有机载体为包含粘结剂树脂，溶剂和助剂的混合物，所述粘结剂树脂选自丙烯酸树脂、乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、pvb、氢化松香酯树脂、热塑性弹性体中的一种或几种的组合。9.根据权利要求8所述用于n型银铝浆的铝粉材料的应用，其特征在于，所述溶剂选自二乙二醇二丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚、己二酸二甲酯、醇酯十二、三丙二醇单甲醚、醇酯十六中的一种或几种的组合。10.根据权利要求5所述用于n型银铝浆的铝粉材料的应用，其特征在于，所述n型银铝浆的制备方法，包括以下步骤：(1)将铝粉材料，玻璃粉混合均匀，加入有机载体，搅拌均匀，然后加入银粉，搅拌均匀；(2)用三辊机研磨5-8h，500目过滤网过滤得到n型银铝浆。

技术总结
本发明公开了一种用于N型银铝浆的铝粉材料，所述铝粉材料的中位径D50为1-3μm，最大颗粒D100＜4.5μm。本发明在不影响N型电池正面银铝浆在金属化过程中形成良好的欧姆接触的同时，可减小形成的银铝钉扎坑，从而降低金属化复合，提高电池开路电压，提高光电转化效率。提高光电转化效率。


技术研发人员：郑金华 许金桂 赵新
受保护的技术使用者：南通艾盛新能源科技有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/9/14