硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂及其制备方法.pdf

本发明为硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂及其制备方法。所述有机粘合剂按质量份组成为：乙基纤维素23％，醋丁纤维素1-5％，有机溶剂8894％，湿润分散剂0.2-1％，消泡剂1-3％，总量100％；其制备方法为：将所述组份投入反应釜内，搅拌速度60-80转/分状态下升温至120-140℃恒温2-4小时，反应釜内的所述组份得到均匀混合及充分反应，反应物冷却之后用丝网过滤，得到硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂成品。用本有机粘合剂配制的铝浆具有好的分散性或悬浮性，久置后铝浆料不分层不沉降，印刷时具有均匀涂布性，干燥后使铝浆中的固体粉末具有好的粘结强度以及对硅片产生的应力小。

1.  一种硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂及其制备方法，其特征在于所述有机粘合剂按质量份组成为：乙基纤维素2-3％，醋丁纤维素1-5％，有机溶剂88-94％，湿润分散剂0.2-1％，消泡剂1-3％，总量100％；所述有机溶剂包括但不限于二乙二醇-乙醚、二丙二醇-甲醚、邻苯二甲酸二乙酯、丙二醇-丁醚中的一种或几种，所述湿润分散剂包括但不限于迪高Dispers655以及迪高Dispers662C中的至少一种，所述消泡剂包括但不限于迪高Airex 900以及201甲基硅油中的至少一种。

2、  按权利要求1所述硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂及其制备方法，其特征在于所述湿润分散剂选自迪高Dispers655以及迪高Dispers662C中的至少一种，消泡剂选自迪高Airex 900以及201甲基硅油中的至少一种。

3、  一种硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂的制备方法，其特征在于依据权利要求1所述有机粘合剂的组成，按以下步骤制备：
将所述组份投入反应釜内，电加热升温，开动搅拌器，搅拌速度60-80转/分，当升温至120-140℃之后恒温2-4小时，反应釜内的所述组份得到均匀混合及充分反应，反应物冷却之后用丝网过滤，得到晶体硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂成品。

硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池，特别是涉及一种硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂及其制备方法。该有机粘合剂在铝浆中作为载体或分散介质存在，赋予浆料合适的流体性能，能充分润湿铝浆中铝粉及无机粘合剂粉末，能与其它助剂混溶。
背景技术
在晶体硅太阳能电池的制备过程中，将铝浆印刷在硅片背面，经过烧结，在太阳能电池硅片的背面形成铝背电场电极，具有降低接触电阻以及提高电池光电转换效率的作用。
上述铝浆由铝粉、有机粘合剂、作为无机粘合剂的玻璃粉以及添加剂等组成。其中铝粉是导电相，经烧结后与硅片形成良好的欧姆接触；其中有机粘合剂作为一种载体，使贮存状态下铝浆中的铝粉、玻璃粉、添加剂等易团聚的固体粉末均匀分布，保持悬浮状态，印刷时使铝浆浆料均匀涂布于硅片背面，并保证印刷厚度的一致性，干燥后将铝粉及玻璃粉附着于硅片上而不脱落，烧结后被碳化，遗留无机粘合剂将铝膜与硅基体粘合。对有机粘合剂的要求是贮存状态下对铝浆中的固体粉末成分具有好的分散性，印刷时具有均匀涂布性，干燥后使固体粉末具有好的粘结强度。玻璃粉作为无机粘合剂，在烧成温度下软化及熔融，使铝层与硅片有足够强的附着牢固度，形成良好的欧姆接触。
上述有机粘合剂由高分子聚合物、有机溶剂以及助剂组成，其中高分子聚合物是有机粘合剂的主体成分。本申请人此前使用的有机粘合剂组成为质量比乙基纤维素2-3％，酚醛树脂1-5％，有机溶剂92-97％，总量100％。
在生产实践中发现用以上有机粘合剂配制的铝浆存在一定的缺点：
1.配制的铝浆烘干后其中的有机粘合剂能使铝粉层与硅片有一定的粘结强度，但该有机粘合剂配制的铝浆烘干后(在烧结之前)脆性较强，收缩率较大，易于给硅片增加应力，产生硅片的碎裂现象，降低成品率；同时由于其脆性，形成的铝浆膜层收缩后与硅基体的附着力反而降低，划格法测其粘结强度为4级，擦拭铝膜会部分脱落。
2.上述有机粘合剂分散悬浮效果也欠佳，铝浆料长期贮存后，有时出现粉体的分层沉降现象，铝浆料的稳定性欠佳，致使丝网印刷后硅片各处固含量不一致，形成的背场电极均匀连续性欠佳，影响光电转换效率。
3.上述有机粘合剂在用于配制铝浆料的研磨与搅拌过程中往往产生较多气泡，致使印刷时膜层致密性较差。
发明内容
申请人针对生产实践中的硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂存在的上述问题进行了改进研究，提供另一种硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂及其制备方法，用该有机粘合剂配制的铝浆在贮存状态下能使其中的固体粉末成分具有好的分散性或悬浮性，久置后浆料不分层不沉降，印刷时具有均匀涂布性，无气泡，干燥后使固体粉末有好的粘结强度，铝膜致密，韧性好，对硅片产生的应力小。
本发明另一目的是提供上述硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂的制备方法。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂及其制备方法，所述有机粘合剂按质量份组成为：乙基纤维素2-3％，醋丁纤维素1-5％，有机溶剂88-94％，湿润分散剂0.2-1％，消泡剂1-3％，总量100％；所述有机溶剂包括但不限于二乙二醇-乙醚、二丙二醇-甲醚、邻苯二甲酸二乙酯、丙二醇-丁醚中的一种或几种，所述湿润分散剂包括但不限于迪高Dispers655以及迪高Dispers662C中的至少一种，所述消泡剂包括但不限于迪高Airex 900以及201甲基硅油中的至少一种。
进一步的优选方案在于所述湿润分散剂选自迪高Dispers655以及迪高Dispers662C中的至少一种，所述消泡剂选自迪高Airex 900以及201甲基硅油中的至少一种。
其中：
乙基纤维素，分子式为[C₆H₇O₂(OH)_3-x(OC₂H₅)_x]_n，是由氯乙烷与碱纤维素醚化而得。白色粒状固体或纤维，能溶于大多数有机溶剂，相对密度1.07-1.18。软化点100-130℃。乙基纤维素膜强韧，在低温下仍能保持充分柔软的特性，热稳定性好，不会受光的影响而变黄，燃烧时灰分极少。
醋丁纤维素，分子式为[C₆H₇O₂(OCOCH₃)_x(OCOC₃H₇)_y(OH)_3-x-y]_n，以乙酸丁酸纤维为主要成膜物质，透明或不透明粒料，熔融温度140℃，密度1.15～1.22g/cm³。耐热性和耐紫外光性较好，与金属的附着牢固。
Dispers655，德国TEGO公司生产，为具有高亲和基团之变性聚醚，透明的微棕色液体，作为溶剂型润湿及分散助剂，确保无机粉末和有机溶剂之适当润湿和稳定性。
Dispers662C，德国TEGO公司生产，为具高亲和基团之界面活性剂，带黄至棕色液体，作为共润湿及分散助剂。
Airex 900，德国TEGO公司生产，有机变性聚硅氧烷，含气相二氧化硅，作为消泡剂，用于防止有机粘合剂中微泡及针孔的产生。
201甲基硅油，透明液体，无毒、无腐蚀，具有生理惰性，作为消泡剂，用于防止有机粘合剂中微泡及针孔的产生。
上述硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂的制备方法，依据上述有机粘合剂的组成，按以下步骤制备：
将所述组份投入反应釜内，电加热升温，开动搅拌器，搅拌速度60-80转/分，当升温至120-140℃之后恒温2-4小时，反应釜内的所述组份得到均匀混合及充分反应，反应物冷却之后用丝网过滤，得到晶体硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂成品。
本发明经生产实践检验，具有如下优点：
1、本发明有机粘合剂由一定比例的醋丁纤维素与乙基纤维素搭配，作为有机粘合剂的主体成分，用其配制的铝浆烘干后，由醋丁纤维素与乙基纤维素搭配构成的有机粘合剂膜具有良好的的韧性，对硅片产生的应力小，能有效降低硅太阳能电池片的碎片率；由醋丁纤维素与乙基纤维素搭配构成的有机粘合剂参与配制成的铝浆经干燥后，对铝浆中的铝粉、玻璃粉有良好的粘结性。
2、本发明有机粘合剂采用了合适种类和一定比例的湿润分散剂，对粉体的润湿及分散性能好，降低了粉体的团聚倾向，使浆料处于悬浮状态，粉体颗粒分布均匀，铝浆放置1个月后也不分层沉降。
3、本发明中添加有消泡剂，配成铝浆搅拌印刷时不余留气泡，印刷后铝膜致密光滑。
4、本发明的工艺方法简单，制备省时。
具体实施方式
以下通过实施例来说明本发明的具体实施。
实施例1
有机粘合剂的组份为：按质量份乙基纤维素2.8％，醋丁纤维素1.2％，二乙二醇-乙醚24％，二丙二醇-甲醚32％，邻苯二甲酸二乙酯8.0％，丙二醇丁醚30％，迪高Dispers655 0.8％，  Airex 900 1.2％。上述组成如表1中的实施例1所示，表1中的组分为质量百分比。
有机粘合剂制备步骤：将上述组份投入不锈钢反应釜内，电加热升温，开动搅拌器，搅拌速度80转/分，待反应釜内溶液升温至140℃恒温2.5小时，所述组份在反应釜内均匀混合及充分反应，所得反应物冷却之后，用200目丝网过滤，得到硅太阳能电池铝浆用有机粘合剂成品，上述制备工艺条件如表2中的实施例1所示。
有机粘合剂性能检验：
性能检验方法——采用间接检验方法，将所得有机粘合剂按下述方法制备成硅太阳能电池铝浆，测试硅太阳能电池铝浆与有机粘合剂相关的性能：
按质量份的有机粘合剂30％，铝粉68％，玻璃粉2％配比，其中有机粘合剂为上述实施例1制备所得物；铝粉为球形，纯度＞99.8％，中位径5-8μm，跨度1.1-1.5，松装密度0.45-0.6g/cm³；玻璃粉按质量份SiO₂ 14％，B₂O₃ 20％，Al₂O₃ 10％，Bi₂O₃ 25％，ZrO₂ 13％，ZnO 15％，MoO₃ 3％混合均匀，于145℃下干燥3.5h后，进入高温炉中，850℃熔炼1h，水淬后烘干，用行星式球磨机球磨至10μm以下，烘干得玻璃粉。将上述原料混合均匀后，用三辊研磨机研磨6小时，得硅太阳能电池铝浆。
所得电池铝浆性能的测试：
依据GB/T17473.5方法以及使用NDJ-79型粘度计测试铝浆粘度；将铝浆料用280目迷宫图案丝网印刷于太阳能电池硅片背面，于烘箱中200℃下干燥12分钟，进入隧道炉烧结，烧结峰值温度680±10℃，烧结时间15分钟，得太阳能电池硅片铝背电场电极，依据GB/T17473.3以及使用4 1/2位数字多用表测试铝背电场电极层的方块电阻值。
碎片率测试：将铝浆料用280目丝网印刷于太阳能电池硅片上，进入旋转式烘箱干燥，烘干温度180-200℃，时间8分钟，以1000片为1组统计烘干后(在烧结之前)太阳能电池硅片的碎片率。
粘合强度测试：将铝浆料用280目丝网印刷于硅片上，进入旋转式烘箱干燥，烘干温度180-200℃，时间8分钟，按GB/T 9286-1998所述划格试验法测定该有机粘合剂所配铝浆料与硅基体在烘干后(在烧结之前)的粘合强度。
沉降高度测试：将铝浆料装满30mL试管，保证铝浆料液面与试管口平齐，720h后观察沉降分层情况，用标尺测量从管口到分层界面的高度。
上述测试结果如表3中的实施例1所示。
表1

实施例2-实施例6
有机粘合剂的组份量、制备步骤以及与本发明有机粘合剂有关性能指标的测试结果分别见表1、表2以及表3，其余工艺过程的说明与实施例1的相同。
表2

表3

注：粘合强度为1级，粘合强度较好，粘合强度随级数的增加而递减。
从表3实施例1-6及比较例7-8的测试数据可见：
由包括醋丁纤维素与乙基纤维素搭配组方的本发明有机粘合剂配制的硅太阳能电池铝浆，在烘干之后(烧结之前)产生硅片的碎片率明显降低，即有效减小对硅片产生的应力；且烘干之后的铝浆膜层与硅片的粘合强度优于由包括酚醛树脂与乙基纤维素搭配组方的现有有机粘合剂配制的硅太阳能电池铝浆；
添加润湿分散剂及消泡剂后，铝浆不结块、气泡较少，有效改善铝粉与硅片的粘合强度，得到的铝层膜层致密，浆料方阻得到有效降低，导电性能提高。
从表3还可见，本发明加入润湿分散剂后，配制的铝浆料沉降高度减小，说明粉体不团聚或分散程度更优，悬浮效果更好。