太阳能电池铝浆

1、太阳能尅池用铝象目录太阳育邑电池简介二、铝背场的作用三. 铝浆技术现状及生产厂家铝浆技术开发难点及影响因素五、光伏市场及铝浆需求一.太阳身邑电池简介 1 太阳能电池结构及原理太阳能电池如下图所示。一般多选用在P型硅衬底 上扩散n型硅形成太阳电池雏形。在硅片表面镀有减反 射膜用以减少对太阳光的反射。P型硅衬底的厚度约为200-300um,通过扩散形成p n结，结深约为0.5umo太阳能电池通过丝网印刷厚膜电子浆料，以及链式炉烧结工艺制作上下电极。太阳能电池原理硅太阳电池是利用光生伏特效应(Ph ot ovoltaic Effect)葩*导体器祚。其内舖结柯为P+ pnn + 结构，如下图厉示，其

2、申含有p n, p p，n n三个结，平衡状态下，多数载流子和少数载流子的电 流相互补偿，总电流等于零。当太阳光照射到由p型和 n型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的pn 结上时，在结的耗尽区，光能被半导体吸收，产生非 平衡载流子一电子和空穴。受内建电场作用将空穴 推向p区，电子推向n区，在势垒区的非平衡载流子亦 在内建电场的作用下，各向相反方向运动，离开势垒 区，结果使p区电势升高，n区电势降低，p n结两端 形成光生电动势，这就是p n结的光生伏特效应。太阳能电池原理示意图1 光千激发电干-空穴对2 电手空穴对的分离辻程 乳加负载产生电流时辻程一.太阳身邑电池简介太阳能电池转换效率及主

3、要参数理论上单晶硅太阳电池的最高光电转换效率为30%,多晶硅太阳电池的最高效率为24%。目前，单晶硅太阳电池的最高转换效率在实验室里已有了很大提 高，为24. 7%,接近最高效率值。而多晶硅太阳电池由于存在很多的晶界，这些晶界所形成的复合中心，导 致了多晶硅的光伏转换效率还远远低于单晶硅，光电 转换效率为19. 8%o工业化生产时效率低于实验室效率，目前太阳能工业化生产效率单晶硅M17%、多晶 硅三16%。太阳能电池主要技术参数表征太阳电池的电性能参数的主要是：开路电压(饥)、短路电流(ZSQ、填充因子(朋)、和转换效率(n ) 电阻(Rs) o还有并联电阻(Rsh)和串联 (1)开路电压饥

4、当电池的负载阻抗无限大时，光照产生的输出 电压。(2)短路电流Isc,当电池的负载阻抗为零时，光照产生的输出电流。太阳 能电池主要技术参数 (3)填充因子FF,在光照下的伏安特性曲线上，任何 一个工作点输出功率等于该点所对应的电压和电流的 乘积。其中一个点(Vm, Im)将对应最大的输出功率 Pm。定义，最大输出功率与Voc、Isc的乘积之比，叫 填充因子，用FF表示。 (4)光伏转换效率11 ,电池效率为电池输出的最大 功率与太阳光的入射功率之比。 (5)串联电阻Rs,它是构成太阳电池的半导体体电阻和电极电阻等的和。(6)并联电阻Rsh,也称漏电电阻，旁路电阻。j _、太阳能电池简介 丁3.

5、太阳能电池对电极浆料的要求为了输出硅太阳电池的电能，必须在电池上制作正、 负两个电极。电极就是与电池pn结两端形成紧密欧姆接 触的导电材料。习惯上把制作在电池光照面的电极称为上 电极，把制作在电池背面的电极称为下电极或者背电极。 上电极为负极，选用银浆作为阴极浆料印刷烧结而成。下 电极为正极，由铝浆和银铝浆组成，其中铝浆即为硅太阳电池用阳极浆料。一.太阳胄E电池简介4、对下电极材料铝浆的技术要求形成铝背pp+结，提高开路电压；形成硅铝合金对硅片进行有效地吸杂，提高效率;能与硅形成牢固的欧姆接触；有优良的导电性；化学稳定性好；有适宜大规模生产的工艺性；价格较低。二、铝背场的作用1、铝背场形成理论

6、铝背场的形成通常采用合金法来制作的，它的形 成可以概括为以下：(铝(1) 将铝浆印刷在硅的表面。(2) 将沉积好 硅合金共熔温口当強度低于577C时，铝硅不发生作用，当温 度升到共晶温度577C时，在交界面处，铝原子和 硅原子相互扩散，随着时间的增加和温度的升高， 硅铝熔化速度加快，最后整个界區变成铝硅熔住， 在交界面处形成组成为11.3%硅原字和88.7%fe 子的熔液。X二.铝背场的作用 2、铝背场的吸杂原理 在太阳电池中杂质主要有Fe、Co、Ni、Cu、Au 等，碱金属杂质主要有Na、Li、Ko一般的太阳电池生产工艺，是通过制作铝背场来形 成吸杂中心，产生吸杂作用。原理是利用铝原子与硅

7、原子结构上的差异，将其扩散到硅片背面引起失配位 错，因而形成应力吸杂中心。铝吸杂的过程可以解释如下：在烧结工艺 中，当温度高于577C的时候，铝硅合金就会 溶解，许多金属如铁、铜、金等在很大温度范 围内，不论是在液态还是固态的铝中溶解度都 是110at.%,同时在硅中的溶解度很低。例 如，在750950C温度区间内，铁在铝、硅 中的分凝系数为105106。二、铝背场的作用 3、铝背场对太阳电池的主要影响(1)提高短路电流和开路电压;(2)减小电池厚度;(3)提咼填充因子;(4)提高光电转换效率。三、铝浆技术现状及生产厂家 1、铝浆技术发展历史对于阳极浆料以及电极制造方法的研究是和硅太 阳电池的

8、发展密切相关的，这些研究因为历史的原 因，是间断性的。在八十年代发展的比较快，科学家 研究了适于作为电极的金属和制造电极的方法。适合 的金属主要有银、铝、金、钛，而当时主要的电极制 作方法有真空蒸镀、化学镀鎳、印刷烧结三种。八十年代电极常用金属材料金属20C体电阻率(10 6 Q cm )银(Ag)1.6铝(AI)2.7金(Au)2.2铜(Cu)1.7钛(Ti)46.6与硅的粘附性熔点C低961很高659低1063低1084很高1667n真空蒸镀和化学镀鎳的方法盛行与六七十年代，真空蒸镀是通过 掩膜遮挡或蒸镀后光刻腐蚀形成图形，适于的金属有银、铝、钛。主要问题在于对真空度、环境湿度、温度要求较

9、为严格，有时还 需要惰性气体的气氛保护，消耗能源过多，并且不利于大规模的 工业化生产。化学镀鎳是指通过鎳盐和次磷酸盐的化学作用在硅表面形成鎳磷 合金的沉积镀层的方法。其主要问题是光滑的硅表面不易形成结 合牢固的镀层，并且方法过于繁琐，不易控制。为了降低成本和适应大规模的工业化生产，人们在八十年代借鉴 厚膜集成电路中的方法，开发了印刷烧结的制作电极方法。 2、铝浆技术现状 目前全球大型的硅太阳电池用铝电极浆料生产企业 主要集中在美、日、德等少数发达国家。产业规模大心产品种类齐全，生产和廈量控制圭段先进，研发 力度大，产品更新换代快，市场占有家高。 美国杜邦(DuPont)公司是全球最大的电子浆料

10、 公司，建于1802年，年产各种浆料800900种，产 量达1000吨，技术位于该行业的先进水平。从金属粉 末到玻璃粉均具有完善的设施和专业生产线，尤其是 一流的科研团队使其在电子浆料妙独占制高点。该 公司拥有从PV1 4X到PV58X多种索别铝电稜浆料和银 铝电穆浆料，但因其价格昂贵，在太阳电池浆料市场 竞争箪处于相对劣势。屯美国福禄W公司虽然规模较小,但太阳电池浆料品种多，浆料触变性好，印刷性能优良，市场占有 率较高。能够同太阳电池硅片形成良好欧姆接触，具 有优良黏结力和可焊性。在背面铝电极浆料生产上， 开发了用于不同硅片厚度的产品，同时在无铅化方面取得了一些成绩,生产了无铅样品.东洋铝业

11、拥有丰富的铝矿产资源，铝粉制备技术及产 品性能更优良，主要是夏普、三菱、京瓷、PB、 Qcell等公司的供应商。当前国际市场以Ferro、东洋 铝业公司为主。 3、国内技术现状 太阳电池用浆料研究起步较晚，在“八五”期间云南 半导体厂、昆贵所等单位研究和开发出“高效、低成本 晶体硅太阳电池及其专用导电浆料”，银浆、铝电极浆 料和银铝浆的性能已达到美国Ferro公司对应产品水平。目前国内太阳电池用铝电极浆料的主要生产厂家有 广州市儒兴科技开发有限公司、云南昆明贵金属研究 所、北京中解阳光、北京桑能科技、武汉优罢光电等。 广州儒兴开爰T RX8系列晶体硅太阳电池背直场铝电 极浆料，其质量性能可与国

12、际一流产品比美，填补了 我国导电浆料的空白，创造了良好的经济效益。在铝浆方面，国内是不差的，可以说是领先的，你看 昆贵所谏老0市的文章：http:/sino- Party/ Staff/1817.html就明白 笹老励有多自信了。国卤铝浆现在是儒兴一家独大，占据国内百分之六 是以上的市场，去年一年生产近千吨铝浆，而第2批创 业板他们将上市，他们的发展是个奇迹，01年成立后 就同02年成立的无锡尚德配合来试验铝浆，在当时国 内搞过太阳能铝浆的就谭老师一人，因此技术就来源 于他。瞬豔称SS辭E昨蹄 贺利氏都好的。在技术层面，儒兴的各项性能绝对的第一，国内虽 4、国内外技术产权状况序号生产厂家专利申

13、请量(件)备注1杜邦6国际国内同时申请2FERRO2国际申请3东洋4日本4村田4日本(4)中国(1 )5广州儒兴无6昆贵所1国内7谭富彬老师3统计是08年前的三、铝浆技术现状及生产厂家 4、国内外铝浆性能比较国内铝浆国外铝浆广州儒兴FERRODUPONT电性能中上（电池芯片开路电压 低）良优印刷性能优秀中（粘度高）中（粘度高）烧结性能优秀中（灰化现象）中（灰化现象）价格低中高 5、国内外厂家产能序号生产厂家产能（吨/年）备注1杜邦大于500吨现基本推岀竞争2FERRO大于500吨现基本推出竞争3东洋大于800吨主供日本厂家4村田不详5广州儒兴600-1000 吨国内占有率高6昆贵所不详7桑能2

14、0-60吨8优乐10-30 吨?、铝浆技术开发难点及影响因素铝浆技术从厚膜工艺演化而来，因此其生产工艺同厚膜工艺。铝做为一种贱金属材料其作为电极材料导电原理和 贵金属是不同的。普通铝粉由于表面包覆一层氧化 铝，其是不导电的，只有在高温下溶解掉氧化铝层， 暴漏出来的新铝互相结合而形成连通的导电链，从而 达到电极导电的目的。铝浆作为一种浆料产品，其也主要由导电相（铝粉）、无机粘结相（玻璃）、添加剂、载体组成。 铝浆技术开发难点及影响因素 1、铝浆技术工艺存在的问题实际生产需求的是电性能高和工艺适应强的铝 浆，而实际生产中铝浆存在以下主要问题：电性能方面:开路电压低、短路电流小、串联电阻大，从而使转

15、换效率低;工艺性方面:成膜不致密、开裂、灰化、铝珠、翘曲等。特 别是翘曲已成了 一个铝浆生产的难题。?、铝浆技术开发难点及影响因素 2、铝粉对铝浆性能影响铝浆中导电相的铝粉选择是极为苛刻的。因为铝浆 的主要性能包括接触电阻小，粘着力强和老化系数低 等要求都受铝粉性能直接影响，另外工艺性能的灰化、 铝珠等现象也与粒径大小直接相关。铝粉尺寸分布区间大，则大小颗粒交错排列，易面氧化膜较薄，更易消除，形成导电网络。因此铝浆中使用的铝粉应该选择平均粒度大、含 織眩聽布区间大粉体呈亚球形的铝粉其耒灰化捧的表面灰化后的表面铝浆形成导电铝粒间的间隙区1的示意图电极粧A铝粒氧化部分护铝粒匚铝粒未氧化部分玻璃粉要

16、求及对铝浆的影响荼第濾聶皺離爲勰饗跻求要求小于5微米太软化点：阳极浆料用玻璃粉的软化点要求相当严椅，若玻璃粉 的软化点过高，在烧结到峰值温度下不能熔融，去出现生烧； 若玻璃粉的软化点过低，则在烧成温度下造成玻璃过流而不能 形成正常的膜结构。合适的应小于铝硅合金形成温度；膨胀系数：膨胀系数最好接近硅的40-50,否则容易出现翘曲;杂质含量：玻璃粉中应不含碱金属和重金属等会造成p n结击 穿或者会导致光电转换效率减小的杂质元素；含量：含量的多少对铝浆的电性能影响很大，在保证工艺性能 的同时，应尽可能的少。?、铝浆技术开发难点及影响因素 4、添加剂的影响微量的添加剂往往对性能产生重大的 影响，因此，

17、添加剂是各个厂家尽量保守 的秘密。但也可以窥见一些共性，就是降 低铝硅接触角，促进铝硅合金形成。因此 可选择一些具有表面活性能力的氧化物添 加剂。?、铝浆技术开发难点及影响因素 5、有机载体对铝浆的影响 相对贵金属浆料，铝浆是一个相对大面积印刷 的浆料（现在的片子为156X156）,因此，载体需要 更好的挥发特性和过网、成型特性。 有机载体又称有机粘结剂，通常由溶剂、增稠 剂、触变剂、流变剂、表面活性剂等组成。1=国内有机载体表现在浆料的整体稳定性不好， 溶剂挥发太快，印刷时浆料粘度增大容易堵塞丝 网；溶剂挥发太集中，烘干烧结后容易在膜层表面 形成孔洞和微裂纹等缺陷。五.光伏市场及铝浆需求 1、全世界可用能源资源情况种类探明可采储量年产量可采年数煤1.03Xl012t（1996 年）4.6Xl09t223年石油1.053X1012 桶 （1998 年）2.67X1010 桶39年天然气1.46XlO14m3 （1998 年）2.27