太阳能电池铝浆

铝吸杂的过程可以解释如下：在烧结工艺 中，当温度高于577℃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1～10at.％，同时在硅中的溶解度很低。例 如，在750～950℃温度区间内，铁在铝、硅 中的分凝系数为105～106。
二、铝背场的作用
太阳能电池原理示意图
一、太阳能电池简介


２．太阳能电池转换效率及主要参数
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%。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≥17％、多晶硅≥16%。
四、铝浆技术开发难点及影响因素

Hale Waihona Puke 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。
一、太阳能电池简介


4、对下电极材料铝浆的技术要求
形成铝背p－p+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
四、铝浆技术开发难点及影响因素


3、粘结相玻璃对铝浆的影响
铝浆在硅太阳电池背表面经烧结后形成导电电极 的过程可以用下图表示。在升温开始时,铝粒子表面氧 化层加厚,填充在铝粒子之间间隙区的玻璃粉则起着抑 制进一步氧化的作用，以硼铅硅为主体的玻璃粉作为 导体浆料的粘接相可以溶解铝颗粒表面的Al2O3氧化膜， 当Al2O3的溶解速度大于铝被氧化的速度，就会促使铝 粒子裸露，有形成导电网络的可能。在烧结温度高于 的铝的熔点(660℃)以上时,铝粒子内部未被氧化的铝 熔化,随着温度的升高,会挤破表面氧化层，加快了 Al2O3溶解速度，有效促进Al2O3氧化膜溶入玻璃体系， 铝粒子彼此连接成一体而形成导电层。而铝表面氧化 物的钝化性使烧结后的导电膜具有一定稳定性。
三、铝浆技术现状及生产厂家

4、国内外技术产权状况
生产厂家 杜邦 FERRO 东洋 专利申请量（件） 备注 6 2 4 国际国内同时申请 国际申请 日本
序号 1 2 3
4
5 6 7
村田
广州儒兴 昆贵所 谭富彬老师
4
无 1 3
日本（4）中国（1）
国内 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
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： （1）将铝浆印刷在硅的表面。 （2）将沉积好的硅片放进峰值温度超过577℃（铝 硅合金共熔温度）的链式烧结炉里进行烧结。 当温度低于577℃时，铝硅不发生作用，当温 度升到共晶温度577℃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，最后整个界面变成铝硅熔体， 在交界面处形成组成为11.3％硅原子和88.7％铝原 子的熔液。

三、铝浆技术现状及生产厂家


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、北京中联阳光、北京桑能科技、武汉优乐光电 等。广州儒兴开发了RX8系列晶体硅太阳电池背电场 铝电极浆料，其质量性能可与国际一流产品比美，填 补了我国导电浆料的空白，创造了良好的经济效益。
FERRO 东洋 村田
大于500吨
大于500吨 大于800吨 不详
现基本推出竞争
现基本推出竞争 主供日本厂家
5
6 7 8
广州儒兴
昆贵所 桑能 优乐
600-1000吨
不详 20-60吨 10-30吨
国内占有率高
四、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。

四、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 于填充空间，使得导电相的排列紧密。并且铝粉整体 平均尺寸大，其体积相对较大。大体积铝粉颗粒其表 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 氧量低、尺寸分布区间大，粉体呈亚球形的铝粉，其 颗粒度应<9μm。

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、K。 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。
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（VOC）、短路电流（ISC）、填充因子（FF）、 和转换效率（η ） ，还有并联电阻（Rsh）和串 联电阻（Rs）。 （1）开路电压VOC 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。
太阳能电池原理

硅太阳电池是利用光生伏特效应(Photovoltaic Effect)的半导体器件。其内部结构为p+－p－n－n ＋结构，如下图所示，其中含有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p－ n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——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。
八十年代电极常用金属材料
金属 银（Ag） 铝（Al） 金（Au） 铜（Cu） 钛（Ti） 20℃体电阻率 （10－6Ω˙cm） 1.6 2.7 2.2 1.7 46.6 与硅的粘附性 低 很高 低 低 很高 熔点℃ 961 659 1063 1084 1667



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。

太阳能电池用铝浆
目 录

一、太阳能电池简介 二、铝背场的作用 三、铝浆技术现状及生产厂家 四、铝浆技术开发难点及影响因素 五、光伏市场及铝浆需求
一、太阳能电池简介

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200~300μm，通过扩散形成p－n结，结深约为 0.5μm。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。

一、太阳能电池简介


３．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p－n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。

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）提高填充因子； （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。