太阳能电池铝浆

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，
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领域独占制高点。该 公司拥有从PV14X到PV58X多种系列铝电极浆料和银铝 电极浆料，但因其价格昂贵，在太阳电池浆料市场竞 争中处于相对劣势。
• 美国福禄（Ferro）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．
三、铝浆技术现状及生产厂家
• 4、国内外技术产权状况
序号
生产厂家
专利申请量（件） 备注
1
杜邦
6
2
FERRO
2
3
东洋
4
4
村田
4
5
广州儒兴
无
6
昆贵所
1
7
谭富彬老师
3
国际国内同时申请 国际申请 日本 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
电性能
印刷性能 烧结性能 价格
• 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。
三、铝浆技术现状及生产厂家
• 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。
四、铝浆技术开发难点及影响因素
• 2、铝粉对铝浆性能影响
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。
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
很高
659
金（Au） 2.2
低
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1063
铜（Cu） 1.7
低
1084
钛（Ti） 46.6
很高
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。
• 东洋铝业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。
•
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、
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2
4.7%，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
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Al2
•
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。
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
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。
太阳能电池原理示意图
•
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，
•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20 0~300μm，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。
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P m。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。
• 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，产品种类齐全，生产和质量控制手段先进，研 发力度大，产品更新换代快，市场占有率高。
•
美国杜邦（DuPont）公司是全球最大的电子浆
料公司，建于1802年，年产各种浆料800～900种，产
太阳能电池原理
•
硅太阳电池是利用光生伏特效应(Photovoltaic E
ffect)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
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 银（Ag）
20℃体电阻率 （10－6Ω˙cm）
1.6
与硅的粘附性 熔点℃
低
961
铝（Al） 2.7
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
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
• 1、铝浆技术工艺存在的问题
国内铝浆
国外铝浆
广州儒兴
FERRO
中上（电池芯片开路电压 良 低）
优秀
中（粘度高）
DUPONT 优
中（粘度高）
优秀
中（灰化现象） 中（灰化现象）
低
中
高
三、铝浆技术现状及生产厂家
• 5、国内外厂家产能
序号
1 2 3 4 5 6 7 8
生产厂家 杜邦 FERRO 东洋 村田 广州儒兴 昆贵所 桑能 优乐
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%。
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
产能（吨/年） 大于500吨 大于500吨 大于800吨 不详 600-1000吨 不详 20-60吨 10-30吨
备注 现基本推出竞争 现基本推出竞争 主供日本厂家
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
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
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。
• 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。
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 贵所谭老师的文章：http://sino-platinum.com.cn/Part y/Staff/1817.html就明白谭老师有多自信了。 国内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。 在技术层面，儒兴的各项性能绝对的第一，国内虽 有好多后来自称电性能比儒兴高，可整体工艺性能还是儒 兴最优的，而且这种优秀比FERRO、DUPONT、贺利氏都好 的。
• （4）光伏转换效率η ，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。
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。