太阳能电池铝浆

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铜(Cu) 1.7

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。
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。
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+
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
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

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
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://sinoplatinum.com.cn/Party/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。
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。
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。

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

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;

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,
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
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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
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
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
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。
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
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
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、低成本
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%。
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
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
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
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
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。
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.
(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。
国内铝浆
国外铝浆
广州儒兴
中上(电池芯片开路电压 低) 优秀
FERRO 良
中(粘度高)
DUPONT 优
中(粘度高)
优秀
中(灰化现象) 中(灰化现象)



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
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
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 与硅的粘附性 -6Ω˙cm)
1.6

熔点℃ 961
铝(Al) 2.7
很高
659
金(Au) 2.2

1063

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
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