太陽(yáng)能電池鋁漿

1、太陽(yáng)能尅池用鋁象目錄太陽(yáng)育邑電池簡(jiǎn)介二、鋁背場(chǎng)的作用三. 鋁漿技術(shù)現(xiàn)狀及生產(chǎn)廠家鋁漿技術(shù)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)及影響因素五、光伏市場(chǎng)及鋁漿需求一.太陽(yáng)身邑電池簡(jiǎn)介 1 太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及原理太陽(yáng)能電池如下圖所示。一般多選用在P型硅襯底 上擴(kuò)散n型硅形成太陽(yáng)電池雛形。在硅片表面鍍有減反 射膜用以減少對(duì)太陽(yáng)光的反射。P型硅襯底的厚度約為200-300um,通過(guò)擴(kuò)散形成p n結(jié)，結(jié)深約為0.5umo太陽(yáng)能電池通過(guò)絲網(wǎng)印刷厚膜電子漿料，以及鏈?zhǔn)綘t燒結(jié)工藝制作上下電極。太陽(yáng)能電池原理硅太陽(yáng)電池是利用光生伏特效應(yīng)(Ph ot ovoltaic Effect)葩*導(dǎo)體器祚。其內(nèi)舖結(jié)柯為P+ pnn + 結(jié)構(gòu)，如下圖厲示，其

2、申含有p n, p p，n n三個(gè)結(jié)，平衡狀態(tài)下，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子的電 流相互補(bǔ)償，總電流等于零。當(dāng)太陽(yáng)光照射到由p型和 n型兩種不同導(dǎo)電類(lèi)型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的pn 結(jié)上時(shí)，在結(jié)的耗盡區(qū)，光能被半導(dǎo)體吸收，產(chǎn)生非 平衡載流子一電子和空穴。受內(nèi)建電場(chǎng)作用將空穴 推向p區(qū)，電子推向n區(qū)，在勢(shì)壘區(qū)的非平衡載流子亦 在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，各向相反方向運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)勢(shì)壘 區(qū)，結(jié)果使p區(qū)電勢(shì)升高，n區(qū)電勢(shì)降低，p n結(jié)兩端 形成光生電動(dòng)勢(shì)，這就是p n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。太陽(yáng)能電池原理示意圖1 光千激發(fā)電干-空穴對(duì)2 電手空穴對(duì)的分離辻程 乳加負(fù)載產(chǎn)生電流時(shí)辻程一.太陽(yáng)身邑電池簡(jiǎn)介太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率及主

3、要參數(shù)理論上單晶硅太陽(yáng)電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率為30%,多晶硅太陽(yáng)電池的最高效率為24%。目前，單晶硅太陽(yáng)電池的最高轉(zhuǎn)換效率在實(shí)驗(yàn)室里已有了很大提 高，為24. 7%,接近最高效率值。而多晶硅太陽(yáng)電池由于存在很多的晶界，這些晶界所形成的復(fù)合中心，導(dǎo) 致了多晶硅的光伏轉(zhuǎn)換效率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單晶硅，光電 轉(zhuǎn)換效率為19. 8%o工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)效率低于實(shí)驗(yàn)室效率，目前太陽(yáng)能工業(yè)化生產(chǎn)效率單晶硅M17%、多晶 硅三16%。太陽(yáng)能電池主要技術(shù)參數(shù)表征太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)的主要是：開(kāi)路電壓(饑)、短路電流(ZSQ、填充因子(朋)、和轉(zhuǎn)換效率(n ) 電阻(Rs) o還有并聯(lián)電阻(Rsh)和串聯(lián) (1)開(kāi)路電壓饑

4、當(dāng)電池的負(fù)載阻抗無(wú)限大時(shí)，光照產(chǎn)生的輸出 電壓。(2)短路電流Isc,當(dāng)電池的負(fù)載阻抗為零時(shí)，光照產(chǎn)生的輸出電流。太陽(yáng) 能電池主要技術(shù)參數(shù) (3)填充因子FF,在光照下的伏安特性曲線上，任何 一個(gè)工作點(diǎn)輸出功率等于該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓和電流的 乘積。其中一個(gè)點(diǎn)(Vm, Im)將對(duì)應(yīng)最大的輸出功率 Pm。定義，最大輸出功率與Voc、Isc的乘積之比，叫 填充因子，用FF表示。 (4)光伏轉(zhuǎn)換效率11 ,電池效率為電池輸出的最大 功率與太陽(yáng)光的入射功率之比。 (5)串聯(lián)電阻Rs,它是構(gòu)成太陽(yáng)電池的半導(dǎo)體體電阻和電極電阻等的和。(6)并聯(lián)電阻Rsh,也稱(chēng)漏電電阻，旁路電阻。j _、太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 丁3.

5、太陽(yáng)能電池對(duì)電極漿料的要求為了輸出硅太陽(yáng)電池的電能，必須在電池上制作正、 負(fù)兩個(gè)電極。電極就是與電池pn結(jié)兩端形成緊密歐姆接 觸的導(dǎo)電材料。習(xí)慣上把制作在電池光照面的電極稱(chēng)為上 電極，把制作在電池背面的電極稱(chēng)為下電極或者背電極。 上電極為負(fù)極，選用銀漿作為陰極漿料印刷燒結(jié)而成。下 電極為正極，由鋁漿和銀鋁漿組成，其中鋁漿即為硅太陽(yáng)電池用陽(yáng)極漿料。一.太陽(yáng)胄E電池簡(jiǎn)介4、對(duì)下電極材料鋁漿的技術(shù)要求形成鋁背pp+結(jié)，提高開(kāi)路電壓；形成硅鋁合金對(duì)硅片進(jìn)行有效地吸雜，提高效率;能與硅形成牢固的歐姆接觸；有優(yōu)良的導(dǎo)電性；化學(xué)穩(wěn)定性好；有適宜大規(guī)模生產(chǎn)的工藝性；價(jià)格較低。二、鋁背場(chǎng)的作用1、鋁背場(chǎng)形成理論

6、鋁背場(chǎng)的形成通常采用合金法來(lái)制作的，它的形 成可以概括為以下：(鋁(1) 將鋁漿印刷在硅的表面。(2) 將沉積好 硅合金共熔溫口當(dāng)強(qiáng)度低于577C時(shí)，鋁硅不發(fā)生作用，當(dāng)溫 度升到共晶溫度577C時(shí)，在交界面處，鋁原子和 硅原子相互擴(kuò)散，隨著時(shí)間的增加和溫度的升高， 硅鋁熔化速度加快，最后整個(gè)界區(qū)變成鋁硅熔住， 在交界面處形成組成為11.3%硅原字和88.7%fe 子的熔液。X二.鋁背場(chǎng)的作用 2、鋁背場(chǎng)的吸雜原理 在太陽(yáng)電池中雜質(zhì)主要有Fe、Co、Ni、Cu、Au 等，堿金屬雜質(zhì)主要有Na、Li、Ko一般的太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝，是通過(guò)制作鋁背場(chǎng)來(lái)形 成吸雜中心，產(chǎn)生吸雜作用。原理是利用鋁原子與硅

7、原子結(jié)構(gòu)上的差異，將其擴(kuò)散到硅片背面引起失配位 錯(cuò)，因而形成應(yīng)力吸雜中心。鋁吸雜的過(guò)程可以解釋如下：在燒結(jié)工藝 中，當(dāng)溫度高于577C的時(shí)候，鋁硅合金就會(huì) 溶解，許多金屬如鐵、銅、金等在很大溫度范 圍內(nèi)，不論是在液態(tài)還是固態(tài)的鋁中溶解度都 是110at.%,同時(shí)在硅中的溶解度很低。例 如，在750950C溫度區(qū)間內(nèi)，鐵在鋁、硅 中的分凝系數(shù)為105106。二、鋁背場(chǎng)的作用 3、鋁背場(chǎng)對(duì)太陽(yáng)電池的主要影響(1)提高短路電流和開(kāi)路電壓;(2)減小電池厚度;(3)提咼填充因子;(4)提高光電轉(zhuǎn)換效率。三、鋁漿技術(shù)現(xiàn)狀及生產(chǎn)廠家 1、鋁漿技術(shù)發(fā)展歷史對(duì)于陽(yáng)極漿料以及電極制造方法的研究是和硅太 陽(yáng)電池的

8、發(fā)展密切相關(guān)的，這些研究因?yàn)闅v史的原 因，是間斷性的。在八十年代發(fā)展的比較快，科學(xué)家 研究了適于作為電極的金屬和制造電極的方法。適合 的金屬主要有銀、鋁、金、鈦，而當(dāng)時(shí)主要的電極制 作方法有真空蒸鍍、化學(xué)鍍鎳、印刷燒結(jié)三種。八十年代電極常用金屬材料金屬20C體電阻率(10 6 Q cm )銀(Ag)1.6鋁(AI)2.7金(Au)2.2銅(Cu)1.7鈦(Ti)46.6與硅的粘附性熔點(diǎn)C低961很高659低1063低1084很高1667n真空蒸鍍和化學(xué)鍍鎳的方法盛行與六七十年代，真空蒸鍍是通過(guò) 掩膜遮擋或蒸鍍后光刻腐蝕形成圖形，適于的金屬有銀、鋁、鈦。主要問(wèn)題在于對(duì)真空度、環(huán)境濕度、溫度要求較

9、為嚴(yán)格，有時(shí)還 需要惰性氣體的氣氛保護(hù)，消耗能源過(guò)多，并且不利于大規(guī)模的 工業(yè)化生產(chǎn)。化學(xué)鍍鎳是指通過(guò)鎳鹽和次磷酸鹽的化學(xué)作用在硅表面形成鎳磷 合金的沉積鍍層的方法。其主要問(wèn)題是光滑的硅表面不易形成結(jié) 合牢固的鍍層，并且方法過(guò)于繁瑣，不易控制。為了降低成本和適應(yīng)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，人們?cè)诎耸甏梃b 厚膜集成電路中的方法，開(kāi)發(fā)了印刷燒結(jié)的制作電極方法。 2、鋁漿技術(shù)現(xiàn)狀 目前全球大型的硅太陽(yáng)電池用鋁電極漿料生產(chǎn)企業(yè) 主要集中在美、日、德等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家。產(chǎn)業(yè)規(guī)模大心產(chǎn)品種類(lèi)齊全，生產(chǎn)和廈量控制圭段先進(jìn)，研發(fā) 力度大，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，市場(chǎng)占有家高。 美國(guó)杜邦(DuPont)公司是全球最大的電子漿料

10、 公司，建于1802年，年產(chǎn)各種漿料800900種，產(chǎn) 量達(dá)1000噸，技術(shù)位于該行業(yè)的先進(jìn)水平。從金屬粉 末到玻璃粉均具有完善的設(shè)施和專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)線，尤其是 一流的科研團(tuán)隊(duì)使其在電子漿料妙獨(dú)占制高點(diǎn)。該 公司擁有從PV1 4X到PV58X多種索別鋁電稜漿料和銀 鋁電穆漿料，但因其價(jià)格昂貴，在太陽(yáng)電池漿料市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)簞處于相對(duì)劣勢(shì)。屯美國(guó)福祿W公司雖然規(guī)模較小,但太陽(yáng)電池漿料品種多，漿料觸變性好，印刷性能優(yōu)良，市場(chǎng)占有 率較高。能夠同太陽(yáng)電池硅片形成良好歐姆接觸，具 有優(yōu)良黏結(jié)力和可焊性。在背面鋁電極漿料生產(chǎn)上， 開(kāi)發(fā)了用于不同硅片厚度的產(chǎn)品，同時(shí)在無(wú)鉛化方面取得了一些成績(jī),生產(chǎn)了無(wú)鉛樣品.東洋鋁業(yè)

11、擁有豐富的鋁礦產(chǎn)資源，鋁粉制備技術(shù)及產(chǎn) 品性能更優(yōu)良，主要是夏普、三菱、京瓷、PB、 Qcell等公司的供應(yīng)商。當(dāng)前國(guó)際市場(chǎng)以Ferro、東洋 鋁業(yè)公司為主。 3、國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀 太陽(yáng)電池用漿料研究起步較晚，在“八五”期間云南 半導(dǎo)體廠、昆貴所等單位研究和開(kāi)發(fā)出“高效、低成本 晶體硅太陽(yáng)電池及其專(zhuān)用導(dǎo)電漿料”，銀漿、鋁電極漿 料和銀鋁漿的性能已達(dá)到美國(guó)Ferro公司對(duì)應(yīng)產(chǎn)品水平。目前國(guó)內(nèi)太陽(yáng)電池用鋁電極漿料的主要生產(chǎn)廠家有 廣州市儒興科技開(kāi)發(fā)有限公司、云南昆明貴金屬研究 所、北京中解陽(yáng)光、北京桑能科技、武漢優(yōu)罷光電等。 廣州儒興開(kāi)爰T RX8系列晶體硅太陽(yáng)電池背直場(chǎng)鋁電 極漿料，其質(zhì)量性能可與國(guó)

12、際一流產(chǎn)品比美，填補(bǔ)了 我國(guó)導(dǎo)電漿料的空白，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在鋁漿方面，國(guó)內(nèi)是不差的，可以說(shuō)是領(lǐng)先的，你看 昆貴所諫老0市的文章：http:/sino- Party/ Staff/1817.html就明白 笹老勵(lì)有多自信了。國(guó)鹵鋁漿現(xiàn)在是儒興一家獨(dú)大，占據(jù)國(guó)內(nèi)百分之六 是以上的市場(chǎng)，去年一年生產(chǎn)近千噸鋁漿，而第2批創(chuàng) 業(yè)板他們將上市，他們的發(fā)展是個(gè)奇跡，01年成立后 就同02年成立的無(wú)錫尚德配合來(lái)試驗(yàn)鋁漿，在當(dāng)時(shí)國(guó) 內(nèi)搞過(guò)太陽(yáng)能鋁漿的就譚老師一人，因此技術(shù)就來(lái)源 于他。瞬豔稱(chēng)SS辭E昨蹄 賀利氏都好的。在技術(shù)層面，儒興的各項(xiàng)性能絕對(duì)的第一，國(guó)內(nèi)雖 4、國(guó)內(nèi)外技術(shù)產(chǎn)權(quán)狀況序號(hào)生產(chǎn)廠家專(zhuān)利申

13、請(qǐng)量(件)備注1杜邦6國(guó)際國(guó)內(nèi)同時(shí)申請(qǐng)2FERRO2國(guó)際申請(qǐng)3東洋4日本4村田4日本(4)中國(guó)(1 )5廣州儒興無(wú)6昆貴所1國(guó)內(nèi)7譚富彬老師3統(tǒng)計(jì)是08年前的三、鋁漿技術(shù)現(xiàn)狀及生產(chǎn)廠家 4、國(guó)內(nèi)外鋁漿性能比較國(guó)內(nèi)鋁漿國(guó)外鋁漿廣州儒興FERRODUPONT電性能中上（電池芯片開(kāi)路電壓 低）良優(yōu)印刷性能優(yōu)秀中（粘度高）中（粘度高）燒結(jié)性能優(yōu)秀中（灰化現(xiàn)象）中（灰化現(xiàn)象）價(jià)格低中高 5、國(guó)內(nèi)外廠家產(chǎn)能序號(hào)生產(chǎn)廠家產(chǎn)能（噸/年）備注1杜邦大于500噸現(xiàn)基本推岀競(jìng)爭(zhēng)2FERRO大于500噸現(xiàn)基本推出競(jìng)爭(zhēng)3東洋大于800噸主供日本廠家4村田不詳5廣州儒興600-1000 噸國(guó)內(nèi)占有率高6昆貴所不詳7桑能2

14、0-60噸8優(yōu)樂(lè)10-30 噸?、鋁漿技術(shù)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)及影響因素鋁漿技術(shù)從厚膜工藝演化而來(lái)，因此其生產(chǎn)工藝同厚膜工藝。鋁做為一種賤金屬材料其作為電極材料導(dǎo)電原理和 貴金屬是不同的。普通鋁粉由于表面包覆一層氧化 鋁，其是不導(dǎo)電的，只有在高溫下溶解掉氧化鋁層， 暴漏出來(lái)的新鋁互相結(jié)合而形成連通的導(dǎo)電鏈，從而 達(dá)到電極導(dǎo)電的目的。鋁漿作為一種漿料產(chǎn)品，其也主要由導(dǎo)電相（鋁粉）、無(wú)機(jī)粘結(jié)相（玻璃）、添加劑、載體組成。 鋁漿技術(shù)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)及影響因素 1、鋁漿技術(shù)工藝存在的問(wèn)題實(shí)際生產(chǎn)需求的是電性能高和工藝適應(yīng)強(qiáng)的鋁 漿，而實(shí)際生產(chǎn)中鋁漿存在以下主要問(wèn)題：電性能方面:開(kāi)路電壓低、短路電流小、串聯(lián)電阻大，從而使轉(zhuǎn)

15、換效率低;工藝性方面:成膜不致密、開(kāi)裂、灰化、鋁珠、翹曲等。特 別是翹曲已成了 一個(gè)鋁漿生產(chǎn)的難題。?、鋁漿技術(shù)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)及影響因素 2、鋁粉對(duì)鋁漿性能影響鋁漿中導(dǎo)電相的鋁粉選擇是極為苛刻的。因?yàn)殇X漿 的主要性能包括接觸電阻小，粘著力強(qiáng)和老化系數(shù)低 等要求都受鋁粉性能直接影響，另外工藝性能的灰化、 鋁珠等現(xiàn)象也與粒徑大小直接相關(guān)。鋁粉尺寸分布區(qū)間大，則大小顆粒交錯(cuò)排列，易面氧化膜較薄，更易消除，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。因此鋁漿中使用的鋁粉應(yīng)該選擇平均粒度大、含 織眩聽(tīng)布區(qū)間大粉體呈亞球形的鋁粉其耒灰化捧的表面灰化后的表面鋁漿形成導(dǎo)電鋁粒間的間隙區(qū)1的示意圖電極粧A鋁粒氧化部分護(hù)鋁粒匚鋁粒未氧化部分玻璃粉要

16、求及對(duì)鋁漿的影響荼第濾聶皺離爲(wèi)勰饗躋求要求小于5微米太軟化點(diǎn)：陽(yáng)極漿料用玻璃粉的軟化點(diǎn)要求相當(dāng)嚴(yán)椅，若玻璃粉 的軟化點(diǎn)過(guò)高，在燒結(jié)到峰值溫度下不能熔融，去出現(xiàn)生燒； 若玻璃粉的軟化點(diǎn)過(guò)低，則在燒成溫度下造成玻璃過(guò)流而不能 形成正常的膜結(jié)構(gòu)。合適的應(yīng)小于鋁硅合金形成溫度；膨脹系數(shù)：膨脹系數(shù)最好接近硅的40-50,否則容易出現(xiàn)翹曲;雜質(zhì)含量：玻璃粉中應(yīng)不含堿金屬和重金屬等會(huì)造成p n結(jié)擊 穿或者會(huì)導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率減小的雜質(zhì)元素；含量：含量的多少對(duì)鋁漿的電性能影響很大，在保證工藝性能 的同時(shí)，應(yīng)盡可能的少。?、鋁漿技術(shù)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)及影響因素 4、添加劑的影響微量的添加劑往往對(duì)性能產(chǎn)生重大的 影響，因此，

17、添加劑是各個(gè)廠家盡量保守 的秘密。但也可以窺見(jiàn)一些共性，就是降 低鋁硅接觸角，促進(jìn)鋁硅合金形成。因此 可選擇一些具有表面活性能力的氧化物添 加劑。?、鋁漿技術(shù)開(kāi)發(fā)難點(diǎn)及影響因素 5、有機(jī)載體對(duì)鋁漿的影響 相對(duì)貴金屬漿料，鋁漿是一個(gè)相對(duì)大面積印刷 的漿料（現(xiàn)在的片子為156X156）,因此，載體需要 更好的揮發(fā)特性和過(guò)網(wǎng)、成型特性。 有機(jī)載體又稱(chēng)有機(jī)粘結(jié)劑，通常由溶劑、增稠 劑、觸變劑、流變劑、表面活性劑等組成。1=國(guó)內(nèi)有機(jī)載體表現(xiàn)在漿料的整體穩(wěn)定性不好， 溶劑揮發(fā)太快，印刷時(shí)漿料粘度增大容易堵塞絲 網(wǎng)；溶劑揮發(fā)太集中，烘干燒結(jié)后容易在膜層表面 形成孔洞和微裂紋等缺陷。五.光伏市場(chǎng)及鋁漿需求 1、全世界可用能源資源情況種類(lèi)探明可采儲(chǔ)量年產(chǎn)量可采年數(shù)煤1.03Xl012t（1996 年）4.6Xl09t223年石油1.053X1012 桶 （1998 年）2.67X1010 桶39年天然氣1.46XlO14m3 （1998 年）2.27