太陽能電池鋁漿

1、太陽能尅池用鋁象目錄太陽育邑電池簡介二、鋁背場的作用三. 鋁漿技術(shù)現(xiàn)狀及生產(chǎn)廠家鋁漿技術(shù)開發(fā)難點及影響因素五、光伏市場及鋁漿需求一.太陽身邑電池簡介 1 太陽能電池結(jié)構(gòu)及原理太陽能電池如下圖所示。一般多選用在P型硅襯底 上擴散n型硅形成太陽電池雛形。在硅片表面鍍有減反 射膜用以減少對太陽光的反射。P型硅襯底的厚度約為200-300um,通過擴散形成p n結(jié)，結(jié)深約為0.5umo太陽能電池通過絲網(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。太陽能電池原理硅太陽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 流相互補償，總電流等于零。當(dāng)太陽光照射到由p型和 n型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的pn 結(jié)上時，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)建電場作用將空穴 推向p區(qū)，電子推向n區(qū)，在勢壘區(qū)的非平衡載流子亦 在內(nèi)建電場的作用下，各向相反方向運動，離開勢壘 區(qū)，結(jié)果使p區(qū)電勢升高，n區(qū)電勢降低，p n結(jié)兩端 形成光生電動勢，這就是p n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。太陽能電池原理示意圖1 光千激發(fā)電干-空穴對2 電手空穴對的分離辻程 乳加負(fù)載產(chǎn)生電流時辻程一.太陽身邑電池簡介太陽能電池轉(zhuǎn)換效率及主

3、要參數(shù)理論上單晶硅太陽電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率為30%,多晶硅太陽電池的最高效率為24%。目前，單晶硅太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率在實驗室里已有了很大提 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)換效率還遠遠低于單晶硅，光電 轉(zhuǎn)換效率為19. 8%o工業(yè)化生產(chǎn)時效率低于實驗室效率，目前太陽能工業(yè)化生產(chǎn)效率單晶硅M17%、多晶 硅三16%。太陽能電池主要技術(shù)參數(shù)表征太陽電池的電性能參數(shù)的主要是：開路電壓(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)開路電壓饑

4、當(dāng)電池的負(fù)載阻抗無限大時，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，光照產(chǎn)生的輸出電流。太陽 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 一個工作點輸出功率等于該點所對應(yīng)的電壓和電流的 乘積。其中一個點(Vm, Im)將對應(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 功率與太陽光的入射功率之比。 (5)串聯(lián)電阻Rs,它是構(gòu)成太陽電池的半導(dǎo)體體電阻和電極電阻等的和。(6)并聯(lián)電阻Rsh,也稱漏電電阻，旁路電阻。j _、太陽能電池簡介 丁3.

5、太陽能電池對電極漿料的要求為了輸出硅太陽電池的電能，必須在電池上制作正、 負(fù)兩個電極。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為上 電極，把制作在電池背面的電極稱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電池用陽極漿料。一.太陽胄E電池簡介4、對下電極材料鋁漿的技術(shù)要求形成鋁背pp+結(jié)，提高開路電壓；形成硅鋁合金對硅片進行有效地吸雜，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；價格較低。二、鋁背場的作用1、鋁背場形成理論

6、鋁背場的形成通常采用合金法來制作的，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)強度低于577C時，鋁硅不發(fā)生作用，當(dāng)溫 度升到共晶溫度577C時，在交界面處，鋁原子和 硅原子相互擴散，隨著時間的增加和溫度的升高， 硅鋁熔化速度加快，最后整個界區(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.鋁背場的作用 2、鋁背場的吸雜原理 在太陽電池中雜質(zhì)主要有Fe、Co、Ni、Cu、Au 等，堿金屬雜質(zhì)主要有Na、Li、Ko一般的太陽電池生產(chǎn)工藝，是通過制作鋁背場來形 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，將其擴散到硅片背面引起失配位 錯，因而形成應(yīng)力吸雜中心。鋁吸雜的過程可以解釋如下：在燒結(jié)工藝 中，當(dāng)溫度高于577C的時候，鋁硅合金就會 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、鋁背場的作用 3、鋁背場對太陽電池的主要影響(1)提高短路電流和開路電壓;(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)展歷史對于陽極漿料以及電極制造方法的研究是和硅太 陽電池的

8、發(fā)展密切相關(guān)的，這些研究因為歷史的原 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 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。主要問題在于對真空度、環(huán)境濕度、溫度要求較

9、為嚴(yán)格，有時還 需要惰性氣體的氣氛保護，消耗能源過多，并且不利于大規(guī)模的 工業(yè)化生產(chǎn)?；瘜W(xué)鍍鎳是指通過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)，人們在八十年代借鑒 厚膜集成電路中的方法，開發(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)達國家。產(chǎn)業(yè)規(guī)模大心產(chǎn)品種類齊全，生產(chǎn)和廈量控制圭段先進，研發(fā) 力度大，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，市場占有家高。 美國杜邦(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1000噸，技術(shù)位于該行業(yè)的先進水平。從金屬粉 末到玻璃粉均具有完善的設(shè)施和專業(yè)生產(chǎn)線，尤其是 一流的科研團隊使其在電子漿料妙獨占制高點。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，但因其價格昂貴，在太陽電池漿料市場 競爭簞處于相對劣勢。屯美國福祿W公司雖然規(guī)模較小,但太陽電池漿料品種多，漿料觸變性好，印刷性能優(yōu)良，市場占有 率較高。能夠同太陽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， 開發(fā)了用于不同硅片厚度的產(chǎn)品，同時在無鉛化方面取得了一些成績,生產(chǎn)了無鉛樣品.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)前國際市場以Ferro、東洋 鋁業(yè)公司為主。 3、國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀 太陽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發(fā)出“高效、低成本 晶體硅太陽電池及其專用導(dǎo)電漿料”，銀漿、鋁電極漿 料和銀鋁漿的性能已達到美國Ferro公司對應(yīng)產(chǎn)品水平。目前國內(nèi)太陽電池用鋁電極漿料的主要生產(chǎn)廠家有 廣州市儒興科技開發(fā)有限公司、云南昆明貴金屬研究 所、北京中解陽光、北京桑能科技、武漢優(yōu)罷光電等。 廣州儒興開爰T RX8系列晶體硅太陽電池背直場鋁電 極漿料，其質(zhì)量性能可與國

12、際一流產(chǎn)品比美，填補了 我國導(dǎo)電漿料的空白，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。在鋁漿方面，國內(nèi)是不差的，可以說是領(lǐng)先的，你看 昆貴所諫老0市的文章：http:/sino- Party/ Staff/1817.html就明白 笹老勵有多自信了。國鹵鋁漿現(xiàn)在是儒興一家獨大，占據(jù)國內(nèi)百分之六 是以上的市場，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)展是個奇跡，01年成立后 就同02年成立的無錫尚德配合來試驗鋁漿，在當(dāng)時國 內(nèi)搞過太陽能鋁漿的就譚老師一人，因此技術(shù)就來源 于他。瞬豔稱SS辭E昨蹄 賀利氏都好的。在技術(shù)層面，儒興的各項性能絕對的第一，國內(nèi)雖 4、國內(nèi)外技術(shù)產(chǎn)權(quán)狀況序號生產(chǎn)廠家專利申

13、請量(件)備注1杜邦6國際國內(nèi)同時申請2FERRO2國際申請3東洋4日本4村田4日本(4)中國(1 )5廣州儒興無6昆貴所1國內(nèi)7譚富彬老師3統(tǒng)計是08年前的三、鋁漿技術(shù)現(xiàn)狀及生產(chǎn)廠家 4、國內(nèi)外鋁漿性能比較國內(nèi)鋁漿國外鋁漿廣州儒興FERRODUPONT電性能中上（電池芯片開路電壓 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）價格低中高 5、國內(nèi)外廠家產(chǎn)能序號生產(chǎn)廠家產(chǎn)能（噸/年）備注1杜邦大于500噸現(xiàn)基本推岀競爭2FERRO大于500噸現(xiàn)基本推出競爭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 噸國內(nèi)占有率高6昆貴所不詳7桑能2

14、0-60噸8優(yōu)樂10-30 噸?、鋁漿技術(shù)開發(fā)難點及影響因素鋁漿技術(shù)從厚膜工藝演化而來，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， 暴漏出來的新鋁互相結(jié)合而形成連通的導(dǎo)電鏈，從而 達到電極導(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）、無機粘結(jié)相（玻璃）、添加劑、載體組成。 鋁漿技術(shù)開發(fā)難點及影響因素 1、鋁漿技術(shù)工藝存在的問題實際生產(chǎn)需求的是電性能高和工藝適應(yīng)強的鋁 漿，而實際生產(chǎn)中鋁漿存在以下主要問題：電性能方面:開路電壓低、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、開裂、灰化、鋁珠、翹曲等。特 別是翹曲已成了 一個鋁漿生產(chǎn)的難題。?、鋁漿技術(shù)開發(fā)難點及影響因素 2、鋁粉對鋁漿性能影響鋁漿中導(dǎo)電相的鋁粉選擇是極為苛刻的。因為鋁漿 的主要性能包括接觸電阻小，粘著力強和老化系數(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鋁粒氧化部分護鋁粒匚鋁粒未氧化部分玻璃粉要

16、求及對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：陽極漿料用玻璃粉的軟化點要求相當(dāng)嚴(yán)椅，若玻璃粉 的軟化點過高，在燒結(jié)到峰值溫度下不能熔融，去出現(xiàn)生燒； 若玻璃粉的軟化點過低，則在燒成溫度下造成玻璃過流而不能 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造成p n結(jié)擊 穿或者會導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率減小的雜質(zhì)元素；含量：含量的多少對鋁漿的電性能影響很大，在保證工藝性能 的同時，應(yīng)盡可能的少。?、鋁漿技術(shù)開發(fā)難點及影響因素 4、添加劑的影響微量的添加劑往往對性能產(chǎn)生重大的 影響，因此，

17、添加劑是各個廠家盡量保守 的秘密。但也可以窺見一些共性，就是降 低鋁硅接觸角，促進鋁硅合金形成。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)開發(fā)難點及影響因素 5、有機載體對鋁漿的影響 相對貴金屬漿料，鋁漿是一個相對大面積印刷 的漿料（現(xiàn)在的片子為156X156）,因此，載體需要 更好的揮發(fā)特性和過網(wǎng)、成型特性。 有機載體又稱有機粘結(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=國內(nèi)有機載體表現(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.光伏市場及鋁漿需求 1、全世界可用能源資源情況種類探明可采儲量年產(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