铝浆浆料概述

有关铝浆的概述摘要：铝浆作为晶体硅的背电极材料，主要由导电相，无机粘结相，添加剂以及载体组成。这些部分对铝浆的性能有着至关重要的影响。本文对铝浆的各部分作用机理以及国内铝浆发展现状和趋势进行了综述。关键词：太阳能电池用铝浆铝背场玻璃粉添加剂发展趋势铝浆的组成作用以及烧结动力学机理晶体硅太阳能背电场用铝浆主要由无机玻璃粉粘结剂，有机树脂粘结剂，不同粒径铝粉以及添加剂组成。【1】铝粉是作为背场主要的导电相而存在的。铝粉的各项性能对太阳能电池的输出特性及背电场外观有着关键的影响。⑵有机载体是把金属粉和作为高温粘结剂的玻璃粉以及其他固体粉末分散成膏状流体，以方便用印刷的方法将浆料印刷在基板上，针对这种情况，有机载体应有以下几种要求：有机载体应都是惰性物质，相互不反应；有机载体主要作用是分散粉末，其要求与粉末之间接触面的表面张力要小，保证良好的浸润能力；有适当的挥发性，有机载体应该在低温下有较低的蒸汽压，而在一定的温度下应该容易挥发，高温下能迅速挥发，避免浆料二次流动；有适当的流动性，载体和固体粉末结合时能提供絮状结构，以形成塑流型触变系统，粘度要适中，可调节；有机载体不应该有固定沸点，加热过程中能逐步气化燃烧，并且灰分要尽量少。无机黏结剂是提供一种在焙烧过程中与熔融铝接触硅的重要连接物质，并且还能调节基板与铝粉之间的膨胀系数，降低基板的弯曲度。其有以下几种要求:粒径：一般在5um太大容易发生翘曲，太小容易灰化；软化点：玻璃粉的软化点要适中，过高会在峰值时不能完全熔融，出现生烧，过低会造成玻璃过流不能形成膜结构;膨胀系数：其膨胀系数应与硅相对应，否则容易翘曲；杂质含量：玻璃粉中应该不含有碱金属或贵金属，否则会造成P-N结击穿，也不应有导致光转化效率减小的物质；含量：其对铝浆的电性能影响很大，在保证工艺的同时，应该尽量减少玻璃粉的含量。添加剂主要是起润湿、分散、流平、消泡等作用的表面活性剂。⑶润湿分散剂分散剂吸附在粉体表面，以此来提高粉体之间的电位差或者在粉体间形成空间位阻，增加粉体间排斥力，从而使粉体分散。对于油性体系来说空间位阻效应起主导作用。空间位阻分散剂是物理吸附型分散荆，即分散剂一端吸附于固体颗粒上，另一端充分伸展于溶剂中形成溶剂化层，产生一个厚的空间层，彼此之间产生空间位阻斥力，形成空间位阻稳定体系。从而防止浆料发生团聚、沉淀、结块的现象。流平剂浆料的流平性是指沉积于基片表面上的浆料，在短时间内消除丝网的痕迹，形成一个连续的膜层的能力。流平性好，丝网印刷后致密无气孔，电性能则会比较稳定；反之，若浆料的流平性不佳，膜层表面就会形成明显的丝网痕迹，烧结后有孔洞、裂缝等多种缺陷，从而造成膜层的电性能不佳。消泡剂浆料在生产、搅拌、使用过程中会产生一些气泡。这些气泡在印刷过程中会产生空洞，造成印刷质量下降影响电池性能。因此会适量加入一定消泡剂避免这一现象。消泡剂必须是易于在溶液表面铺展的液体，表面张力较低易于吸附于溶液表面，使溶液表面局部表面张力降低，产生不均衡现象。消泡剂在溶液表面铺展时会带走临近表面的一层溶液，使得气泡液膜变薄，最终导致气泡破裂。触变剂在浆料体系中加入一些不溶性添加剂，由于氢键等弱键作用下，这些添加剂在整个浆料体系内形成一个连续的网络，从而阻止分子等微观粒子的布朗运动。浆料在剪切速率不变的情况下，剪切应力随时间减小的性能称为触变性。表现为浆料震动或搅拌时，粘度会降低流性增加，静止后能逐渐恢复原状。浆料使用时在高剪切速率或长时间搅拌下破坏了氢键等弱键作用力，使体系有较低黏度，有助于浆料的印刷使用；撤掉剪切应力或停止搅拌后分子运动降低，氢键等重新形成，空间体系连续网络重新建立，浆料恢复较高黏度，可防止沉降和流挂。由于铝浆中铝粉都是球形颗粒，而且粒径较小表面积大易团聚，高分子树脂分子量也有差异。从而造成触变性变化需要添加一些触变剂来改善浆料触变性。烧结的动力学原理电子浆料在烧结过程中，玻璃体熔化，金属粒子重新排列更趋紧密，在冷却过程中玻璃体收缩，各个金属微粒之间互相紧密接触，形成连续的导电网络，从而获得良好的导电性。烧结可看作是原子从系统中不稳定的高能位置迁移至自由能最低位置的过程。⑷浆料体系是有机物、溶剂、固体粉末颗粒高度分散的系统。尤其固体粉末粒度都在微米级别具有很高的表面自由能，以及在制造过程中受到各种物理化学的损伤造成严重的晶格缺陷同样使其具有很高的自由能。烧结时固体粉末颗粒由接触到结合伴随空隙排除、缺陷消除、自由表面的收缩，使系统的自由能降低，系统转变为热力学中更稳定的状态。这就是铝浆烧结的动力学原理。同时也是粉末系统在高温下能烧结成密实结构的原因。国内浆料的现状与发展趋势目前光伏铝浆基本已实现90%以上的国产化，其中广州儒兴以占有60%以上市场份额位列第一，台湾硕禾占据第二，湖南利德、武汉优乐、深圳富邦等瓜分剩余市场，形成割据局面；国外企业中略有动作的是美国杜邦、福禄以及日韩几家企业。⑸单晶硅太阳电池效率高、寿命长、性能优良，但成本高，而且限于单晶的尺寸，单片电池面积难以做得很大。多晶硅电池是用浇铸的多晶硅锭切片制作而成，成本比单晶硅电池低,单片电池也可以做得比较大（例如30cmX30cm的方片），但由于晶界复合等因素的存在，效率比单晶硅电池低。⑹太阳能电池的性能指标有开路电压、短路电流、填充因子、光电转换效率等多项，其中最主要的指标是光电转换效率。近年来，围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题，光伏技术发展迅速。晶体硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转换效率的主要技术障碍有:电池表面栅线遮光影响;表面光反射损失;光传导损失；内部复合损失;表面复合损失。针对这些问题，近年来开发了许多新技术，主要有:单双层减反射膜;激光刻槽埋藏栅线技术;绒面技术;背点接触电极克服表面栅线遮光问题;高效背反射器技术;光吸收技术。随着这些新技术的应用，发明了不少新的电池种类，极大地提高了太阳能电池的转换效率。晶体硅太阳能电池片越来越薄，要求铝浆的膨胀系数必须与之匹配，以防止印烧铝浆后硅片弯曲过大，因为硅片弯曲过大将影响太阳能电池板的后续封装。在硅太阳能电池用铝浆中主要是玻璃粉影响铝浆的膨胀系数，所以必须保证玻璃的膨胀系数与晶体硅的膨胀系数相匹配。电池片越来越薄，其翘曲变形问题日渐凸显，还有附着力、工艺敏感性等问题，怎么解决这些问题以提高电池转换效率，成为当前硅太阳电池研究开发的热点之一。随着光伏硅电池工业向大面积、薄片化、高效率以及高自动化、集约化生产的发展趋势,精密丝网印刷及相关技术将得到进一步的发展以满足太阳能电池性能提升的要求，对于太阳能电池的性能如光电转换效率等的要求不断提高，以及国际和国内环保法规的不断健全和完善，环保型、防翘曲、高效率将是未来硅太阳能电池用铝浆的发展趋势。结语据测算，太阳照射在地球上40min的能量够全球人类使用一年，可以说太阳能是真正取之不尽用之不竭的清洁能源，虽然现在光伏行业遇到了冬季，但太阳能是未来发展的大势所需，因此太阳能电池所用铝浆的研究改进将给人类带来更加低廉高效的自然能源。参考文献【1】朱鹏，葛明，樊东娌.晶体硅太阳能电池背场铝浆研究《化工时刊》2011.10【2】谭富彬，赵玲，陈亮维等.单晶硅太阳能电池硅与电极间的欧姆接触J].贵金属，2001，22(1):12〜16.【3】汪国