CN102898028B - 一种晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉，该玻璃粉由以下质量百分比的原料制成：PbO 30-70%，SiO2 5-10%，B2O3 2-10%，Al2O3 3-8%，Bi2O3 10-30%，Zn3(PO4)2·4H2O 5-20%和MgO 1-10%。本发明还公开了该玻璃粉的制备方法。本发明玻璃粉具有流平性和润湿性好、软化点低、粘结性强的特点，该玻璃粉应用于太阳电池正面银浆，可促使银与硅形成更高质量的欧姆接触，电极焊接性能好，电池转换效率高。

Description

一种晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳电池，具体涉及一种晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉及其制备方法。
背景技术
近年来，能源危机成为世界各国共同面临的紧迫问题，开发利用可再生能源是当今世界各国解决能源危机和环境问题的必然途径，其中太阳能是各种可再生能源中资源最为丰富的，具有取之不尽、用之不竭、清洁无污染的特点，分布广泛，不受地域和季节的限制，因而成为理想的可再生能源。
在未来相当长的时间内，晶体硅太阳电池仍将占据太阳电池市场的主流。在晶体硅太阳电池制备工艺中，正面银浆通过丝网印刷，低温烘干，高温烧结后形成晶体硅太阳电池的正面电极。晶体硅太阳电池正面银浆由银粉、玻璃粉、有机粘合剂和少量添加剂组成。玻璃粉在太阳电池电极形成过程中起到极其重要的作用，太阳电池的电性能、电极焊接性能和附着性能均与玻璃粉密切相关。玻璃粉在熔融状态时腐蚀硅片表面，使电极与硅片之间形成良好的机械连接。同时，玻璃相作为传输中介而存在，帮助穿透氮化硅（SiNx）减反射膜，形成导电通道，使银晶体得以在硅片上生长，特别是在<111>取向的硅片上，保证得到良好的银-硅接触。玻璃粉通常由金属氧化物和盐类组成，应具有如下性能：（1）金属氧化物能被减反层SiNx和Si还原；（2）能与Ag形成合金；（3）玻璃粉对Si的蚀刻速度比减反层的蚀刻速度小。
发明内容
本发明的目的是提供一种流平性和润湿性好，软化点低、粘结性强的太阳电池正面银浆用玻璃粉。
本发明的另一目的是提供一种晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉的制备方法。
本发明提供的一种晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉，由以下质量百分比的原料制成：PbO 30-70%，SiO2 5-10%，B2O3 2-10%，Al2O3 3-8%，Bi2O3 10-30%，Zn3(PO4)2·4H2O 5-20%和MgO 1-10%。
本发明提供的一种晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
（1）预混合：将组成玻璃粉的原料按比例投入混料机内，搅拌旋转混合；
（2）干燥：将预混后的玻璃粉原料分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中，于120-140℃中干燥；
（3）高温熔炼：将已干燥的玻璃粉混合料置于马弗炉中，于850-1100℃熔炼，形成均一的玻璃液；
（4）水淬：将高温熔融的玻璃液迅速倒入去离子水中水淬，得到块状玻璃；
（5）粉碎：将水淬后的玻璃块于120-140℃中干燥，使用气流磨将玻璃粉粉碎至2-9μm即得。
优选地，所述步骤（1）中搅拌旋转混合的时间为60-80分钟；所述步骤（2）中干燥的时间为1-3小时；所述步骤（3）中熔炼的时间为60-90分钟；所述步骤（4）中去离子水的温度为25±10℃；所述步骤（5）中干燥的时间为8-24小时。
本发明制备的晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉，其软化点400-600℃，平均颗粒度3-6μm，水分含量0-2%，热膨胀系数55-100×10-7/℃。
相对现有技术，本发明的优点是：
（1）该玻璃粉的软化点低，在烧结温度下有良好的流平性，对银粉和硅基体具有更好的润湿性能；
（2）该玻璃粉的颗粒度均匀，水分含量低，热膨胀系数小；
（3）以该玻璃粉配制的正面银浆，烧结于电池片正面，银电极与硅有良好欧姆接触和焊接性能，电极附着强度高。应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.3%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥17.0%；该产品应用于晶体硅太阳电池上的焊接拉力>2.5N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）；
（4）该玻璃粉的制备工艺简单，利于控制。
具体实施方式
以下实施例仅用于阐述本发明，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例。所述技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容和各参数所取范围，均可实现本发明的目的。
实施例1
玻璃粉的组分为：按质量百分比PbO 70%，SiO2 5%，B2O3 6%，Al2O3 3%，Bi2O3 10%，Zn3(PO4)2·4H2O 5%和MgO 1%。
玻璃粉的制备步骤为：将上述组分按比例投入混料机内，旋转搅拌60分钟至混合均匀后，将混合粉分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中125℃干燥3小时；随后将已干燥的玻璃粉混合料置于马弗炉中，950℃熔炼80分钟，形成均一的玻璃液；将高温熔融的玻璃液迅速倒入25℃的去离子水中水淬；将水淬后的玻璃块于120℃中干燥24小时，使用气流磨将玻璃粉粉碎至2-9μm。
上述所得玻璃粉的软化点为480℃，平均颗粒度4μm，水分含量0.5%，热膨胀系数90×10-7/℃。按质量百分比该玻璃粉5%、银粉85%、有机粘合剂8%及添加剂2%混合均匀，研轧配制成晶体硅太阳电池正面银浆，应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.3%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥17.0%；该产品应用于晶体硅太阳电池上的焊接拉力>2.5N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。
实施例2
玻璃粉的组分为：按质量百分比PbO 30%，SiO2 8%，B2O3 10%，Al2O3 5%，Bi2O3 30%，Zn3(PO4)2·4H2O 12%和MgO 5%。
玻璃粉的制备步骤为：将上述组分按比例投入混料机内，旋转搅拌75分钟至混合均匀后，将混合粉分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中130℃干燥2小时；随后将已干燥的玻璃粉混合料置于马弗炉中，于1100℃熔炼60分钟，形成均一的玻璃液；将高温熔融的玻璃液迅速倒入30℃的去离子水中水淬；将水淬后的玻璃块于140℃中干燥8小时，使用气流磨将玻璃粉粉碎至2-9μm。
上述所得玻璃粉的软化点为520℃，平均颗粒度5μm，水分含量1%，热膨胀系数55×10-7/℃。按质量百分比该玻璃粉5%、银粉85%、有机粘合剂8%及添加剂2%混合均匀，研轧配制成晶体硅太阳电池正面银浆，应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.3%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥17.0%；该产品应用于晶体硅太阳电池上的焊接拉力>2.5N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。
实施例3
玻璃粉的组分为：按质量百分比PbO 55%，SiO2 7%，B2O3 5%，Al2O3 3%，Bi2O3 10%，Zn3(PO4)2·4H2O 10%和MgO 10%。
玻璃粉的制备步骤为：将上述组分按比例投入混料机内，旋转搅拌80分钟至混合均匀后，将混合粉分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中120℃干燥3小时；随后将已干燥的玻璃粉混合料置于马弗炉中，于900℃熔炼90分钟，形成均一的玻璃液；将高温熔融的玻璃液迅速倒入20℃的去离子水中水淬；将水淬后的玻璃块于130℃中干燥12小时，使用气流磨将玻璃粉粉碎至2-9μm。
上述所得玻璃粉的软化点为450℃，平均颗粒度6μm，水分含量0.7%，热膨胀系数75×10-7/℃。按质量百分比该玻璃粉5%、银粉85%、有机粘合剂8%及添加剂2%混合均匀，研轧配制成晶体硅太阳电池正面银浆，应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.3%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥17.0%；该产品应用于晶体硅太阳电池上的焊接拉力>2.5N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。
实施例4
玻璃粉的组分为：按质量百分比PbO 35%，SiO2 10%，B2O3 2%，Al2O3 8%，Bi2O3 20%，Zn3(PO4)2·4H2O 20%和MgO 5%。
玻璃粉的制备步骤为：将上述组分按比例投入混料机内，旋转搅拌70分钟至混合均匀后，将混合粉分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中140℃干燥1小时；随后将已干燥的玻璃粉混合料置于马弗炉中，于1050℃熔炼70分钟，形成均一的玻璃液；将高温熔融的玻璃液迅速倒入35℃的去离子水中水淬；将水淬后的玻璃块于120℃中干燥24小时，使用气流磨将玻璃粉粉碎至2-9μm。
上述所得玻璃粉的软化点为500℃，平均颗粒度3μm，水分含量0.2%，热膨胀系数60×10-7/℃。按质量百分比该玻璃粉5%、银粉85%、有机粘合剂8%及添加剂2%混合均匀，研轧配制成晶体硅太阳电池正面银浆，应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.3%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥17.0%；该产品应用于晶体硅太阳电池上的焊接拉力>2.5N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。

Claims (7)

1.一种晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉，其特征在于：由以下质量百分比的原料制成：PbO 30-70%，SiO2 5-10%，B2O3 2-10%，Al2O3 3-8%， Bi2O3 10-30%，Zn3（PO4）2·4H2O 5-20%和MgO 1-10%。
2.权利要求1所述的晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）预混合：将组成玻璃粉的原料按比例投入混料机内，搅拌旋转混合；
（2）干燥：将预混后的玻璃粉原料分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中，于120-140℃中干燥；
（3）高温熔炼：将已干燥的玻璃粉混合料置于马弗炉中，于850-1100℃熔炼，形成均一的玻璃液；
（4）水淬：将高温熔融的玻璃液迅速倒入去离子水中水淬，得到块状玻璃；
（5）粉碎：将水淬后的玻璃块于120-140℃中干燥，使用气流磨将玻璃粉粉碎至2-9μm即得。
3. 根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中搅拌旋转混合的时间为60-80分钟。
4. 根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中干燥的时间为1-3小时。
5. 根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中熔炼的时间为60-90分钟。
6. 根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中去离子水的温度为25±10℃。
7. 根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池正面银浆用玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中干燥的时间为8-24小时。
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