CN103193391A - 晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉及其制备方法，原料重量组组分为Bi2O3：40~70份、B2O3：5~15份、ZrO2：0.5~5份、SiO2：10~20份、ZnO：5~20份、TiO2：1~5份、Al2O3：5~20份、P2O5：1份；将上述组分装入混料机，混合均匀成为混合料；将石英坩埚预热至600~800℃，将混合料装入石英坩埚中保温时间20min；然后在900~1200℃温度下熔炼20min~40min；将熔炼好的玻璃液倒入去离子水中淬火，淬火后的玻璃进行湿法球磨至2~5μm，烘干后得到无铅玻璃粉。该无铅玻璃粉工艺过程简单，熔炼耗时短，成本低，使用中与银粉、硅基片有良好的浸润性，烧结后与硅基片的附着力达到5N以上。

Description

晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池用电子浆料，具体涉及一种晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉，还涉及一种晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，属于太阳能电池技术领域。 
背景技术
太阳能作为一种绿色环保、取之不尽的新型能源，其应用在全世界各个国家的大力推广下得到快速的发展。目前市场上以晶体硅太阳能电池为主，占据了最主要的太阳能电池市场。 
在晶体硅太阳能电池的制作过程中，将银导电浆料印刷在硅片背面，通过将焊带焊接背面银浆的形式将电池片串联或者并联为太阳能电池组件。 
银浆主要由银粉、玻璃粉、有机载体及一些添加剂组成。玻璃粉是其中最重要的组分，在烧结时，玻璃粉熔化，将银粉与硅基片粘合在一起，为浆料提供附着力。 
目前市场上太阳能电池银浆以含铅产品为主，因为铅玻璃更容易提供强的附着力，以及可焊性等性能。 
市场上现有的无铅太阳能电池银浆用玻璃粉，存在膨胀系数与硅片不匹配，用在浆料中，浆料与硅基片附着力差，可焊性不稳定以及耐焊性等现象。 
发明内容
本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种性能优越的晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉。 
为解决以上技术问题，本发明所提供的一种晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉，所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：40~70份、B2O3：5~15份、ZrO2：0.5~5份、SiO2：10~20份、ZnO：5~20份、TiO2：1~5份、Al2O3：5~20份、P2O5：1份。 
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：在高含铅玻璃中，Pb2+离子处于四方椎体的顶端，铅离子的惰性电子处于远离四个氧离子的一面，形成一种螺旋形的链状结构，在玻璃中与硅氧四面体SiO4通过顶角或共边相连接，形成一种特殊网络，使PbO-SiO2系统具有很宽的玻璃形成区，并决定了氧化铅在硅酸盐熔体中的高助熔性。无铅玻璃体系中，理论上Bi是代替Pb的最佳元素，随着BiO3三角体逐渐被BiO4四面体结构代替，使玻璃的粘度降低，但往往在配方中需要加入量非常大，且效果比PbO差。本发明的玻璃粉中引入ZnO以及B2O3，与Bi2O3搭配使用，起到替代PbO的作用；ZnO熔点较低，在玻璃中可以大幅降低玻璃的软化点，增加玻璃的流动性，从而可以提高银浆的耐水煮性能，同时降低膨胀系数；但ZnO增多后玻璃容易结晶，因此引入助熔性很强的B2O3,降低玻璃在淬火过程中的结晶化，从而提高玻璃对硅基片的浸润性；SiO2提供形成玻璃所需的网络结构，Bi2O3、SiO2以及B2O3三者决定了玻璃的主要结构，熔点低且网络稳定；P2O5可以降低玻璃的软化点以及融化后的粘度，提高玻璃粉对基板的浸润，增加附着力；TiO2与Al2O3共同使用，可以大幅度提高玻璃的网络结构稳定性，降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的耐酸性；ZrO2增加了玻璃的耐碱性，促使银浆对基板形成共融层，提高附着力，同时降低了浆料与硅片之间的接触电阻，提高光电转换效率。本发明的无铅玻璃粉，工艺过程简单，熔炼耗时短，成本低，采用湿磨法进行球磨，玻璃粉的粒径更集中均匀，性能稳定。最终软化点可达到380℃~420℃左右，膨胀系数77~106×10-7/℃，使用中与银粉、硅基片有良好的浸润性，烧结后与硅基片的附着力达到5N以上。在熔化状态下可很好的将银粉融合在一起，形成致密的烧结膜，不仅提高电池片的电性能，同时提高了银浆的可焊性与耐焊性，降低了太阳能电池片不可焊以及虚焊等问题，增加电池片的成品率。 
作为本发明的优选方案，所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：40份、B2O3：5份、ZrO2：0.5份、SiO2：10份、ZnO：5份、TiO2：1份、Al2O3：5份、P2O5：1份。 
作为本发明的优选方案，所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：55份、B2O3：10份、ZrO2：2份、SiO2：15份、ZnO：12份、TiO2：3份、Al2O3：13份、P2O5：1份。 
作为本发明的优选方案，所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：70份、B2O3： 15份、ZrO2：5份、SiO2：20份、ZnO：20份、TiO2：5份、Al2O3：20份、P2O5：1份。 
本发明的另一个目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，制成的无铅玻璃粉对基板的浸润好，附着力强。 
为解决以上技术问题，本发明的晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，Bi2O3：40~70份、B2O3：5~15份、ZrO2：0.5~5份、SiO2：10~20份、ZnO：5~20份、TiO2：1~5份、Al2O3：5~20份、P2O5：1份；（2）将上述组分装入混料机，混合均匀成为混合料；（3）将石英坩埚预热至600~800℃，将上述混合料装入石英坩埚中，在600~800℃下保温时间20min；然后将石英坩埚置于马弗炉中在900~1200℃温度下熔炼20min~40min；（4）将熔炼好的玻璃液倒入去离子水中淬火；（5）淬火后的玻璃进行湿法球磨至2~5μm，烘干后得到无铅玻璃粉。 
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：在高含铅玻璃中，Pb2+离子处于四方椎体的顶端，铅离子的惰性电子处于远离四个氧离子的一面，形成一种螺旋形的链状结构，在玻璃中与硅氧四面体SiO4通过顶角或共边相连接，形成一种特殊网络，使PbO-SiO2系统具有很宽的玻璃形成区，并决定了氧化铅在硅酸盐熔体中的高助熔性。无铅玻璃体系中，理论上Bi是代替Pb的最佳元素，随着BiO3三角体逐渐被BiO4四面体结构代替，使玻璃的粘度降低，但往往在配方中需要加入量非常大，且效果比PbO差。本发明的玻璃粉中引入ZnO以及B2O3，与Bi2O3搭配使用，起到替代PbO的作用；ZnO熔点较低，在玻璃中可以大幅降低玻璃的软化点，增加玻璃的流动性，从而可以提高银浆的耐水煮性能，同时降低膨胀系数；但ZnO增多后玻璃容易结晶，因此引入助熔性很强的B2O3,降低玻璃在淬火过程中的结晶化，从而提高玻璃对硅基片的浸润性；SiO2提供形成玻璃所需的网络结构，Bi2O3、SiO2以及B2O3三者决定了玻璃的主要结构，熔点低且网络稳定；P2O5可以降低玻璃的软化点以及融化后的粘度，提高玻璃粉对基板的浸润，增加附着力；TiO2与Al2O3共同使用，可以大幅度提高玻璃的网络结构稳定性，降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的耐酸性；ZrO2增加了玻璃的耐碱性，促使银浆对基板形成共融层，提高附着力，同时降低了浆料与硅片之间的接触电阻，提高光电转换效率。本发明的无铅玻璃粉，工艺过程简单，熔炼耗时短，成本低，采用湿磨法进行球磨，玻璃粉的粒径更集中均匀，性能稳定。最终软化点可达到380℃~420℃左右，膨胀系数77~106×10-7/℃，使用中与银粉、硅基片有良好的浸润性，烧结后与硅基片的附着力达到5N以上。在熔化状态下可很好的将银粉融合在一起，形成致密的烧结膜，不仅提高电池片的电性能，同时提高了银浆的可焊性与耐焊性，降低了太阳能电池片不可焊以及虚焊等问题，增加电池片的成品率。 
作为本发明的优选方案，所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：40份、B2O3：5份、ZrO2：0.5份、SiO2：10份、ZnO：5份、TiO2：1份、Al2O3：5份、P2O5：1份。 
作为本发明的优选方案，所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：55份、B2O3：10份、ZrO2：2份、SiO2：15份、ZnO：12份、TiO2：3份、Al2O3：13份、P2O5：1份。 
作为本发明的优选方案，所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：70份、B2O3： 15份、ZrO2：5份、SiO2：20份、ZnO：20份、TiO2：5份、Al2O3：20份、P2O5：1份。 
具体实施方式
实施例一 
晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，Bi2O3：40份、B2O3：5份、ZrO2：0.5份、SiO2：10份、ZnO：5份、TiO2：1份、Al2O3：5份、P2O5：1份（2）将上述组分装入混料机，混合均匀成为混合料；（3）将石英坩埚预热至600℃，将上述混合料装入石英坩埚中，在600℃下保温时间20min；然后将石英坩埚置于马弗炉中在900℃温度下熔炼20min；（4）将熔炼好的玻璃液倒入去离子水中淬火；（5）淬火后的玻璃进行湿法球磨至2μm，烘干后得到无铅玻璃粉。
取少量制备好的玻璃粉样品，做软化点、膨胀系数、粒径的测试，结果如下表： 
Figure 2013101296681100002DEST_PATH_IMAGE001
该无铅玻璃粉做成太阳能电池背面银浆，烧结后与硅基片的附着力为5.2N，可焊性与耐焊性均合格。
实施例二 
晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，Bi2O3：55份、B2O3：10份、ZrO2：2份、SiO2：15份、ZnO：12份、TiO2：3份、Al2O3：13份、P2O5：1份；（2）将上述组分装入混料机，混合均匀成为混合料；（3）将石英坩埚预热至700℃，将上述混合料装入石英坩埚中，在700℃下保温时间20min；然后将石英坩埚置于马弗炉中在1150℃温度下熔炼30min；（4）将熔炼好的玻璃液倒入去离子水中淬火；（5）淬火后的玻璃进行湿法球磨至4μm，烘干后得到无铅玻璃粉。
取少量制备好的玻璃粉样品，做软化点、膨胀系数、粒径的测试，结果如下表： 
Figure 2013101296681100002DEST_PATH_IMAGE002
该无铅玻璃粉做成太阳能电池背面银浆，烧结后与硅基片的附着力为5.8N，可焊性与耐焊性均合格。
实施例三 
晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，Bi2O3：70份、B2O3： 15份、ZrO2：5份、SiO2：20份、ZnO：20份、TiO2：5份、Al2O3：20份、P2O5：1份；（2）将上述组分装入混料机，混合均匀成为混合料；（3）将石英坩埚预热至800℃，将上述混合料装入石英坩埚中，在800℃下保温时间20min；然后将石英坩埚置于马弗炉中在1200℃温度下熔炼40min；（4）将熔炼好的玻璃液倒入去离子水中淬火；（5）淬火后的玻璃进行湿法球磨至5μm，烘干后得到无铅玻璃粉。
取少量制备好的玻璃粉样品，做软化点、膨胀系数、粒径的测试，结果如下表： 
Figure 2013101296681100002DEST_PATH_IMAGE003
该无铅玻璃粉做成太阳能电池背面银浆，烧结后与硅基片的附着力为5.6N，可焊性与耐焊性均合格。
上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于：所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：40~70份、B2O3：5~15份、ZrO2：0.5~5份、SiO2：10~20份、ZnO：5~20份、TiO2：1~5份、Al2O3：5~20份、P2O5：1份。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于：所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：40份、B2O3：5份、ZrO2：0.5份、SiO2：10份、ZnO：5份、TiO2：1份、Al2O3：5份、P2O5：1份。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于：所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：55份、B2O3：10份、ZrO2：2份、SiO2：15份、ZnO：12份、TiO2：3份、Al2O3：13份、P2O5：1份。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于：所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：70份、B2O3： 15份、ZrO2：5份、SiO2：20份、ZnO：20份、TiO2：5份、Al2O3：20份、P2O5：1份。
5.一种晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于：依次包括如下步骤：（1）按以下组分及重量含量准备原料，Bi2O3：40~70份、B2O3：5~15份、ZrO2：0.5~5份、SiO2：10~20份、ZnO：5~20份、TiO2：1~5份、Al2O3：5~20份、P2O5：1份；（2）将上述组分装入混料机，混合均匀成为混合料；（3）将石英坩埚预热至600~800℃，将上述混合料装入石英坩埚中，在600~800℃下保温时间20min；然后将石英坩埚置于马弗炉中在900~1200℃温度下熔炼20min~40min；（4）将熔炼好的玻璃液倒入去离子水中淬火；（5）淬火后的玻璃进行湿法球磨至2~5μm，烘干后得到无铅玻璃粉。
6.根据权利要求5所述的晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：40份、B2O3：5份、ZrO2：0.5份、SiO2：10份、ZnO：5份、TiO2：1份、Al2O3：5份、P2O5：1份。
7.根据权利要求5所述的晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：55份、B2O3：10份、ZrO2：2份、SiO2：15份、ZnO：12份、TiO2：3份、Al2O3：13份、P2O5：1份。
8.根据权利要求5所述的晶体硅太阳能电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述无铅玻璃粉的原料组分及重量含量如下，Bi2O3：70份、B2O3： 15份、ZrO2：5份、SiO2：20份、ZnO：20份、TiO2：5份、Al2O3：20份、P2O5：1份。
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