CN103771715B - 一种太阳能电池背面银浆用玻璃粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池背面银浆用玻璃粉，由包括以下重量百分比的原料通过研磨混合形成：玻璃粉A40‑99，玻璃粉B0‑60，无机添加剂0‑10。本发明的混合玻璃粉在制备太阳能背电极浆料时，玻璃粉用量低，降低了浆料成本；太阳能背电极浆料烧结后拉脱力大，电池光电转换效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池背面银浆用玻璃粉及其制备方法。
背景技术
太阳能电池在太阳光照射后产生的电子-空穴对电流，需由电池片的正、背电极导入外电路，电极的可靠性和电阻率直接关系到太阳能电池的稳定性和光电转换效率，主要影响因素是电极对硅片的附着力和电极与硅片之间的接触电阻。
电极对硅片的附着力，是通过浆料中的玻璃粉在高温烧结时熔融后与硅片之间产生的物理化学反应形成。在烧结过程中，玻璃粉熔化成玻璃液后润湿硅片，与硅片发生氧化还原反应，形成富硅反应层。高温烧结结束，随着温度的下降，富硅反应层中的硅一部分重新在硅片上结晶生长；部分硅氧化，其Si-O键与玻璃结合在一起，在电极与硅片之间形成一层玻璃粘接层，由此提供电极与硅片的附着力。
众所周知，玻璃是一种绝缘材料，其电阻值与厚度成正比关系，而背电极的烧结形成离不开玻璃，背电极的可焊性和耐焊性同样离不开玻璃。因此，在提供可靠附着力时必须考虑电极串联电阻。
影响太阳能电池背电极与硅片的附着力主要三个因素如下：
1、太阳能电池背电极与硅片之间玻璃粘接层的厚度和粘接区域的大小。粘接层太薄附着力不够，太厚则影响隧穿效应，增加电极与硅片之间的接触电阻影响太阳能电池的转换效率；
2、背电极的可焊性。可焊性与电极表面无机非金属玻璃含量和分布区域有关，含量高可焊性差，可形成虚焊甚至不上锡，玻璃与银粉润湿性不匹配和浆料中玻璃粉含量高都会使电极表面玻璃相对过多。
3、背电极的耐焊性。电极烧结致密性、银粉重结晶度以及银晶界处玻璃相析出量与耐焊性密切相关。电极致密重结晶度高，耐焊性好，银晶界处适当玻璃相析出也有助于电极的耐焊性。在电极烧结中，玻璃粉是银粉重结晶和烧结致密的助烧剂，玻璃粉含量低，银浆烧不熟，结晶和致密性差，玻璃粉含量高，电极表面玻璃相过多会使可焊性变差或产生虚焊，同时提高电极电阻。
为了高效稳定地输出太阳能电池产生的光生电流，得到高光电转换效率，背电极与硅片之间的附着力要高，接触电阻要低。换言之，要求浆料中的玻璃粉应具有尽可能低的含量，但同时要保证电极足够高的附着力。太阳能电池的有效使用寿命超过二十年，使用期间电池的稳定性和可靠性及其重要，拉脱力是重要的保证指标之一。
目前市场上太阳能电池片背电极有三段式、五段式、七段式等，电极拉脱力范围在3.0-5N，有专利申请达到5.5N；玻璃粉在浆料中的含量通常3-8wt％，甚至更高，以便为电极提供足够的拉脱力；浆料中银粉含量≥58wt％，这样就造成了银粉的大量浪费，因此急需一种既能够满足拉脱力又减少玻璃粉中银粉含量的太阳能电池背面银浆用玻璃粉及其制备方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能电池背面银浆用玻璃粉及其制备方法，以本发明的玻璃粉制备的太阳能电池背电极在烧结后，拉脱力≥6N，太阳能电池片光电转换效率：多晶硅≥17.5％，单晶硅≥19％。
本发明的太阳能电池背面银浆用玻璃粉，由包括以下重量百分比的原料通过研磨混合形成：玻璃粉A40-99，玻璃粉B0-60，无机添加剂0-10；所述玻璃粉A包括以下摩尔百分比的原料：PbO35-65，ZnO8-45，B2O33-24，SiO21-14，Ag2O0.2-15，P2O50-5，R2O0.5-10，添加剂0-15；所述玻璃粉B包括以下摩尔百分比的原料：PbO0-60，Bi2O30-60，TeO20.1-60，ZnO1-45，B2O30.1-25，SiO21-14，R2O0.5-10，添加剂0-15；所述无机添加剂包括以下摩尔份数的原料：R2O0.1-10；RO0-5，RO20-10，R2O30-6，P2O50-5；其中R2O包括以下摩尔份数的原料Li2O0-10、Na2O0-10和K2O0-10，RO包括以下摩尔份数的原料CaO0-5、SrO0-5、BaO0-5和CuO0-4，R2O3包括以下摩尔份数的原料Fe2O30-2、Cr2O30-3.5、Co2O30-3、Al2O30-5和Ce2O30-3，RO2包括以下摩尔份数的原料TiO20-5、ZrO20-5、MnO20-4和TeO20-5。
本发明的太阳能电池背面银浆用玻璃粉，所述添加剂为单质、氧化物或其他化合物。
本发明的太阳能电池背面银浆用玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
1)原料制备，按配比配制成玻璃粉A和玻璃粉B，将混合均匀的玻璃粉A和玻璃粉B分别装入坩埚，在马弗炉中加热至1100-1300℃，保温30-60分钟后，夹出坩埚将玻璃液浇入去离子水中，水淬成玻璃渣，滤出玻璃渣烘干后待用，玻璃渣含水量(wt％)＜1％；
2)取步骤1)制得的玻璃粉A、玻璃粉B以及无机添加剂，按以下重量百分比混合：玻璃粉A40-99，玻璃粉B0-60，无机添加剂0-10；然后按配合料∶磨介＝1∶2-5的重量比例称量，加入去离子水至球磨罐2/3体积处，采用卧式、立式、行星式球磨机或高效气流磨进行粉碎处理，球磨4-6小时后用400目滤网过滤，过滤的玻璃浆在烘箱中烘干至含水量(wt％)＜1％，过筛分散成混合玻璃粉。本发明中的玻璃粉D50＜0.6um(Count激光粒度仪测试)。
与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明的混合玻璃粉在制备太阳能背电极浆料时，玻璃粉用量低，电极串联电阻小，附着力高，小于60％的银含量有效地降低了浆料成本；太阳能背电极浆料具有较宽的烧结窗口，工艺调整范围大；浆料烧结后拉脱力大，电池光电转换效率高。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一种太阳能电池背面银浆用玻璃粉，由包括以下重量百分比的原料通过研磨混合形成：玻璃粉A40-99，玻璃粉B0-60，无机添加剂0-10；所述玻璃粉A包括以下摩尔百分比的原料：PbO35-65，ZnO8-45，B2O33-24，SiO21-14，Ag2O0.2-15，P2O50-5，R2O0.5-10，添加剂0-15；所述玻璃粉B包括以下摩尔百分比的原料：PbO0-60，Bi2O30-60，TeO20.1-60，ZnO1-45，B2O30.1-25，SiO21-14，R2O0.5-10，添加剂0-15；所述无机添加剂包括以下摩尔份数的原料：R2O0.1-10；RO0-5，RO20-10，R2O30-6，P2O50-5；其中R2O包括以下摩尔份数的原料Li2O0-10、Na2O0-10和K2O0-10，RO包括以下摩尔份数的原料CaO0-5、SrO0-5、BaO0-5和CuO0-4，R2O3包括以下摩尔份数的原料Fe2O30-2、Cr2O30-3.5、Co2O30-3、Al2O30-5和Ce2O30-3，RO2包括以下摩尔份数的原料TiO20-5、ZrO20-5、MnO20-4和TeO20-5。
本发明的太阳能电池背面银浆用玻璃粉，所述添加剂为单质、氧化物或其他化合物。
本发明的太阳能电池背面银浆用玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
1)原料制备，按配比配制成玻璃粉A和玻璃粉B，将混合均匀的玻璃粉A和玻璃粉B分别装入坩埚，在马弗炉中加热至1100-1300℃，保温30-60分钟后，夹出坩埚将玻璃液浇入去离子水中，水淬成玻璃渣，滤出玻璃渣烘干后待用，玻璃渣含水量(wt％)＜1％；
2)取步骤1)制得的玻璃粉A、玻璃粉B以及无机添加剂，按以下重量百分比混合：玻璃粉A40-99，玻璃粉B0-60，无机添加剂0-10；然后按配合料∶磨介＝1∶2-5的重量比例称量，加入去离子水至球磨罐2/3体积处，采用卧式、立式、行星式球磨机或高效气流磨进行粉碎处理，球磨4-6小时后用400目滤网过滤，过滤的玻璃浆在烘箱中烘干至含水量(wt％)＜1％，过筛分散成混合玻璃粉。本发明中的玻璃粉D50＜0.6um(Count激光粒度仪测试)
实例
201年3月10日，浙江光达电子科技有限公司公司按照下表1-3的配方制成太阳能电池背面银浆，所制成太阳能背电极的拉脱力试验数据如表4所示。
表1玻璃1组成(mol％)
表2玻璃2组成(mol％)
表3混合玻璃粉组成
表4采用含混合玻璃粉的浆料制得的背电极的拉脱力试验数据
在本发明的浆料实例中，采用156*156mm标准单晶/多晶硅片，背电极采用三段式；浆料通过丝网印刷在硅片上，印刷湿重0.025-0.0258g；烧结采用Despatch红外烧结炉，烧结温度750-850℃。
拉脱力试验采用焊带为铜底材涂敷60Sn40Pb焊锡，焊接温度350±5℃，底板温度60℃，手工焊接。拉脱力测试仪，电脑式光能板拉力机(型号KJ-1062E)。
用本发明中的混合玻璃粉制备的太阳能背电极浆料，玻璃粉用量低，电极串联电阻小，附着力高，≤60％的银含量有效地降低了浆料成本；本发明玻璃粉的浆料具有较宽的烧结窗口，工艺调整范围大。浆料烧结后拉脱力大，电池光电转换效率高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种太阳能电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，由包括以下重量百分比的原料通过研磨混合形成：玻璃粉A 72，玻璃粉B 20，无机添加剂0-10；所述玻璃粉A包括以下摩尔百分比的原料：PbO 48，ZnO 20，B2O 14，SiO2 7，Ag2O 4，P2O5 1，Na2O 1，Li2O 1，CaO 1，Al2O33，添加剂0-15；所述玻璃粉B包括以下摩尔百分比的原料：PbO 58.5，TeO2 37，B2O3 0.5，LiO2 3.5，TiO2 0.5，添加剂0-15；所述无机添加剂包括以下摩尔份数的原料：BaO 2，Fe2O31，Co2O3 1，Ce2O3 1，ZrO2 0.5，TeO2 2。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于：所述添加剂为单质、氧化物或其他化合物。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池背面银浆用玻璃粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料制备，按配比配制成玻璃粉A和玻璃粉B，将混合均匀的玻璃粉A和玻璃粉B分别装入坩埚，在马弗炉中加热至1100-1300℃，保温30-60分钟后，夹出坩埚将玻璃液浇入去离子水中，水淬成玻璃渣，滤出玻璃渣烘干后待用，玻璃渣含水量(wt％)＜1％；
2)取步骤1)制得的玻璃粉A、玻璃粉B以及无机添加剂，按以下重量百分比混合：玻璃粉A 72，玻璃粉B 20，无机添加剂0-10；然后按配合料∶磨介＝1∶2～5的重量比例称量，加入去离子水至球磨罐2/3体积处，采用卧式、立式、行星式球磨机或高效气流磨进行粉碎处理，球磨4-6小时后用400目滤网过滤，过滤的玻璃浆在烘箱中烘干至含水量(wt％)＜1％，过筛分散成混合玻璃粉。
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