CN103951265A - 一种硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域内一种硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉，所述玻璃粉组分含量及质量配比为：Bi2O340-65份，B2O315-35份，SiO210-20份，ZnO3-10份，P2O51-10份，BaO0.5-5份，CaO0.5-5份，MoO30.5-2份，所述玻璃粉粘结相的膨胀系数为35~50*10-7<sup/>、软化点为520-600℃、烧结温度为750-950℃、密度为2~4g/cm3。本发明可实现铝背场用玻璃粉与电池硅片膨胀系数、软化点和密度相匹配，使铝浆烧结后弯曲变形小，与硅片的附着力强，电导性能好。

Description

一种硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池技术领域，特别涉及一种硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉及其制备方法。 
背景技术
硅太阳能电池是一种利用光电效应将太阳能直接转化为电能的器件 ,近年来发展迅速。硅太阳能电池用铝浆是太阳能电子浆料中的主要组成部分,用于硅太阳能电池背表面场的形成 ,同时作为太阳能电池的背电极使用。硅太阳能电池用铝浆主要包括黏结相玻璃粉、功能相铝粉、有机载体和改性剂组成。铝粉作为铝电极浆料中的功能相，玻璃作为粘结相,它们均匀地分散在有机载体中。烧结后铝粉间互相连接构成导电通道 ,形成铝背场，提高开路电压，并与硅形成硅铝合金实现欧姆接触，从而提高转换效率。 
铝浆的无铅化主要就是粘结相玻璃的无铅化。传统浆料里使用最多的无机粘结剂玻璃粉料都含有铅。最常见的玻璃系统有PbO-ZnO-B2O3系，PbO-B203-SiO2系，PbO-Bi2O3-B2O3系，PbO-B2O3系等。以上这些玻璃体系具有较低的软化温度(通常可以小于500℃)，匹配的膨胀系数(TEC)(90*10-6～100*10-7)和良好的电气性能。当这些体系中的铅被去掉或替换，玻璃的化学稳定性、浸润性下降，软化温度和烧结温度升高。 
玻璃粉在烧结过程中，熔融铺展，如果玻璃粉和硅片膨胀系数不匹配会造成硅片弯曲，形成不良品。所以玻璃粉是影响硅太阳能电池片的重要因素。在铝浆烧结过程中，玻璃密度不适合，会造成玻璃上浮，使电池片电阻变大，影响电池片电性能。玻璃软化点太低会造成烧结起灰附着力下降、或者有铝珠现象导致电池片电性能下降。软化点过高，使浆料没有完全“烧熟”，电性能和附着力都会受到影响。 
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，首先提供一种硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉，旨在使该铝背场用玻璃粉与电池硅片膨胀系数、软化点和密度相匹配，使铝浆烧结后弯曲变形小，与硅片的附着力强，电导性能好。 
本发明的目的是这样实现的，一种硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉，所述玻璃粉组分含量及质量配比为：Bi2O3 50份，B2O315-35份，SiO210-20份，ZnO 3-10份，P2O5 1-10份，BaO 0.5-5份，CaO 0.5-5份，MoO3 0.5-2份，所述玻璃粉粘结相的膨胀系数为40~50*10-7 、软化点为520-550℃、烧结温度为750-950℃、密度为2~4g/cm3。 
本发明的玻璃粉各组分的作用为：Bi2O3具有降低玻璃软化点、玻璃烧结温度、增加玻璃密度，可以调节玻璃膨胀系数。用来代替玻璃中的铅。B2O3网络生成体，降低烧结温度、玻璃高温时粘度使高温玻璃液具有适当流动性，B2O3含量增加，玻璃软化点、膨胀系数降低，稳定性提高。SiO2网络生成体氧化物，降低玻璃热膨胀系数，提高玻璃热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、粘度，但过多会造成烧结温度升高。ZnO中间体氧化物，可以降低玻璃热膨胀系数，提高玻璃化学稳定性和热稳定性。P2O5，降低玻璃软化点，提高玻璃色散系数，但过多会造成玻璃化学稳定性和机械强度降低。BaO增加玻璃折射率、密度、化学稳定性。并且可以加速玻璃熔化，但过多会造成澄清困难。CaO高温时降低玻璃黏度、促进玻璃的熔化和澄清，增加玻璃化学稳定性和机械强度，但过多会造成玻璃析晶倾向增大，而且玻璃容易发脆。MoO2降低玻璃表面张力、增加玻璃润湿能力。 
该发明玻璃粉为Bi-B-Si-Zn体系玻璃粉，此体系玻璃粉制备的背场铝浆在烧结过程中能腐蚀铝粉表面氧化层，形成铝硅低共熔点，形成均匀的铝-硅合金层。P2O5、CaO 能降低玻璃高温粘度，使配制的铝浆中的玻璃粉在烧结过程更加容易流动，BaO能增加玻璃粉的稳定性，使玻璃粉熔融阶段更加稳定不易产生分相 ，MoO3 使配制的铝浆中的玻璃粉在烧结过程中能更好的润湿铝粉和硅片表面使腐蚀效果达到最优。并且玻璃粘结相不含铅、镉，且具有合适的软化点，是含铅低熔点玻璃的最佳替代品，对环境无污染，玻璃中含有氧化铋、氧化硼等降低软化点的氧化物使玻璃的软化点在520~550℃范围内，适合现有铝浆的烧结温度范围。 
    作为本发明的优选方案， 所述玻璃粉组分含量及质量配比为：Bi2O350份，B2O317.5份，SiO218份，ZnO 7份，P2O5 1份，BaO 0.5份，CaO 0.5份，MoO3 0.5份。 
    作为本发明的优选方案，所述玻璃粉组分含量及质量配比为：Bi2O350份，B2O3 29份，SiO2 10份，ZnO  10份，P2O5 3份，BaO 2份，CaO  2份，MoO3 2份。 
    作为本发明的优选方案，所述玻璃粉组分含量及质量配比为：Bi2O3 50份，B2O3 16.7份，SiO2 15份，ZnO  7份，P2O5 6份，BaO 3份，CaO  3份，MoO3 1.3份。 
    为进一步实现本发明的目的，本发明还提供一种硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：按各组份的质量组分配比称量，放入混合机中充分混合后转入坩埚中，然后将坩埚放入900~1200℃的箱式炉中，保温熔炼100~200min，然后将熔炼的玻璃液倒入去离子冷水淬火，将淬火后的玻璃装入球磨机中球磨10-12小时、过400目筛网、烘干，最后将玻璃粉转入箱式炉内经350~500℃退火处理，得到粒径小于7μm的太阳能背银电极用玻璃粉。 
作为本发明的制备方法优选方案，所述球磨机中球：料：水的体积比例为1：1：2。 
本发明的方法制备的玻璃粘结相不含铅、镉，且具有合适的软化点，是含铅低熔点玻璃的最佳替代品，对环境无污染，玻璃中含有氧化铋、氧化硼等降低软化点的氧化物使玻璃的软化点在520~550℃范围内，适合现有铝浆的烧结温度范围。对玻璃采用350~500℃退火处理，使其密度增加、膨胀系数下降，使密度在2~4g/cm3，膨胀系数达40~50*10-7/℃。 
具体实施方式
 实施例1 
    硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：按各组份的质量组分配比分别称量如下质量配比的组分，Bi2O350份，B2O317.5份，SiO218份，ZnO 7份，P2O5 1份，BaO 0.5份，CaO 0.5份，MoO3 0.5份。
放入混合机中充分混合后转入坩埚中，然后将坩埚放入1200℃的箱式炉中，保温熔炼100min，然后将熔炼的玻璃液倒入去离子冷水淬火，将淬火后的玻璃装入球磨机中，其中球：料：水的体积比例为1：1：2，球磨12小时、过400目筛网、烘干，最后将玻璃粉转入箱式炉内经500℃退火处理，得到粒径小于7μm的太阳能背银电极用玻璃粉。本实施例中制得的玻璃粉经测试软化点、膨胀系数、粒径和配制铝浆经烧结后EVA层压与硅片的附着力参数如下表1所示。 
表1 
测试项目 测试仪器 测试结果
软化点 差热分析仪 536℃
膨胀系数 热膨胀系数测定仪 42*10-7/℃
粒径 粒度测试仪 4μm
与硅片的附着力 拉力测试仪 30N
实施例2
    硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：按各组份的质量组分配比分别称量如下质量配比的组分， Bi2O3 50份，B2O3 29份，SiO2 10份，ZnO  10份，P2O5 3份，BaO 2份，CaO  2份，MoO3 2份。
放入混合机中充分混合后转入坩埚中，然后将坩埚放入1050℃的箱式炉中，保温熔炼150min，然后将熔炼的玻璃液倒入去离子冷水淬火，将淬火后的玻璃装入球磨机中，其中球：料：水的体积比例为1：1：2，球磨11小时、过400目筛网、烘干，最后将玻璃粉转入箱式炉内经425℃退火处理，得到粒径小于7μm的太阳能背银电极用玻璃粉。本实施例中制得的玻璃粉经测试软化点、膨胀系数、粒径和与配制铝浆经烧结后EVA层压硅片的附着力参数如下表2所示。 
表2 
测试项目 测试仪器 测试结果
软化点 差热分析仪 543℃
膨胀系数 热膨胀系数测定仪 44*10-7/℃
粒径 粒度测试仪 6μm
与硅片的附着力 拉力测试仪 42N
实施例3
    硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：按各组份的质量组分配比分别称量如下质量配比的组分，Bi2O3 50份，B2O3 16.7份，SiO2 15份，ZnO  7份，P2O5 6份，BaO 3份，CaO  3份，MoO3 1.3份.放入混合机中充分混合后转入坩埚中，然后将坩埚放入900℃的箱式炉中，保温熔炼200min，然后将熔炼的玻璃液倒入去离子冷水淬火，将淬火后的玻璃装入球磨机中，其中球：料：水的体积比例为1：1：2，球磨10小时、过400目筛网、烘干，最后将玻璃粉转入箱式炉内经350℃退火处理，得到粒径小于7μm的太阳能背银电极用玻璃粉。本实施例中制得的玻璃粉经测试软化点、膨胀系数、粒径和配制铝浆经烧结后EVA层压与硅片的附着力参数如下表2所示。
表3 
测试项目 测试仪器 测试结果
软化点 差热分析仪 534℃
膨胀系数 热膨胀系数测定仪 43*10-7/℃
粒径 粒度测试仪 6μm
与硅片的附着力 拉力测试仪 38N
实施例4
    硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：按各组份的质量组分配比分别称量如下质量配比的组分，Bi2O350份，B2O315份，SiO210份，ZnO 3份，P2O5 1份，BaO 0.5份，CaO 0.5份，MoO3 0.5份。
放入混合机中充分混合后转入坩埚中，然后将坩埚放入950℃的箱式炉中，保温熔炼100min，然后将熔炼的玻璃液倒入去离子冷水淬火，将淬火后的玻璃装入球磨机中，其中球：料：水的体积比例为1：1：2，球磨12小时、过400目筛网、烘干，最后将玻璃粉转入箱式炉内经350℃退火处理，得到粒径小于7μm的太阳能背银电极用玻璃粉。本实施例中制得的玻璃粉经测试软化点、膨胀系数、粒径和配制铝浆经烧结后EVA层压与硅片的附着力参数如下表4所示。 
 
表4
测试项目 测试仪器 测试结果
软化点 差热分析仪 546℃
膨胀系数 热膨胀系数测定仪 48*10-7/℃
粒径 粒度测试仪 5μm
与硅片的附着力 拉力测试仪 28N
实施例5
    硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括如下步骤：按各组份的质量组分配比分别称量如下质量配比的组分，Bi2O350份，B2O335份，SiO220份，ZnO 10份，P2O5 10份，BaO5份，CaO 5份，MoO3 2份。
放入混合机中充分混合后转入坩埚中，然后将坩埚放入1150℃的箱式炉中，保温熔炼200min，然后将熔炼的玻璃液倒入去离子冷水淬火，将淬火后的玻璃装入球磨机中，其中球：料：水的体积比例为1：1：2，球磨12小时、过400目筛网、烘干，最后将玻璃粉转入箱式炉内经480℃退火处理，得到粒径小于7μm的太阳能背银电极用玻璃粉。本实施例中制得的玻璃粉经测试软化点、膨胀系数、粒径和配制铝浆经烧结后EVA层压与硅片的附着力参数如下表5所示。 
表5 
测试项目 测试仪器 测试结果
软化点 差热分析仪 526℃
膨胀系数 热膨胀系数测定仪 41*10-7/℃
粒径 粒度测试仪 5μm
与硅片的附着力 拉力测试仪 32N

Claims (6)

1.一种硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉组分含量及质量配比为：Bi2O3 50份，B2O315-35份，SiO210-20份，ZnO 3-10份，P2O5 1-10份，BaO 0.5-5份，CaO 0.5-5份，MoO3 0.5-2份，所述玻璃粉粘结相的膨胀系数为40~50*10-7 、软化点为520-550℃、烧结温度为750-950℃、密度为2~4g/cm3。
2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉组分含量及质量配比为：Bi2O3 50份，B2O317.5份，SiO218份，ZnO 7份，P2O5 1份，BaO 0.5份，CaO 0.5份，MoO3 0.5份。
3.根据权利要求1所述的硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉组分含量及质量配比为：Bi2O3 50份，B2O3 29份，SiO2 10份，ZnO  10份，P2O5 3份，BaO 2份，CaO  2份，MoO3 2份。
4.根据权利要求1所述的硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉组分含量及质量配比为：Bi2O350份，B2O3 16.7份，SiO2 15份，ZnO 7份，P2O5 6份，BaO 3份，CaO  3份，MoO3 1.3份。
5.一种权利要求1—4任一项所述的硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：按各组份的质量组分配比称量，放入混合机中充分混合后转入坩埚中，然后将坩埚放入900~1200℃的箱式炉中，保温熔炼100~200min，然后将熔炼的玻璃液倒入去离子冷水淬火，将淬火后的玻璃装入球磨机中球磨10-12小时、过400目筛网、烘干，最后将玻璃粉转入箱式炉内经350~500℃退火处理，得到粒径小于7μm的太阳能背银电极用玻璃粉。
6.根据权利要求5所述的硅太阳能电池铝背场用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于，所述球磨机中球：料：水的体积比例为1：1：2。
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