CN104926109B

CN104926109B - 一种应用于晶体硅太阳电池背银浆料的玻璃粉

Info

Publication number: CN104926109B
Application number: CN201510276678.7A
Authority: CN
Inventors: 刘家敬; 丁冰冰
Original assignee: GUANGZHOU RUXING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Ruxing Technology Development Co.,Ltd.; Wuxi ruxing Technology Development Co., Ltd
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: CN104926109A

Abstract

本发明公开了一种应用于晶体硅太阳电池背银浆料的玻璃粉，该所述玻璃粉由下述摩尔分数的组分组成：5~60%PbO、1~20%SiO₂、5~40%B₂O₃、1~25%ZnO、0.5~30%CuO、0.5~30%MnO₂、0.5~15%(Li₂O+Na₂O+K₂O)、0.2~10%含F助熔剂和0~5%改性添加剂；其中，各组分的摩尔分数之和为100%。本发明中的含F助熔剂包括但不限于PbF₂、BiF₃、AlF₃、NaF、LiF、KF、CaF₂、CsF、ZrF₄、TiF₄、ZnF₂、Na₃AlF₆、Na₂SiF₆或NH₄F；改性添加剂包括ZrO₂、V₂O₅、TiO₂、MoO₃、WO₃中的一种或几种组合。本发明对不同银粉的适用性广，热膨胀系数和软化点适中，应用该玻璃粉的背银浆料经烧结后的电极可焊性好、附着力大。

Description

一种应用于晶体硅太阳电池背银浆料的玻璃粉

技术领域

本发明属于晶体硅太阳电池技术领域，具体涉及一种应用于晶体硅太阳电池背银浆料的玻璃粉。

背景技术

近几年，光伏产业在各国政策支持下得到了极为快速的发展，我国的晶体硅太阳电池组件产能达到世界总产能的60%以上，每年为世界提供源源不断的新能源。晶体硅太阳电池组件具有光电转换效率高、成本低、寿命长等优点，因此其仍将在未来十年的光伏产业中占主导地位。

常规晶体硅太阳电池是一种将光能转换成电能的半导体器件，主要包括硅衬底、p-n结、钝化介质膜、正银电极、背银电极和背铝电极。太阳电池的电极主要起欧姆接触和汇流作用，对晶体硅太阳电池的效率、寿命具有极其重要的影响。背银电极一般是由包括银粉、玻璃粉、有机黏合剂和多种添加剂组合而成的背银浆料，经丝网印刷在硅衬底并经高温烧结而成。

玻璃粉作为背银浆料中的无机粘结相，其自身的组分、软化温度、流平温度、玻璃密度、对银粉和硅衬底的浸润性、与银粉和硅衬底热膨胀系数的差异，都对适用不同玻璃粉、其与背铝电极之间的串联电阻、背银电极与焊带的焊接性能、背银电极与硅衬底的附着力具有重要作用。玻璃粉在烧结过程中，玻璃粉的组分对硅衬底的少子寿命有害，会造成一定效率的下降，也可能导致背银电极与背铝电极交界处发黄、易脱落或串联电阻增加；玻璃粉的软化温度、流平温度与烧结温度不匹配，影响玻璃粉与银粉、硅衬底的作用，导致附着力下降；玻璃粉的密度不合适或对银粉和硅衬底的浸润性差，会造成熔融玻璃上浮，在背银电极表面形成玻璃釉，可焊性变差；玻璃粉与银粉和硅衬底热膨胀系数的差异大，会产生明显的内应力，导致附着力变差；软化点过高或浸润性差，可能会导致附着力变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与不同银粉、硅衬底、软化点、密度想匹配的晶体硅太阳电池用背银浆料用玻璃粉，以提高对不同银粉的适用性，降低与背铝电极之间的串联电阻、提高背银电极与焊带的焊接性能、背银电极与硅衬底的附着力。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：一种应用于晶体硅太阳电池背银浆料的玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉由下述摩尔分数的组分组成：5~60%PbO、1~20%SiO₂、5~40%B₂O₃、1~25%ZnO、0.5~30%CuO、0.5~30%MnO₂、0.5~15%(Li₂O+Na₂O+K₂O)、0.2~10%含F助熔剂和0~5%改性添加剂；其中，各组分的摩尔分数之和为100%。

本发明所述含F助熔剂包括一种或多种含氟组分，所述含氟组分包括氟盐、氟化物或金属氟氧化物，所述含氟组分包括PbF₂、BiF₃、AlF₃、NaF、LiF、KF、CaF₂、CsF、ZrF₄、TiF₄、ZnF₂、Na₃AlF₆、Na₂SiF₆或NH₄F。

本发明所述改性添加剂包括ZrO₂、V₂O₅、TiO₂、MoO₃、WO₃中的一种或几种组合。

本发明所述玻璃粉软化温度为400~550℃。

本发明所述玻璃粉中位径D50为0.3~10μm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：玻璃粉中的PbO能够在高温状态下还原成铅单质，降低银粉的熔化温度，提高烧结窗口；SiO₂作为网络生成体氧化物，能使玻璃粉网络结构更致密，提高玻璃粉机械强度和化学稳定性；ZnO可以提供游离氧，网络结构易破坏和重组，提高烧结窗口；玻璃中的CuO和MnO₂在高温状态与银颗粒具有较强的化学键，利于改善其表面特性和机械性能，提高附着力；B₂O₃可降低玻璃粉的热膨胀系数，减少银层与玻璃粉、玻璃粉与硅衬底的内应力；Li₂O+Na₂O+K₂O碱金属氧化物可破坏网络结构，降低玻璃粉的高温粘度，提高玻璃粉高温时的流平性，促进玻璃粉与银粉的浸润；含F助熔剂可提高玻璃粉熔炼均匀性，促进玻璃粉中各组分的均匀分布，同时F可与银粉、硅基底形成较强的化学键，提高焊接拉力性能。改性添加剂可以降低表面张力，提高对玻璃粉的浸润性。

玻璃粉各组分的氧化物按一定比例配比，经机械搅拌或混料方式将各组合的氧化物混合均匀；随后放入熔炼温度为800℃~1200℃的熔炉中保温30~120分钟，使熔体完全液化并且均匀；保温后的熔料可倒入水中进行水淬或通过不锈钢对辊机的双辊淬火；淬火后的物料经机械破碎方式得到目标粒径的玻璃粉；湿法球磨后的玻璃粉液需要经一定温度烘烤，以去除其中的水分。配料成分应该是在熔料制造的通常条件下能产生期望的氧化物任一种化合物。例如B₂O₃可从硼酸中获得，Na₂CO₃从碳酸钠中获得等。机械破碎工艺包括湿法球磨或干法破碎工艺，不限于具体制备工艺。

本发明对不同银粉的适用性广，热膨胀系数和软化点适中，应用该玻璃粉的背银浆料经烧结后的电极可焊性好、附着力大。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行详细说明。需要指出的是，以下实施只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

熔炼前各组分的摩尔分数组成如下：30%PbO、10%SiO₂、30%B₂O₃、10%ZnO、1%CuO、13%MnO₂、5%Li₂O和1%LiF。

各组分按上述比例配比，机械方式混均匀后放入熔炼温度为1100℃的熔炉中保温30分钟，使熔体完全液化并且均匀；保温后的熔料可倒入水中进行水淬；淬火后的物料经湿法球磨破碎方式得到目标粒径的玻璃粉；玻璃液需要经一定温度烘烤，以去除其中的水分。所得玻璃粉的软化温度为550℃，玻璃粉中位径D50为0.5μm。

实施例2

熔炼前各组分的摩尔分数组成如下：40%PbO、20%SiO₂、10%B₂O₃、5%ZnO、6%CuO、10%MnO₂、3%Na₂O、2%NaF、3%AlF₃和1%MoO₃。

各组分按上述比例配比，机械方式混均匀后放入熔炼温度为1000℃的熔炉中保温60分钟，使熔体完全液化并且均匀；保温后的熔料可倒入水中进行水淬；淬火后的物料经湿法球磨方式得到目标粒径的玻璃粉；玻璃液需要经一定温度烘烤，以去除其中的水分。所得玻璃粉的软化温度为520℃，玻璃粉中位径D50为1μm。

实施例3

熔炼前各组分的摩尔分数组成如下：50%PbO、5%SiO₂、15%B₂O₃、5%ZnO、15%CuO、5%MnO₂、1%K₂O、3%CaF₂和1%V₂O₅。

各组分按上述比例配比，机械方式混均匀后放入熔炼温度为950℃的熔炉中保温90分钟，使熔体完全液化并且均匀；保温后的熔料可倒入水中进行水淬；淬火后的物料经湿法球磨破碎方式得到目标粒径的玻璃粉；玻璃液需要经一定温度烘烤，以去除其中的水分。所得玻璃粉的软化温度为493℃，玻璃粉中位径D50为2μm。

实施例4

熔炼前各组分的摩尔分数组成如下：60%PbO、15%SiO₂、5%B₂O₃、3%ZnO、10%CuO、0.5%MnO₂、1.5%Na₂O、4%AlF₃和1%WO₃。

各组分按上述比例配比，机械方式混均匀后放入熔炼温度为850℃的熔炉中保温90分钟，使熔体完全液化并且均匀；保温后的熔料可倒入水中进行水淬；淬火后的物料经湿法球磨破碎方式得到目标粒径的玻璃粉；玻璃液需要经一定温度烘烤，以去除其中的水分。所得玻璃粉的软化温度为450℃，玻璃粉中位径D50为3μm。

实施例5

熔炼前各组分的摩尔分数组成如下：55%PbO、5%SiO₂、3%B₂O₃、7%ZnO、10%CuO、17%MnO₂、1.0%Na₂O、0.5%Li₂O、 1% CaF₂和0.5%WO₃。

各组分按上述比例配比，机械方式混均匀后放入熔炼温度为90℃的熔炉中保温60分钟，使熔体完全液化并且均匀；保温后的熔料可倒入水中进行水淬；淬火后的物料经湿法球磨破碎方式得到目标粒径的玻璃粉；玻璃液需要经一定温度烘烤，以去除其中的水分。所得玻璃粉的软化温度为480℃，玻璃粉中位径D50为4μm。

实施例6

熔炼前各组分的摩尔分数组成如下：43%PbO、10%SiO₂、20%B₂O₃、7%ZnO、10%CuO、8%MnO₂、0.2%Na₂O、0.3%K₂O、0.5% PbF₂和0.5%WO₃、0.5%ZrO₂。

各组分按上述比例配比，机械方式混均匀后放入熔炼温度为900℃的熔炉中保温60分钟，使熔体完全液化并且均匀；保温后的熔料可倒入水中进行水淬；淬火后的物料经湿法球磨破碎方式得到目标粒径的玻璃粉；玻璃液需要经一定温度烘烤，以去除其中的水分。所得玻璃粉的软化温度为450℃，玻璃粉中位径D50为7μm。

实施例7

熔炼前各组分的摩尔分数组成如下：43%PbO、10%SiO₂、20%B₂O₃、7%ZnO、10%CuO、8%MnO₂、0.2%K₂O、0.3%Li₂O、0.5% Na₂SiF₆和1%WO₃。

各组分按上述比例配比，机械方式混均匀后放入熔炼温度为850℃的熔炉中保温90分钟，使熔体完全液化并且均匀；保温后的熔料可倒入水中进行水淬；淬火后的物料经湿法球磨破碎方式得到目标粒径的玻璃粉；玻璃液需要经一定温度烘烤，以去除其中的水分。所得玻璃粉的软化温度为470℃，玻璃粉中位径D50为10μm。

Claims

1.一种应用于晶体硅太阳电池背银浆料的玻璃粉，其特征在于，该玻璃粉由下述摩尔分数的组分组成：5~60%PbO、1~20%SiO₂、5~40%B₂O₃、1~25%ZnO、0.5~30%CuO、0.5~30%MnO₂、0.5~15%(Li₂O+Na₂O+K₂O)、0.2~10%含F助熔剂和0~5%改性添加剂，各组分的摩尔分数之和为100%；其中所述含F助熔剂包括一种或多种含氟组分，所述含氟组分包括PbF₂、BiF₃、AlF₃、NaF、LiF、KF、CaF₂、CsF、ZrF₄、TiF₄、ZnF₂、Na₃AlF₆、Na₂SiF₆或NH₄F。

2.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳电池背银浆料的玻璃粉，其特征在于，所述改性添加剂包括ZrO₂、V₂O₅、TiO₂、MoO₃、WO₃中的一种或几种组合。

3.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳电池背银浆料的玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉软化温度为400~550℃。

4.根据权利要求1所述的应用于晶体硅太阳电池背银浆料的玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉中位径D50为0.3~10μm。