CN105000806A

CN105000806A - 一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉及其制备方法

Info

Publication number: CN105000806A
Application number: CN201510498946.XA
Authority: CN
Inventors: 陈小龙; 杨磊; 陈烈; 刘洁
Original assignee: HAINING RUIYIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Jingke New Material Co.,Ltd.
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2035-08-14
Also published as: CN105000806B

Abstract

本发明公开了一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉及其制备方法，它的组成及配比为：Bi₂O₃？80-90%、H₃BO₃？5-15%、ZnO？1-5%、SiO₂？1-5%、Al₂O₃？1-5%、Cu₂O？2-6%。其制备方法如下：将上述原料过筛混合均匀后在1000-1050℃的马弗炉中保温30-60min至原料完全液化得玻璃液；将该玻璃液依次倒入到去离子水中进行水淬处理、经过双辊机进行初步粉碎、球磨、烘干，制得粒径为0.8-2.0μm、玻璃化转变点为T<i>g</i>在380-420℃的背银无铅玻璃粉。本发明的无铅玻璃粉可以良好的促进银粉在高温阶段的金属化过程，提高背银膜层的可焊性和与硅基材的附着力。

Description

一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉及其制备方法

技术领域

本发明属于无铅玻璃粉的制备技术领域，具体涉及一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉及其制备方法。

背景技术

晶硅太阳电池是一种将太阳能光能转化为电能的半导体电池，随着化石（石油、煤炭、天然气等）能源的极度消耗以及日益严重的温室效应，人类对新型清洁能源的需求变得越来越迫切。在未来的发展中，太阳能将是清洁能源的有效提供方式之一。随着太阳电池被越来越多地应用于许多场合，其市场需求量也呈现日益增加的趋势。

太阳电池需要的电极主要有三种，其一是正面银浆；其二是背面铝浆；其三是背面银浆。其中，太阳电池的背面银浆主要是由银粉、有机载体、玻璃粉经细分散工艺而形成的浆状物，再将该浆状物通过丝网印刷工艺印刷在晶硅电池的背面，然后经过烧结工艺后便形成太阳电池背电极，背电极可实现电池片之间的相互联接以及电流的输出。从电池组件的工艺要求讲，一般要求背电极不但可焊性良好，而且背电极与基材要有良好的附着力。背电极的附着力，最主要是取决于浆料中玻璃粉的特性。在背电极的高温烧结阶段，玻璃粉可以促进银粉较好的金属化，形成比较良好的金属膜层，从而提高背电极的可焊性。除此之外，在高温阶段，玻璃粉可以与硅基材进行反应，从而形成化学粘接，因此玻璃粉是连接膜层和硅基材的媒介，这个媒介的特性（包括玻璃粉的组成、制备工艺、粒径、玻璃化温度等）都会影响背电极的附着力大小。

为了同时满足可焊性与附着力的要求，目前用于背银浆料的玻璃粉许多仍然选用含铅玻璃粉，由于PbO是一种非常好的助熔剂，能有效降低玻璃的软化点和表面张力，增加对基材的润湿性和促进对银粉的金属化作用。因此，许多背银浆料目前仍然采用含铅玻璃粉。但是由于铅是对人体有害的重金属元素，而且对环境有一定的污染，所以开发高性能的背银浆料用的无铅玻璃粉非常必要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉及其制备方法。通过采用本发明的玻璃粉制备的背银浆料在烧结后，可焊锡面积＞97%，膜层与硅基材的附着力＞6N。

所述的一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比含量的组分组成：Bi₂O₃ 80-90%、H₃BO₃ 5-15%、ZnO 1-5%、SiO₂ 1-5%、Al₂O₃ 1-5%、Cu₂O 2-6%。

所述的一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于包括以下重量百分比含量的组分：Bi₂O₃ 80-85%、H₃BO₃ 6-10%、ZnO 2-4%、SiO₂ 2-4%、Al₂O₃ 2-4%、Cu₂O 3-5%。

所述的一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于该无铅玻璃粉的原料组分均为分析纯。

所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）按照原料配比称量各氧化物原料，分别过300目筛后并将其混合均匀；

2）将步骤1）得到的混合均匀的原料装入刚玉坩埚中后，直接放入1000-1050℃的马弗炉中保温30-60min，直至原料完全液化，得到熔融态高温玻璃液；

3）将步骤2）得到的熔融态高温玻璃液在去离子水中水淬成玻璃渣；

4）将步骤3）得到的水淬后的玻璃渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至30-80μm的粗粉；

5）将步骤4）得到的粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6-Φ12的不同直径的氧化锆球石混合物作为研磨球，研磨介质为去离子水，采用行星球磨机球磨3-6h，转速为300-500r/min，得到玻璃浆；

6）将步骤5）中球磨好的玻璃浆经过400目筛进行过滤，再将过滤出的玻璃浆在烘箱中干燥至含水率＜0.3%，过筛分散得到均匀的0.8-2.0μm的玻璃粉，其玻璃化转变点Tg在380-420℃之间。

所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤3）中的玻璃渣的粒径在0.3-1cm。

所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤3）中所用的去离子水的电阻率＞大于10¹⁸ MΩ·cm。

所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中的粗粉为40-60μm。

所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤5）中氧化锆球石混合物中，不同直径的氧化锆球石质量比如下：Φ 6：Φ 10：Φ 12=6-8：1-3：1，优选比为Φ 6：Φ 10：Φ 12=7：2：1。

所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤5）中的粗粉、氧化锆球石混合物、水的质量比为1：1-3：1-2，优选比为1：2：1.5。

所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤5）中球磨时间为4h，转速为400r/min。

所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉在制备硅基太阳池背面银浆中的应用。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

1）本发明采用的限定量的常规氧化物，代替使用高毒的氧化铅，避免了铅对人体带来的伤害，本发明得到的玻璃粉为绿色环保型玻璃粉；

2）本发明的玻璃粉制备方法简单、操作方法，对设备要求低，而得到玻璃粉用于硅基太阳电池背面中，其银浆烧结后可焊性好，附着力高，同时该玻璃粉可以有效的降低背面银浆的银含量，使银含量降低至50-53%之间，并且具有较宽的烧结工艺窗口，可焊锡面积＞97%，膜层与硅基材的附着力＞6N。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施案例一

硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，依次包括以下步骤：

1）按以下组分和重量百分比含量进行称量原料，Bi₂O₃ 81%、H₃BO₃ 7%、ZnO 1%、SiO₂ 5%、Al₂O₃ 4%、Cu₂O 2%，所用的上述原料均为分析纯；

2）将上述原料过300目筛后并将其混合均匀；

3）将混合均匀的玻璃粉原料装入到刚玉坩埚中，在1000℃保温60min；

4）熔融态高温玻璃液在去离子水中水淬成玻璃渣；

5）水淬后的玻璃粉渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至30μm的粗粉；

6）将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6、Φ10、Φ12三种直径的氧化锆球石为研磨球，其中Φ6：Φ10：Φ12=7：2：1（锆球质量比），研磨介质为去离子水，料：球：水=1：2：1.5（质量比），采用行星球磨机，球磨时间为4h，转速为400r/min；

7）将球磨好的玻璃浆经过400目筛进行过滤，再将过滤出的玻璃浆在烘箱中干燥至含水率＜0.3%，过筛分散得到均匀的玻璃粉。

取本实施例得到的玻璃粉样品，进行差热分析和粒径分析，结果显示玻璃粉的玻璃化转变点Tg=413℃，D₅₀=0.92um，由该无铅玻璃粉做成的背银浆料，烧结后附着力为6N，可焊性良好，约为97%。（可焊性测试采用国标GB/T 17473.7方法进行测试）。

实施案例二

1）按以下组分和重量百分比含量进行称量原料，Bi₂O₃ 82%、H₃BO₃ 8%、ZnO 2%、SiO₂ 2%、Al₂O₃ 3%、Cu₂O 3%；

2）将上述原料（分析纯）过300目筛后并将其混合均匀；

3）将混合均匀的玻璃粉原料装入到刚玉坩埚中，在1050℃保温30min；

4）熔融态高温玻璃液在去离子水中水淬成较小的玻璃渣；

5）水淬后的玻璃粉渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至80μm的粗粉；

6）将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6-Φ12的氧化锆球石为研磨球，其中Φ6：Φ10：Φ12=7：2：1（锆球质量比），研磨介质为去离子水，料：球：水=1：2：1.5（质量比），采用行星球磨机，球磨时间为3h，转速为400r/min；

取一定量的玻璃粉样品，进行差热分析和粒径分析，结果显示玻璃粉的玻璃化转变点Tg=405℃，D₅₀=1.13um。该无铅玻璃粉做成的背银浆料，烧结后附着力为7.3N，可焊性良好，约为98.2%。（可焊性测试采用国标GB/T 17473.7方法进行测试）

实施案例三

1）按以下组分和重量百分比含量进行称量原料，Bi₂O₃ 84%、H₃BO₃ 7%、ZnO 2%、SiO₂2%、Al₂O₃ 2%、Cu₂O 3%；

2）将上述原料（分析纯）过300目筛后并将其混合均匀；

3）将混合均匀的玻璃粉原料装入到刚玉坩埚中，在1000-1050℃保温30-60min；

4）熔融态高温玻璃液在去离子水中水淬成较小的玻璃渣；

5）水淬后的玻璃粉渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至30-80um的粗粉；

6）将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6-Φ12的氧化锆球石为研磨球，其中Φ6：Φ10：Φ12=7：2：1（锆球质量比），研磨介质为去离子水，料：球：水=1：2：1.5（质量比），采用行星球磨机，球磨时间为4h，转速为400r/min；

取一定量的玻璃粉样品，进行差热分析和粒径分析，结果显示玻璃粉的玻璃化转变点Tg=402℃，D₅₀=1.06um。该无铅玻璃粉做成的背银浆料，烧结后附着力为7.5N，可焊性良好，约为98.5%。（可焊性测试采用国标GB/T 17473.7方法进行测试）

实施案例四

1）按以下组分和重量百分比含量进行称量原料，Bi₂O₃ 87%、H₃BO₃ 7%、ZnO 1%、SiO₂ 2%、Al₂O₃ 1%、Cu₂O 2%，所用的上述原料均为分析纯；

2）将上述原料过300目筛后并将其混合均匀；

3）将混合均匀的玻璃粉原料装入到刚玉坩埚中，在1020℃保温40min；

4）熔融态高温玻璃液在去离子水中水淬成玻璃渣；

5）水淬后的玻璃粉渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至60μm的粗粉；

6）将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6、Φ10、Φ12三种直径的氧化锆球石为研磨球，其中Φ6：Φ10：Φ12=8：1：1（锆球质量比），研磨介质为去离子水，料：球：水=1：1：2（质量比），采用行星球磨机，球磨时间为4h，转速为400r/min；

取本实施例得到的玻璃粉样品，进行差热分析和粒径分析，结果显示玻璃粉的玻璃化转变点Tg=398℃，D₅₀=0.92um，由该无铅玻璃粉做成的背银浆料，烧结后附着力为6.3N，可焊性良好，约为97.1%。（可焊性测试采用国标GB/T 17473.7方法进行测试）。

实施案例五

1）按以下组分和重量百分比含量进行称量原料，Bi₂O₃ 89%、H₃BO₃ 6%、ZnO 1%、SiO₂ 1%、Al₂O₃ 1%、Cu₂O 2%，所用的上述原料均为分析纯；

2）将上述原料过300目筛后并将其混合均匀；

4）熔融态高温玻璃液在去离子水中水淬成玻璃渣；

6）将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6、Φ10、Φ12三种直径的氧化锆球石为研磨球，其中Φ6：Φ10：Φ12=6：3：1（锆球质量比），研磨介质为去离子水，料：球：水=1：3：1（质量比），采用行星球磨机，球磨时间为4h，转速为400r/min；

取本实施例得到的玻璃粉样品，进行差热分析和粒径分析，结果显示玻璃粉的玻璃化转变点Tg=392℃，D₅₀=0.98um，由该无铅玻璃粉做成的背银浆料，烧结后附着力为6N，可焊性良好，约为97%。（可焊性测试采用国标GB/T 17473.7方法进行测试）。

Claims

1.一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比含量的组分组成：Bi₂O₃ 80-90%、H₃BO₃ 5-15%、ZnO 1-5%、SiO₂ 1-5%、Al₂O₃ 1-5%、Cu₂O 2-6%。

2.根据权利要求1所述的一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于包括以下重量百分比含量的组分：Bi₂O₃ 80-85%、H₃BO₃ 6-10%、ZnO 2-4%、SiO₂ 2-4%、Al₂O₃ 2-4%、Cu₂O 3-5%。

3.根据权利要求1所述的一种硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉，其特征在于该无铅玻璃粉的原料组分均为分析纯。

4.一种根据权利要求1所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤3）中所用的去离子水的电阻率＞大于10¹⁸MΩ·cm。

6.根据权利要求4所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中的粗粉为40-60μm。

7.根据权利要求4所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤5）中氧化锆球石混合物中，不同直径的氧化锆球石质量比如下：Φ 6：Φ 10：Φ 12=6-8：1-3：1，优选比为Φ 6：Φ 10：Φ 12=7：2：1。

8.根据权利要求4所述的电硅基太阳池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤5）中的粗粉、氧化锆球石混合物、水的质量比为1：1-3：1-2，优选比为1：2：1.5。

9.根据权利要求4所述的硅基太阳电池背面银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤5）中球磨时间为4h，转速为400r/min。