CN106219987B - 硅太阳能电池浆料用的玻璃料及其制备方法和浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅太阳能电池浆料用的玻璃料及其制备方法以及包含该玻璃料的太阳能电池导电浆料。本发明的玻璃料，由如下组分制成：5～89wt％氧化铋和/或氧化铅，5～89wt％氧化物、6～50wt％抗焊剂；其中，所述抗焊剂为铜、钨等金属活动性弱于铋/铅的金属所形成的氧化物或它们的任意混合物，可选地所述氧化物选自玻璃网络生成体，网络中间体氧化物或网络外体氧化物中的一种或者任意几种的混合物。使用本发明的玻璃料所制备的导电浆料，具有较好的抗焊能力，可以有效提高导电浆料对基底的焊接附着力，技术效果显著。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅太阳能电池用导电浆料的玻璃料。
背景技术
硅太阳能电池作为新能源技术发展迅速。目前使用的硅太阳能电池大多使用导电浆料作为电池金属化的重要手段。通俗的说，就是在硅片正面或背面印刷上一层栅条状的浆料，通过烧结使得浆料粘结于硅片上，金属焊带可以焊接在浆料上，从而形成对外的金属正负极(金属接触点)。这不仅要求浆料有良好的电性能，还必须对基底具有很好的焊接附着力，从而使得金属焊带可以牢牢的与硅片粘结在一起。在这个过程中，浆料中的玻璃料(或称为玻璃粘结剂)起着至关重要的作用。玻璃料的组成与性能直接影响着浆料附着力的大小。
金属焊带在焊接到浆料的过程中，往往会造成过焊的现象，此种情况下附着力自然不够。即使未出现明显的过焊现象，其附着力往往也达不到要求。
发明内容
为了解决现有技术中浆料附着力不足的技术问题，本发明的目的之一在于提供一种硅太阳能电池用导电浆料所使用的玻璃料。经本发明人研究发现，附着力达不到要求的其中一个重要原因就是目前所使用的玻璃料，大多含有Bi/Pb元素，金属焊带在焊接过程中，玻璃料中的Bi/Pb会与金属焊带中的Sn发生氧化还原反应，使得玻璃料的结构发生一定程度的破坏，从而影响了浆料焊接附着力的大小。
本发明提供的一种硅太阳能电池浆料用的玻璃料，由如下组分制成：5～89wt％氧化铋和/或氧化铅，5～89wt％氧化物、6～50wt％抗焊剂，所述抗焊剂为金属活动性弱于铋和/或铅的金属所形成的氧化物或它们的任意混合物。具体地，如果玻璃料中仅含氧化铋，那么抗焊剂选择金属活动性弱于铋的金属所形成的氧化物或它们的混合物；如果玻璃料中仅含氧化铅，那么抗焊剂选择金属活动性弱于铅的金属所形成的氧化物或它们的混合物；如果玻璃料中同时含有氧化铋和氧化铅，那么抗焊剂至少选择金属活动性弱于铅的金属所形成的氧化物或者它们的混合物，并且较优的，此时抗焊剂选择金属活动性弱于铋的金属所形成的氧化物或者它们的混合物。
例如，所述抗焊剂可以为氧化铜、氧化钨或金属活动性弱于铋和/或铅的其他金属所形成的氧化物，或它们任意组合的混合物。例如，金属活动性弱于铅的金属形成的氧化物包括氧化锆，氧化钼，氧化铜等；金属活动性弱于铋的金属形成的氧化物包括氧化钨，二氧化钌，五氧化二钽等。
在本发明的具体实施方式中，进一步优选所述抗焊剂的质量分数可以为10-50％。
其中，所述氧化物选自玻璃网络生成体、网络中间体氧化物和网络外体氧化物中的一种或者任意几种的混合物。所述玻璃网络生成体氧化物例如可以是氧化硼，二氧化硅，五氧化二磷等；所述网络中间体氧化物例如可以是氧化铝，氧化锌，氧化铍等；所述网络外体氧化物例如可以是氧化锂，氧化镁等。
本发明的目的之二在于提供一种上述的硅太阳能电池浆料用的玻璃料的制备方法，包括以下步骤：将氧化铋和/或氧化铅，所述氧化物，所述抗焊剂进行充分混合，之后在1000℃～1300℃温度下熔融成液体并均化，经冷却后，制得玻璃；玻璃可以经过研磨、球磨或其他常规的碾磨方式制成粉状的玻璃料。较佳的，所得的玻璃料的粒径分布D50≤2μm。
本发明的目的之三在于提供一种包含上述的玻璃料的导电浆料，所述导电浆料组成包括：1)导电金属或其衍生物；2)玻璃料；3)有机介质；其中所述导电浆料的玻璃料可以为上述的硅太阳能电池浆料用的玻璃料，也可以是上述的硅太阳能电池浆料用的玻璃料与不含所述抗焊剂的已知任一种玻璃料的混合物，并且其中上述的硅太阳能电池浆料用的玻璃料至少占所述导电浆料中玻璃料混合物总质量的10％。所述导电金属可以为导电银颗粒或者导电铝颗粒。所述有机介质包括溶剂、稳定剂、增稠剂、表面活性剂或本领域技术人员所熟知的其他有机介质；所述有机介质可以是上述的其中一种，也可以是它们的混合物。
本发明的有益效果在于：可以有效的增强浆料的抗焊能力，明显提高浆料对基底的焊接附着力。
具体实施方式
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不应理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述实例中具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个或一些示例，即本领域技术人员可以以下述实例结合本文的说明在合适的参数范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值或参数。
实施例1(玻璃料及对比例的制备)
根据表1和表2中的玻璃料配比(质量分数)来进行配料，使用马弗炉在1100℃条件下对玻璃原料熔融1h，充分均化后，使用水冷对辊出料机来进行玻璃的淬火工序。之后，玻璃使用行星球磨机进行球磨以获得合适粒径的粉状玻璃料。所得的玻璃料的粒径分布D50≤2μm。
下表1中包括10个实施例样品，G1-A、G2-A、G3-A、G4-A、G5-A、G6-A、G7-A、G8-A、G9-A和G10-A以及10个对比例样品G1-B、G2-B、G3-B、G4-B、G5-B、G6-B、G7-B、G8-B、G9-AB和G10-B。
表1
| PbO | B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | ZnO | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | CuO | |
| G1-A | 10 | 15 | 10 | 5 | 5 | 5 | 50 |
| G1-B | 10 | 30 | 20 | 15 | 15 | 10 | 0 |
| G2-A | 40 | 7 | 5 | 3 | 5 | 0 | 40 |
| G2-B | 40 | 20 | 20 | 15 | 5 | 0 | 0 |
| G3-A | 50 | 5 | 5 | 5 | 0 | 5 | 30 |
| G3-B | 50 | 15 | 15 | 15 | 0 | 5 | 0 |
| G4-A | 60 | 15 | 4 | 8 | 3 | 0 | 10 |
| G4-B | 60 | 20 | 4 | 13 | 3 | 0 | 0 |
| G5-A | 89 | 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 6 |
| G5-B | 89 | 9 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 |
表2
| Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | ZnO | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | WO<sub>3</sub> | |
| G6-A | 10 | 15 | 10 | 5 | 5 | 5 | 50 |
| G6-B | 10 | 30 | 20 | 15 | 15 | 10 | 0 |
| G7-A | 40 | 7 | 5 | 3 | 40 | 0 | 40 |
| G7-B | 40 | 20 | 20 | 15 | 5 | 0 | 0 |
| G8-A | 50 | 5 | 5 | 5 | 0 | 5 | 30 |
| G8-B | 50 | 15 | 15 | 15 | 0 | 5 | 0 |
| G9-A | 60 | 15 | 4 | 8 | 3 | 0 | 10 |
| G9-B | 60 | 20 | 4 | 13 | 3 | 0 | 0 |
| G10-A | 89 | 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 6 |
| G10-B | 89 | 9 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 |
以下各实施例中使用的导电银粉和有机介质均相同。其中导电银粉为商用球状银粉，有机介质为配方见表3。将各种有机介质按配方称量和混合，60℃恒温水浴搅拌4h，制得有机介质。
表3
| 组分 | w％ |
| 油酸 | 4 |
| 卵磷脂 | 5 |
| 松油醇 | 62 |
| 柠檬酸三丁脂 | 12 |
| 乙基纤维素 | 11 |
| 邻苯二甲酸二丁脂 | 7 |
以下为浆料制备实施例及对比例。
实施例2
将87wt％导电银粉，2wt％的G1-A号玻璃料，11wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P1-A。
实施例3
将88wt％导电银粉，2wt％的G2-A号玻璃料，10wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P2-A。
实施例4
将89wt％导电银粉，2wt％的G3-A号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P3-A。
实施例5
将89wt％导电银粉，2wt％的G4-A号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P4-A。
实施例6
将89wt％导电银粉，2wt％的G5-A号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P5-A。
实施例7
将89wt％导电银粉，2wt％的G6-A号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P6-A。
实施例8
将89wt％导电银粉，2wt％的G7-A号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P7-A。
实施例9
将89wt％导电银粉，2wt％的G8-A号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P8-A。
实施例10
将89wt％导电银粉，2wt％的G9-A号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P9-A。
实施例11
将89wt％导电银粉，2wt％的G10-A号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P10-A。
对比例1
将87wt％导电银粉，2wt％的G1-B号玻璃料，11wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P1-B。
对比例2
将88wt％导电银粉，2wt％的G2-B号玻璃料，10wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P2-B。
对比例3
将89wt％导电银粉，2wt％的G3-B号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P3-B。
对比例4
将89wt％导电银粉，2wt％的G4-B号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P4-B。
对比例5
将89wt％导电银粉，2wt％的G3-B号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P5-B。
对比例6
将89wt％导电银粉，2wt％的G6-B号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P6-B。
对比例7
将89wt％导电银粉，2wt％的G7-B号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P7-B。
对比例8
将89wt％导电银粉，2wt％的G8-B号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P8-B。
对比例9
将89wt％导电银粉，2wt％的G9-B号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P9-B。
对比例10
将89wt％导电银粉，2wt％的G10-B号玻璃料，9wt％的有机介质进行充分混合，使用三辊研磨机对浆料进行研磨，使用刮板细度剂测试研磨细度。浆料研磨细度在6μm以下。制得的浆料命名为P10-B。
附着力测试
1)将制得的20种浆料使用丝网印刷机分别印刷到硅片正面上，每种浆料印刷9片，并使用DESPATCH带式烘干炉进行烧结。
2)将0.25mm*1.1mm的锡60/铅40焊带焊接到浆料上，焊接温度分别设定为300℃、340℃和390℃，每个焊接温度下焊接三片电池。焊接前焊带使用助焊剂浸泡10min。
3)使用自动拉力机180°反向拉拔焊带，测试浆料附着力，测试结果见表4和表5。
表4
表5
如表4和表5所示可见，使用不含抗焊剂玻璃料的浆料，其测试的附着力要明显低于含抗焊剂玻璃料的浆料。使用自动拉力机测试出来的附着力，行业内一般认为在常规测试条件下拉力测试在3N以上合格。因此可见，本发明的上述实施例中得到的银浆的焊接附着力均合格。
在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (3)
1.一种硅太阳能电池浆料用的玻璃料，其特征在于，由如下组分制成：10～50wt％氧化铋和/或氧化铅，5～40wt％以下氧化物的一种或几种：氧化硼、二氧化硅、五氧化二磷、氧化铝、氧化锌、氧化铍、氧化锂、氧化镁，40～50wt％抗焊剂；其中，所述抗焊剂为氧化铜。
2.一种权利要求1所述的硅太阳能电池浆料用的玻璃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化铋和/或氧化铅、所述氧化物、所述抗焊剂进行充分混合，之后在1000℃～1300℃温度下熔融成液体并均化，经冷却后，制得玻璃，并将玻璃制成粉状的玻璃料。
3.一种导电浆料，其特征在于，所述导电浆料组成包括：1)导电金属或其衍生物；2)玻璃料；3)有机介质，其中，所述导电浆料的玻璃料为权利要求1所述的硅太阳能电池浆料用的玻璃料，或权利要求1所述的硅太阳能电池浆料用的玻璃料与不含所述抗焊剂的已知任一种玻璃料的混合物，其中所述权利要求1所述的硅太阳能电池浆料用的玻璃料至少占所述导电浆料中玻璃料混合物总质量的10％。
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