CN107721183A - 一种双面perc太阳电池背面电极浆料用玻璃粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，包含以下摩尔百分含量的组分：PbO 0～50％、Bi2O3 0～50％、B2O3 1～10％、SiO2 5～20％、Al2O3 1～10％、含F助熔剂0.5～5％、ZnO、CuO、TeO2、MnO2、SrO2和TiO2中的一种或几种的组合1～40％，各组分的摩尔百分含量之和为100％，并且其中PbO和Bi2O3的下限值不同时为0。该玻璃粉能够适应双面PERC太阳电池更薄的钝化膜厚度，与钝化膜反应活性低但仍然具有良好的附着力。本发明还公开了上述双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池背面电极浆料技术领域，具体涉及一种双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉及其制备方法。
背景技术
太阳能发电可以直接将太阳辐射能转换为电能，其作为一种洁净、可再生能源得到了世界各国的高度重视。由于地球上的硅材料资源极其丰富并且生产工艺成熟，晶体硅太阳电池成为应用最广泛的太阳电池。
PERC(Passivated Emitter and Rear Contact，钝化发射极和背面接触)太阳电池是太阳电池的一种特殊结构，它的主要特征是在太阳电池的正面发射极和背面都具有钝化膜结构。单面PERC太阳电池的背面为全面铝背场，而双面PERC太阳电池的背面为类似正面电极的铝细栅线图案，对比单面PERC太阳电池，双面PERC太阳电池两面都可以受光照而发电，变相增加了转换效率，是一种具有很大发展潜力的太阳电池结构。
双面PERC太阳电池的背面栅线结构包括背电极和局部背电场，其中背电极由丝网印刷背面电极浆料得到，局部背电场由丝网印刷背面铝浆得到，背电极与局部背电场间有部分重叠区域，经过烧结后，背电极与局部背电场的重叠区域呈现合金状态，实现了电连接，从而背电极能将铝细栅线收集的电流传输至负载。
对比单面PERC太阳电池，双面PERC太阳电池的背面钝化膜厚度相对较薄，为了最大程度地保留背面钝化膜的钝化效果，我们希望双面PERC太阳电池用的背面电极浆料应不具有烧透钝化膜的能力或仅具有很差地烧透钝化膜的能力，即经烘干烧结后，背面电极浆料不烧穿背面钝化膜。这要求制备双面PERC太阳电池背面电极浆料的玻璃粉应具有更低的活性，玻璃粉与钝化膜的反应弱，避免电极浆料与硅片接触形成大量的复合中心，从而提高开路电压。
但是玻璃粉与钝化膜较低的反应活性容易使背电极的附着力降低，生产一种低活性的玻璃同时保证背电极具有足够的附着力是双面PERC太阳电池制备中的一大难点。
申请号为201410436298的专利公开一种“背钝化太阳能电池背电极浆料料及其制备方法、太阳能电池及其制备方法”，它采用的无机玻璃粉由80-92wt％的组分X和8-20wt％的组分Y组成，其中所述组分X为PbO和/或Bi2O3，所述组分Y为B2O3，其玻璃为单面PERC太阳电池玻璃，并且它的拉力仅在3N左右。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，其能够适应双面PERC太阳电池更薄的钝化膜厚度，该玻璃粉与钝化膜反应活性低但仍然具有良好的附着力。
本发明所要解决的技术问题还在于提供上述双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法，该制备方法工艺简洁，成本低。
本发明所要解决的第一个技术问题是通过以下技术方案来实现的：一种双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，包含以下摩尔百分含量的组分：
PbO 0～50％
Bi2O3 0～50％
B2O3 1～10％
SiO2 5～20％
Al2O3 1～10％
含F助熔剂0.5～5％
ZnO、CuO、TeO2、MnO2、SrO2或TiO2中的一种或几种的组合1～40％
各组分的摩尔百分含量之和为100％，并且其中PbO和Bi2O3的下限值不同时为0。
其中PbO和Bi2O3的下限值不同时为0的意思可以理解为：本发明的玻璃粉中的组分PbO和Bi2O3应至少含有一种，在一个实施方案中，玻璃粉只含有PbO不含有Bi2O3，在一个实施方案中只含有Bi2O3不含有PbO，在一个实施方案中同时含有PbO和Bi2O3。
在该双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的各组分中：
本发明所述B2O3优选选自H3BO3，所述Al2O3优选选自Al(OH)3。
本发明选用其金属化合物可以在高温下先分解产生具有活性高的氧化物，有利于物料反应的进行。
本发明所述含F助熔剂包括一种或多种含氟组分。
优选的，本发明所述含F助熔剂包括但不限于PbF2、BiF3、AlF3、NaF、LiF、KF和CaF2中的一种或几种。
本发明所述玻璃粉的软化点温度优选为550～700℃。
本发明的玻璃粉的特点为软化点较高，与钝化膜反应活性低但仍然具有良好的附着力。软化点过低的玻璃在较低温度时即发生软化，过早腐蚀钝化膜，容易烧穿钝化膜引起开路电压降低，而软化点过高的玻璃在较高温度才发生软化，虽然软化时间晚与钝化膜反应时间短，但是软化后的玻璃很难与钝化膜均匀发生反应，导致钝化膜局部位置发生烧穿以及电极附着力低。
本发明的玻璃粉软化点温度为550～700℃，软化温度较高，较晚的软化时间使玻璃与钝化膜的反应时间短，但同时有足够的时间使玻璃均匀流平与钝化膜发生反应，而低的反应活性保证不烧穿的情况下腐蚀一定厚度的钝化膜以保证足够的附着力。
本发明所述玻璃粉的粒度D50优选为0.5～5.0μm。
本发明针对玻璃粉以上特点对配方进行了设计和调整：PbO和Bi2O3能够降低玻璃软化点和玻璃烧结温度；SiO2作为网络生成体氧化物，能使玻璃网络结构更致密，提高玻璃粉机械强度和化学稳定性；B2O3可降低玻璃粉的热膨胀系数，减少银层与玻璃粉、玻璃粉与钝化膜间的内应力；Al2O3可以抑制玻璃粉析晶，并且与起到钝化作用的Al2O3膜成分一致，在玻璃中适当添加有助于减弱玻璃与钝化膜的反应；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，使玻璃易于流平；ZnO、CuO、TeO2、MnO2、SrO2和TiO2中的一种或几种的加入有利于降低玻璃整体腐蚀性，改善其表面特性和机械性能，提高电极的附着力，提高电极的耐老化性能。
本发明所要解决的第二个技术问题是通过以下技术方案来实现的：上述双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：选取各原料，混匀后置于容器中熔炼得熔液，熔液经去离子水淬后干燥破碎，然后进行球磨，烘干，即得玻璃粉。
在该双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法中：
容器优选采用高温马弗炉。
混匀时优选采用V型混料机干混，熔炼时温度优选为1000℃～1300℃，保温时间优选为30～120min。
球磨时介质优选为去离子水，球磨时间优选为10～72h，球磨后的玻璃浆经静置后分离除去上层去离子水清液，然后优选在110～130℃烘干。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中的玻璃粉软化点较高，与钝化膜反应活性低但仍然具有良好的附着力；
(2)本发明中的玻璃粉应用于双面PERC太阳电池背面电极浆料中能有效增加电池的开路电压，从而提升电池的转换效率。
具体实施方式
本发明在下述各实施例中被给予了具体的说明。这些实施例都是说明性的，并不在任何方面限制本发明。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
本实施例提供的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，包含以下摩尔百分含量的组分：
CuO、TeO2和TiO2 32％，其中CuO为20％、TeO2为2％、TiO2为10％。
其中B2O3选自H3BO3，Al2O3选自Al(OH)3。
该双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：按上述摩尔百分含量，换算成质量比后将各种原料称量后于V型混料机中混合均匀，将混合后的物料放入坩埚置于高温马弗炉中熔炼，熔炼温度1100℃，保温时间60min。保温后的熔料倒入去离子中水淬，将水淬后的玻璃渣球磨24h，球磨后的玻璃浆静置后分离除去上层去离子水清液，然后在120℃烘箱中烘干后即获得玻璃料，可将其应用于双面PERC太阳电池背面电极浆料中。
实施例2
本实施例提供的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，包含以下摩尔百分含量的组分：
ZnO、MnO2和SrO2 28％，其中ZnO为15％、MnO2为10％、SrO2为3％。
该双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法参考实施例1。
实施例3
本实施例提供的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，包含以下摩尔百分含量的组分：
ZnO、CuO和TeO2 35％，其中ZnO为7％、CuO为25％、TeO2为3％。
该双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法参考实施例1。
实施例4
本实施例提供的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，包含以下摩尔百分含量的组分：
CuO、TeO2、MnO2和SrO2 35％，其中CuO为15％、TeO2为5％、MnO2为10％、SrO2为5％。
该双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法参考实施例1。
实施例5
本实施例提供的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，包含以下摩尔百分含量的组分：
ZnO、TeO2和TiO2 29％其中ZnO 15％、TeO2 4％、TiO2 10％。
该双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法参考实施例1。
实施例6
本实施例提供的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，包含以下摩尔百分含量的组分：
TeO2、MnO2、SrO2和TiO2 38％，其中TeO2 1％、MnO2 15％、SrO22％、TiO2 10％。
该双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法参考实施例1。
实施例7
本实施例提供的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，包含以下摩尔百分含量的组分：
其制备方法为：按比例进行配料后混合均匀后放入高温马弗炉中熔炼，熔液经去离子水淬后干燥破碎，然后进行球磨，烘干。原料混合方式可用V型混料机干混，熔炼温度为1200℃，保温时间80min。保温后的熔料倒入去离子中水淬，水淬后的玻璃渣经破碎后球磨，球磨介质为去离子水，球磨时间36h；球磨后的玻璃浆经过静置后分离除去上层去离子水清液，然后在110℃烘箱中烘干。
将采用实施例1-7制备的玻璃粉采用欧美克激光粒度分析仪湿法测试玻璃粉的中位粒径D50，并使用高温马弗炉测试玻璃粉的软化点温度，结果如表1所示。
表1实施例1-7中的玻璃粉的中位粒径D50和软化点
所得玻璃粉软化点温度较高，较晚的软化时间使玻璃与钝化膜的反应时间短，但同时有足够的时间使玻璃均匀流平与钝化膜发生反应。
将采用实施例1-7制备的玻璃粉制得的双面PERC太阳电池使用IV测试仪测试电性能并进行拉力测试，结果如表2所示。
表2采用实施例1-7中的玻璃粉制备的双面PERC太阳电池的性能参数
从表2来看，各实施例的开路电压较高，说明玻璃粉具有低的反应活性，能保证双面PERC背面电极浆料没有烧穿钝化膜，并且各实施例的拉力在3-5N之间，在低腐蚀的同时具有足够的电极附着力。
以上具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，其特征是包含以下摩尔百分含量的组分：
PbO 0～50％
Bi2O3 0～50％
B2O3 1～10％
SiO2 5～20％
Al2O3 1～10％
含F助熔剂 0.5～5％
ZnO、CuO、TeO2、MnO2、SrO2和TiO2中的一种或几种的组合 1～40％
各组分的摩尔百分含量之和为100％，并且其中PbO和Bi2O3的下限值不同时为0。
2.根据权利要求1所述的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，其特征是：所述B2O3选自H3BO3，所述Al2O3选自Al(OH)3。
3.根据权利要求1所述的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，其特征是：所述含F助熔剂包括但不限于PbF2、BiF3、AlF3、NaF、LiF、KF和CaF2中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，其特征是：所述玻璃粉的软化点温度为550～700℃。
5.根据权利要求1所述的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉，其特征是：所述玻璃粉的粒度D50为0.5～5.0μm。
6.权利要求1-5任一项所述的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法，其特征是包括以下步骤：选取各原料，混匀后置于容器中熔炼得熔液，熔液经去离子水淬后干燥破碎，然后进行球磨，烘干，即得玻璃粉。
7.根据权利要求6所述的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法，其特征是：混匀时采用V型混料机干混，熔炼时温度为1000℃～1300℃，保温时间为30～120min。
8.根据权利要求6所述的双面PERC太阳电池背面电极浆料用玻璃粉的制备方法，其特征是：球磨时介质为去离子水，球磨时间为10～72h，球磨后的玻璃浆经静置后分离除去上层去离子水清液，然后在110～130℃烘干。
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