CN107759092A - 一种用于背钝化晶体硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于背钝化晶体硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉及其制备方法，该玻璃粉的原料组分如下，以质量百分比计：Li2O 0.01‑5%；B2O3 5‑25%；Na2O 0.01‑5%;K2O 0.01‑10%；CaO 0.01‑10%；Al2O30.01‑10%；SiO2 10‑35%；MnO2 2‑35%；CuO 2‑35%；Bi2O3 20‑65%;BaO 0‑10%。本发明的优点是具有低接触和串联电阻，高开路电压和效率，高拉力值，焊接、老化性能好。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种用于新型背钝化晶体硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉及其制备方法。
背景技术
2016年全球光伏需求量预计达到70GW。我国仍然是世界第一大太阳能组件生产和消费国。值得注意的是高效晶体硅太阳能电池的占有份额正呈现快速增加，其中与普通晶体硅太阳能组件成本差异很小的高效背钝化晶体硅太阳能电池（PERC）技术领先并受到市场追捧。
目前，使用传统丝网印刷技术，正面和背面浆料分别被印刷在晶体硅(图1 300,400)的两面。在一次共烧过程中，正面银浆中的玻璃粉添加剂腐蚀Si3N4层(图1 200)，使银正电极(图1 100)与硅接触，而背面的铝浆和银浆也同步形成背电场和背面电极。背银电极主要起导出电流和提供可焊性的作用。随着电池正面的钝化效果和银浆性能的不断改进，提高传统晶体硅太阳能电池转化效率遇到了瓶颈。鉴于此，业界把力量投向了另一个复合严重的区域—电池的背表面。虽然在传统的晶硅电池中，铝背场可以减少一些表面复合速率，但仍然严重影响电池效率的进一步提高。最新的工艺过程是：在硅背面镀AlOx(图1800)和SiNy (图1 900)，形成了背面钝化层，可以极大地降低表面复合速率。同时对光长波响应也有很大帮助，从而增加短路电流密度，显著提高电池效率。实现背面钝化后，利用激光开槽，印刷背银(图1和图2 1000)和背铝浆料(图1和图2 700)。最后，经共烧后就制成了背钝化高效电池，在开槽部形成了局部硅铝合金层(图1 600)和局部背电场(图1 500)。由于背钝化高效电池工艺简单，成本较低，与现有电池生产线兼容性高，易于改造升级旧产线，所以现在背钝化高效电池技术成为当前提高硅太阳电池效率的最重要方向和途径之一。据报道(绿能研究)，2016年高效背钝化晶体硅太阳能电池产能达到15 GW。而2017将达到25GW, 大约占太阳能电池总量的21%。预计2020年该类型组件市场占有率将达到44%。
用于电极的导电浆料既是高效背钝化晶硅电池重要的成本影响因素，又是影响光电转换效率的关键。高效背钝化晶体硅太阳能电池需要与之配套的新背面导电银浆。银浆主要由银粉、玻璃粉、有机载体及一些添加剂组成。玻璃粉是其中最关键的组分，在烧结时，玻璃粉熔化，将银粉与晶体硅基片粘合在一起，使烧成后的电极具有良好的附着力。由于在高效背钝化电池背面新增加了钝化层，这可能导致背面银电极与硅电池片之间的附着力降低。若背面银浆中的玻璃粉在烧结过程中将背面钝化层腐蚀，造成背面钝化层被破坏，高效背钝化晶体硅太阳能电池的效率将明显降低。在确保背钝化层不被破坏的基础上具有高附着力，是高效背钝化晶体硅太阳能电池背面银浆的技术难点。
由于上述新工艺的出现和发展，新型高效背钝化电池的背面是AlOx/SiNy镀层,完全不同于传统晶体硅太阳能电池，我们设计和发展专门用于新型高效背钝化电池用的背银导电浆，尤其是新的无铅玻璃粉。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有传统背银导电浆的缺点和不足，而提供一种具有低接触和串联电阻，高开路电压和效率，高拉力值，焊接和老化性能好的专门用于背钝化晶硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉，用含有该玻璃粉的背面银浆烧结时有控制地仅和相邻的100-200纳米SiNy镀层轻微反应,而不破坏AlOx镀层。
本发明的第二个目的是提供一种用于背钝化晶体硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉的制备方法。
为实现本发明的第一个发明目的，其技术方案是其特征在于该玻璃粉的原料组分如下，以质量百分比计：
Li2O 0.01-5%； B2O3 5-25%； Na2O 0.01-5%;K2O 0.01-10%； CaO 0.01-10%； Al2O30.01-10%；
SiO2 10-35%； MnO2 2-35%； CuO 2-35%；
Bi2O3 20-65%; BaO 0-10%。
为实现本发明的第二个发明目的，其技术方案是一种用于新型背钝化晶体硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉，包括以下步骤：
（1） 将如权利要求1所述的各原料按组分配比分别称量好，经过充分混合均匀，得到混合后的原料；
（2） 把混合好的原料装入高纯氧化铝坩埚中，在室温下再将坩埚放入高温箱式炉中升温，在900-1300℃的温度下保温熔制0.5-1小时，得到均匀澄清的玻璃熔液；
（3） 将熔制好的玻璃液在去离子水中淬冷，冷却后取出玻璃颗粒，在120℃烘箱内干燥；
（4） 将烘干得到的玻璃在球磨机中球磨，加入去离子水，使用直径10-30mm的大磨球，球磨2-6小时；
（5） 将步骤（4）的得到的玻璃粉溶液过筛取出磨球，再使用直径1-5mm的小磨球，加入适量去离子水，球磨0.5-4小时；
（6） 将步骤（5）得到的玻璃粉和水混合液进行过筛取出小磨球，得到玻璃粉和水混合液；
（7） 将步骤（6）得到的玻璃粉和水混合液，放入鼓风烘箱中进行充分干燥，即制得用于背钝化晶硅太阳能电池背面银浆的玻璃粉。
本发明的创新原理和效果是：这种玻璃粉材料制备的背银浆料，能够适应用于新型高效背钝化电池，提供一种具有低接触和串联电阻，高开路电压和效率，高拉力值，焊接、老化性能较好的专门用于背钝化晶硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉。用含有该玻璃粉的背面银浆烧结时有控制地仅和相邻的100-200纳米厚的SiNy镀层轻微反应而不破坏后面AlOx钝化层。上述玻璃粉材料的制备方法简单易行、成本低。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1 背钝化电池结构截面图；
图2 背钝化电池结构后视图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例1-3
上述原料通过以下方法制备玻璃粉，并应用于背银浆料，包括以下步骤：
（1） 将各玻璃粉原料按组分配比分别称量好，经过充分混合均匀，得到混合后的玻璃粉原料；
（2） 把混合好的玻璃粉原料装入高纯氧化铝坩埚中，在室温下再将坩埚放入高温箱式炉中升温，在900-1300℃的温度下保温熔制0.5-1小时，得到均匀澄清的玻璃熔液；
（3） 将熔制好的玻璃液在去离子水中淬冷，冷却后取出玻璃颗粒，在120℃烘箱内干燥；
（4） 将烘干得到的玻璃在球磨机中球磨，加入去离子水，使用直径10-30mm的大磨球，球磨2-6小时；
（5） 将步骤（4）的得到的玻璃粉溶液过筛取出磨球，再使用直径1-5mm的小磨球，加入适量去离子水，球磨0.5-4小时；
（6） 将步骤（5）得到的玻璃粉和水混合液进行过筛取出小磨球，得到玻璃粉和水混合液；
（7） 将步骤（6）得到的玻璃粉和水混合液，放入烘箱中进行充分干燥，即制得用于背钝化晶硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉。
(8)把制好的玻璃粉、银粉、有机载体按比例配好，然后投入行星式搅拌机搅拌均匀；接着用三辊机把搅拌均匀的预混浆料研磨。本步骤该配置比例优选为银粉：55%（B）有机载体：32%；玻璃粉：2%
(9) 制备好的背银,背铝, 正银浆料通过丝网印刷工艺分别印刷到PERC电池，烧结后,制得PERC太阳能电池(参见图1,2)并测得电性能和拉力，见下表。 图1和图2中，100 正面银电极、200 Si3N4 防反层、
300 n+发射极、400 硅片、500 局部背电场、600 局部硅铝合金、700 背面铝电极、800AlOx 钝化层、900 SiNy 保护层 、1000 背面银电极。
Claims (2)
1.一种用于背钝化晶体硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉，其特征在于该玻璃粉的原料组分如下，以质量百分比计：
Li2O 0.01-5%； B2O3 5-25%； Na2O 0.01-5%; K2O 0.01-10%； CaO 0.01-10%； Al2O3 0.01-10%；
SiO2 10-35%； MnO2 2-35%； CuO 2-35%；
Bi2O3 20-65%; BaO 0-10%。
2.一种如权利要求1所述的用于背钝化晶体硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将如权利要求1所述的各原料按组分配比分别称量好，经过充分混合均匀，得到混合后的原料；
（2）把混合好的原料装入高纯氧化铝坩埚中，在室温下再将坩埚放入高温箱式炉中升温，在900-1300℃的温度下保温熔制0.5-1小时，得到均匀澄清的玻璃熔液；
（3）将熔制好的玻璃液在去离子水中淬冷，冷却后取出玻璃颗粒，在120℃烘箱内干燥；
（4）将烘干得到的玻璃在球磨机中球磨，加入去离子水，使用直径10-30mm的大磨球，球磨2-6小时；
（5）将步骤（4）的得到的玻璃粉溶液过筛取出磨球，再使用直径1-5mm的小磨球，加入适量去离子水，球磨0.5-4小时；
（6）将步骤（5）得到的玻璃粉和水混合液进行过筛取出小磨球，得到玻璃粉和水混合液；
（7）将步骤（6）得到的玻璃粉和水混合液，放入烘箱中进行充分干燥，即制得用于背钝化晶硅太阳能电池背面银浆的无铅玻璃粉。
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