CN107759093B - 一种高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料及其制备方法和浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料，由包括以下组分原料制得：10～30wt％SeO2，5～10wt％PbO，10～20wt％WO3，10～20wt％SiO2，10～20wt％ZnO，0～10wt％碱土金属氧化物RO和0～10wt％碱金属氧化物R2O。本发明还公开上述玻璃料的制备方法和由其制得的浆料及其制备方法。本发明的玻璃料为Se‑Pb‑Si‑W‑Zn氧化物体系，该玻璃体系具有低玻璃转变温度和软化温度，对银和硅都有较好的浸润性，应用于高方阻浅结硅片上，有利于改善接触电阻；同时对银粉也有很好的润湿能力，并能与硅片牢固结合，提升了银电极的焊接拉力。
Description
技术领域
本发明属于导电浆料技术领域，具体涉及一种高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料及其制备方法和由其制得的浆料，该浆料包含导电金属、低铅含量玻璃料和有机载体的导电浆。
背景技术
众所周知，影响太阳能电池效率损失的因素主要有：栅线遮蔽因素、栅线及其接触电阻因素及载流子复合因素。为了解决这些损失因素，市场上主要解决办法是：“高方阻、浅结、密植”，即将硅片方阻做高、硅片PN结离前表面更近、电池片副栅宽度更细数量更多。
硅片方阻是由掺杂浓度决定，掺杂浓度越高，硅片方阻就越低，但是，高的掺杂浓度会使得载流子复合率提高，过高的掺杂(>1020/cm3)甚至使表面出现“死层”，即在此层内光激发产生的载流子立即被复合，完全没有机会被PN结收集；深结地不利因素与入射光的吸收衰减及光激发非平衡载流子被PN结所收集的几率分布有关，这样的分布组合使表层激发的大量载流子不能被PN结收集而损失，所以，在工艺许可的条件下，应尽可能地使PN结向表面靠近。光生电流的传输途径是：先从硅片体内从下向上传输到表面，再在表面横向传输至电极处被收集。那么，硅片方阻越大，电流横向传输时损耗越多，所以，需要更多的副栅，以降低电流横向传输时的损耗，但是，副栅越多，遮光损失越大，因此，就需要副栅做的更细，以降低电极的遮光面积。
从上述分析可以看出，硅片方阻越高、副栅越细，所需要的银硅接触电阻越小；而浆料的银硅接触性能主要由浆料中的玻璃决定，同时，玻璃也影响银电极和硅片之间的焊接拉力。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料，该玻璃料可在高方阻浅结硅片上获得较低的接触电阻，同时可以保证银电极和硅片之间的焊接拉力。
本发明的第二目的是提供上述高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料的制备方法，可采用高温熔融淬冷法制备或采用溶胶凝胶法即制得接触电阻较低、焊接拉力较优的玻璃料。
本发明的第三目的是提供一种包括由上述高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料制得的银浆浆料，该银浆浆料可以改善银电极和硅片之间的接触电阻，同时保证银电极和硅片之间的焊接拉力。
本发明的第四目的是提供上述银浆浆料的制备方法，由该制备方法制得的银浆浆料可以改善银电极和硅片之间的接触电阻，同时保证银电极和硅片之间的焊接拉力。
本发明的技术方案如下：
一种高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料，由包括以下组分原料制得：10～30wt％SeO2，5～10wt％PbO，10～20wt％WO3，10～20wt％SiO2，10～20wt％ZnO，0～10wt％碱土金属氧化物RO和0～10wt％碱金属氧化物R2O。
优选为，所述的碱土金属氧化物RO为MgO或CaO中的一种或几种。
优选为，所述的碱金属氧化物R2O为Li2O或K2O中的一种或几种。
优选为，所述的玻璃料的粒度D50小于10um，进一步优选为小于5um。
本发明还公开了一种上述的高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料的制备方法，所述的制备方法为高温熔融淬冷法或溶胶凝胶法；其中，所述的高温熔融淬冷法包括以下步骤：取上述的各组分原料，采用双辊或三维混合机混合均化后，转移到氧化铝坩埚内熔制，熔制温度为1100～1300℃，熔制时间为30～80min，熔制过程中搅拌，进一步均化；熔制结束后，直接将玻璃熔体淬冷，采用去离子水淬冷或铁板淬冷，最后再采用行星球磨机球磨、烘干，即制得玻璃料。
本发明还公开了一种用于制备晶硅太阳能电池N型发射极银浆，由包括以下组分原料制得：银粉85～90wt％、上述的玻璃料2～4wt％和有机相6～11wt％，其中，所述的有机相为本行业通常使用的有机相，可以为乙基纤维素、木松香或酚醛树脂中一种或几种，低级醇的聚甲基丙烯酸酯或乙二醇单乙酸酯的单丁基醚和合适溶剂的混合物，其中，溶剂包括萜烯如α-萜品醇或β-萜品醇或其它溶剂如煤油、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇或沸点高于150℃的醇以及醇酯的混合物。
本发明还公开了一种上述的用于制备晶硅太阳能电池N型发射极银浆的制备方法，包括以下步骤：取上述的各组分原料，先将银粉和玻璃粉预混合，然后将其加入到有机相中进行搅拌1～2小时，再将搅拌好的原料在三辊机上进一步分散均化，当刮板细度小于10um后，即完成银浆的制备。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料为Se-Pb-Si-W-Zn氧化物体系，该玻璃体系具有低的玻璃转变温度和软化温度，对银和硅都有较好的浸润性，将其应用于高方阻浅结硅片上，在烧结过程中玻璃可以较早软化流动，溶解侵蚀减反射氮化硅层，提高银硅物理接触面积，有利于改善接触电阻；同时该玻璃体系对银粉有很好的润湿能力，并能与硅片牢固结合。烧结后，该玻璃体系形成牢固的三维网络结构，将银粉固定在硅片表面上，提升银电极的焊接拉力。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料，其各组分原料如表一所示，采用质量百分比，制备步骤为：使用马弗炉在1300℃条件下对玻璃原料熔融1h，充分均化后，使用水淬法进行玻璃的淬冷工艺，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≤5μm，其中，A-1～A-7为实验组，BL-1为对照组，是市售常用玻璃粉。
表一
实施例2
将上述A-1～A-7实验组制得的玻璃料和BL-1对照组购买得到的玻璃料分别按下述方法制备PA-1～PA-7和PB-1银浆涂料，同时将制得的银浆进行下一步的性能测试。
实施例2-1
将86.5wt％导电银粉，2.5wt％的A-1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10μm以下，制得的浆料命名为PA-1。
其中，有机介质为乙基纤维素、木松香、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇乙酸酯的混合物。
实施例2-2
将86.5wt％导电银粉，2.5wt％的A-2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10μm以下，制得的浆料命名为PA-2。
其中，有机介质为乙基纤维素、木松香、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇乙酸酯的混合物。
实施例2-3
将86.5wt％导电银粉，2.5wt％的A-3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10μm以下，制得的浆料命名为PA-3。
其中，有机介质为乙基纤维素、木松香、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇乙酸酯的混合物。
实施例2-4
将86.5wt％导电银粉，2.5wt％的A-4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10μm以下，制得的浆料命名为PA-4。
其中，有机介质为乙基纤维素、木松香、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇乙酸酯的混合物。
实施例2-5
将86.5wt％导电银粉，2.5wt％的A-5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10μm以下，制得的浆料命名为PA-4。
其中，有机介质为乙基纤维素、木松香、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇乙酸酯的混合物。
实施例2-6
将86.5wt％导电银粉，2.5wt％的A-6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10μm以下，制得的浆料命名为PA-4。
其中，有机介质为乙基纤维素、木松香、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇乙酸酯的混合物。
实施例2-7
将86.5wt％导电银粉，2.5wt％的A-7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10μm以下，制得的浆料命名为PA-4。
其中，有机介质为乙基纤维素、木松香、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇乙酸酯的混合物。
对比例2-1
将86.5wt％导电银粉，2.5wt％的BL-1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10μm以下，制得的浆料命名为PB-1。
其中，有机介质为乙基纤维素、木松香、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇乙酸酯的混合物。
银硅接触电阻及附着力测试方法如下：
1)将上述制得的8种浆料使用Bacinni丝网印刷机分别印刷到已镀膜制绒高方阻多晶硅片正面上，硅片的方阻为100Ω/□。每种浆料印刷8片，4片用于接触电阻测试，4片用于拉力测试。使用DESPATCH烧结炉进行烧结。
2)4片用于测试接触电阻的电池片采用激光切割机沿主栅方切割成宽2cm，长8cm的长条。用TLM测试系统对接触电阻进行测试。
3)将0.25mm*1.1mm的锡60/铅40焊带焊接到用于测试拉力的4片电池片主栅上，焊接温度分别设定为340℃。焊接前焊带使用助焊剂浸泡10min。使用自动拉力机180°反向拉拔焊带，测试浆料附着力。
银硅接触电阻及附着力测试结果如表2所示。
表2
从表2中可见，PA-1，PA-2，PA-3，PA-4，PA-5，PA-6，PA-7可以获得比商用玻璃粉PB-1玻璃体系更好的接触性能和拉力。PA-1，PA-2，PA-3，PA-4，PA-5，PA-6，PA-7的上述结果表明，在本发明设计范围内的配方，均能达到本发明的设计目的，获得好的拉力和接触电阻表现，因此，本发明提供的玻璃料用于制备适用于高方阻浅结晶硅太阳电池的正面银浆，使银浆获得优异的电性能和焊接拉力。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料，其特征在于，由以下组分原料制得：10～30wt％SeO2，5～10wt％PbO，10～20wt％WO3，10～20wt％SiO2，10～20wt％ZnO，0～10wt％碱土金属氧化物RO和0～10wt％碱金属氧化物R2O，且所述碱土金属氧化物RO和所述碱金属氧化物R2O的含量均不为零。
2.根据权利要求1所述的高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料，其特征在于，所述的碱土金属氧化物RO为MgO或CaO中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料，其特征在于，所述的碱金属氧化物R2O为Li2O或K2O中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料，其特征在于，所述的玻璃料的粒度D50小于10μm。
5.根据权利要求4所述的高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料，其特征在于，所述的玻璃料的粒度D50小于5μm。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为高温熔融淬冷法或溶胶凝胶法。
7.根据权利要求6所述的高方阻浅结晶硅太阳能电池用玻璃料的制备方法，其特征在于，所述的高温熔融淬冷法包括以下步骤：取权利要求1所述的各组分原料，采用双辊或三维混合机混合均化后，转移到氧化铝坩埚内熔制，熔制温度为1100～1300℃，熔制时间为30～80min，熔制过程中搅拌，进一步均化；熔制结束后，直接将玻璃熔体淬冷，采用去离子水淬冷或铁板淬冷，最后再采用行星球磨机球磨、烘干，即制得玻璃料。
8.一种用于制备晶硅太阳能电池N型发射极银浆，其特征在于，由以下组分原料制得：银粉85～90wt％、权利要求1～5任一项所述的玻璃料2～4wt％和有机相6～11wt％。
9.一种如权利要求8所述的用于制备晶硅太阳能电池N型发射极银浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取权利要求8所述的各组分原料，先将银粉和玻璃粉预混合，然后将其加入到有机相中进行搅拌1～2小时，再将搅拌好的原料在三辊机上进一步分散均化，当刮板细度小于10um后，即完成银浆的制备。
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