CN108033684A - 一种太阳能电池用背银玻璃粉及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于提高太阳能电池效率的背银玻璃粉的制备方法，公开的背银玻璃粉的熔制配合料的组成成分及重量百分比含量为：Bi2O3 76%~88%，B2O3 3.5%~12.6%，SiO2 0.5%~2.5%,Al2O3 3%~10%，CeO2 0.20~0.88%，ZnO 0.46~2.3%，TeO2 0~5.5%，Na2O 0~1%，MgO 0~1%。将玻璃粉配合料混合均匀后于1100℃加热熔融1h，再将熔融倾倒于水中进行淬火并粉碎磨成玻璃粉。本发明得到的玻璃粉不含铅，绿色环保，制备工艺简单，粒径较细且均匀，玻璃化转变温度适中及价格低廉等的特点。

Description

一种太阳能电池用背银玻璃粉及制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池浆料制造领域，具体涉及一种太阳能电池用背银玻璃粉及制备方法。
背景技术
随着化石能源的日益消耗，人们逐渐寻找清洁可再生能源，对太阳能的利用在未来必将占据重要的席位，而目前对太阳能的利用主要是通过太阳能电池发电，太阳能电池背银浆料是太阳能电池组件中极为重要的材料之一，它主要用于制作太阳能电池背面主栅，主要作用是将太阳能电池中铝背场收集的电流汇入并导出。太阳能电池背银浆料中主要包含有银粉、玻璃粉、有机粘合剂等。太阳能电池背银玻璃粉虽然在太阳能电池背银浆料中占的比重不大，但由于玻璃粉作为太阳能电池背银浆料中的粘结相，起到侵蚀硅片、粘结银膜层和硅片、增大银颗粒与硅片表面接触等作用，因此太阳能电池背银玻璃粉性能的好坏会直接影响着太阳能背银浆料的好坏。
目前，我国晶体硅太阳能电池相配套的导电银浆研究应用还处于刚起步的阶段，虽然基本也可以生产常规性的银粉及相关导电银浆，但是目前产的太阳能电池浆料还存在很多缺点：例如：一致性差、兼容性差、品种规格不全、可靠性低、技术水平低、环保意识不强(玻璃相含铅)、光电转换效率偏低、市场竞争力低、不适应大面积细线印刷等缺点，不能满足国内晶体硅太阳能电池生产企业对电极浆料的要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高性能太阳能用背银玻璃粉及制备方法。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种太阳能电池背银玻璃粉，所述背银玻璃粉采用铋酸盐玻璃体系，其原料组成及质量百分比为：Bi2O3 76%~88%，B2O3 3.5%~12.6%，SiO2 0.5%~2.5%, Al2O3 3%~10%，CeO2 0.20~0.88%，ZnO 0.46~2.3%，TeO2 0~5.5%，Na2O 0~1%，MgO 0~1%。
所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比优选为：Bi2O3 78%~82%，B2O3 8.4%~10%，SiO2 2%~2.5%, Al2O3 4%~5%，CeO2 0.5~0.7%，ZnO 1.4~2%，TeO2 0~3.7%，Na2O 0~0.5%，MgO 0~0.5%。
所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为：Bi2O3 88%，B2O3 3.5%，SiO21.65%,Al2O3 4.55%，CeO20.85%，ZnO0.95%，MgO 0.5%。
所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为：Bi2O3 76%，B2O3 12.6%，SiO2 2.3%,Al2O3 5.1%，ZnO 1.7%，TeO2 2.3%。
所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为：Bi2O384.7%，B2O3 6.5 %，SiO22%,Al2O3 4.5%，CeO20.7%，ZnO 1.4%，MgO0.2%。
所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为：Bi2O384.8%，B2O36.4%，SiO22%,Al2O34.5%，CeO20.7%，ZnO1.4%，MgO0.2%。
一种太阳能电池背银玻璃粉的制备方法，其具体步骤如下：
（1）将玻璃粉熔融配合料按Bi2O3 76%~88%，B2O3 3.5%~12.6%，SiO2 0.5%~2.5%, Al2O33%~10%，CeO2 0.20~0.88%，ZnO 0.46~2.3%，TeO2 0~5.5%，Na2O 0~1%，MgO 0~1%的比例配置好；
（2）将所有配合料搅拌均匀，使其充分混合，然后将混合均匀的原料放入烘干的刚玉坩埚中，并放入1100℃的井式电阻炉中熔融1h；
（3）将坩埚从电阻炉中取出，将1100℃熔融后的玻璃液迅速倒入冷水中进行水淬，待冷却后取出并干燥，得到固态玻璃小颗粒；
（4）将所得的玻璃小颗粒放入气流磨中磨碎，磨碎后放入干燥箱中干燥，得到太阳能电池背银玻璃粉。
所述的玻璃粉全为玻璃态，且玻璃态转变温度为400~450℃，颗粒大小集中在1.3um~13.8um。
本发明中各氧化物的作用如下：
Bi2O3以[BiO3]和 [BiO6] 的形式进入网络，构成玻璃的网络骨架；铋酸盐玻璃是代替铅玻璃体系中结构最强、化学稳定性最好的；含Bi2O3 较高的玻璃能在500℃以下得到粘度较低的液态，因此Bi2O3 含量设置为76%~88%。
B2O3也是形成玻璃骨架的主要成分，在玻璃中形成[BO3]三角体结构，使得玻璃在高温下粘度降低，能大幅降低玻璃粉熔点，但是过多的B2O3也会使得玻璃粉稳定性降低；因此B2O3含量设置为3.5%~12.6%。
Al2O3使玻璃具有良好的化学稳定性，该体系中加入多了会大幅提高熔化温度，因此Al2O3设置为3%~10%。
SiO2通常以[SiO4]的结构形式存在并且相互间以角连接，向空间生长，由于这种特殊的结构，添加少量SiO2会提高结构单元之间的强度，增加玻璃的稳定性，因此SiO2含量设置为0.5%~2.5%。
ZnO作为玻璃的中间体氧化物，[ZnO6]中的Zn2+作为网络外体存在于玻璃结构中，能调节玻璃的热膨胀系数，但是当[ZnO6]获得“游离氧”后，Zn2+便会参与玻璃网络机构的形成，容易使其附近的氧离子有序性提高，所以过量的ZnO会降低玻璃的均匀性，还可能促进玻璃的分相和析晶；因此ZnO含量设置在 0.46~2.3%。
TeO2在玻璃中以三角形双锥体和三角形锥体出现，Te原子中存在自由电子对导致双锥体中第三个中腰线位置那一方不能生成化学键；从而促使玻璃形成链状结构，使玻璃具有较低的粘度和高的热膨胀系数；因此TeO2含量设置在0~5.5%
CeO2 在玻璃中是最有效的稳定剂，它的作用可用下列方程来表示：
Ce4+ + eCe3+或Ce3++e+ Ce4+
式中：e为电子；e+为空穴（空位）
按照以上方程多价离子起着电子受体的作用，而这些电子是在辐射作用下释放出来的，加入0.20~0.88% 的CeO2来稳定玻璃。
Na2O和 MgO均有助于玻璃的形成，且是良好的助熔剂，该体系中不易多加。
本发明提出一种高性能太阳能用背银玻璃粉及制备方法，该玻璃粉采用铋酸盐玻璃体系，不含铅成分，符合绿色环保的要求，而且性能较好，制作成本低廉；太阳能电池背银玻璃粉的制备过程中，采用1100℃，在玻璃配料充分熔融反应的前提下降低温度以致更节能，当电阻炉的温度低于1100℃时，坩埚中的配合料之间不能充分熔融反应，当电阻炉的温度设置为1100℃以上时，玻璃液对坩埚的侵蚀加大，而且温度越高耗能越多，不利于生产节能，因此本发明中玻璃配合料混合后置于1100℃的电阻炉中熔融。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明白，下面结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
本发明中的SiO2成分由硅砂引入，B2O3成分由分析纯硼酸引入，Na2O成分由分析纯Na2CO3引入，MgO成分由分析纯MgCO3引入，其它配合料成分均由对应的分析纯试剂引入。
实施例1：
一种太阳能电池背银玻璃粉的制备方法，其具体步骤如下：
（1）将玻璃粉熔融配合料按Bi2O3 88%，B2O3 3.5%，SiO21.65%, Al2O3 4.55%，CeO20.85%，ZnO0.95%，MgO 0.5%比例配置好。
（2）将所有配合料搅拌均匀，使其充分混合，然后将混合均匀的原料放入烘干的刚玉坩埚中，并放入1100℃的井式电阻炉中熔融1h。
（3）将坩埚从电阻炉中取出，将1100℃熔融后的玻璃液倒入水中进行水淬处理，待冷却后取出并干燥，得到固态玻璃小颗粒。
（4）将所得的玻璃小颗粒放入气流磨中磨碎，磨碎后放入干燥箱中干燥，得到太阳能电池背银玻璃粉。
实施例2：
一种太阳能电池背银玻璃粉的制备方法，其具体步骤如下：
（1）将玻璃粉熔融配合料按Bi2O3 76%，B2O3 12.6%，SiO2 2.3%, Al2O3 5.1%，ZnO 1.7%，TeO2 2.3%比例配置好。
（2）将所有配合料搅拌均匀，使其充分混合，然后将混合均匀的原料放入烘干的刚玉坩埚中，并放入1100℃的井式电阻炉中熔融1h。
（3）将坩埚从电阻炉中取出，将1100℃熔融后的玻璃液倒入水中进行水淬处理，待冷却后取出并干燥，得到固态玻璃小颗粒。
（4）将所得的玻璃小颗粒放入气流磨中磨碎，磨碎后放入干燥箱中干燥，得到太阳能电池背银玻璃粉。
实施例3：
一种太阳能电池背银玻璃粉的制备方法，其具体步骤如下：
（1）将玻璃粉熔融配合料按Bi2O384.7%，B2O3 6.5 %，SiO22%, Al2O3 4.5%，CeO20.7%，ZnO 1.4%，MgO0.2%比例配置好。
（2）将所有配合料搅拌均匀，使其充分混合，然后将混合均匀的原料放入烘干的刚玉坩埚中，并放入1100℃的井式电阻炉中熔融1h。
（3）将坩埚从电阻炉中取出，将1100℃熔融后的玻璃液倒入水中进行水淬处理，待冷却后取出并干燥，得到固态玻璃小颗粒。
（4）将所得的玻璃小颗粒放入气流磨中磨碎，磨碎后放入干燥箱中干燥，得到太阳能电池背银玻璃粉。
实施例4：
一种太阳能电池背银玻璃粉的制备方法，其具体步骤如下：
（1）将玻璃粉熔融配合料按Bi2O3 81.9%，B2O3 8.4%，SiO2 2.5%, Al2O3 4.4%，CeO2 0.7%，ZnO 1.6%，Na2O 0.5%比例配置好。
（2）将所有配合料搅拌均匀，使其充分混合，然后将混合均匀的原料放入烘干的刚玉坩埚中，并放入1100℃的井式电阻炉中熔融1h。
（3）将坩埚从电阻炉中取出，将1100℃熔融后的玻璃液倒入水中进行水淬处理，待冷却后取出并干燥，得到固态玻璃小颗粒。
（4）将所得的玻璃小颗粒放入气流磨中磨碎，磨碎后放入干燥箱中干燥，得到太阳能电池背银玻璃粉。
实施例5：
一种太阳能电池背银玻璃粉的制备方法，其具体步骤如下：
（1）将玻璃粉熔融配合料按Bi2O3 78.6%，B2O3 9.5%，SiO2 2.3%, Al2O3 4.5%，CeO2 0.7%，ZnO 1.4%，TeO2 2.3%，MgO 0.2%，Na2O 0.5%的比例配置好。
（2）将所有配合料搅拌均匀，使其充分混合，然后将混合均匀的原料放入烘干的刚玉坩埚中，并放入1100℃的井式电阻炉中熔融1h。
（3）将坩埚从电阻炉中取出，将1100℃熔融后的玻璃液倒入水中进行水淬处理，待冷却后取出并干燥，得到固态玻璃小颗粒。
（4）将所得的玻璃小颗粒放入气流磨中磨碎，磨碎后放入干燥箱中干燥，得到太阳能电池背银玻璃粉。
以上实施得到的太阳能电池背银玻璃粉均不含铅成分，玻璃化转变温度在400℃-450℃之间，粒径主要集中在1-10um。

Claims (8)

1.一种太阳能电池背银玻璃粉，其特征在于：所述背银玻璃粉采用铋酸盐玻璃体系，其原料组成及质量百分比为：Bi2O3 76%~88%，B2O3 3.5%~12.6%，SiO2 0.5%~2.5%，Al2O3 3%~10%，CeO2 0.20~0.88%，ZnO 0.46~2.3%，TeO2 0~5.5%，Na2O 0~1%，MgO 0~1%。
2.如权利要求1所述的一种太阳能电池背银玻璃粉，其特征在于：所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为：Bi2O3 78%~82%，B2O3 8.4%~10%，SiO2 2%~2.5%，Al2O3 4%~5%，CeO20.5~0.7%，ZnO 1.4~2%，TeO2 0~3.7%，Na2O 0~0.5%，MgO 0~0.5%。
3.如权利要求1所述的一种太阳能电池背银玻璃粉，其特征在于：所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为：Bi2O3 88%，B2O33.5%，SiO21.65%, Al2O3 4.55%，CeO20.85%，ZnO0.95%，MgO 0.5%。
4.如权利要求1所述的一种太阳能电池背银玻璃粉，其特征在于：所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为：Bi2O3 76%，B2O3 12.6%，SiO2 2.3%, Al2O3 5.1%，ZnO 1.7%，TeO22.3%。
5.如权利要求1所述的一种太阳能电池背银玻璃粉，其特征在于：所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为：Bi2O384.7%，B2O3 6.5 %，SiO22%, Al2O3 4.5%，CeO20.7%，ZnO 1.4%，MgO0.2%。
6.如权利要求1所述的一种太阳能电池背银玻璃粉，其特征在于：所述背银玻璃粉的原料组成及质量百分比为：Bi2O384.8%，B2O36.4%，SiO22%, Al2O34.5%，CeO20.7%，ZnO1.4%，MgO0.2%。
7.一种太阳能电池背银玻璃粉的制备方法，其具体步骤如下：
（1）将玻璃粉熔融配合料按Bi2O3 76%~88%，B2O3 3.5%~12.6%，SiO2 0.5%~2.5%, Al2O33%~10%，CeO2 0.20~0.88%，ZnO 0.46~2.3%，TeO2 0~5.5%，Na2O 0~1%，MgO 0~1%的比例配置好；
（2）将所有配合料搅拌均匀，使其充分混合，然后将混合均匀的原料放入烘干的刚玉坩埚中，并放入1100℃的井式电阻炉中熔融1h；
（3）将坩埚从电阻炉中取出，将1100℃熔融后的玻璃液迅速倒入冷水中进行水淬，待冷却后取出并干燥，得到固态玻璃小颗粒；
（4）将所得的玻璃小颗粒放入气流磨中磨碎，磨碎后放入干燥箱中干燥，得到太阳能电池背银玻璃粉。
8.如权利要求7所述的一种太阳能电池背银玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述玻璃粉全为玻璃态，且玻璃态转变温度为400~450℃，颗粒大小集中在1.3um~13.8um。
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