CN109384393A - Perc晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉及其制备方法，该无铅玻璃粉由以下重量百分比的组分组成：Bi2O3 30‑50%、B2O3 10‑20%、ZnO 5‑15%、SiO2 5‑15%、Al2O3 1‑10%、MnO2 1‑10%、TiO2 1‑5%、Cu2O 1‑5%、Sb2O3 0.1‑5%、MoO3 0.1‑5%、NiO 0.1‑2%、V2O5 0.1‑2%、CeO2 0.1‑5%；该无铅玻璃粉的制备方法包括原料称量混合、高温熔融、水淬处理、初步粉碎、球磨和烘干。本发明的无铅玻璃粉在烧结过程中有良好的浸润作用，能够促进银粉的金属化，从而保证背银浆料的合金层的形成及膜层内部的致密性；同时在高温烧结的过程中，可以很好的控制对SiN x 的腐蚀深度，不会蚀穿SiN x 层，既保证了浆料与PERC电池基材之间的附着力，又不会影响少子寿命，从而避免了因蚀穿钝化层对电池效率造成的负面影响。
Description
技术领域
本发明属于无铅玻璃粉技术领域，特别是PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉及其制备方法。
背景技术
晶体硅太阳能电池是一种有效吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。
随着光伏市场的竞争越来越白热化，以及各国对光伏补贴的标准逐步下调，直接倒逼光伏电池生产进行成本降低，而电池成本降低不外乎于原硅片成本降低、生产成本降低以及电池片的转换效率提升。在激烈竞争下，原硅片成本以及生产成本已经降低到接近冰点，只有在电池转换效率上进行提升，才能提升竞争力，才能赢得市场。
PERC背钝化技术改变了背面电池结构，使用高质量的钝化层Al2O3和SiN x 叠层介质膜取代常规铝背场，PERC背钝化技术优势在于降低了有效载流子在电池背表面的复合，提升开路电压；而背面抛光和减反射膜可以增加内反射，提升短路电流，从而获得电池效率，同时不存在额外的组件封装损失问题。
PERC电池这种特殊的结构，导致背银浆料需要作出一些改变。具体的要求体现在首先不能完全穿透SiN x 膜和氧化铝膜，最好不要完全穿透最外层的SiN x 膜膜；其次就是拉力需要满足一定的要求，有利于后续组件端的封装焊接。这中特殊的要求主要是通过背银浆料中的玻璃粉进行实现。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉，由以下重量百分比的组分组成：Bi2O330-50%，B2O3 10-20%，ZnO 5-15%，SiO2 5-15%，Al2O3 1-10%，MnO2 1-10%，TiO2 1-5%，Cu2O 1-5%，Sb2O3 0.1-5%，MoO3 0.1-5%，NiO 0.1-2%，V2O5 0.1-2%，CeO2 0.1-5%。
所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉，由以下重量百分比的组分组成：Bi2O3 35-45%、B2O3 10-15%、ZnO 5-10%、SiO2 5-10%、Al2O3 2-5%、MnO2 5-10%、TiO2 1-3%、Cu2O 2-5%、Sb2O3 0.1-3%、MoO3 0.1-3%、NiO 0.1-1%、V2O5 0.1-1%、CeO2 0.1-3%。
所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）按照原料配比称量各氧化物原料，过300目筛后在V型混料机中混合均匀，得到混合料，备用；
2）将步骤1）得到的混合料装入刚玉坩埚中，将刚玉坩埚放入马弗炉中，在熔制温度为1100-1200℃下，保温时间30-90min，得到熔融态高温玻璃液；
3）将步骤2）得到的熔融态高温玻璃液在去离子水中进行水淬，得到玻璃渣；
4）将步骤3）得到的玻璃渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至30-80μm的粗粉，再将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6-Φ12的氧化锆球石为研磨球，研磨介质为去离子水，采用行星球磨机进行球磨，得到玻璃浆；
5）将步骤4）得到的玻璃浆经过400目筛进行过滤，再将过滤出的玻璃浆在烘箱中干燥至含水率＜0.3%，过筛分散得到均匀的玻璃粉。
所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤3）中去离子水的电阻率不低于1018MΩ/cm。
所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中氧化锆球石的直径分别为Φ6、Φ10、Φ12，且Φ6、Φ10、Φ12三种直径的氧化锆球石的质量比为（5-8）:（1-3）:1。
所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中氧化锆球石的直径分别为Φ6、Φ10、Φ12，且Φ6、Φ10、Φ12三种直径的氧化锆球石的质量比为7:2:1。
所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中粗粉、氧化锆球石与去离子水的质量比为1:（1-3）:（1-2）。
所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中粗粉、氧化锆球石与去离子水的质量比为1:2:1.5。
所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中球磨时间为4-6h，转速为400-600r/min。
所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤5）中得到的玻璃粉D50为0.5-1.0μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）本发明的玻璃粉成分中不含对人体有害的重金属元素铅，属于绿色环保型玻璃粉；
2）本发明的玻璃粉制备工艺简单，得到的玻璃粉D50在0.5-1.0μm之间，且将得到的玻璃粉用于制备的PERC背钝化的背银浆，该PERC背钝化的背银浆在烧结过程中有良好的浸润作用，从而保证了背银浆料的合金层的形成及膜层内部的致密性；同时在高温烧结的过程中，可以很好的控制对SiN x 的腐蚀深度，不会蚀穿SiN x 层，既保证了浆料与PERC电池基材之间的附着力，使得背电极与硅基体的附着力＞4.5N，又不会影响少子寿命，从而避免了因蚀穿钝化层对电池效率造成的负面影响。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1
本实施例的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
1）按以下组分和重量百分比称量原料：Bi2O3 43%、B2O3 12%、ZnO 8%、SiO2 9%、Al2O34%、MnO2 9%、TiO2 2.5%、Cu2O 5%、Sb2O3 1.8%、MoO3 2.5%、NiO 0.9%、V2O5 0.6%、CeO2 1.7%；将称量的原料过300目筛后在V型混料机中混合均匀，得到混合料；
2）将上述混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚放入马弗炉中在1130℃保温45min得到熔融态高温玻璃液；
3）将上述熔融态高温玻璃液在电阻率不低于10-18MΩ·cm的去离子水中水淬成玻璃渣；
4）将上述玻璃渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至30-80μm的粗粉，再将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6、Φ10、Φ12的氧化锆球石为研磨球，且Φ6、Φ10、Φ12三种氧化锆球石的质量比为7:2:1，研磨介质为去离子水，粗粉、研磨球、去离子水三者的质量比为1:2:1.5，采用行星球磨机，球磨时间为6h，转速为500r/min，得到玻璃浆；
5）将上述玻璃浆经过400目筛进行过滤，再将过滤出的玻璃浆在烘箱中干燥至含水率＜0.3%，过筛分散得到均匀的玻璃粉，玻璃粉D50在0.5-1.0μm之间。
取实施例1得到的玻璃粉样品，进行差热分析和粒径分析，结果显示玻璃粉的玻璃化转变点Tg=463℃，D50=0.69μm；
应用该无铅玻璃粉做成的背银浆料，烧结后附着力为4.8N，少子寿命无衰减。
实施例2
本实施例的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
1）按以下组分和重量百分比称量原料：Bi2O3 44%、B2O3 14%、ZnO 9%、SiO2 8%、Al2O33%、MnO2 9%、TiO2 2.3%、Cu2O 2%、Sb2O3 2.8%、MoO3 2.7%、NiO 0.7%、V2O5 0.8%、CeO2 1.7%；将称量的原料过300目筛后在V型混料机中混合均匀，得到混合料；
2）将上述混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚放入马弗炉中在1150℃保温45min得到熔融态高温玻璃液；
3）将上述熔融态高温玻璃液在电阻率不低于10-18MΩ·cm的去离子水中水淬成玻璃渣；
4）将上述玻璃渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至30-80μm的粗粉；再将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6、Φ10、Φ12的氧化锆球石为研磨球，且Φ6、Φ10、Φ12三种氧化锆球石的质量比为5:3:1，研磨介质为去离子水，粗粉、研磨球、去离子水三者的质量比为1:3:2，采用行星球磨机，球磨时间为6h，转速为500r/min；
5）将上述玻璃浆经过400目筛进行过滤，再将过滤出的玻璃浆在烘箱中干燥至含水率＜0.3%，过筛分散得到均匀的玻璃粉，玻璃粉D50在0.5-1.0μm之间。
取实施例2得到的玻璃粉样品，进行差热分析和粒径分析，结果显示玻璃粉的玻璃化转变点Tg=471℃，D50=0.71μm；
应用该无铅玻璃粉做成的背银浆料，烧结后附着力为4.6N，少子寿命无衰减。
实施例3
本实施例的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
1）按以下组分和重量百分比称量原料：Bi2O3 45%、B2O3 13%、ZnO 9%、SiO2 10%、Al2O33%、MnO2 7%、TiO2 1.8%、Cu2O 3.5%、Sb2O3 2.5%、MoO3 1.5%、NiO 0.8%、V2O5 0.7%、CeO22.2%；将称量的原料过300目筛后在V型混料机中混合均匀，得到混合料；
2）将上述混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚放入马弗炉中在1180℃保温60min得到熔融态高温玻璃液；
3）将上述熔融态高温玻璃液在电阻率不低于10-18MΩ·cm的去离子水中水淬成玻璃渣；
4）将上述玻璃渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至30-80μm的粗粉，再将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6、Φ10、Φ12的氧化锆球石为研磨球，且Φ6、Φ10、Φ12三种氧化锆球石的质量比为7:2:1，研磨介质为去离子水，粗粉、研磨球、去离子水三者的质量比为1:2:1.5，采用行星球磨机，球磨时间为4h，转速为600r/min，得到玻璃浆；
5）将球磨好的玻璃浆经过400目筛进行过滤，再将过滤出的玻璃浆在烘箱中干燥至含水率＜0.3%，过筛分散得到均匀的玻璃粉，玻璃粉D50在0.5-1.0μm之间。
取实施例3得到的玻璃粉样品，进行差热分析和粒径分析，结果显示玻璃粉的玻璃化转变点Tg=468℃，D50=0.75μm；
应用该无铅玻璃粉做成的背银浆料，烧结后附着力为4.8N，少子寿命无衰减。
测试结果对比：
其中，Eta为太阳能电池片电性能测试中的转换效率；Rs为太阳能电池片电性能测试中的串联电阻；少子寿命为WT-2000少子寿命测试仪测试的数据。
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 (10)
1.PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉，由以下重量百分比的组分组成：Bi2O330-50%，B2O3 10-20%，ZnO 5-15%，SiO2 5-15%，Al2O3 1-10%，MnO2 1-10%，TiO2 1-5%，Cu2O 1-5%，Sb2O3 0.1-5%，MoO3 0.1-5%，NiO 0.1-2%，V2O5 0.1-2%，CeO2 0.1-5%。
2.根据权利要求1所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉，由以下重量百分比的组分组成：Bi2O3 35-45%、B2O3 10-15%、ZnO 5-10%、SiO2 5-10%、Al2O3 2-5%、MnO2 5-10%、TiO2 1-3%、Cu2O 2-5%、Sb2O3 0.1-3%、MoO3 0.1-3%、NiO 0.1-1%、V2O5 0.1-1%、CeO20.1-3%。
3.根据权利要求1或2所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）按照原料配比称量各氧化物原料，过300目筛后在V型混料机中混合均匀，得到混合料，备用；
2）将步骤1）得到的混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚放入马弗炉中，在熔制温度为1100-1200℃下，保温时间30-90min，得到熔融态高温玻璃液；
3）将步骤2）得到的熔融态高温玻璃液在去离子水中进行水淬，得到玻璃渣；
4）将步骤3）得到的玻璃渣经过双辊轧机进行初步粉碎，粉碎至30-80μm的粗粉，再将粗粉装入到聚氨酯球磨罐中，选用Φ6-Φ12的氧化锆球石为研磨球，研磨介质为去离子水，采用行星球磨机进行球磨，得到玻璃浆；
5）将步骤4）得到的玻璃浆经过400目筛进行过滤，再将过滤出的玻璃浆在烘箱中干燥至含水率＜0.3%，过筛分散得到均匀的玻璃粉。
4.根据权利要求3所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤3）中去离子水的电阻率不低于1018MΩ/cm。
5.根据权利要求3所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中氧化锆球石的直径分别为Φ6、Φ10、Φ12，且Φ6、Φ10、Φ12三种直径的氧化锆球石的质量比为（5-8）:（1-3）:1。
6.根据权利要求3所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中氧化锆球石的直径分别为Φ6、Φ10、Φ12，且Φ6、Φ10、Φ12三种直径的氧化锆球石的质量比为7:2:1。
7.根据权利要求3所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中粗粉、氧化锆球石与去离子水的质量比为1:（1-3）:（1-2）。
8.根据权利要求3所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中粗粉、氧化锆球石与去离子水的质量比为1:2:1.5。
9.根据权利要求3所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤4）中球磨时间为4-6h，转速为400-600r/min。
10.根据权利要求3所述的PERC晶体硅太阳能电池背银浆用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤5）中得到的玻璃粉D50为0.5-1.0μm。
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