CN110217997A - 玻璃粉、导电银浆、太阳能电池背面电极和太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了玻璃粉、导电银浆、太阳能电池背面电极和太阳能电池。其中，形成上述玻璃粉的原料包括：氧化物和高岭土。发明人发现，该玻璃粉成本低，有利于大规模生产，该玻璃粉烧结后获得的玻璃层可以高效反射长波长光，将该玻璃粉应用于太阳能电池背面电极中时可以提高硅片对太阳光的利用率，进而提高太阳能电池的短路电流。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池材料技术领域，具体的，涉及玻璃粉、导电银浆、太阳能电池背面电极和太阳能电池。
背景技术
钝化发射极及背面电池(Passivated Emitter and Rear Cell，简称PERC电池)是近年来发展迅速并逐渐实现产业化的一种高效太阳能电池。该种电池正面采用氮化硅(SiNx)膜钝化，有效地发挥了减反射和钝化的作用；背面采用氧化铝(AlOx)/SiNx或者氧化硅(SiOx)/SiNx叠层膜钝化，既能有效减少少子复合，还可以起到背反射的作用，增加硅片对长波长光的吸收，进而提高太阳能电池的效率。现有背面电极导电银浆主要通过减轻对钝化层的腐蚀提高电池效率，但是太阳能电池的效率仍有提升空间。因而，目前的太阳能电池仍有待深入研究。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种软化点温度合适的玻璃粉，含该玻璃粉的导电银浆烧结后，银电极和钝化层界面处的玻璃层可以高效反射长波长光。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种玻璃粉。根据本发明的实施例，形成所述玻璃粉的原料包括氧化物和高岭土。发明人发现，该玻璃粉成本低，有利于大规模生产，该玻璃粉烧结后获得的玻璃层可以高效反射长波长光，用于太阳能电池时可以提高硅片对太阳光的利用率，进而提高太阳能电池的短路电流。
根据本发明的实施例，基于所述玻璃粉的总质量，所述高岭土的含量为0.5-7重量％。
根据本发明的实施例，基于所述玻璃粉的总质量，所述高岭土的含量为1-6重量％。
根据本发明的实施例，所述氧化物包括氧化铋、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化钠和氧化锌中的至少之一。
根据本发明的实施例，所述玻璃粉包括：氧化铋50-60重量份；二氧化硅5-20重量份；氧化铝0.5-10重量份；氧化钠0.5-11重量份；高岭土0.5-7重量份；二氧化钛0.1-5重量份；氧化锌1-10重量份。
根据本发明的实施例，所述氧化铝的含量为0.5-8重量份。
根据本发明的实施例，所述氧化铝的含量为1-7重量份。
根据本发明的实施例，所述二氧化钛的含量为0.2-5重量份。
根据本发明的实施例，所述二氧化钛的含量为0.25-3重量份。
根据本发明的实施例，所述玻璃粉的粒径为0.1-15微米。
根据本发明的实施例，所述玻璃粉的玻璃软化点温度为480-550℃。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种导电银浆。根据本发明的实施例，该导电银浆包括前面所述的玻璃粉。发明人发现，将该导电银浆涂覆在钝化层上并烧结形成太阳能电池的背面电极时，该导电银浆中的玻璃粉可以促进银粉的烧结，形成致密的银电极，同时几乎不会对钝化层造成烧蚀，提高太阳能电池的开路电压和电池效率的效果优异，并且玻璃粉具有良好的粘结作用，银电极对钝化层的附着力强，。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种太阳能电池背面电极。根据本发明的实施例，该太阳能电池背面电极是利用前面所述的导电银浆制备得到的。发明人发现，该电极导电性能优良，导电银浆烧结后银电极和钝化层界面处的玻璃层对长波长光的反射率高，可以提高硅片对太阳光的利用率，进而可以提高电池的短路电流，同时电极对钝化层的附着力强，可以提高太阳能电池的结构稳定性，延长太阳能电池的使用寿命。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种太阳能电池。根据本发明的实施例，该太阳能电池包括前面所述的太阳能电池背面电极。发明人发现，该太阳能电池短路电流、开路电压以及电池效率高，使用性能优良，成本低，有利于大规模生产。
根据本发明的实施例，所述背面电极中的银电极和钝化层界面处的玻璃层对长波长光的反射率高达35％。
本发明至少可以取得以下有益效果：
(1)本发明的玻璃粉适合用于太阳能电池背面电极，导电银浆烧结后形成的的银电极和钝化层界面处的玻璃层能够增加背面电极对长波长光的反射率，进而提高太阳能电池的短路电流；
(2)本发明的玻璃粉用于太阳能电池背面电极，能够有效减轻导电银浆对钝化层的腐蚀，从而可以提高太阳能电池的开路电压和电池效率。
附图说明
图1是本发明一个实施例中太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种玻璃粉。根据本发明的实施例，形成所述玻璃粉的原料包括氧化物和高岭土(化学式为Al2O3·2SiO 2·2H2O)。发明人发现，该玻璃粉成本低，有利于大规模生产，该玻璃粉烧结后获得的玻璃层可以高效反射长波长光，将该玻璃粉应用于太阳能电池背面电极中时，含该玻璃粉的导电银浆烧结后的形成的玻璃层位于银电极和钝化层界面处，可以提高硅片对太阳光的利用率，提高太阳能电池的短路电流和电池效率。
需要说明的是，本文中所采用的描述方式“长波长光”是指波长为700-1100纳米的光。
根据本发明的实施例，所述氧化物包括氧化铋(Bi2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、氧化钠(Na2O)和氧化锌(ZnO)中的至少之一。当然，本领域技术人员可以理解，上述氧化物可以包括上述列出的具体氧化物中的任意一种、任意两种、任意三种、任意四种、任意五种或者全部六种，一些具体实施例中，上述氧化物包括上述全部六种具体氧化物。由此，氧化物的来源广泛，成本低，该玻璃粉烧结后获得的玻璃层厚度均匀。应用于太阳能电池背面电极的导电银浆时，该玻璃粉可以促进银粉的烧结，形成致密的银电极，同时几乎不会对钝化层产生烧蚀，提高太阳能电池的开路电压和电池效率的效果优异，同时玻璃粉具有良好的粘结作用，使得背面电极与钝化层之间有良好的附着力。
目前，对太阳能电池的性能的改进主要集中在减弱导电银浆对钝化层的腐蚀来提高电池的效率，并没有通过增加长波长光的反射来提高短路电流进而进一步提高电池效率。而在本申请中，在玻璃粉中加入高岭土，该玻璃粉烧结后获得的玻璃层可以高效反射长波长光，从而提高太阳能电池对太阳光的利用率。根据本发明的实施例，基于所述玻璃粉的总质量，所述高岭土的含量为0.5-7重量％(例如0.5重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％等)。由此，上述含量的高岭土的加入使得含该玻璃粉的导电银浆烧结后获得银电极和钝化层界面处的的玻璃层结构均匀，对长波长光的反射效果好。相对于上述含量，当高岭土的含量大于7重量％时会引起玻璃的分相，小于0.5重量％时则烧结后获得的玻璃层提高长波长光反射率的效果不好。在本发明的一些优选实施例中，所述高岭土的含量为1-6重量％。由此，烧结后获得的玻璃层结构更均匀，对长波长光的反射效果更好。
在本发明的一些实施例中，所述玻璃粉包括：氧化铋50-60重量份(例如50重量份、52重量份、54重量份、56重量份、58重量份、60重量份等)；二氧化硅5-20重量份(例如5重量份、7重量份、9重量份、11重量份、13重量份、15重量份、17重量份、19重量份、20重量份等)；氧化铝0.5-10重量份(例如0.5重量份、1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份等)；氧化钠0.5-11重量份(例如0.5重量份、1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份等)；高岭土0.5-7重量份(例如0.5重量份、1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份等)；二氧化钛0.1-5重量份(例如.0.1重量份、0.5重量份、1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份等)；氧化锌1-10重量份(例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份等)。一些实施例中，上述各组分的总质量可以为100重量份。玻璃粉中的氧化钠有利于玻璃粉融化和玻璃澄清；二氧化硅四面体结构稳定，参与玻璃网络生成；氧化铝可以提高玻璃的光学稳定性；且玻璃粉的软化点温度不会过高，应用于太阳能电池被背面电极的导电银浆时，玻璃粉可以促进银粉的烧结，形成致密的银电极；同时几乎不会对钝化层产生烧蚀，提高太阳能电池的开路电压和电池效率的效果优异，同时背面电极与钝化层之间有良好的附着力。
相对于上述含量范围，当氧化铋的含量大于60重量份时会导致玻璃粉的玻璃化程度降低，不利于玻璃的形成，当氧化铋的含量小于50重量份时，则玻璃的软化点温度不利于后续的烧结；当二氧化硅含量过高会使玻璃粉的软化点温度和粘度同时提高，当二氧化硅的含量过低时，则不利于形成玻璃网络体；当氧化铝含量大于10重量份时会使增加玻璃粉的软化点温度，当氧化铝含量小于0.5重量份时，玻璃体系会容易分相；当氧化钠含量过高时，则会使玻璃过分析晶，当氧化钠含量过低时，则不利于玻璃熔化澄清；当二氧化钛含量大于5重量份时，会使体系粘度过低，当二氧化钛的含量小于0.1重量份时，则不利于玻璃体系稳定；当氧化锌的含量大于10重量份时，玻璃粉的软化点温度会显著升高，当氧化锌的含量小于1重量份时，则玻璃稳定性降低。
在本发明的一些优选实施例中，所述氧化铝的含量为0.5-8重量份。在本发明的一些更优选的实施例中，所述氧化铝的含量为1-7重量份。由此，玻璃粉烧结之后形成的玻璃的光学稳定性更好。
在本发明的一些优选实施例中，所述二氧化钛的含量为0.2-5重量份。在本发明的一些更优选的实施例中，所述二氧化钛的含量为0.25-3重量份。由此，玻璃粉体系更稳定，玻璃粉的软化点温度更合适，应用于背面电极导电银浆时，可以促进银粉的烧结，形成致密的银电极，可以降低导电银浆在烧结过程中对钝化层的腐蚀，并更有利于提高太阳能电池背面电极与钝化层之间的附着力。
根据本发明的实施例，所述玻璃粉的软化点温度为480-550℃(例如480℃、500℃、520℃、540℃、550℃等)。由此，玻璃粉的软化点温度合适，含有该玻璃粉的导电银浆在烧结过程中对钝化层的腐蚀作用小。需要说明的是，玻璃粉的软化点温度指的是玻璃粉开始发生软化时的温度的最低值。
根据本发明的实施例，所述玻璃粉的粒径为0.1-15微米(例如0.1微米、1微米、3微米、5微米、7微米、9微米、11微米、13微米、15微米等)。由此，玻璃粉在导电银浆中的分散更均匀，有利于后续导电银浆刷涂在钝化层的表面上，并可以获得性能良好的背面电极。相对于上述粒径范围，当玻璃粉的粒径过小时，则玻璃粉难于分散，当玻璃粉的粒径过大时，则不利于导电银浆的制备。
在本发明的一些实施例中，制备玻璃粉的步骤可以为如下：
将高岭土、二氧化钛、氧化铋、氧化铝、二氧化硅、氧化锌以及氧化钠按配比精确称量好，置于刚玉坩埚中充分研磨混合，得到均匀分散的混合物；将上述混合物加入到已经完成预热的高纯氧化铝坩埚，于马弗炉内400℃恒温30min，然后在高温炉内加热到1300℃，恒温30min；将熔制好的玻璃液在去离子水中水淬，干燥并球磨，过筛制得所需玻璃粉。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种导电银浆。根据本发明的实施例，包括前面所述的玻璃粉。发明人发现，该导电银浆适于涂覆在钝化层表面经烧结后形成太阳能电池背面电极，其中，玻璃粉可以促进银粉的烧结，形成致密的银电极，且烧结过程中玻璃粉会向钝化层的方向富集，在银电极和钝化层的界面处形成玻璃层；玻璃粉具有合适的软化点温度几乎不会对钝化层产生造成烧蚀，提高太阳能电池的开路电压和电池效率的效果优异，同时具有好的粘结作用，使背面电极与钝化层之间有良好的附着力。
根据本发明的实施例，上述导电银浆除了包括玻璃粉之外，还包括银粉和有机载体。在本发明的一些实施例中，以导电银浆的重量为100重量份进行计算，导电银浆含有30-80重量份(例如30重量份、40重量份、50重量份、60重量份、70重量份、80重量份等)的银粉、1-10重量份(例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份等)的玻璃粉组合物、10-40重量份(例如10重量份、20重量份、30重量份、40重量份等)的有机载体。由此，导电银浆可以分散的比较均匀，有利于后续将其刷涂在钝化层的表面上，且导电银浆中玻璃粉的含量合适，将导电银浆烧结后获得银电极和钝化层界面处的玻璃层对长波长光的反射率高，使得太阳能电池中的短路电流高。相对于上述含量范围，当导电银浆银粉的含量过高时，则成本增加，当导电银浆的含量过低时，则不能形成理想电极；当玻璃粉的含量过高时，则对电池钝化层腐蚀增加，当玻璃粉的含量过低时，则起不到粘接作用，当有机载体的含量过高时，则印刷后无法形成合格电极，当有机载体的含量过低时，则不利于印刷。
根据本发明的实施例，银粉的粒径为0.5-2微米(例如0.5微米、1微米、1.5微米、2微米等)，该粒径银粉有利于烧结形成电极。
根据本发明的实施例，上述有机载体选自热固性树脂(如酚醛树脂、环氧树脂等)和热塑性树脂中的至少一种。由此，有机载体的粘度合适，流动性佳，使用性能佳。
根据本发明的实施例，导电银浆中还可以包括助剂，助剂选自分散剂、流平剂、金属微粒的防氧剂、稳定剂等中至少之一。
根据本发明的实施例，制备导电银浆的方法可以为如下：
1、将银粉、玻璃粉混合，得到均匀混合物一；
2、将溶剂(例如丁基溶酐乙酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二甘醇乙醚醋酸酯、异佛尔酮中的至少一种)、树脂(例如乙烯纤维素)在50℃-80℃下搅拌2h-24h，得到混合物二；
3、将所述混合物一和混合物二混合，在三辊机中进行分散研磨，至平均细度小于10μm，得到所述导电银浆。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种太阳能电池背面电极。根据本发明的实施例，该太阳能电池背面电极是利用前面所述的导电银浆制备得到的。发明人发现，该电极导电性能优良，导电银浆烧结后获得银电极和钝化层界面处的玻璃层对长波长光的反射率高，可以提高硅片对太阳光的利用率，进而可以提高电池的短路电流，且背面电极对钝化层的附着力强，可以提高太阳能电池的结构稳定性，延长太阳能电池的使用寿命。
根据本发明的实施例，利用导电银浆制备得到太阳能电池背面电极包括：将导电银浆按照预定形状印刷在钝化层的表面上，之后对导电银浆进行烧结即可得到所需要的太阳能电池背面电极。由此，操作简单、方便，易于实现。需要说明的是，上述预定形状可以为栅线结构等。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种太阳能电池。根据本发明的实施例，该太阳能电池包括前面所述的太阳能电池背面电极。发明人发现，该太阳能电池短路电流、开路电压以及电池效率高，使用性能优良，成本低，有利于大规模生产。
根据本发明的实施例，所述背面电极中的银电极和钝化层界面处的玻璃层对长波长光的反射率高达35％。由此，太阳能电池背面电极中的银电极和钝化层界面处的玻璃层对长波长光的反射率高，可以提高硅片对光的利用率，提高太阳能电池的短路电流。
根据本发明的实施例，太阳能电池背面导电银浆烧结后获得银电极和钝化层界面处的玻璃层对长波长光的反射率的测试方法可以为如下：
首先用一定浓度的酸液将太阳能电池背面电极中的银层洗去，然后用去离子水将残留的酸液洗去，剩下的结构即为导电银浆烧结后获得银电极和钝化层界面处的玻璃层，准备好将要测试的玻璃层用分光度仪测试其对不同波长的反射率。
根据本发明的实施例，阳能电池的结构可以参照图1，包括硅片(即晶体硅基板)200，硅片200包括pn结合硅基板220，形成在pn结合硅基板220第一表面上的n层230，形成在pn结合硅基板220的第二表面上的p层210；正面电极300，其形成在n层230远离pn结合硅基板220的表面上；钝化层400，其形成在p层210远离pn结合硅基板220的表面上；背面电极100，其形成在钝化层400远离pn结合硅基板220的表面上。其中，第一表面指的是使用时pn结合硅基板220朝向太阳的表面，第二表面指的是pn结合硅基板220中与第一表面相对的表面。
根据本发明的实施例，硅片中的p层是通过在硅片中掺杂入硼形成的，n层是通过在硅片中掺杂入磷形成的。在本发明的一些实施例中，钝化层是通过在硅片的表面沉积一层氮化硅得到的，钝化层可以减少少子复合，提高太阳能电池的效率。
下面详细描述本申请的实施例。
实施例
反射率测试方法：通过分光度仪测量反射率，首先用一定浓度的酸液(例如硝酸等)将太阳能电池背面电极中的银层洗去，然后用去离子水将残留的酸液洗去，得到导电银浆烧结后获得银电极和钝化层界面处的玻璃层，其中，测试反射率时为了获得较大的反射光的面积，待测试的结构中含有多晶硅电池片和玻璃层，玻璃层设置在硅片的表面上，在测试时，光在硅片远离玻璃层的一侧进行照射，用分光度仪测试其对不同波长的反射率。
太阳能电池性能测试方法：通过电池选片机测试烧结好的太阳能电池的转化效率(Eta)、开路电压(Uoc)、短路电流(Isc)以及填充因子(FF)。
实施例1
(1)称取Al2O3·2SiO2·2H2O2重量份，TiO2 3重量份，Bi2O3 50重量份，Al2O3 5重量份，SiO2 17重量份，ZnO 7重量份，Na2O 3重量份。将各原料精确称量好，置于刚玉坩埚中充分研磨混合，得到均匀分散的混合物；
(2)将上述混合物加入到已经完成预热的高纯氧化铝坩埚，于马弗炉内400℃恒温30min，然后在高温炉内加热到1300℃，恒温30min；
(3)将熔制好的玻璃液在去离子水中水淬，干燥并球磨，过筛制得所需玻璃粉；
(4)将银粉、玻璃粉混合，得到均匀混合物一；
(5)将溶剂、树脂在50℃下搅拌2h，得到混合物二；
(6)将所述混合物一和混合物二混合，于三辊机中进行分散研磨，至平均细度小于10μm，得到所述背面银浆；
(7)将制备好的背面银浆通过印刷形成在钝化层的表面、在通过烧结以形成太阳能电池背面电极。
实施例2-7以及对比例1中制备太阳能电池背面电极的方法同实施例1，不同之处在于玻璃粉的组成不尽相同，实施例2-7以及对比例1中玻璃粉的组成详细参数见表1。
表1
实施例1-5以及对比例1中的反射率测试结果以及太阳能电池效率测试结果见表2。
表2
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种玻璃粉，其特征在于，形成所述玻璃粉的原料包括氧化物和高岭土。
2.根据权利要求1所述的玻璃粉，其特征在于，基于所述玻璃粉的总质量，所述高岭土的含量为0.5-7重量％；
优选的，所述高岭土的含量为1-6重量％。
3.根据权利要求1所述的玻璃粉，其特征在于，所述氧化物包括氧化铋、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化钠和氧化锌中的至少之一。
4.根据权利要求1所述的玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉包括：
氧化铋50-60重量份；
二氧化硅5-20重量份；
氧化铝0.5-10重量份，优选0.5-8重量份，更优选1-7重量份；
氧化钠0.5-11重量份；
高岭土0.5-7重量份，优选1-6重量份；
二氧化钛0.1-5重量份，优选0.2-5重量份，更优选0.25-3重量份；
氧化锌1-10重量份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉的粒径为0.1-15微米。
6.根据权利要求1所述的玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉的软化点温度为480-550℃。
7.一种导电银浆，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的玻璃粉。
8.一种太阳能电池背面电极，其特征在于，是利用权利要求7所述的导电银浆制备得到的。
9.一种太阳能电池，其特征在于，包括权利要求8所述的太阳能电池背面电极。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述背面电极中的银电极和钝化层界面处的玻璃层对长波长光的反射率高达35％。
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