CN110255889A - 用于晶硅太阳能双面钝化perc电池正面银浆料的玻璃组合物及其制备方法 - Google Patents

用于晶硅太阳能双面钝化perc电池正面银浆料的玻璃组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料玻璃组合物及其制备方法，该玻璃组合物包含两种类型的玻璃以及一种或多种添加剂。1)无铅系玻璃；2)含铅系玻璃。示例性添加剂可包含金属、金属氧化物或任何在焙烧时能够生成这些金属氧化物的化合物。本发明的玻璃组合物对叠加选择发射极工艺(SE工艺)双面钝化PERC电池具有良好的适用性，主要解决了双面钝化工艺致使正面银浆料接触电阻(Rs)高的问题，能够有效的适应SE工艺双面钝化PERC电池对低烧温的烧结窗口(730～770℃)的功能需求,同时保持了SE工艺PERC电池片具有良好的开路电压(VOC)以及附着力。

Description

用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的玻璃组合物 及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池正面银浆料的玻璃组合物，具体是指一种用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的玻璃组合物及其制备方法。
背景技术
PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)，即钝化发射极和背面电池技术，最早在1983年由澳大利亚科学家Martin Green提出，目前正在成为太阳电池新一代的常规技术。PERC近年来效率记录不断被刷新，将成为未来三年内最具性价比的技术。PERC技术通过在电池的后侧上添加一个电介质钝化层来提高转换效率。标准电池结构中更好的效率水平受限于光生电子重组的趋势。PERC电池最大化跨越了P-N结的电势梯度，这使得电子更稳定的流动，减少复合，以及更高的效率水平。PERC技术的优势还体现在与其他高效电池和组件技术兼容，持续提升效率和发电能力的潜力。通过与多主栅、选择性发射极和TOPCon等技术的叠加，PERC电池效率可以进一步提升；组合金刚线切割和黑硅技术，可以提高多晶电池性价比。而双面钝化PERC电池在几乎不增加成本的情况下实现双面发电，在组件系统端实现15％-25％的发电增益，极大地增强了双面钝化PERC技术的竞争力与未来发展潜力。
目前绝大数的电池厂家均采用ALD技术进行双面钝化，在晶硅太阳能电池正面扩P层之后沉积一层致密的Al2O3层，厚度6～8nm。正面银浆料中玻璃的不仅需要腐蚀减反射膜SiNX之后，而且还需要继续腐蚀沉积的那致密的Al2O3层才能够形成良好的接触。目前，为了解决正面接触电阻高的问题，不得不提高烧结温度，但是提高烧结温度致使晶硅电池背面钝化效果变差，引起电池的VOC降低，发挥不出双面钝化在转换效率上的优势，因此适合双面钝化PERC电池正面银浆料具有低的接触电阻就显得尤为重要。
双面钝化PERC电池需要正面银浆料中的玻璃有更低烧温要求(730～770℃)。但是低烧温的情况下容易造成电极的附着力低，给组件端电池片的机械强度不够，易造成组件的寿命缩短。因此，提升PERC正面银浆料附着力就对玻璃提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的问题和不足，而提供一种用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的玻璃组合物及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是其特征在于该玻璃组合物包括有无铅玻璃体系和含铅玻璃体系，其中
(a)无铅玻璃体系包含以下组分，以质量百分比计：
50-85wt％Bi2O3；
5-40wt％SiO2；
5-15wt％ZnO；
2-10wt％B2O3；
(b)含铅玻璃体系包含以下组分，以质量百分比计：
40-65wt％TeO2；
30-60wt％PbO；
0.01-7wt％WO3；
0-6wt％MoO3；
0-10wt％MgO；
0.1-6wt％R2O，R为Li，Na中的一种或二者的混合。
进一步设置是所述的玻璃软化点为450-700℃。
进一步设置是所述的无铅玻璃体系占玻璃组合物的质量比为2-60wt％。
进一步设置是所述的含铅玻璃体系占玻璃组合物的质量比为65-95wt％。
进一步设置是所述的玻璃组合物还包含以下组中的一种或多种添加剂，所述添加剂组分别为：
(一)金属，其中所述金属选自为锶、钡、钛、锆、钒、铌、铬、钼、钨、锰、铁、钌、铑、钴、镍、铜、锡、铈和钆；
(二)一种或多种金属的金属氧化物，该金属氧化物的中金属选自锶、钡、钛、锆、钒、铌、铬、钼、钨、锰、铁、钌、铑、钴、镍、铜、锡、铈和钆；
(三)在焙烧时能够生成组(二)的金属氧化物的任何化合物，以及与组(二)的混合物。
进一步设置是所述的添加剂占玻璃组合物的质量比为0.01-5wt％。
本发明还提供一种如所述的玻璃组合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①按照预定比例，均匀混合，得到混合原料，将混合原料装入铂金坩埚中，再将铂金坩埚放入高温箱式炉中加热升温，在1100-1300℃的温度下保温0.5-1小时，使得熔融物完全变为均相液体，并且不含任何残余的原料分解物；将所述的均相液体倒入去离子水中水淬，冷却后取出玻璃颗粒，并放入鼓风式烘箱内烘干；
②将所述烘干的玻璃颗粒、磨球、和去离子水装入球磨罐中并密封，装入球磨机中进行球磨，球磨2-5小时后，过筛滤去磨球，得到玻璃料浆并放入鼓风式烘箱进行干燥、过筛，即得晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料用玻璃组合物。
进一步设置是所述鼓风式烘箱内烘干的温度为120℃。
进一步设置是所述玻璃料浆放入鼓风式烘箱烘干的温度为120℃，时间为12-24小时。
本发明还提供一种如所述的玻璃组合物在用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的应用。
本发明的创新机理是：
采用含铅的玻璃其目的是获得良好的接触电阻，同时满足双面钝化PERC电池低烧温的要求。采用无铅玻璃和添加剂主要是解决附着力低的问题。无铅玻璃与含铅玻璃的比例是关键，含铅玻璃含量过低极易造成接触电阻高，含量过高易造成VOC低，因此采用两种不同类型的玻璃来实现双面钝化PERC电池对正面银浆低烧温，接触电阻(Rs)，开路电压(VOC)以及附着力之间的平衡。
相对于单面钝化PERC电池，双面钝化PERC电池片在正面采用原子沉积技术沉积3-8nm厚的Al2O3层，再采用PECVD技术镀80nm左右厚度的SiNx减反射膜，因此在正面形成良好的欧姆接触相比单面钝化PERC电池就对玻璃的刻蚀能力要求更高了，玻璃在1-3秒钟内需要完全刻蚀完80nm左右的SiNx减反射膜和原子沉积的致密氧化铝膜。因此，本发明的(b)玻璃能够在较低的温度下就完成了对SiNx减反射膜的刻蚀，随着烧温的升高，(a)玻璃开始对与(b)和SiNx反应之后的组合物交互作用对Al2O3进行刻蚀，因此本发明的(a)，(b)两种玻璃的软化点的严格控制在100-150℃之间，二者的温差小于100℃，两种玻璃交互作用提前，易造成(b)玻璃对SiNx的腐蚀能力减弱；二者的软化点温差大于150℃，容易造成两种玻璃的交互作用滞后，从而导致对Al2O3反应不彻底，因此，形成欧姆接触能力变差，影响了电池片的转换效率。同时(a)玻璃还承担着助烧银的作用，提供良好的附着力。玻璃软化点仅仅是必要条件，形成玻璃的元素种类和量才是关键点，只有选对元素的种类的同时控制好每种元素的量以及两种玻璃在浆料中的含量才可以获得良好的欧姆接触，开路电压以及附着力。
本发明的有益效果是：本发明的玻璃组合物对叠加选择发射极工艺(SE工艺)双面钝化PERC电池具有良好的适用性，保持了SE工艺双面钝化PERC电池片具有良好接触电阻(Rs)和开路电压(VOC)、以及附着力，能够很好的解决了双面钝化工艺PERC电池对良好电接触性能需求。
常规单多晶电池片，单面钝化PERC电池片用正面银浆料的含铅玻璃几乎都含有Bi，而本发明的含铅(b)玻璃中不含Bi元素。PbO,Bi2O3，TeO2在与SiNx减反射膜反应的能力依次减弱，这也就是本发明中PbO含量较高的原因。选取TeO2而不选取Bi2O3是因为TeO2形成的玻璃的高温流动性较Bi2O3形成的玻璃好，从而(b)玻璃能够较低的温度下能够非常快速的刻蚀SiNx。在快速烧结过程中，因为(a)玻璃在高温的流动性相对较弱，因此还有部分的(a)玻璃留在银基体内和表面，从而保持了银与焊带之间的耐焊性，附着力才得到保证。
上述这些创新机理均是基于发明人创新性思考而获得。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述。
本发明中所述玻璃组合物的组分中的MgO可以用Mg(OH)2或者MgCO3替换，实现同样的技术效果。
本发明中所述玻璃组合物的组分中的WO3可以用H2WO4,或者⑴3(NH4)2O·7WO3·6H2O；⑵5(NH4)2O·12WO3·5H2O；⑶5(NH4)2O·12WO3·5H2O；⑷5(NH4)2O·12WO3·11H2O来替换，实现同样的技术效果。
本发明中所述玻璃组合物的组分中的MoO3可以用H2MoO4,(NH4)6Mo7O24·4H2O替换，实现同样的技术效果。
在一种优选地实施方式中，所述R2O为Li2O、Na2O中的一种或两种种组合。
本发明中所述添加剂中的Li2O可以用LiF替换，Na2O可以用NaF替换，实现同样的技术效果。
实施例1-6
用于晶硅太阳能PERC电池正面银浆料玻璃组合物，无铅玻璃(a)其配方按照表1的1-4号配方，含铅玻璃(b)按照表2的5-9号配方，经过组分调整、熔融、水淬、烘干、球磨、过筛等工序处理后获得软化温度低，用于晶硅太阳能PERC电池正面银浆料烧结后附着力高，RS低的玻璃组合物。配方中所述玻璃组合物还包括0.01-5wt％的添加剂；所述添加剂选自下列组成的组：(一)金属，其中所述金属选自为锶、钡、钛、锆、钒、铌、铬、钼、钨、锰、铁、钌、铑、钴、镍、铜、锡、铈和钆；(二)一种或多种金属的金属氧化物，所述一种或多种金属选自锶、钡、钛、锆、钒、铌、铬、钼、钨、锰、铁、钌、铑、钴、镍、铜、锡、铈和钆；(三)在焙烧时能够生成(四)的金属氧化物的任何化合物，以及(四)它们的混合物。无铅玻璃(a)和含铅玻璃(b)的比例按照表3进行，即具体实施例。
按上述配方制得的玻璃组合物，所述玻璃组合物的软化温度为450-700℃。通过丝网印刷工艺形成晶体硅太阳能电池电池片(156.75mm×156.75mm规格，5主栅，8分段)，并进行性能测试，所得的硅太阳能电池片性能良好，测试结果见表4。
表1无铅玻璃体系(a)组分的重量百分比(wt％)
编号 ZnO Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1 12.5 58.2 29.3
2 14.5 58.2 25.3 2
3 14.5 60.2 25.3
4 12 58.2 25.3 4.5
表2有铅玻璃体系(b)组分的重量百分比(wt％)
编号 TeO<sub>2</sub> Li<sub>2</sub>O PbO MgO WO<sub>3</sub> Na<sub>2</sub>O MoO<sub>3</sub>
5 52.3 1.7 34.7 5.8 3.2 2.3
6 48 1 38.4 9.3 1.2 1.1 1
7 55.8 1.4 37.1 1.1 2.3
8 50.4 1.3 33.45 9.2 3.35
9 42.1 3.5 40.9 6.4 4.4 1.7
表3无铅玻璃体系(a)与有铅玻璃体系(b)的比例
玻璃(a)编号 玻璃(b)编号 玻璃(a)/玻璃(b)
实施例1 1 7 3/7
实施例2 1 8 3/7
实施例3 2 5 1/4
实施例4 3 6 2/23
实施例5 3 9 3/7
实施例6 4 6 2/23
表4测试结果
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明的特征的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。而且在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的玻璃组合物，其特征在于该玻璃组合物包括有无铅玻璃体系和含铅玻璃体系，其中
(a)无铅玻璃体系包含以下组分，以质量百分比计：
50-85wt％Bi2O3；
5-40wt％SiO2；
5-15wt％ZnO；
2-10wt％B2O3；
(b)含铅玻璃体系包含以下组分，以质量百分比计：
40-65wt％TeO2；
30-60wt％PbO；
0.01-7wt％WO3；
0-6wt％MoO3；
0-10wt％MgO；
0.1-6wt％R2O，R为Li，Na中的一种或二者的混合。
2.根据权利要求1所述的一种用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的玻璃组合物，其特征在于：所述的玻璃软化点为450-700℃。
3.根据权利要求1所述的一种用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的玻璃组合物，其特征在于：所述的无铅玻璃体系占玻璃组合物的质量比为2-60wt％。
4.根据权利要求1所述的一种用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的玻璃组合物，其特征在于：所述的含铅玻璃体系占玻璃组合物的质量比为65-95wt％。
5.根据权利要求1所述的一种用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的玻璃组合物，其特征在于：所述的玻璃组合物还包含以下组中的一种或多种添加剂，所述添加剂组分别为：
(一)金属，其中所述金属选自为锶、钡、钛、锆、钒、铌、铬、钼、钨、锰、铁、钌、铑、钴、镍、铜、锡、铈和钆；
(二)一种或多种金属的金属氧化物，该金属氧化物的中金属选自锶、钡、钛、锆、钒、铌、铬、钼、钨、锰、铁、钌、铑、钴、镍、铜、锡、铈和钆；
(三)在焙烧时能够生成组(二)的金属氧化物的任何化合物，以及与组(二)的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的玻璃组合物，其特征在于：所述的添加剂占玻璃组合物的质量比为0.01-5wt％。
7.一种如权利要求1-6之一所述的玻璃组合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①按照预定比例，均匀混合，得到混合原料，将混合原料装入铂金坩埚中，再将铂金坩埚放入高温箱式炉中加热升温，在1100-1300℃的温度下保温0.5-1小时，使得熔融物完全变为均相液体，并且不含任何残余的原料分解物；将所述的均相液体倒入去离子水中水淬，冷却后取出玻璃颗粒，并放入鼓风式烘箱内烘干；
②将所述烘干的玻璃颗粒、磨球、和去离子水装入球磨罐中并密封，装入球磨机中进行球磨，球磨2-5小时后，过筛滤去磨球，得到玻璃料浆并放入鼓风式烘箱进行干燥、过筛，即得晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料用玻璃组合物。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述鼓风式烘箱内烘干的温度为120℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述玻璃料浆放入鼓风式烘箱烘干的温度为120℃，时间为12-24小时。
10.一种如权利要求1-6之一所述的玻璃组合物在用于晶硅太阳能双面钝化PERC电池正面银浆料的应用。
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