CN111302636A - 一种玻璃粉组合物及含有其的导电银浆和太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种玻璃粉组合物及含有其的导电银浆和太阳能电池。该玻璃粉组合物为Te‑Pb‑Ta基玻璃粉组合物，其中，以相应的氧化物的重量计，该玻璃粉组合物的组成包括：Te(5‑95)：Pb(5‑50)：Ta(1‑20)。本发明提供的导电银浆包括上述玻璃粉组合物。采用本发明的导电银浆的太阳能电池对氮化硅、氧化铝、氧化硅等钝化层具有较好的腐蚀能力，并且对银和硅基具有很好的浸润能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池中的玻璃粉组合物和导电银浆，属于太阳能电池的材料技术领域。
背景技术
光伏发电作为新型清洁能源的重要分支，近几年已经取得突飞猛进的发展，全产业链都在积极通过技术创新提升光伏电池转化效率并降低成本，替代传统高污染能源。
目前大规模产业化的光伏电池为晶硅太阳能电池。近年来，为了提升转化效率降低成本，高效太阳能电池技术迅速发展，细分类逐渐增多，如黑硅、PERC、双面氧化铝PERC、N型、P型等。
太阳能电池电极银浆作为电池电流导出的功能部分以及贵金属银的特点，在电池提高效率降低成本上显得尤为重要。太阳能电池受光面电极银浆主要由银粉、无机玻璃粉组合物和有机载体组成，银粉为主要导电基体材料；无机玻璃粉组合物起到腐蚀电池表面SiO2、SiNx及Al2O3钝化层，并与硅基形成良好欧姆接触，增进与银颗粒间的烧结作用；有机载体主要是用来分散银粉和无机玻璃粉组合物，并赋予浆料一定的流变特性，适合丝网印刷工艺，并形成精细电极。
目前采用的玻璃粉组合物主要有铅酸盐、碲酸盐及硼硅酸盐类玻璃粉组合物。随着太阳能电池技术的发展，新高效电池及电池新工艺技术升级较快，对电极银浆性能要求也越来越高，其中，作为银浆主要成分之一的玻璃粉的要求也相应增高，现有技术一般会根据不同电池技术匹配开发不同电极浆料，尤其起核心作用的玻璃粉。
因此，开发出一种适配性能好的玻璃粉体系，能够应用于多种类型晶硅电池成为了本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种对氮化硅、氧化铝、氧化硅等钝化层具有较好的腐蚀能力，并且对银和硅基具有很好的浸润能力的太阳能电池的正面电极银浆。
为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种玻璃粉组合物，该玻璃粉组合物为Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物，其中，以相应的氧化物的重量计，该玻璃粉组合物的组成包括：Te(5-95)：Pb(5-50)：Ta(1-20)。
在本发明的一具体实施方式中，玻璃粉组合物的组成可以为Te(10)：Pb(20)：Ta(9)。
在本发明的玻璃粉组合物中，按氧化物重量计，该玻璃粉组合物的组成中还可以含有Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、B、P、Bi、Si、Al、La、Ce、Nd、Eu、Er、Zr、Sn、Sb、Se，Mo和W中的一种或几种的组合。
在本发明的一具体实施方式中，以100重量份的玻璃粉组合物计，该玻璃粉组合物中可以含有1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份的Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、B、P、Bi、Si、Al、La、Ce、Nd、Eu、Er、Zr、Sn、Sb、Se，Mo和W中的一种或几种的组合。
在本发明的进一步地具体实施方式中，该玻璃粉组合物的组成中还可以含有0.5-15重量份的Li、Zn、Si、Al、Mg、B、Cr、P和V中的一种或几种的组合。
在本发明的玻璃粉组合物中，该玻璃粉组合物的原料组成包括Te、Pb和Ta的氧化物；或，含有Te、Pb和Ta的化合物；其中，含有Te、Pb和Ta的化合物可以分解为Te、Pb和Ta的氧化物。
在本发明的玻璃粉组合物中，Te的氧化物可以为TeO2；Pb的氧化物可以为PbO或Pb2O3；Ta的氧化物可以为Ta2O5。
在本发明的玻璃粉组合物中，以相应的氧化物的重量计，该玻璃粉组合物的原料组成包括Te(5-95)：Pb(5-50)：Ta(1-20)。
在本发明的玻璃粉组合物中，该玻璃粉组合物可以为无定型玻璃粉组合物、结晶玻璃粉组合物或无定型与结晶混合的玻璃粉组合物。
本发明还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括本发明的上述玻璃粉组合物。
为了实现上述技术目的，本发明还提供了上述玻璃粉组合物的制备方法，该制备方法可以包括以下步骤：
将玻璃粉组合物的原料组成混合，在750℃-1000℃下熔融30min-120min；
后经冷却，得到玻璃粉组合物碎片；
将玻璃粉组合物碎片进一步破碎后进行球磨，得到所需粒径分布的玻璃粉组合物。
在本发明的制备方法中，进行加热熔融时，可以在电阻炉中进行。
在本发明的制备方法中，对冷却的操作没有特殊要求，可以通过水淬、钢板或不锈钢对辊机进行冷却。
在本发明的制备方法中，球磨时只要可以获得所需粒径就可以，比如可以通过行星式球磨机进行球磨，得到所需粒径分布的Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物。
为了实现上述技术目的，本发明又提供了一种导电银浆，该导电银浆包括本发明的Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物。
在本发明的导电银浆中，以该导电银浆的总质量为100重量份计，该导电银浆的原料组成可以包括：70份-90份的银粉、0.5份-5份的本发明的玻璃粉组合物、8份-30份的有机载体和0.5份-5份的助剂。
在本发明的一具体实施方式中，银粉的含量可以为72份、75份、80份、82份、85份、89份。
在本发明的一具体实施方式中，玻璃粉组合物的含量可以为0.7份、1份、1.3份、1.5份、2份、3份、3.2份、3.5份、4份、4.3份、4.5份、4.7份。
在本发明的一具体实施方式中，有机载体的含量可以为9份、10份、12份、15份、20份、22份、27份、29份。
在本发明的一具体实施方式中，助剂的含量可以为0.9份、1.2份、1.5份、2份、2.5份、3份、2.5份、4份、4.2份、4.5份。
在本发明的导电银浆中，采用的银粉为经过改性的银粉。通过改性可以提高银粉在导电银浆中的分散稳定性。
在本发明的导电银浆中，对银粉进行改性时采用的改性剂包括油酸、亚油酸、亚麻酸、硅烷偶联剂、硬脂肪酸、脂肪酸胺、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚和嵌段大分子表面活性剂中的一种或几种的组合。
在本发明的导电银浆中，对银粉进行改性时采用的改性剂为嵌段大分子表面活性剂。
在本发明的一具体实施方式中，采用的嵌段大分子表面活性剂包含烷基乙烯基-胺(羟)基乙烯基醚嵌段共聚物、丙烯酰胺-表面活性大单体-离子型单体共聚物、含氟丙烯酸嵌段共聚物、甲基丙烯酸羟乙酯嵌段共聚物中的一种或几种的组合。
在本发明的导电银浆中，采用的有机载体包括树脂和有机溶剂。
在本发明的导电银浆中，优选地，采用的有机溶剂包含极性为2-5的有机溶剂；更进一步优选地，采用的有机溶剂的极性为2.5-4。比如，采用的有机溶剂的极性为3、3.5。
在本发明的一具体实施方式中，采用的有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、十二醇酯中的一种或几种的组合。
在本发明的导电银浆中，采用的树脂为纤维素、环氧树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种的组合。
在本发明的导电银浆中，采用的助剂包括触变剂、分散剂、润滑剂、保湿剂和增塑剂中的一种或几种的组合。
在本发明的导电银浆中，采用的分散剂为大分子分散剂。
在本发明的一具体实施方式中，采用的大分子分散剂可以为聚醚、聚酯、聚酰胺或聚有机硅。
在本发明的导电银浆中，采用的润滑剂可以为表面活性剂、硅油等。
在本发明的导电银浆中，采用的触变剂可以为氢化蓖麻油、聚酰胺、气相二氧化硅等。
在本发明的导电银浆中，采用的保湿剂可以为二甘醇，三甘醇，PEG400，甘油，乙二醇，山梨醇，1,2-丙二醇、二乙二醇、二乙二醇丁醚，一缩乙二醇，聚乙二醇，N-甲基-2-吡咯烷酮，多元醇与环氧乙烷的缩合物、木糖醇等。
在本发明的导电银浆中，采用的增塑剂可以为脂肪族二元酸酯、邻苯二甲酸酯、对苯二甲酸酯、苯多酸酯、苯甲酸酯、多元醇酯类环氧、柠檬酸酯、聚酯等。
本发明的导电银浆可以通过以下步骤制备得到：
有机载体制备：将树脂和有机溶剂混合均匀，室温或加热搅拌均匀；
浆料制备：将银粉、玻璃粉组合物、有机载体混合，搅拌均匀，三辊机研磨分散，平均刮板细度达到10μm以下，优选5μm以下，得到导电银浆。
这里需要说明的是，助剂可以在制备有机载体时加入；也可以在浆料制备时加入，或者部分在制备有机载体时加入、部分在银浆制备时加入。
本发明进而又提供了一种太阳能电池，该太阳能电池包括本发明的导电银浆。
本发明的玻璃粉组合物及该玻璃粉组合物形成的银浆，可以用于晶硅太阳能电池中。形成的太阳能电池对氮化硅、氧化铝、氧化硅等钝化层都具有较好的腐蚀能力，并且对银和硅基有很好的浸润，同时具有适量溶银能力。
本发明的Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物的成玻范围大，稳定性好，易于调节玻璃粉的性能。
由本发明的玻璃粉组合物和导电银浆形成的太阳能电池的光电转化效率高、串联电阻小、短路电流大、焊接拉力高。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
实施例1
本实施例提供了一种玻璃粉组合物，其具体组成如表1所示。
表1
实施例2
本实施例提供了一种玻璃粉组合物，该玻璃粉组合物通过以下步骤制备得到：
将Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物原料按一定比例称取，混合后置于电阻炉中900℃加热熔融50min；
经水淬、钢板冷却，得到玻璃粉组合物碎片；
将碎片进一步破碎后用行星式球磨机球磨，得到所需粒径分布(D50：0.1-5μm)的Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物。
其中，第一类Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物的原料组成(重量份)为：10份三氧化碲、45份一氧化铅、20份五氧化二钽、1份三氧二铝、3份氧化镁、2份三氧化二硼、0.5份二氧化钛、10份三氧化二铋、5份三氧化钼、3.5份氧化锌。
第二类Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物的原料组成(重量份)为：30份三氧化碲、40份一氧化铅、4.5份二氧化钽、1份氧化镁、1份氧化硼、5份三氧化二铋、6份三氧化钨、5份氧化锌、7.5份氧化锂。
第三类Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物的原料组成(重量份)为：38份二氧化碲、31份二氧化铅、5份五氧化二钽、4.5份氢氧化镁、2份三氧化二铬、8.5份碳酸钠、5份三氧化钼、3份二氧化硅、3份五氧化二钒。
第四类Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物的原料组成(重量份)为：45份三氧化碲、30份一氧化铅、12份五氧化二钽、2份二氧化硅、1.5份三氧化二铝、2份硼酸、3份三氧化二铬、0.5份二氧化钛、1份磷酸、1份氧化钠、1份五氧化二钒、1份钼酸锌。
实施例3
本实施例提供了一种导电银浆，其是通过以下步骤制备得到的：
有机载体制备：将有机物按比例称取混合，室温或加热下搅拌均匀；
将85重量份的银粉、3重量份的表1中的序号10的玻璃粉组合物、12重量份的有机载体按比例混合搅拌均匀，三辊机研磨分散，平均刮板细度达到10μm以下，优选5μm以下。
实施例4
本实施例提供了一种太阳能电池，其是通过以下步骤制备得到的：
半导体衬底选择掺杂硼的P型硅基底，P型硅基底为180-250μm厚的125×125mm或156×156mm或其它典型尺寸的硅片；
第一步，用碱溶液对硅基底一侧进行腐蚀职称金字塔形(单晶)或凹凸不平(多晶)减反射绒面，也可以用湿法或干法黑硅技术制成黑硅纳米绒面；
第二步，在P型硅基底另一侧形成N型扩散层制成PN结，N型扩散层可以是以气态三氯氧磷作为扩散源的气相热扩散法，或者磷离子注入法，或者含有五氧化二磷的浆料涂覆热扩散法等；
第三步，在硅基底绒面一侧沉覆一层SiNx减反层，或再加一层氧化铝钝化层，也可以是相近的其它具有良好减反射效果的涂层；
第四步，在P或N型硅基底一侧印刷或涂覆Al电极层和主栅银电极层，另外，也可以利用SiNx和氧化铝或氧化硅在电池背面形成钝化层，作为背反射器，增加长波光的吸收。
第五步，将表2中的导电银浆在N型硅基底一侧减反膜上通过丝网印刷、涂覆或喷墨打印等方式形成纵横的主栅和细栅，在一定烧结温度程序下，共烧形成电极体。烧结峰值温度为600℃-950℃。
对上述太阳能电池进行电性能测试，具体是：
使用太阳能模拟电效率测试仪，在标准条件下测试(大气质量AM1.5，光照强度1000W/m2，测试温度25℃)，结果如表2所示。
对上述太阳能电池进行焊接拉力测试方法，具体是：
选用1.2×0.25mm焊条，电烙铁设置温度350℃，用拉力测试机180°匀速测试，取平均值为本次测试拉力值。每个配方测试5片电池片，然后取平均值，结果如表2所示。
以单晶硅太阳能电池为例，电性能及焊接拉力数据如下：
表2
表2可以看出，该太阳能电池的串联电阻低，短路电流大，光电转化效率高，焊接拉力大。这是由于银浆中玻璃粉组分在烧结中可以适度腐蚀钝化层，如氮化硅、氧化铝或氧化硅等钝化层，与硅基形成良好欧姆接触，并且与银和硅基有良好浸润性，提高烧结后电极致密度从而提高导电能力，提高焊接拉力。
Claims (12)
1.一种玻璃粉组合物，其特征在于，该玻璃粉组合物为Te-Pb-Ta基玻璃粉组合物，其中，以相应的氧化物的重量计，该玻璃粉组合物的组成包括：Te(5-95)：Pb(5-50)：Ta(1-20)。
2.根据权利要求1所述的玻璃粉组合物，其特征在于，按氧化物重量计，该玻璃粉组合物的组成中还含有Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、B、P、Bi、Si、Al、La、Ce、Nd、Eu、Er、Zr、Sn、Sb、Se、Mo和W中的一种或几种的组合；
优选地，该玻璃粉组合物的组成中还含有Li、Zn、Si、Al、Mg、B、Cr、P和V中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的玻璃粉组合物，其特征在于，该玻璃粉组合物的原料组成包括Te、Pb和Ta的氧化物；或，含有Te、Pb和Ta的化合物，所述化合物可分解为Te、Pb和Ta的氧化物；
优选地，所述Te的氧化物为TeO2；
优选地，所述Pb的氧化物为PbO或Pb2O3；
优选地，所述Ta的氧化物为Ta2O5。
4.根据权利要求1所述的玻璃粉组合物，其特征在于，以相应的氧化物的重量计，该玻璃粉组合物的原料组成包括：Te(5-95):Pb(5-50):Ta(1-20)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的玻璃粉组合物，其特征在于，该玻璃粉组合物为无定型玻璃粉组合物和/或结晶玻璃粉组合物。
6.权利要求1-5任一项所述的玻璃粉组合物的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
将玻璃粉组合物的原料组成混合，在750℃-1000℃下熔融30min-120min；
经冷却，得到玻璃粉组合物碎片；
将所述玻璃粉组合物碎片进一步破碎后进行球磨，得到所需粒径分布的玻璃粉组合物。
7.一种导电银浆，其特征在于，该导电银浆包括权利要求1-5任一项所述的玻璃粉组合物。
8.根据权利要求7所述的导电银浆，其特征在于，以该导电银浆的总质量为100重量份计，该导电银浆的原料组成包括：70份-90份的银粉、0.5份-5份的权利要求1-5任一项所述玻璃粉组合物、8份-30份的有机载体和0.5份-5份的助剂。
9.根据权利要求8所述的导电银浆，其特征在于，所述银粉为经过改性的银粉；
优选地，改性采用的改性剂包括油酸、亚油酸、亚麻酸、硅烷偶联剂、硬脂肪酸、脂肪酸胺、聚乙烯吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚和嵌段大分子表面活性剂中的一种或几种的组合；
进一步优选地，改性采用的改性剂为嵌段大分子表面活性剂。
10.根据权利要求8所述的导电银浆，其特征在于，所述有机载体包括树脂和有机溶剂；
优选地，所述有机溶剂为极性为2-5的有机溶剂；
进一步优选地，所述有机溶剂为极性为2.5-4的有机溶剂；
更进一步优选地，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、十二醇酯中的一种或几种的组合；
优选地，所述树脂为纤维素、环氧树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种的组合。
11.根据权利要求8所述的导电银浆，其特征在于，所述助剂包括触变剂、分散剂、保湿剂、润滑剂和增塑剂中一种或几种的组合；
优选地，所述分散剂为大分子分散剂；
进一步优选地，所述大分子分散剂为聚醚、聚酯、聚酰胺或聚有机硅。
12.一种太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池包括权利要求1-5任一项所述的玻璃粉组合物和/或权利要求7-11任一项所述的导电银浆。
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