CN114751646A - Perc电池背面银浆用玻璃粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PERC电池背面银浆用玻璃粉及其制备方法，属于导电浆料技术领域。本发明所述PERC电池背面银浆用玻璃粉为核壳结构，核为玻璃粉，壳为氧化钛。本发明操作简单、易于实施且无毒低成本，制备的氧化钛@玻璃粉复合粉体用于太阳能电池导电浆料能改善电极导电网络的致密性和降低银硅接触电阻，提高太阳能电池拉力和烘箱拉力。
Description
技术领域
本发明涉及一种PERC电池背面银浆用玻璃粉及其制备方法，属于导电浆料技术领域。
背景技术
随着社会工业的发展，人类所消耗的能源越来越多。这其中，太阳能储量最为丰富，取之不尽，是永久性能源而且无污染，对于发展环境友好型社会起着重大的作用。因此，太阳能的利用也成为各国研究的重点。近些年，晶体硅太阳能电池发电效率逐年提高，这其中，PERC电池以其高光电转换效率得到业界广泛的关注。
PERC电池相比常规晶体硅电池背面有一层AlOx钝化结构，工艺上需要加入激光开槽工艺实现背铝与硅基体的有效电接触。同时，为了保护钝化层，PERC电池需要把烧结温度降低30～50℃，因此，对背面银浆有新的要求。其一，背电极银浆在烧结过程中需保护钝化层不被破坏；其二，为保证组件长时间工作的稳定性，背电极需有可靠的焊接性能。
PERC电池背面银浆包括银粉固体导电相，玻璃粉粘接相、有机载体和其他添加剂。玻璃粉作为粘接相，其所占比例虽然很小，大约只占2～3wt％，但是其发挥的作用是至关重要的。
目前该领域背面银浆玻璃粉存在可焊性较差、在一定条件下的烘箱拉力几乎为零的相关技术缺陷，现有技术通常通过改变玻璃粉组成成分来，改进可焊性，提高烘箱拉力，但很难同时兼顾电性能。
CN102476919A公开了一种玻璃粉，包含氧化铋、氧化钛、氧化锌、氧化锑、含或不含氧化碲、含或不含氧化钼和氧化硒，以所述玻璃粉的总重量为基准，各组分的重量百分含量为：氧化铋：30wt％-70wt％；氧化钛：1wt％-20wt％；氧化锌：5wt％-40wt％；氧化锑：5wt％-30wt％；氧化碲：0wt％-30wt％；氧化钼：0wt％-10wt％；氧化硒：0wt％-15wt％。另外，本发明还涉及上述玻璃粉的制备方法以及采用上述玻璃粉制作的太阳能用导电浆料；本发明的玻璃粉不含铅和硼，对环境无危害，用于制作太阳能用导电浆料，制备得到的太阳能电池的光电转换效率较高。其玻璃粉中虽然添加了氧化钛，但并不能解决本发明的技术问题。氧化钛为玻璃的网络中间体，不能直接形成玻璃，通常情况下在烧制过程中加入超过一定量的氧化态会破坏玻璃本身的结构，使得玻璃粉在水淬过程中会有析出和分相，同时氧化钛熔点很高，直接加入氧化钛与其他元素氧化物一起烧制玻璃粉易出现不熔或者玻璃化转变温度过高等缺点。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种新的PERC电池背面银浆用玻璃粉。
为达到本发明的上述第一个目的，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉为核壳结构，核为玻璃粉，壳为氧化钛。
在一种具体实施方式中，所述核为Bi2O3-PbO-SiO2-CuO-MnO体系。
在一种具体实施方式中，所述的Bi2O3-PbO-SiO2-CuO-MnO体系，由PbO、SiO2、CuO、TeO2、TiO2、Bi2O3、B2O3、Al2O3、MnO2、WO3、ZrO2中的至少8种熔制而成，其质量比为5～15：15～30：15～35：0～10：0～10：1～10：3～15：3～15：1～10：0～10：0～10。
在一种具体实施方式中，所述核的粒径为0.5μm～5μm。
在一种具体实施方式中，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉中壳含量在0.3wt％～5wt％。
在一种具体实施方式中，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉的制备方法包括：
将钛酸四丁酯-乙醇溶液滴加到玻璃粉-乙酸溶液中，滴加过程不断搅拌，滴加完后继续搅拌30～60分钟，固液分离，洗涤，干燥得到PERC电池背面银浆用玻璃粉；所述钛酸四丁酯-乙醇溶液：玻璃粉-乙酸溶液的质量比优选为100：40～90。
玻璃粉-乙酸溶液中的玻璃粉即上述的核Bi2O3-PbO-SiO2-CuO-MnO体系。
在一种具体实施方式中，所述钛酸四丁酯-无水乙醇溶液为无水乙醇与钛酸四丁酯的混合物，所述钛酸四丁酯：无水乙醇的质量比优选为5～10:100。
在一种具体实施方式中，所述玻璃粉-乙酸溶液为玻璃粉、乙酸、水的混合物；所述玻璃粉、水的质量比为5:25～100，乙酸的添加量以维持玻璃粉-乙酸溶液的pH4～5；所述水优选为去离子水。
在一种具体实施方式中，所述滴加的温度为20～30℃；所述滴加的速率优选为1～10ml/s。
在一种具体实施方式中，所述搅拌的速率为300～800r/min；所述洗涤为分别用水、无水乙醇洗涤3次以上，所述干燥优选为50～100℃烘干。
本发明的第二个目的是提供一种上述PERC电池背面银浆用玻璃粉制备方法。
为达到本发明的第二个目的，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉制备方法包括：
将钛酸四丁酯-乙醇溶液滴加到玻璃粉-乙酸溶液中，滴加过程不断搅拌，滴加完后继续搅拌30～60分钟，固液分离，洗涤，干燥得到PERC电池背面银浆用玻璃粉；
所述钛酸四丁酯-无水乙醇溶液为无水乙醇与钛酸四丁酯的混合物，所述钛酸四丁酯：无水乙醇的质量比优选为5～10:100；
所述玻璃粉-乙酸溶液为玻璃粉、乙酸、水的混合物；所述玻璃粉、水的质量比为5:25～100，乙酸的添加量以维持玻璃粉-乙酸溶液的pH4～5；所述水优选为去离子水；
所述滴加的温度为20～30℃；所述滴加的速率优选为1～10ml/s；
所述搅拌的速率为300～800r/min；所述洗涤为分别用水、无水乙醇洗涤3次以上，所述干燥优选为50～100℃烘干。
有益效果：
1.本发明的氧化钛@玻璃粉复合粉体的软化温度低，玻璃熔体的流动性好，能促进电极形成致密的导电网络，降低电池串联电阻，提高电池填充因子；另一方面在焊接过程，氧化钛@玻璃粉复合粉体能抑制焊接过程中形成的银锡合金对银电极的侵入，提高电极的高温焊接拉力和烘箱拉力。
2.本发明不改变玻璃粉主体结构，能明显提高了玻璃粉的可焊性和烘箱拉力。
3.本发明的氧化钛@玻璃粉复合粉体还能改善PERC电池背面电极厚膜的致密程度，降低电极电阻，有效提高太阳能电池的光电转化效率和电极可靠性。
4.本发明操作简单、易于实施且无毒低成本。
具体实施方式
为达到本发明的上述第一个目的，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉为核壳结构，核为玻璃粉，壳为氧化钛。
在一种具体实施方式中，所述核为Bi2O3-PbO-SiO2-CuO-MnO体系。
在一种具体实施方式中，所述的Bi2O3-PbO-SiO2-CuO-MnO体系，由PbO、SiO2、CuO、TeO2、TiO2、Bi2O3、B2O3、Al2O3、MnO2、WO3、ZrO2中的至少8种熔制而成，其质量比为5～15：15～30：15～35：0～10：0～10：1～10：3～15：3～15：1～10：0～10：0～10。
在一种具体实施方式中，所述核的粒径为0.5μm～5μm。
在一种具体实施方式中，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉中壳含量在0.3wt％～5wt％。
在一种具体实施方式中，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉的制备方法包括：
将钛酸四丁酯-乙醇溶液滴加到玻璃粉-乙酸溶液中，滴加过程不断搅拌，滴加完后继续搅拌30～60分钟，固液分离，洗涤，干燥得到PERC电池背面银浆用玻璃粉；所述钛酸四丁酯-乙醇溶液：玻璃粉-乙酸溶液的质量比优选为100：40～90。
玻璃粉-乙酸溶液中的玻璃粉即上述的核Bi2O3-PbO-SiO2-CuO-MnO体系。
在一种具体实施方式中，所述钛酸四丁酯-无水乙醇溶液为无水乙醇与钛酸四丁酯的混合物，所述钛酸四丁酯：无水乙醇的质量比优选为5～10:100。
在一种具体实施方式中，所述玻璃粉-乙酸溶液为玻璃粉、乙酸、水的混合物；所述玻璃粉、水的质量比为5:25～100，乙酸的添加量以维持玻璃粉-乙酸溶液的pH4～5；所述水优选为去离子水。
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本发明的第二个目的是提供一种上述PERC电池背面银浆用玻璃粉制备方法。
为达到本发明的第二个目的，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉制备方法包括：
将钛酸四丁酯-乙醇溶液滴加到玻璃粉-乙酸溶液中，滴加过程不断搅拌，滴加完后继续搅拌30～60分钟，固液分离，洗涤，干燥得到PERC电池背面银浆用玻璃粉；
所述钛酸四丁酯-无水乙醇溶液为无水乙醇与钛酸四丁酯的混合物，所述钛酸四丁酯：无水乙醇的质量比优选为5～10:100；
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所述搅拌的速率为300～800r/min；所述洗涤为分别用水、无水乙醇洗涤3次以上，所述干燥优选为50～100℃烘干。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
取D50为1.3μm玻璃粉1(具体成分如下表)5g，加入与100g去离子水，使用无水乙酸调节PH值为4，搅拌，记为悬浮液A；
表1玻璃粉成份(以质量份计)
取钛酸四丁酯10g，溶于100g无水乙醇中，记为溶液B；
将100g溶液B以1ml/s加入温度为20℃-30℃的80g溶液A中，加入过程不断搅拌，搅拌速率为400r/min，加入完成后继续搅拌0.5h。反应完成后，倾倒上层清液，取下层氧化钛@玻璃粉复合粉，分别用去离子水和无水乙醇洗涤4次，放入50℃烘箱烘干，获得5.1g氧化钛@玻璃粉1，氧化钛@玻璃粉1中氧化钛的含量具体约为2wt％。
实施例2
取D50为1.3μm玻璃粉1(具体成分如表1)5g，加入与100g去离子水，使用无水乙酸调节PH值为5，搅拌，记为悬浮液A；
取钛酸四丁酯10g，溶于100g无水乙醇中，记为溶液B；
将100g溶液B以2ml/s加入温度为20℃-30℃的80g溶液A中，加入过程不断搅拌，搅拌速率为400r/min，加入完成后继续搅拌0.5h。反应完成后，倾倒上层清液，取下层氧化钛@玻璃粉复合粉，分别用去离子水和无水乙醇洗涤4次，放入50℃烘箱烘干，获得5.18g氧化钛@玻璃粉2，氧化钛@玻璃粉2中氧化钛的含量具体约为3.6wt％。
实施例3
取D50为1.5μm玻璃粉2(具体成分如表1)5g，加入与100g去离子水，使用无水乙酸调节PH值为4，搅拌，记为悬浮液A；
取钛酸四丁酯10g，溶于100g无水乙醇中，记为溶液B；
将100g溶液B以1ml/s加入温度为20℃-30℃的80g溶液A中，加入过程不断搅拌，搅拌速率为400r/min，加入完成后继续搅拌0.5h。反应完成后，倾倒上层清液，取下层氧化钛@玻璃粉复合粉，分别用去离子水和无水乙醇洗涤4次，放入50℃烘箱烘干，获得5.13g氧化钛@玻璃粉3，氧化钛@玻璃粉1中氧化钛的含量具体约为2.6wt％。
对比例1～2
对比例1～2分别为玻璃粉1和玻璃粉2。
对比例3
玻璃粉1和TiO2的混合物，TiO2在混合物总质量中占比2.0wt％
对比例4
取D50为1.3μm玻璃粉1(具体成分如下表)5g，加入与100g去离子水，使用无水乙酸调节PH值为6，搅拌，记为悬浮液A；
取钛酸四丁酯30g，溶于100g无水乙醇中，记为溶液B；
将100g溶液B以1ml/s加入温度为20℃-30℃的80g溶液A中，加入过程不断搅拌，搅拌速率为200r/min，加入完成后继续搅拌0.5h。反应完成后，倾倒上层清液，取下层氧化钛@玻璃粉复合粉，分别用去离子水和无水乙醇洗涤4次，放入50℃烘箱烘干，获得5.5g氧化钛@玻璃粉4，氧化钛@玻璃粉4中氧化钛的含量具体约为10wt％。
将10g乙基纤维素加入90g松油醇中，在80℃温度下搅拌0.5h制备得有机载体。
将相同量1.2g氧化钛@玻璃粉1、氧化钛@玻璃粉2、氧化钛@玻璃粉3、玻璃粉1、玻璃粉2、玻璃粉1和TiO2的混合物、，氧化钛@玻璃粉4分别与38g有机载体，60.8g银粉混合，搅拌，研磨制备为62％固含量的浆料，测试其拉力，高温焊接拉力，烘箱拉力。
具体测试方法如下：
拉力：印刷固定图案(长20cm，宽0.8mm矩形图案)，350℃下焊接测试焊接拉力。
高温焊接时拉力：印刷固定图案(长20cm，宽0.8mm矩形图案)，450℃下焊接测试焊接拉力。
烘箱拉力：印刷固定图案(长20cm，宽0.8mm矩形图案)，350℃焊接后放入烘箱中，温度150℃，1个小时后取出测试拉力。测试结果如表2所示。
表2实施例1～3，对比例1～4测试结果
由表1可知，实施例1～3采用本发明制备的氧化钛@玻璃粉，其经过玻璃粉活化镀氧化钛工艺后，高温焊接拉力和烘箱拉力明显提升。
本发明所提供的一种PERC电池背面银浆用玻璃粉活化镀氧化钛工艺，有效提高了玻璃粉的高温焊接拉力和烘箱拉力。
Claims (11)
1.PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉为核壳结构，核为玻璃粉，壳为氧化钛。
2.根据权利要求1所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述核为Bi2O3-PbO-SiO2-CuO-MnO体系。
3.根据权利要求2所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述的Bi2O3-PbO-SiO2-CuO-MnO体系，由PbO、SiO2、CuO、TeO2、TiO2、Bi2O3、B2O3、Al2O3、MnO2、WO3、ZrO2中的至少8种熔制而成，其质量比为5～15：15～30：15～35：0～10：0～10：1～10：3～15：3～15：1～10：0～10：0～10。
4.根据权利要求1或2所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述核的粒径为0.5μm～5μm。
5.根据权利要求1或2所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉中壳含量在0.3wt％～5wt％。
6.根据权利要求1～3任一项所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述PERC电池背面银浆用玻璃粉的制备方法包括：将钛酸四丁酯-乙醇溶液滴加到玻璃粉-乙酸溶液中，滴加过程不断搅拌，滴加完后继续搅拌30～60分钟，固液分离，洗涤，干燥得到PERC电池背面银浆用玻璃粉；所述钛酸四丁酯-乙醇溶液：玻璃粉-乙酸溶液的质量比优选为100：40～90。
7.根据权利要求6所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述钛酸四丁酯-无水乙醇溶液为无水乙醇与钛酸四丁酯的混合物，所述钛酸四丁酯：无水乙醇的质量比优选为5～10:100。
8.根据权利要求6所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉-乙酸溶液为玻璃粉、乙酸、水的混合物；所述玻璃粉、水的质量比为5:25～100，乙酸的添加量以维持玻璃粉-乙酸溶液的pH4～5；所述水优选为去离子水。
9.根据权利要求6所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述滴加的温度为20～30℃；所述滴加的速率优选为1～10ml/s。
10.根据权利要求6所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉，其特征在于，所述搅拌的速率为300～800r/min；所述洗涤为分别用水、无水乙醇洗涤3次以上，所述干燥优选为50～100℃烘干。
11.如权利要求1～10任一项所述的PERC电池背面银浆用玻璃粉制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将钛酸四丁酯-乙醇溶液滴加到玻璃粉-乙酸溶液中，滴加过程不断搅拌，滴加完后继续搅拌30～60分钟，固液分离，洗涤，干燥得到PERC电池背面银浆用玻璃粉；
所述钛酸四丁酯-无水乙醇溶液为无水乙醇与钛酸四丁酯的混合物，所述钛酸四丁酯：无水乙醇的质量比优选为5～10:100；
所述玻璃粉-乙酸溶液为玻璃粉、乙酸、水的混合物；所述玻璃粉、水的质量比为5:25～100，乙酸的添加量以维持玻璃粉-乙酸溶液的pH4～5；所述水优选为去离子水；
所述滴加的温度为20～30℃；所述滴加的速率优选为1～10ml/s；
所述搅拌的速率为300～800r/min；所述洗涤为分别用水、无水乙醇洗涤3次以上，所述干燥优选为50～100℃烘干。
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