CN117524540A - 一种电极浆料及光伏电池 - Google Patents

一种电极浆料及光伏电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电极浆料及光伏电池,涉及太阳能电池技术领域,以解决现有的电极浆料在电池制造过程中转换效率达不到理想需要的问题。该电极浆料包括:银基导电材料、铝基导电材料、玻璃材料、无机添加剂和有机载体,玻璃材料包括第一玻璃材料和第二玻璃材料,以摩尔百分比计,第一玻璃材料至少包括0.1mol%~15mol%的碱金属氧化物或0.1mol%~15mol%的碱土金属氧化物和0.1mol%~20mol%的卤化物。该光伏电池使用了该电极浆料。本发明提供的电极浆料及光伏电池用于提高光电转换效率。

Description

一种电极浆料及光伏电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,尤其涉及一种电极浆料及光伏电池。
背景技术
TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact,隧穿氧化层钝化接触)电池技术发展日趋成熟,越来越受到人们和市场的青睐。在TOPCon电池背面有一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅层,二者共同形成了钝化接触结构,为硅片的背面提供了良好的表面钝化。在TOPCon电池的正面从上到下依次有沉积氮化硅钝化减反射层、沉积氧化铝钝化层和掺硼扩散区。为了使TOPCon电池具有更好的效率,正面浆料和背面浆料需要在实现TOPCon电池最佳少子寿命的烧结条件下烧结。
因此,目前可以采用激光辅助烧结技术对电池正面浆料和背面浆料进行烧结,然而,在现有的正面浆料和背面浆料的基础上,利用激光辅助烧结技术得到的电池,其填充因子和开路电压平衡不能满足实际需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电极浆料及光伏电池,可以提高电池的光电转换效率。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种电极浆料,包括银基导电材料、铝基导电材料、玻璃材料、无机添加剂和有机载体,所述玻璃材料包括第一玻璃材料和第二玻璃材料,以摩尔百分比计,所述第一玻璃材料至少包括0.1mol%~15mol%的碱金属氧化物或0.1mol%~15mol%的碱土金属氧化物和0.1mol%~20mol%的卤化物。
与现有技术相比,本发明实施例提供的电极浆料具有以下优势:
本发明实施例提供的电极浆料中,包括银基导电材料、铝基导电材料、玻璃材料、无机添加剂和有机载体,玻璃材料第一玻璃材料和第二玻璃材料,其中第一玻璃材料至少包括0.1mol%~15mol%的碱金属氧化物或0.1mol%~15mol%的碱土金属氧化物和
0.1mol%~20mol%的卤化物,由于卤化物的卤素离子很小,在进行烧结时,卤素离子可以游离于玻璃网络之外且可以在玻璃网络外进行移动。同时,利用激光烧结技术进行烧结时会有反向电压,产生电场,卤素离子在反向电压的作用下会吸到电池的硅表面,从而可以使得卤素在硅表面形成一层保护膜,起到对硅基体的保护作用。也就是说,在半导体金属接触时,在电极浆料具有的金属和硅基体之间有一层玻璃材料,此时,由于第一玻璃材料含有卤化物,卤化物带负电,可以使得玻璃材料带负电荷,从而可以形成电场,电场有助于空穴从硅基体内跑到电极浆料中的金属里,从而可以提高电池的转换效率。
在此基础上,将碱金属氧化物、碱土金属氧化物和卤化物的摩尔比例设置在上述范围内,可以利用碱金属氧化物和碱土金属氧化物调节玻璃层的粘度和腐蚀性,实现更好的接触,这样可以提高电池的光电转化效率。
另外,由于碱金属氧化物是一种良好的玻璃助熔物质,增加碱金属的含量有利于降低玻璃材料的熔融温度。此外,碱金属离子随着其半径的改变,对玻璃软化温度以及各类电学性质也有不同的影响,将碱金属氧化物的含量设在上述范围,可以调节玻璃材料的流动性满足实际需求。
由上可见,本发明提供的玻璃材料,可以提高电池的光电转换效率。
第二方面,本发明还提供一种光伏电池,使用了第一方面所述的电极浆料。
与现有技术相比,本发明提供的光伏电池的有益效果与第一方面电极浆料的有益效果相同,此处不做赘述。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具体的限定。
需要说明的是,本发明中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本公开中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B的情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,a和b的结合,a和c的结合,b和c的结合,或a、b和c的结合,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。
TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact,隧穿氧化层钝化接触)电池在电池背面制备有一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅层,二者共同形成了钝化接触结构,为硅片的背面提供了良好的表面钝化。在电池的正面从上到下依次有沉积氮化硅钝化减反射层,沉积氧化铝钝化层,和掺硼扩散区。为了使TOPCon电池具有更好的效率。正面浆料和背面浆料需要在实现TOPCon电池最佳少子寿命的烧结条件下实现烧结。激光辅助烧结工艺在普通TOPCon电池工序中的合适位置,通常在烧结炉工序和光注入工艺后添加。其功效表现在可以使大部分烧结EL不良片变成EL正常片。但是正常普通银铝浆的激光辅助烧结提效<0.1%,而且在有些条件还会降低转化效率。激光辅助烧结工艺从原理上来看,指的是设备对电池片施加反向电压,同时通过激光辐照,可以产生利于接触的结果。
针对上述问题,本发明实施例提供一种光伏电池,光伏电池的表面具有栅线,栅线的材质为本发明实施例提供的电极浆料,本发明实施例提供的电极浆料使用了本发明实施例提供的玻璃材料,以提高电池的光电转换效率。应理解,该光伏电池可以为Topcon电池,玻璃粉作为无机粘结相,有着腐蚀氮化硅层,构成电极,搭起电子运输的桥梁的作用。
本发明实施例提供的一种电极浆料,包括银基导电材料、铝基导电材料、玻璃材料、无机添加剂和有机载体,玻璃材料包括第一玻璃材料和第二玻璃材料,以摩尔百分比计,第一玻璃材料至少包括0.1mol%~15mol%的碱金属氧化物或0.1mol%~15mol%的碱土金属氧化物以及0.1mol%~20mol%的卤化物。应理解,本发明实施例的玻璃材料的状态可以为粉末状。
本发明实施例提供的玻璃材料中,由于卤化物的卤素离子很小,在进行烧结时,卤素离子可以游离于玻璃网络之外且可以在玻璃网络外进行移动。同时,利用激光烧结技术进行烧结时会产生电场,使得反向电压很大,卤素离子在反向电压的作用下会吸到电池的硅表面,从而可以使得卤素在硅表面形成一层保护膜,起到对硅基体的保护作用。也就是说,在半导体金属接触时,在电极浆料具有的金属和硅基体之间有一层玻璃材料,此时,由于玻璃材料含有卤化物,卤化物带负电,可以使得玻璃材料带负电荷,从而可以形成电场,电场有助于载流子从硅基体内跑到电极浆料中的金属里,从而可以提高电池的转换效率。
在此基础上,将碱金属氧化物、碱土金属氧化物和卤化物的摩尔比例设置在上述范围内,可以利用碱金属氧化物和碱土金属氧化物调节玻璃层的粘度和腐蚀性,实现更好的接触,这样可以提高电池的光电转化效率。
另外,由于碱金属氧化物是一种良好的玻璃助熔物质,增加碱金属的含量有利于降低玻璃材料的熔融温度。此外,碱金属离子随着其半径的改变,对玻璃软化温度以及各类电学性质也有不同的影响,将碱金属氧化物的含量设在上述范围,可以调节玻璃材料的流动性满足实际需求。
在一种可选的方式中,本发明实施例的玻璃材料还包括氧化镓,氧化镓可以添加在第一玻璃材料中,也可以添加在第二玻璃材料中,即:第一玻璃材料还包括0.1mol%~10mol%的氧化镓或第二玻璃材料还包括0.1mol%~10mol%的氧化镓。在烧结时,氧化镓可以起到软化玻璃的作用,丰富玻璃的结构。
在一种可实现的方式中,本发明实施例提供的碱金属氧化物含有的碱金属元素选自Na、Li和K中的至少一种。碱土金属氧化物含有的碱土金属元素选自Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种。碱金属氧化物可以降低玻璃的熔融温度,碱土金属可以降低玻璃的熔融温度,还可以防止玻璃结晶。
在一种可实现的方式中,以摩尔百分比计,本发明实施例的第一玻璃材料还包括80mol%~98mol%的氧化物,氧化物包括20mol%~83mol%的第一类氧化物和15mol%~60mol%的第二类氧化物,第一类氧化物包括氧化铅、氧化铋和氧化锌中的至少两种,第二类氧化物包括氧化铝、氧化硼和氧化硅中的至少一种。应理解,将第一类氧化物的总和在20mol%~83mol%这个摩尔比范围内,避免了玻璃材料腐蚀性过强或腐蚀性过弱,使得玻璃材料达到腐蚀性适中的状态。
示例性的,以摩尔百分比计,本发明实施例的第二玻璃材料包括0.1mol%~15mol%的碱金属氧化物或0.1mol%~15mol%的碱土金属氧化物以及1mol%~35mol%的第一类氧化物和65mol%~90mol%第二类氧化物。应理解,第二玻璃材料中,第一类氧化物包括氧化铅、氧化铋和氧化锌中的至少两种,第二类氧化物包括氧化铝、氧化硼和氧化硅中的至少一种。
应理解,上述“第一”、“第二”仅是为了区分两种玻璃材料的种类,并不用于限定玻璃材料的先后顺序。
本发明实施例通过设置两种玻璃材料,可以利用第一玻璃材料和第二玻璃材料调节玻璃材料整体的流淌速度以及侵蚀性,使得玻璃材料整体的流淌速度和侵蚀性达到一个平衡的状态,从而可以根据需要调整玻璃层的厚度,更好的匹配激光辅助烧结工艺,提高电池的转化效率。
在一种可实现的方式中,本发明实施例提供的银基导电材料的形态为表面粗糙的银粉,该银基导电材料的粒径参数为:D100<5um,0.5um<D50<1.5um。应理解,本发明实施例的银基导电材料可以为表面粗糙的单一银粉,也可以为多种表面粗糙的银粉混合后的混合银粉,此处不做限定,具体可以根据实际需要进行选择。
例如:上述表面粗糙的银粉可以为类似爆米花状的银粉或多晶形态的银粉。当本发明实施例选择混合银粉时,不同形貌银粉的混合搭配有助于减少烧结后膜层的孔洞,增加了银粉之间的导电通路,从而大大减小膜层的方阻,提高银浆综合性能。同时,通过银粉的混合可以控制烧结的时间和工艺、控制银粉的致密化过程,整个烧结曲线在某一温度下是致密的。当本发明实施例选择单一银粉时,由于单一银粉堆积密度大,烧结时银粉的接触点越多,更容易进行物质传递,从而使得导电性能较好。
可以理解的是,在激光烧结前,可以利用高温显微镜表征银基导电材料的特征,表征时,可以将高温显微镜设置为升温20度/分钟,本发实施例的银基导电材料投影面积百分比90%时对应的温度为320℃到480℃之间,优选为380℃到460℃之间。
应理解,上述投影面积百分比90%指的是银基导电材料发生收缩后,光照下的阴影面积相对升温前的光照阴影面积达到百分之九十时的时间点。如果本发实施例的银基导电材料投影面积百分比为90%时对应的温度小于320℃,则说明银基导电材料过早的致密化,从而会影响玻璃材料的流淌,玻璃材料流不下去,则不能熔化蚀刻硅基板上部的减反射层,也影响了银粉与硅基板形成欧姆接触。如果本发实施例的银基导电材料投影面积百分比为90%时对应的温度大于480℃,则银基导电材料在高温快速烧结时容易形成多孔结构的银厚膜,玻璃相在银厚膜向下烧透减反射膜而与硅基体接触时各处玻璃含量不均匀,在这个过程中甚至有一些玻璃会包裹在这些孔洞中,最终导致从玻璃相中析出的银微晶分布不均匀,影响电池性能。
在一种可实现的方式中,本发明实施例的电极浆料中,银基导电材料、铝基导电材料、无机添加剂、有机载体和玻璃材料的质量比为(80~95):(0~0.8):(0.1~2):(5~18):(1~3)。
可见,无机添加剂也是为了调节玻璃材料的流淌速度,通过调节无机添加剂的种类和含量,使得玻璃材料的流淌速度可以进一步满足实际需求。同时,本发明实施例将玻璃材料的比例控制在上述范围内,远远小于现有技术中的玻璃材料的含量,从而在烧结时,可以使得玻璃层的厚度变得很薄,进而更好的匹配激光辅助烧结工艺,提高电池的转化效率。而且,当玻璃材料的质量大于铝基导电材料的10倍以上,浆料中大部分铝基导电材料遇到玻璃材料会发生氧化还原反应,从而进一步提高了电池的性能。
示例性的,本发明实施例的无机添加剂可以包括氧化铝、氧化硅、硅粉、硼粉和硅硼粉中的至少一种。
示例性的,上述氧化铝、氧化硅、硅粉、硼粉和硅硼粉可以减缓玻璃的流淌速度,从而可以进一步调整玻璃层的厚度。因此可以利用氧化铝、氧化硅、硅粉、硼粉和硅硼粉进一步调整玻璃的流淌速度进而控制玻璃层的厚度,更好的匹配激光辅助烧结工艺,提高电池的转化效率。
由上可见,整个烧结过程的持续时间与载流子寿命匹配,激光过后迅速停止,从而实现了原有钝化层的最大限度保留,避免了金属-硅基体直接接触引发的载流子复合。
在一种可选的方式中,本发明实施例的玻璃材料的玻璃化转变温度为290℃~800℃。应理解,玻璃化转变温度是材料从玻璃态向高弹态转变的温度。
示例性的,本发明实施例的玻璃材料的第一玻璃材料的玻璃化转变温度大于290℃小于450℃,所述第二璃材料的玻璃化转变温度大于或等于450℃,玻璃材料的添加比例还可以根据玻璃材料的实际玻璃化转变温度Tg确定,Tg通过差热扫描量热法放热信号的起始点确定。
例如:当第一玻璃材料的含量占总玻璃材料质量的一半以上时,银基导电材料、铝基导电材料、无机添加剂、有机载体和玻璃材料的质量比为(80~95):(0~0.8):(0.01~0.5):(5~18):(1~2.5)。当第一玻璃材料的含量占总玻璃材料质量的一半以上时,银基导电材料、铝基导电材料、无机添加剂、有机载体和玻璃材料的质量比为(80~95):(0~0.8):(0.01~0.5):(5~18):(2~3.5)。也就是说,可以根据玻璃材料的玻璃化转变温度对玻璃材料的实际用量的多少进行调整,是为了使得玻璃层保持在很薄的厚度范围内,从而可以使得电池的填充因子和开路电压平衡满足实际需求。应理解,玻璃化转变温度是材料从玻璃态向高弹态转变的温度。
本发明实施例的铝基导电材料可以为铝粉、铝硅合金粉或其他铝合金材料的至少一种,所述银基导电材料可以为银粉和银合金粉的至少一种,此处不做限定。
在一种可实现的方式中,本发明实施例的有机载体包括树脂、溶剂、表面分散剂和触变剂。对于树脂来说,其可以包括乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、松香树脂、丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩丁醛酯中的一种或多种。对于有机溶剂来说,其可以包括松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、二乙二醇丁醚乙酸酯、二乙二醇二丁醚、三丙二醇单甲醚、己二酸二异辛酯、二乙二醇丁醚、油酸、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯、2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯、Thixatrol Max、三乙二醇丁醚、醇脂十二、醇脂十六的一种或多种。对于表面分散剂来说,其可以包括TDO、ED120、BYK111、KYC913中的一种或多种。对于触变剂来说,其可以包括醇酯12、松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇单丁醚中的一种或多种。
在一种可选方式中,以质量百分比计,上述有机载体可以含有1%~6%的乙基纤维素、1%~40%的聚乙烯醇缩丁醛酯、10%~70%的二乙二醇丁醚乙酸酯、10%~60%的三丙二醇单甲醚、5%~50%的二乙二醇二丁醚、0%~15%的三甘醇二异辛酸酯、3%~15%的己二酸二异辛酯、0%~30%的二乙二醇丁醚、0%~30%的松油醇、0%~10%的油酸、0%~20%的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇双异丁酸酯、0%~20%的2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯、1%~10%的Thixatrol Max、0%~10%的氢化蓖麻油、0%~10%的TDO、0%~10%的ED120、0%~10%的BYK111和0%~10%的KYC913。
对于铝基导电材料,其具体可以为铝粉或铝合金粉为金属铝粉,硼铝合金粉,铝硅合金粉,铝锌合金粉,镓铝合金粉,铟铝合金粉,2024铝合金粉,7075铝合金粉,7050铝合金粉,2219铝合金粉,6061铝合金粉中的至少一种。
对于银基导电材料来说,其可以为银粉、Ag-M合金粉、Ag-Cu-N合金粉中的任意一种或两种,其中M包括Al,Au,Ba,Bi,Ca,Cd,Ce,Co,Cr,Cu,Dy,Er,Eu,Fe,Ga,Gd,Ge,Ho,In,Ir,La,Lu,Mg,Mn,Mo,Nd,Ni,Pb,Pd,Pm,Pr,Pt,Re,Rh,Ru,Sb,Sc,Si,Sm,Sn,Sr,Tb,Te,Ti,Tm,Y,Yb,Zn,Zr中的一种或多种;其中N包括P,Zn,Ni,Pb,Sn中的一种或多种。
由上可见,本发明提供的电极浆料,包括银基导电材料、铝基导电材料、玻璃材料、无机添加剂和有机载体,玻璃材料包括第一玻璃材料和第二玻璃材料,第一玻璃材料至少包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物和卤化物,由于卤化物的卤素离子很小,在进行烧结时,卤素离子可以游离于玻璃网络之外且可以在玻璃网络外进行移动。同时,利用激光烧结技术进行烧结时会产生电场,使得反向电压很大,卤素离子在反向电压的作用下会吸到电池的硅表面,从而可以使得卤素在硅表面形成一层保护膜,起到对硅基体的保护作用。也就是说,在半导体金属接触时,在电极浆料具有的金属和硅基体之间有一层玻璃材料,此时,由于玻璃材料含有卤化物,卤化物带负电,可以使得玻璃材料带负电荷,从而可以形成电场,电场有助于载流子从硅基体内跑到电极浆料中的金属里,从而可以提高电池的转换效率。
为了验证本发明实施例提供的电极浆料的效果,本发明实施例采用实施例与对比例对比的方式进行证明。
实施例一
本发明实施例一提供的电极浆料,按质量百分比计,包括:89.45%的银基导电材料、1.2%的含有氟化物的第一玻璃材料、0.8%的第二玻璃材料、8.35%的有机载体和0.2%的无机添加剂。
本发明实施例一提供的电极浆料的制备方法包括如下步骤:
第一步,制备第一玻璃材料:按摩尔百分比,将37%的PbO、11%的ZnO,5%Na2O,2%CaO,3%的Al2O3,20%的SiO2,20%的B2O3和2%的PbF2放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第一玻璃材料。
第二步,制备第二玻璃材料:按摩尔百分比,将15%的PbO、10%的ZnO,5%的Al2O3,20%的SiO2,47%的B2O3和3%的BaO放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第二玻璃材料。
第三步,制备有机载体:按质量百分比称取10%的丁基卡必醇,33%的丁基卡必醇醋酸酯,70%的二乙二醇二丁醚,10%的三丙二醇单甲醚,10%的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂。再称取5%的聚乙烯醇缩丁醛酯,加入至混合溶剂中,再加入5%的聚酰胺蜡触变剂,然后边搅拌边加热至80℃,树脂完全溶解后继续搅拌60分钟,然后冷却至室温,即得到有机载体。
第四步,无机添加剂:按质量百分比,将0.05%的Al2O3、0.15%的硅粉混合,得到无机添加剂。
第五步,制备电极浆料:将银粉、第一玻璃材料、第二玻璃材料和无机添加剂进行预混合,然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时,再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍,进一步分散均化,当刮板细度小于5μm后,采用400目滤布进行过滤,得到电极浆料。
实施例二
本发明实施例二提供的电极浆料,按质量百分比计,包括:89.45%的银基导电材料、1.5%的含有氟化物的第一玻璃材料、0.8%的第二玻璃材料、8.05%的有机载体和0.2%的无机添加剂。
本发明实施例二提供的电极浆料的制备方法包括如下步骤:
第一步,制备第一玻璃材料:按摩尔百分比,将30%的PbO、11%的ZnO,3%的Na2O,5%Al2O3,16%的SiO2,20%的B2O3,8%的Ga2O3和7%的PbF2放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第一玻璃材料。
第二步,制备第二玻璃材料:按摩尔百分比,将15%的PbO、10%的Bi2O3,5%的Al2O3,20%的SiO2,47%的B2O3和3%的BaO放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第二玻璃材料。
第三步,制备有机载体:按质量百分比称取10%的丁基卡必醇,33%的丁基卡必醇醋酸酯,70%的二乙二醇二丁醚,10%的三丙二醇单甲醚,10%的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂。再称取5%的聚乙烯醇缩丁醛酯,加入至混合溶剂中,再加入5%的聚酰胺蜡触变剂,然后边搅拌边加热至80℃,树脂完全溶解后继续搅拌60分钟,然后冷却至室温,即得到有机载体。
第四步,无机添加剂:按质量百分比,将0.1%的硅粉和0.1%硼粉混合,得到无机添加剂。
第五步,制备电极浆料:将银粉、第一玻璃材料、第二玻璃材料和无机添加剂进行预混合,然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时,再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍,进一步分散均化,当刮板细度小于5μm后,采用400目滤布进行过滤,得到电极浆料。
实施例三
本发明实施例三提供的电极浆料,按质量百分比计,包括:88.64%的银基导电材料、0.8%的含有氟化物的第一玻璃材料、2%的第二玻璃材料、8.4%的有机载体和0.16%的无机添加剂.
本发明实施例三提供的电极浆料的制备方法包括如下步骤:
第一步,制备第一玻璃材料:按摩尔百分比,将30%的PbO、18%的ZnO,3%CaO,5%Al2O3,16%的SiO2,20%的B2O3和8%的NaF放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到玻璃粉。
第二步,制备第二玻璃材料:按摩尔百分比,25%的PbO、5%的Al2O3,20%的SiO2,47%的B2O3和3% BaO放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第二玻璃材料。
第三步,制备有机载体:按质量百分比称取10%的丁基卡必醇,33%的丁基卡必醇醋酸酯,70%的二乙二醇二丁醚,10%的三丙二醇单甲醚,10%的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂。再称取5%的聚乙烯醇缩丁醛酯,加入至混合溶剂中,再加入5%的聚酰胺蜡触变剂,然后边搅拌边加热至80℃,树脂完全溶解后继续搅拌60分钟,然后冷却至室温,即得到有机载体。
第四步,无机添加剂:按质量百分比,将0.02Al2O3粉末和0.14%的硅硼粉混合,得到无机添加剂。
第五步,制备电极浆料:将银粉、第一玻璃材料、第二玻璃材料和无机添加剂进行预混合,然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时,再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍,进一步分散均化,当刮板细度小于5μm后,采用400目滤布进行过滤,得到电极浆料。
实施例四
本发明实施例四提供的电极浆料,按质量百分比计,包括:88.72%的银基导电材料、1%的含有氟化物的第一玻璃材料、1.8%的第二玻璃材料、8.4%的有机载体和0.08%的无机添加剂。
本发明实施例四提供的电极浆料的制备方法包括如下步骤:
第一步,制备第一玻璃材料:按摩尔百分比,将29%的PbO、19%的Bi2O3,3%的K2O,26%的SiO2,18%的B2O3和5%的PbF2放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第一玻璃材料。
第二步,制备第二玻璃材料:按摩尔百分比,将15%的PbO、5%的Li2O,25%的SiO2,55%的B2O3放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第二玻璃材料。
第三步,制备有机载体:按质量百分比称取10%的丁基卡必醇,33%的丁基卡必醇醋酸酯,70%的二乙二醇二丁醚,10%的三丙二醇单甲醚,10%的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂。再称取5%的聚乙烯醇缩丁醛酯,加入至混合溶剂中,再加入5%的聚酰胺蜡触变剂,然后边搅拌边加热至80℃,树脂完全溶解后继续搅拌60分钟,然后冷却至室温,即得到有机载体。
第四步,无机添加剂:提供0.08%的硅硼粉,得到无机添加剂。
第五步,制备电极浆料:将银粉、第一玻璃材料、第二玻璃材料和无机添加剂进行预混合,然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时,再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍,进一步分散均化,当刮板细度小于5μm后,采用400目滤布进行过滤,得到电极浆料。
实施例五
本发明实施例五提供的电极浆料,按质量百分比计,包括:89.62%银基导电材料、1.8%的含有氟化物的第一玻璃材料、0.1%的第二玻璃材料、8.4%的有机载体和0.08%的无机添加剂。
本发明实施例五提供的电极浆料的制备方法包括如下步骤:
第一步,制备第一玻璃材料:按摩尔百分比,将40%的PbO、10%的SiO2,30%的B2O310%Ga2O3和2%的PbF2氟化物放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第一玻璃材料。
第二步,制备第二玻璃材料:按摩尔百分比,将10%的PbO、5%的Li2O,2%的Al2O3,%30的SiO2,53%的B2O3放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第二玻璃材料。
第三步,制备有机载体:按质量百分比称取10%的丁基卡必醇,33%的丁基卡必醇醋酸酯,70%的二乙二醇二丁醚,10%的三丙二醇单甲醚,10%的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂。再称取5%的聚乙烯醇缩丁醛酯,加入至混合溶剂中,再加入5%的聚酰胺蜡触变剂,然后边搅拌边加热至80℃,树脂完全溶解后继续搅拌60分钟,然后冷却至室温,即得到有机载体。
第四步,无机添加剂:提供0.08%的氧化硅,得到无机添加剂。
第五步,制备电极浆料:将银粉、第一玻璃材料、第二玻璃材料和无机添加剂进行预混合,然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时,再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍,进一步分散均化,当刮板细度小于5μm后,采用400目滤布进行过滤,得到电极浆料。
实施例六
本发明实施例六提供的电极浆料,按质量百分比计,包括:89.45%的银基导电材料、1.7%的含有氟化物的第一玻璃材料、0.3%的第二玻璃材料8.35%的有机载体和0.2%的无机添加剂。
本发明实施例六提供的电极浆料的制备方法包括如下步骤:
第一步,制备第一玻璃材料:按摩尔百分比,将37%的PbO、11%的ZnO,5%CaO,20%SiO2,25%的B2O3和2%的PbF2放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第一玻璃材料。
第二步,制备第二玻璃材料:按摩尔百分比,将25%的PbO、5%的Na2O,5%的Al2O3,15%的SiO2,47%的B2O3 3% Ga2O3放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到第二玻璃材料。
第三步,制备有机载体:按质量百分比称取10%的丁基卡必醇,33%的丁基卡必醇醋酸酯,70%的二乙二醇二丁醚,10%的三丙二醇单甲醚,10%的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂。再称取5%的聚乙烯醇缩丁醛酯,加入至混合溶剂中,再加入5%的聚酰胺蜡触变剂,然后边搅拌边加热至80℃,树脂完全溶解后继续搅拌60分钟,然后冷却至室温,即得到有机载体。
第四步,无机添加剂:提供0.2%的氧化铝,得到无机添加剂。
第五步,制备电极浆料:将银粉、第一玻璃材料、第二玻璃材料和无机添加剂进行预混合,然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时,再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍,进一步分散均化,当刮板细度小于5μm后,采用400目滤布进行过滤,得到电极浆料。
对比例一
本发明对比例一提供的电极浆料,按质量百分比计,包括:89.45%的银基导电材料、2.5%的玻璃材料和8.05%的有机载体。其中,玻璃材料不含有本发明实施例的卤化物。浆料中也不含有本发明实施例中的无机添加剂和有机添加剂。
本发明对比例一提供的电极浆料的制备方法包括如下步骤:
第一步,制备玻璃粉:按摩尔百分比,将46%的PbO、10%的ZnO,10%的Li2O,10%的SiO2,24%的B2O3放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到玻璃粉。
第二步,制备有机载体:按质量百分比称取10%的丁基卡必醇,33%的丁基卡必醇醋酸酯,70%的二乙二醇二丁醚,10%的三丙二醇单甲醚,10%的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂。再称取5%的聚乙烯醇缩丁醛酯,加入至混合溶剂中,再加入5%的聚酰胺蜡触变剂,然后边搅拌边加热至80℃,树脂完全溶解后继续搅拌60分钟,然后冷却至室温,即得到有机载体。
第三步,制备电极浆料:将银粉、玻璃粉进行预混合,然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时,再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍,进一步分散均化,当刮板细度小于5μm后,采用400目滤布进行过滤,得到电极浆料。
对比例二
本发明对比例二提供的电极浆料,按质量百分比计,包括:89.45%的银基导电材料、2.5%的含有氟化物的玻璃材料和8.05%的有机载体。其中,浆料中不含有本发明实施例中的无机添加剂。
本发明对比例二提供的电极浆料的制备方法包括如下步骤:
第一步,制备玻璃粉:按摩尔百分比,将37%的PbO、11%的ZnO,2%CaO,3%Al2O3,30%SiO2,10%的B2O3和7%的PbF2放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到玻璃粉。
第二步,制备有机载体:按质量百分比称取10%的丁基卡必醇,33%的丁基卡必醇醋酸酯,70%的二乙二醇二丁醚,10%的三丙二醇单甲醚,10%的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂。再称取5%的聚乙烯醇缩丁醛酯,加入至混合溶剂中,再加入5%的聚酰胺蜡触变剂,然后边搅拌边加热至80℃,树脂完全溶解后继续搅拌60分钟,然后冷却至室温,即得到有机载体。
第三步,制备电极浆料:将银粉、玻璃粉进行预混合,然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时,再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍,进一步分散均化,当刮板细度小于5μm后,采用400目滤布进行过滤,得到电极浆料。
对比例三
本发明对比例三提供的电极浆料,按质量百分比计,包括:89.45%的银基导电材料、2.5%的玻璃材料、7.85%的有机载体和0.2%的无机添加剂。其中,玻璃材料不含有本发明实施例的卤化物。
本发明对比例三提供的电极浆料的制备方法包括如下步骤:
第一步,制备玻璃粉:按摩尔百分比,将46%的PbO、10%的ZnO,10%的Li2O,10%SiO2,24%的B2O3放于三维混合机中混合均匀,将混合均匀的原料置于氧化铝坩埚中,于900℃~1100℃进行熔制60min,对熔制所得的玻璃熔体使用双辊轧机进行轧片处理,采用粉碎机对轧制的玻璃片进行粉碎处理,然后采用震动筛分机对粉碎的玻璃粉进行筛分处理,采用气流磨对震动筛分出来的玻璃粉进行抛光打磨分级处理,得到玻璃粉。
第二步,制备有机载体:按质量百分比称取10%的丁基卡必醇,33%的丁基卡必醇醋酸酯,70%的二乙二醇二丁醚,10%的三丙二醇单甲醚,10%的醇脂十二混合均匀得到混合溶剂。再称取5%的聚乙烯醇缩丁醛酯,加入至混合溶剂中,再加入5%的聚酰胺蜡触变剂,然后边搅拌边加热至80℃,树脂完全溶解后继续搅拌60分钟,然后冷却至室温,即得到有机载体。
第三步,无机添加剂:按质量百分比,将0.1%的硅粉和0.1%的硅硼粉混合,得到无机添加剂。
第四步,制备电极浆料:将银粉、玻璃粉、无机添加剂进行预混合,然后将其加入到有机载体中进行搅拌2小时,再将搅拌好的原料在三辊轧机上轧制6遍,进一步分散均化,当刮板细度小于5μm后,采用400目滤布进行过滤,得到电极浆料。
本发明对实施例一至实施例六以及对比例一至对比例三制备的电极浆料性能进行测试,首先,通过使用方阻一致的硅片,采用丝网印刷工艺将所制得的电极浆料和同一主栅银浆分别印刷电池正背面细栅和正背面主栅,背面采用同一款电极浆料单次印刷,通过烘干-烧结-冷却至室温,获得电池片。其次,采用IV测试仪对电池片进行IV电性能测试,实施例与对比例的测试结果如下表:
从上表可以看出,本发明实施例一至实施例六制备得到的电极浆料,通过丝网印刷后制得的电池,电池开路电压高,短路电流大,光电转化效率高。与对比例一至对比例三相比,对比例一不含有本发明实施例的氟化物、无机添加剂和有机添加剂,对比例二不含有本发明实施例的无机添加剂,对比例三不含有本发明实施例的氟化物,其填充因子和开路电压以及转换效率均不如本发明实施例的电极浆料。因此,本发明提供的电极浆料通过在电极浆料中加入本申请的玻璃材料,在电池片上形成电极栅线的过程中,可以提高电池的光电转换效率。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种电极浆料,其特征在于,包括银基导电材料、铝基导电材料、玻璃材料、无机添加剂和有机载体,所述玻璃材料包括第一玻璃材料和第二玻璃材料,以摩尔百分比计,所述第一玻璃材料至少包括0.1mol%~15mol%的碱金属氧化物或0.1mol%~15mol%的碱土金属氧化物和0.1mol%~20mol%的卤化物。
2.根据权利要求1所述的电极浆料,其特征在于,所述碱金属氧化物含有的碱金属元素选自Na、Li和K中的至少一种;
所述碱土金属氧化物含有的碱土金属元素选自Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电极浆料,其特征在于,以摩尔百分比计,所述第一玻璃材料还包括80mol%~98mol%的氧化物,所述氧化物包括20mol%~83mol%的第一类氧化物和15mol%~60mol%的第二类氧化物,所述第一类氧化物包括氧化铅、氧化铋和氧化锌中的至少两种,所述第二类氧化物包括氧化铝、氧化硼和氧化硅中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的电极浆料,其特征在于,以摩尔百分比计,所述第二玻璃材料包括0.1mol%~15mol%的碱金属氧化物或0.1mol%~15mol%的碱土金属氧化物、1mol%~35mol%的第一类氧化物和65mol%~90mol%第二类氧化物。
5.根据权利要求4所述的电极浆料,其特征在于,所述第一玻璃材料的熔点小于所述第二玻璃材料的熔点。
6.根据权利要求1所述的电极浆料,其特征在于,所述银基导电材料的粒径参数为:D100<5um,0.5um<D50<1.5um,所述银基导电材料的形态为表面粗糙的银粉。
7.根据权利要求1所述的电极浆料,其特征在于,所述银基导电材料、所述铝基导电材料、所述无机添加剂、所述有机载体和所述玻璃材料的质量比为(80~95):(0~0.8):(0.1~2):(5~18):(1~3)。
8.根据权利要求1所述的电极浆料,其特征在于,所述无机添加剂包括氧化铝、氧化硅、硅粉、硼粉和硅硼粉中的至少一种。
9.根据权利要求1~8任一项所述的电极浆料,其特征在于,所述第一玻璃材料的玻璃化转变温度大于290℃小于450℃,所述第二玻璃材料的玻璃化转变温度大于或等于450℃;当所述第一玻璃材料的含量占总玻璃材料质量的一半以上时,所述银基导电材料、所述铝基导电材料、所述无机添加剂、所述有机载体和所述玻璃材料的质量比为(80~95):(0~0.8):(0.01~0.5):(5~18):(1~2.5);
当所述第一玻璃材料的含量占总玻璃材料质量的一半以上时,所述银基导电材料、所述铝基导电材料、所述无机添加剂、所述有机载体和所述玻璃材料的质量比为(80~95):(0~0.8):(0.01~0.5):(5~18):(2~3.5)。
10.根据权利要求1~8任一项所述的电极浆料,其特征在于,所述第一玻璃材料还包括0.1mol%~10mol%的氧化镓或所述第二玻璃材料还包括0.1mol%~10mol%的氧化镓。
11.一种光伏电池,其特征在于,所述光伏电池所使用的正面浆料和背面浆料包括权利要求1~10任一项所述的电极浆料。
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