TW201813937A - 玻璃粉及應用該玻璃粉製得的正電極銀漿、太陽能電池 - Google Patents

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Abstract

一種玻璃粉，其包括PbO、Bi2 O3 、TeO2 、SiO2 ，在該玻璃粉中，PbO的質量百分含量為20%~60%，Bi2 O3 的質量百分含量為10%~50%，TeO2 的質量百分含量為20%~60%，SiO2 的質量百分含量為5~15%。另，本發明還提供一種應用所述玻璃粉製得的正電極銀漿，應用該正電極銀漿製得的太陽能電池。

Description

玻璃粉及應用該玻璃粉製得的正電極銀漿、太陽能電池
本發明涉及一種玻璃粉，應用該玻璃粉製得的正電極銀漿，及應用該正電極銀漿製得的太陽能電池。
隨著人類與環境之間矛盾的不斷凸顯，以及傳統能源的日益短缺，太陽能作為一種可持續的、無污染的綠色新能源受到了普遍的重視，可以預測的是，太陽能發電在未來人類能源結構中所占的比例將會越來越重。
晶體矽太陽能電池是一種將光能轉化為電能並加以存儲利用的太陽能發電裝置。常規P型基板太陽能電池具有在正面（光照面）上的負極和背面（背光面）上的正極結構，太陽光照射到電池片正面從而形成電子-空穴對，載流子在PN結形成的內部電場的作用下發生定向遷移，並藉由印刷燒結在電池片正面電極和背面電極傳導至外部電路。
太陽能電池正電極銀漿用於在太陽能電池片光照面形成電極，其主要由玻璃料、導電功能粉體、有機介質以及添加劑輥壓而成，再經由絲網印刷和高溫快速燒結後形成。其中，玻璃料在電池片正面形成良好的歐姆接觸，對電流的傳導發揮著關鍵的作用，是電池片優良光電轉換效率的前提和保障。
為了增加對太陽光的吸收，提高電池的轉換效率，通常在電池片光照面塗覆一層80~100nm左右的減反射塗層（如氮化矽、氧化矽、氧化鈦等），該塗層還可以起到鈍化層的效果，增加載流子的壽命，提高開路電壓和電流。因此，要求正電極銀漿料在燒結過程中不僅要能充分刻蝕減反射層，對矽片的腐蝕作用弱，還要與矽片形成較強的黏結強度和良好的歐姆接觸。
然而，習知正電極銀漿料面臨的主要問題之一是光電轉換效率與拉力之間的矛盾，如何開發出一款性能優異，兼顧高光電轉換效率和高拉力的太陽能正電極銀漿料，是目前業界關注的重點。
有鑑於此，有必要提供一種新的玻璃粉，以解決上述問題。
一種玻璃粉，其主要包括PbO、Bi2 O3 、TeO2 、SiO2 ，在該玻璃粉中，PbO的質量百分含量為20%~60%，Bi2 O3 的質量百分含量為10%~50%，TeO2 的質量百分含量為20%~60%，SiO2 的質量百分含量為5~15%。
其中，所述玻璃粉為PbO-Bi2 O3 -TeO2 體系的玻璃粉。
其中，所述玻璃粉還包括WO3 、ZnO、CaO、MgO、Al2 O3 、Li2 O、Na2 O、Fe2 O3 、B2 O3 及BaO中的一種或多種。
其中，所述玻璃粉中，WO3 的質量百分含量為0.5%~10%，ZnO的質量百分含量為0.5%~5%，CaO的質量百分含量為0~2%，MgO的質量百分含量為0~2%，Al2 O3 的質量百分含量為0~2%，Li2 O的質量百分含量為0.5%~3%，Na2 O的質量百分含量為0~2%，Fe2 O3 的質量百分含量為0.5%~2%，B2 O3 的質量百分含量為0.5%~2%，BaO的質量百分含量為0~2%。
其中，所述玻璃粉的中位粒徑的範圍為0.5μm~3μm。
一種應用上述玻璃粉的正電極銀漿，其包括有機載體、及分散於自有機載體內的銀粉和所述玻璃粉。
其中，所述正電極銀漿中，有機載體的質量百分含量為3%~15%，玻璃粉的質量百分含量為0.5%~5%，銀粉的質量百分含量為80%~95%。
其中，所述有機載體包括有機樹脂、溶劑、分散劑、增塑劑、表面活性劑及觸變劑。
其中，所述銀粉主要由第一銀粉和第二銀粉組成，該第一銀粉為粒徑範圍為1.6μm~1.8μm的球狀銀粉，該第二銀粉為粒徑範圍為2.0μm~2.2μm的球狀銀粉，第一銀粉的質量百分含量為10%~90%，第二銀粉的質量百分含量為10%~90%。
一種應用上述正電極銀漿的太陽能電池，其包括多晶矽電池片及結合在該多晶矽電池片表面的正電極，該正電極藉由將所述正電極銀漿印刷在多晶矽電池片上並燒結後形成。
所述玻璃粉藉由調整優化化學組成，一方面，降低了熔融玻璃液的表面張力，改善玻璃液的潤濕性能，從而提高了玻璃料的熔銀析銀能力，而納米銀的析出有助於玻璃層的多層隧道導電，可以保證正電極與多晶矽電池片之間形成良好的歐姆接觸，從而使得製備的正電極銀漿具備較高的光電轉換效率；另一方面，還可以提高玻璃本身的結構強度，同時由於潤濕性能的改善，玻璃過渡層厚度均勻，漿料在燒結後具備更高的拉力，從而使得製備的正電極銀漿具備更優的拉力性能，保證了太陽能電池的使用壽命。
無
本發明較佳實施方式提供一種玻璃粉，其主要用於晶體矽太陽能電池正電極銀漿的製備。該玻璃粉為PbO-Bi2 O3 -TeO2 體系的玻璃粉。該玻璃粉主要包括PbO（氧化鉛）、Bi2 O3 （三氧化二鉍）、TeO2 （二氧化碲）、SiO2 （二氧化矽）。其中，在該玻璃粉中，PbO的質量百分含量為20%~60%，Bi2 O3 的質量百分含量為10%~50%，TeO2 的質量百分含量為20%~60%，SiO2 的質量百分含量為5~15%。
所述玻璃粉的中位粒徑的範圍為0.5μm~3μm。
所述PbO可以降低玻璃熔點，提高玻璃的成玻範圍、拓寬工藝視窗。同時，PbO具有良好的熔銀能力，以及對多晶矽電池片表面的鈍化層的刻蝕能力。
所述Bi2 O3 有助於降低玻璃熔點，並對多晶矽電池片表面的鈍化層有較好的刻蝕效果。Bi2 O3 的添加可以相對減少PbO的用量，能夠改善玻璃料對多晶矽電池片的過度腐蝕。
所述TeO2 有助於形成玻璃網路結構，提高玻璃粉的熔銀析銀能力，並一定程度降低玻璃組分對多晶矽電池片表面的腐蝕。
所述SiO2 可以增強玻璃粉的網路結構，提高穩定性。
所述玻璃粉還包括但不限於WO3 （氧化鎢）、ZnO（氧化鋅）、CaO（氧化鈣）、MgO（氧化鎂）、Al2 O3 （三氧化二鋁）、Li2 O（氧化鋰）、Na2 O（氧化鈉）、Fe2 O3 （三氧化二鐵）、B2 O3 （氧化硼）及BaO（氧化鋇）等氧化物中的一種或多種，以進一步優化玻璃粉的性能。
其中，在玻璃粉中，WO3 的質量百分含量為0.5%~10%，ZnO的質量百分含量為0.5%~5%，CaO的質量百分含量為0~2%，MgO的質量百分含量為0~2%，Al2 O3 的質量百分含量為0~2%，Li2 O的質量百分含量為0.5%~3%，Na2 O的質量百分含量為0~2%，Fe2 O3 的質量百分含量為0.5%~2%，B2 O3 的質量百分含量為0.5%~2%，BaO的質量百分含量為0~2%。
所述WO3 可以降低玻璃液的表面張力，提高潤濕能力，有助於提高使用由該玻璃粉製得的正電極銀漿所製備的正電極的拉力性能。
所述ZnO、CaO、MgO、BaO有助於調節玻璃粉的高溫黏度。
所述Al2 O3 可以增強玻璃粉的網路結構，提高穩定性。
所述Li2 O、Na2 O、B2 O3 可以幫助降低玻璃熔點，同時，Li還可以調節玻璃層的膨脹係數，提高玻璃粉的強度，對玻璃粉的拉力性能有説明。
所述Fe2 O3 可以降低玻璃膨脹係數，提高玻璃粉的強度。
一種上述玻璃粉的製備方法，其包括如下步驟：
步驟S1：將PbO、Bi2 O3 、TeO2 、SiO2 、WO3 、ZnO、CaO、MgO、Al2 O3 、Li2 O、Na2 O、Fe2 O3 、B2 O3 及BaO等氧化物按照預定比例混合均勻並加入鉑金坩堝中。
步驟S2：將上述裝有氧化物的鉑金坩堝放入高溫燒結爐中，在800℃~1200℃的溫度下高溫燒製，保溫0.5h~2h，得到熔融玻璃液。
步驟S3：對上述熔融玻璃液進行淬冷，形成非晶態的玻璃顆粒。
步驟S4：將上述玻璃顆粒置於球磨機中進行球磨，得到中位粒徑範圍為0.5μm~3μm的玻璃粉。
可以理解，在所述步驟S1中，還可以使用可以分解成相應氧化物的各種鹽或氟化物等取代所述氧化物。
一種正電極銀漿，其主要用於製作太陽能電池的正電極。該正電極銀漿包括有機載體、及分散於自有機載體內的玻璃粉和銀粉。該正電極銀漿中，有機載體的質量百分含量為3%~15%，玻璃粉的質量百分含量為0.5%~5%，銀粉的質量百分含量為80%~95%。
所述有機載體包括有機樹脂、溶劑、分散劑、增塑劑、表面活性劑及觸變劑。其中，所述有機載體中，有機樹脂的質量百分含量為2%~10%，溶劑的質量百分含量為70%~80%，分散劑的質量百分含量為1%~10%，增塑劑的質量百分含量為1%~8%，表面活性劑的質量百分含量為0.5%~2%，觸變劑的質量百分含量為0.5%~6%。
所述有機樹脂為常規應用於正電極銀漿的有機樹脂。所述有機樹脂包括但不限於乙基纖維素、醋丁纖維素、松香樹脂、酚醛樹脂及酚醛環氧樹脂的一種或幾種。
所述溶劑為常規應用於正電極銀漿的溶劑。所述溶劑包括但不限於松油醇、二乙二醇單丁醚醋酸酯、十二醇酯、己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯及二乙二醇二丁醚的一種或幾種。
所述分散劑為常規應用於正電極銀漿的分散劑。所述分散劑包括但不限於二甲基環己胺、聚丙烯醯胺、脂肪酸聚乙二醇酯、三乙基己基磷酸、纖維素衍生物及改性松香樹脂中的一種或幾種。
所述增塑劑為常規應用於正電極銀漿的增塑劑。所述增塑劑包括但不限於檸檬酸三丁酯、鄰苯二甲酸甲酯及鄰苯二甲酸二辛脂的一種或幾種。
所述表面活性劑為常規應用於正電極銀漿的表面活性劑。所述表面活性劑包括但不限於卵磷脂、失水山梨醇脂肪酸酯、聚醚類物質的一種或幾種。
所述觸變劑為常規應用於正電極銀漿的觸變劑。所述觸變劑包括但不限於聚醯胺蠟及改性氫化蓖麻油的一種或兩種。
所述銀粉主要由第一銀粉和第二銀粉組成。該第一銀粉為粒徑範圍為1.6μm~1.8μm的球狀銀粉，該第二銀粉為粒徑範圍為2.0μm~2.2μm的球狀銀粉。所述銀粉中，第一銀粉的質量百分含量為10%~90%，第二銀粉的質量百分含量為10%~90%。
一種正電極銀漿的製備方法，其包括如下步驟：
步驟S11：製備或提供所述玻璃粉。
步驟S21：提供所述銀粉，將銀粉及玻璃粉按照預定的比例放入V型混料機中，混料5~10小時後取出，得到混合均勻的粉體。
步驟S31：將有機樹脂、溶劑、分散劑、增塑劑、表面活性劑及觸變劑按照預定比例混合後加熱至80℃~120℃，混合攪拌至有機樹脂溶解，得到有機載體。
步驟S41：將所述粉體及有機載體按照預定比例混合均勻，然後在三輥研磨機上進行研磨，三輥研磨機的輥距調整為40μm ~100μm，研磨5~10次，即製得均勻分散的正電極銀漿。其中，該正電極銀漿的細度小於10μm，正電極銀漿的黏度範圍大致為200 mpa•s ~350mpa•s。
一種太陽能電池，其包括多晶矽電池片及結合在該多晶矽電池片表面的正電極，該正電極藉由將所述正電極銀漿印刷在多晶矽電池片上並烘乾燒結後形成。
下面藉由具體實施例來對本發明做進一步說明。
實施例1
本實施例中，玻璃粉由PbO、Bi2 O3 、TeO2 、SiO2 、WO3 、ZnO、CaO、MgO、Al2 O3 、Li2 O、Na2 O、Fe2 O3 、B2 O3 及BaO製備而成。
其中，PbO的質量百分含量為30%，TeO2 的質量百分含量為31%，Bi2 O3 的質量百分含量為22%，SiO2 的質量百分含量為7%，ZnO的質量百分含量為2%，Na2 O的質量百分含量為1%，Li2 O的質量百分含量為1.5%，Al2 O3 的質量百分含量為1%，CaO的質量百分含量為0.5%，B2 O3 的質量百分含量為1%，Fe2 O3 的質量百分含量為0.5%， BaO的質量百分含量為0.5%，MgO的質量百分含量為0.5%，WO3 的質量百分含量為1.5%。
實施例2
本實施例中，玻璃粉由PbO、Bi2 O3 、TeO2 、SiO2 、WO3 、ZnO、CaO、MgO、Al2 O3 、Li2 O、Na2 O、Fe2 O3 、B2 O3 及BaO製備而成。
其中，PbO的質量百分含量為27%，TeO2 的質量百分含量為28%，Bi2 O3 的質量百分含量為26%，SiO2 的質量百分含量為7.5%，ZnO的質量百分含量為2.5%，Na2 O的質量百分含量為1%，Li2 O的質量百分含量為1.5%，Al2 O3 的質量百分含量為1%，CaO的質量百分含量為0.5%，B2 O3 的質量百分含量為1%，Fe2 O3 的質量百分含量為0.5%， BaO的質量百分含量為0.5%，MgO的質量百分含量為0.5%，WO3 的質量百分含量為2.5%。
實施例3
本實施例中，玻璃粉由PbO、Bi2 O3 、TeO2 、SiO2 、WO3 、ZnO、CaO、MgO、Al2 O3 、Li2 O、Na2 O、Fe2 O3 、B2 O3 及BaO製備而成。
其中，PbO的質量百分含量為24%，TeO2 的質量百分含量為26%，Bi2 O3 的質量百分含量為29%，SiO2 的質量百分含量為8%，ZnO的質量百分含量為3%，Na2 O的質量百分含量為0.5%，Li2 O的質量百分含量為1.5%，Al2 O3 的質量百分含量為1%，CaO的質量百分含量為0.5%，B2 O3 的質量百分含量為1%，Fe2 O3 的質量百分含量為0.5%， BaO的質量百分含量為0.5%，MgO的質量百分含量為1%，WO3 的質量百分含量為3.5%。
實施例4
本實施例中，玻璃粉由PbO、Bi2 O3 、TeO2 、SiO2 、WO3 、ZnO、CaO、MgO、Al2 O3 、Li2 O、Na2 O、Fe2 O3 、B2 O3 及BaO製備而成。
其中，PbO的質量百分含量為21%，TeO2 的質量百分含量為23%，Bi2 O3 的質量百分含量為33%，SiO2 的質量百分含量為8.5%，ZnO的質量百分含量為3.5%，Na2 O的質量百分含量為0.5%，Li2 O的質量百分含量為2%，Al2 O3 的質量百分含量為1%，CaO的質量百分含量為0.5%，B2 O3 的質量百分含量為0.5%，Fe2 O3 的質量百分含量為0.3%， BaO的質量百分含量為0.2%，MgO的質量百分含量為1.5%，WO3 的質量百分含量為4.5%。
實施例5
本實施例中，玻璃粉由PbO、Bi2 O3 、TeO2 、SiO2 、WO3 、ZnO、CaO、MgO、Al2 O3 、Li2 O、Na2 O、Fe2 O3 、B2 O3 及BaO製備而成。
其中，PbO的質量百分含量為18%，TeO2 的質量百分含量為21%，Bi2 O3 的質量百分含量為36%，SiO2 的質量百分含量為9%，ZnO的質量百分含量為3.5%，Na2 O的質量百分含量為0.5%，Li2 O的質量百分含量為2.5%，Al2 O3 的質量百分含量為1%，CaO的質量百分含量為0.5%，B2 O3 的質量百分含量為0.5%，Fe2 O3 的質量百分含量為0.3%， BaO的質量百分含量為0.2%，MgO的質量百分含量為1.5%，WO3 的質量百分含量為5.5%。
將所述實施例1~5中所製得的玻璃粉與有機載體及銀粉按照一定的比例充分混合製備正電極銀漿。其中，該玻璃粉的質量百分含量為3%，該有機載體的質量百分含量為6%，該銀粉的質量百分含量為91%。該有機載體由乙基纖維素、松油醇、聚丙烯醯胺、鄰苯二甲酸甲酯、軟磷脂和聚醯胺蠟組混合而成，其中，該乙基纖維素的質量百分含量為8%，該松油醇質量百分含量為75%，該聚丙烯醯胺質量百分含量為5%，該鄰苯二甲酸甲酯質量百分含量為4%，該軟磷脂質量百分含量為3%，該聚醯胺蠟質量百分含量為5%。該銀粉由第一銀粉和第二銀粉組成，其中，該第一銀粉的質量百分含量為15%，該第二銀粉的質量百分含量為85%。將該正電極銀漿藉由絲網印刷的方式印刷到多晶矽電池片上，烘乾燒結，即製得正電極。對該正電極的電性能及拉力性能進行測試，測試結果參見表一。
表一：正電極的電性能及拉力性能
其中，Uoc為負載開路電壓，Isc為短路電流，Rs為串聯電阻，FF為填充因數，Ncell為轉換效率。
由表一可知，由本發明的玻璃粉製得的正電極銀漿所製得的正電極具有較高的光電轉換效率和較優的拉力性能。
本發明的玻璃粉藉由調整優化化學組成，一方面，降低了熔融玻璃液的表面張力，改善了玻璃液的潤濕性能，從而提高了玻璃料的熔銀析銀能力，而納米銀的析出有助於玻璃層的多層隧道導電，可以保證正電極與多晶矽電池片之間形成良好的歐姆接觸，從而使得製備的正電極銀漿具備較高的光電轉換效率；另一方面，還可以提高玻璃本身的結構強度，同時由於潤濕性能的改善，玻璃過渡層厚度均勻，漿料在燒結後具備更高的拉力，從而使得製備的正電極銀漿具備更優的拉力性能，保證了太陽能電池的使用壽命。
本技術領域的普通技術人員應當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍之內，對以上實施例所作的適當改變和變化都落在本發明要求保護的範圍之內。
無
無

Claims (10)

  1. 一種玻璃粉，其改良在於，該玻璃粉包括PbO、Bi2 O3 、TeO2 、SiO2 ，在該玻璃粉中，PbO的質量百分含量為20%~60%，Bi2 O3 的質量百分含量為10%~50%，TeO2 的質量百分含量為20%~60%，SiO2 的質量百分含量為5~15%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的玻璃粉，其中，所述玻璃粉為PbO-Bi2 O3 -TeO2 體系的玻璃粉。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的玻璃粉，其中，所述玻璃粉還包括WO3 、ZnO、CaO、MgO、Al2 O3 、Li2 O、Na2 O、Fe2 O3 、B2 O3 及BaO中的一種或多種。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的玻璃粉，其中，所述玻璃粉中，WO3 的質量百分含量為0.5%~10%，ZnO的質量百分含量為0.5%~5%，CaO的質量百分含量為0~2%，MgO的質量百分含量為0~2%，Al2 O3 的質量百分含量為0~2%，Li2 O的質量百分含量為0.5%~3%，Na2 O的質量百分含量為0~2%，Fe2 O3 的質量百分含量為0.5%~2%，B2 O3 的質量百分含量為0.5%~2%，BaO的質量百分含量為0~2%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的玻璃粉，其中，所述玻璃粉的中位粒徑的範圍為0.5μm~3μm。
  6. 一種正電極銀漿，其包括有機載體、及分散於自有機載體內的玻璃粉和銀粉，其改良在於，該玻璃粉為申請專利範圍第1至5項任意一項所述的玻璃粉。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的正電極銀漿，其中，所述正電極銀漿中，有機載體的質量百分含量為3%~15%，玻璃粉的質量百分含量為0.5%~5%，銀粉的質量百分含量為80%~95%。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的正電極銀漿，其中，所述有機載體包括有機樹脂、溶劑、分散劑、增塑劑、表面活性劑及觸變劑。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的正電極銀漿，其中，所述銀粉主要由第一銀粉和第二銀粉組成，該第一銀粉為粒徑範圍為1.6μm~1.8μm的球狀銀粉，該第二銀粉為粒徑範圍為2.0μm~2.2μm的球狀銀粉，第一銀粉的質量百分含量為10%~90%，第二銀粉的質量百分含量為10%~90%。
  10. 一種太陽能電池，其包括多晶矽電池片及結合在該多晶矽電池片表面的正電極，其改良在於，該正電極藉由將申請專利範圍第6至9項任意一項所述的正電極銀漿印刷在多晶矽電池片上並燒結後形成。
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