太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆及其制备和应用方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆及其制备和应用方法，该含铅碲铋玻璃浆是将由10-40%的PbO、10-45%的TeO2和0.1-5%的Bi2O3组成的混合料加热熔融并经淬火、球磨后制成的玻璃颗粒加入10-79%的有机介质中，搅拌均匀后研磨至颗粒度为5μm以下制成含铅碲铋玻璃浆，该含铅碲铋玻璃浆料可以替代传统的高含铅量玻璃粉，具有含铅量低、熔点低、附着力好、接触电阻低、转换效率高、可靠性好等优点，在硅晶太阳能电池正面电极浆料中应用可获得具有性能和特性与常规太阳能电极的性能和特性相当甚至更优的太阳能电池，该含铅碲铋玻璃浆在太阳能电池正电极浆料中的使用比例为0.1-50%。
【专利说明】太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆及其制备和应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及硅晶太阳能电池领域，特别是涉及一种太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆及其制备和应用。
【背景技术】
[0002]通用的硅晶太阳能电池由P型硅晶半导体衬底、N型扩散层、减反射膜、背面电极和正面电极等组成。正面电极一般是采用丝网印刷的方式把浆料印刷在减反射膜上经过500-900°C下快速烧结形成的。工业化生产采用的正面电极浆料主要由银、玻璃材料和有机载体等组分轧制而成。在烧结过程中，正面电极浆料中玻璃材料的作用是将减反射膜熔化并除去，获得正面电极和N型扩散层之间的点接触，此过程通常称为烧穿(Fire-through)。
[0003]烧结过程中玻璃材料对太阳能电池性能影响很大。当正面电极未贯穿减反射膜时，会造成粘结强度波动以及不能在正面电极和N型扩散层之间获得稳定欧姆接触等问题，不足的欧姆接触可在输出期间引起损失，从而导致太阳能电池的较低转化效率以及电流/电压特性的下降。但是若正面电极贯穿减反射膜后贯穿N型扩散层下方并侵入半导体衬底，则P-N结可能损坏，且由电流/电压特性测量获得的填充因子会受到不利影响。
[0004]为了获得合适的烧穿，优选对减反射膜具有良好溶解性的玻璃材料作为正极银浆中的玻璃料。其中含有氧化铅的玻璃材料经常作为常规银浆中的玻璃料来形成电极，因为含铅玻璃的软化点易于调节，与硅衬底具有良好粘结性，可较彻底地烧穿减反射膜，制备的太阳能电池性能良好。但是，近年来随着人们环保意识的提高，含氧化铅的玻璃材料由于其毒性及污染问题，限制了其进一步应用。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低含铅量、低熔点且稳定性较好的含铅碲铋玻璃浆及其制备和应用方法，本发明将含铅碲铋玻璃料和有机介质混合制备成含铅碲铋玻璃浆，其好处在于浆料制备方便，有利于玻璃粉颗粒度的控制及储存，将玻璃粉颗粒度降低至5微米以下，同时具有一定比例的纳米氧化铋粉体，有利于降低玻璃体制备后浆料和硅片的接触电阻，本发明的玻璃浆附着力好、接触电阻低、转换效率高、可靠性好。
[0006]本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]本发明提供了一种太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆，按所述含铅碲铋玻璃浆总重量百分比计，其组分和含量如下:
[0008]PbO:10-40% ；
[0009]TeO2:10-45% ；
[0010]Bi2O3:0.1-5% ；
[0011]有机介质:10-79%。
[0012]进一步地说，其中的有机介质可以是松香树脂、丙烯酸树脂和纤维素树脂中的一种。[0013]进一步地说，所述含铅碲铋玻璃浆的软化温度为200-400°C，所述含铅碲铋玻璃浆在25-300°C范围内的热膨胀系数为100X1(T7/°C -200 X 1(T7/°C。
[0014]进一步地说，所述含铅碲铋玻璃浆中Bi2O3的颗粒粒径为10nm-5000nm，较佳为30nm-3000nm,更佳为200nm-500nm。所述含铅碲铋玻璃浆中玻璃粉颗粒度为5 μ m以下。
[0015]本发明还提供了上述太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆的制备方法，制备过程按下述步骤进行:
[0016]一、备料:按原料重量百分比计，原料配比如下:PbO:10-40% ；Te02:10-45% ；Bi203:
0.1-5% ;有机介质:10-79% ；
[0017]二、将所述PbO、TeO2及Bi2O3混合料置于700-1000°C下加热熔融，得到熔融玻璃液；
[0018]三、对所述熔融玻璃液进行淬火处理，得到颗粒状玻璃；
[0019]四、将所述颗粒状玻璃进行球磨，再过筛，得到含铅碲铋玻璃材料；
[0020]五、将所述含铅碲铋玻璃材料加入所述有机介质中，搅拌均匀后进行研磨，研磨控制颗粒度至5 μ m以下，制得太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆。 [0021]进一步地说，步骤四中，球磨并过筛后颗粒尺寸控制在0.2-20 μ m。
[0022]进一步地说，步骤五中，使用高速搅拌机搅拌均匀，再使用三辊研磨机进行研磨。
[0023]本发明还提供了上述太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆的应用方法，所述含铅碲铋玻璃浆在太阳能电池正电极浆料中的使用比例为0.1-50%，优选为2-30%，更优选为6-15%。
[0024]本发明的有益效果是:本发明的含铅碲铋玻璃浆以PbO和TeO2组分为主要玻璃形成体，具有低熔化温度、高度耐久且易于将银溶于固溶体的优点；且1^02具有与氧化硅的极低反应性以及较宽的红外透过区、高的光电耦合系数、较好的抗腐蚀性能、较高的折射率、较低的熔制温度、低的声子能量和较好的化学稳定性等一系列特点。此外，在含铅碲玻璃材料的配方中加入有Bi2O3，可以有效提高玻璃材料中声子的能量以及降低玻璃材料的玻璃化转变温度，又可降低太阳能电池硅片与玻璃浆的接触电阻。由于上述含铅碲铋玻璃浆具有较高的热稳定性、化学稳定性以及较强的耐腐蚀能力，且对银的固含量较高、对氧化硅的反应性较低，玻璃材料的软化温度为200-400°C，在25-300°C范围内的热膨胀系数为IOOXIO^voC -200X10_7/°C，因此该含铅碲铋玻璃浆料可以替代传统的高含铅量玻璃粉，在硅晶太阳能电池正面电极浆料中应用，可获得具有性能和特性与常规太阳能电极的性能和特性相当甚至更优的太阳能电池。
【具体实施方式】
[0025]以下通过特定的具体实例说明本发明的【具体实施方式】，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不悖离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
[0026]实施例:
[0027]1.按照下表1中各实施例的质量百分含量数据称取各原料组分；
[0028]2.将步骤I中称量好的各原料使用球磨机进行混匀，混合后装入熔融石英或刚玉坩埚中，在高温炉中加热，温度控制在700-1000°C，形成熔融玻璃液；[0029]3.将熔融玻璃液倒入水中快速冷却，然后烘干得到颗粒状玻璃；
[0030]4.将颗粒状玻璃用球磨机球磨至0.2-20 μ m(较佳是0.5-3 μ m)，球磨后的玻璃粉过筛，得到粉状的含铅締秘玻璃材料；
[0031]5.取步骤4得到的粉状的含铅碲铋玻璃材料加入有机介质中，高速搅拌机搅拌均匀后，使用三辊研磨机将其颗粒度降至5微米以下。其中，有机介质可以在松香树脂、丙烯酸树脂和纤维素树脂这几大类中进行选取。其中，Bi2O3的颗粒粒径为10nm-5000nm，较佳为30nm-3000nm,更佳为 200nm-500nm。
[0032]取步骤4得到的粉状的含铅碲铋玻璃材料适量采用差示扫描量热分析法(DSC法)测试软化点温度，结果见下表1。
[0033]表1
[0034]
【权利要求】
1.一种太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆，其特征在于，按所述含铅碲铋玻璃浆总重量百分比计，其组分和含量如下:
PbO:10-40% ；
TeO2:10-45% ；
Bi2O3:0.1-5% ； 有机介质:10-79%。
2.如权利要求1所述的太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆，其特征在于，所述有机介质是松香树脂、丙烯酸树脂和纤维素树脂中的一种。
3.如权利要求1所述的太阳能电池 正电极用含铅碲铋玻璃浆，其特征在于，所述含铅碲铋玻璃浆的软化温度为200-400°C，所述含铅碲铋玻璃浆在25-300°C范围内的热膨胀系数为 100X10_7/oC -200 X IO^V0C ο
4.如权利要求1所述的太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆，其特征在于，所述含铅碲铋玻璃浆中Bi2O3的颗粒粒径为10nm-5000nm，所述含铅碲铋玻璃浆中玻璃粉颗粒度为5 μ m以下。
5.一种太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆的制备方法，其特征在于，制备过程按下述步骤进行: 一、备料:按原料重量百分比计，原料配比如下=PbO: 10-40% ；Te02: 10-45% ；Bi203:0.1-5% ;有机介质:10-79% ； 二、将所述PbO、TeO2及Bi2O3混合料置于700-1000°C下加热熔融，得到熔融玻璃液； 三、对所述熔融玻璃液进行淬火处理，得到颗粒状玻璃； 四、将所述颗粒状玻璃进行球磨，再过筛，得到含铅碲铋玻璃材料； 五、将所述含铅碲铋玻璃材料加入所述有机介质中，搅拌均匀后进行研磨，研磨控制颗粒度至5 μ m以下，制得太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆。
6.如权利要求5所述的太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆的制备方法，其特征在于，步骤四中，球磨并过筛后颗粒尺寸控制在0.2-20 μ m。
7.如权利要求5所述的太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆的制备方法，其特征在于，步骤五中，使用高速搅拌机搅拌均匀，再使用三辊研磨机进行研磨。
8.—种如权利要求1至7所述的太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆的应用方法，其特征在于，所述含铅碲铋玻璃浆在太阳能电池正电极浆料中的使用比例为0.1-50%。
9.如权利要求8所述的太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆的应用方法，其特征在于，所述含铅碲铋玻璃浆在太阳能电池正电极浆料中的使用比例为2-30%。
10.如权利要求9所述的太阳能电池正电极用含铅碲铋玻璃浆的应用方法，其特征在于，所述含铅碲铋玻璃浆在太阳能电池正电极浆料中的使用比例为6-15%。
【文档编号】C03C12/00GK103951262SQ201410150480
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】白海赞 申请人:江苏欧耐尔新型材料有限公司