专利名称：用于硅太阳能电池正面银浆无铅低熔点玻璃粉及制备方法
技术领域：
本发明涉及电子材料技术领域，尤其是涉及一种晶硅太阳能电池正面银浆用无铅低熔点玻璃粉及其制备方法。
背景技术：
光伏产业作为21世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔，受到世界各国的广泛重视，并投入了大量的人力财力进行研究与开发，其中影响太阳能利用效率的关键是如何提高太阳能电池的转换效率，而影响太阳能电池转换效率的因素主要包括电池表面反射损失、接触栅线和电极的阴影损失以及长波段的非吸收的光学损失和半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻和半导体/金属界面的电学损失。晶硅太阳能电池作为太阳能电池的一种，它是将太阳能转换成电能的半导体器件，太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下,光生空穴由η区流向ρ区,光生 电子由P区流向η区形成电流，通过栅线和电极将电流收集并传输出去。晶硅太阳能电池正面电极和栅线是由导电银浆通过印刷、烘干、烧结工艺制成。该导电银浆通常由银粉、玻璃粉和有机载体制备而成。其中玻璃粉在快速烧结时液化，腐蚀硅片表面的减反射膜层，使银粉和硅基片之间形成良好的欧姆接触。玻璃粉的成分、含量、粒径大小和软化温度会直接影响接触电阻、穿透减反射膜能力、电极的导电性能和电极与基板之间的附着力，同时还会影响接触栅线和电极对太阳光的吸收和反射，从而影响太阳能电池的光电转化效率和使用寿命。目前制备晶硅太阳能电池正面银浆用玻璃粉，大多采用Pb-Si-B、Pb-B-Zn等含铅系列玻璃粉，这种玻璃粉具有熔点低，高温熔化时流动性好，与硅表面浸润良好以及电性对稳定可靠等优点，得到广泛应用，但铅含量很高，其使用对环境造成了非常大的污染，随着2006年欧盟ROSH指令颁布，电子制造业的发展趋势是电子产品无铅化、绿色化，含铅玻璃粉的应用受到限制。而Bi-B系、Zn-B系无铅玻璃粉在高温流动性、玻璃与基片的浸润性都不如铅玻璃粉。另外，公开号为CN101483207A中国专利公开了一种环保型硅太阳能电池正面栅线电极银导体浆料，选用Ba-Zn-B系玻璃粉，能很好地熔化硅太阳能电池片硅表面的减反射膜，使银和硅能很好接触，从而使电池片有优良的光电转换性能，但其玻璃粉成分较多，生产控制比较复杂，玻璃软化点高，同时玻璃粉粒径较大，影响浆料的烧结性能。在申请公布号为CN102126829A中国专利中公开了一种无铅玻璃粉，其软化温度、熔化温度、热膨胀系数等都适合于晶硅太阳能电池正面银浆，配制的银浆制得的晶硅太阳能电池光电转换率达17. 5%，但没有考虑印刷栅线及电极对于光的吸收和电极栅线阴影对光的反射作用，没有考虑接触栅线和电极的阴影对提高光的吸收效率及转化效率的影响。同时该专利优选了 O. 5 5um的玻璃粉范围，也没有考虑粒度分布的均匀性以及跨度对减反射膜的穿透和银粉与硅基体的附着力及导电性能产生的影响
发明内容
本发明所要解决的技术问题是改善电极和栅线以及电极阴影对光的吸收和反射，从而提高太阳能电池片的光电转化效率。提供一种低熔点无铅玻璃粉及其制备方法，该玻璃粉完全替代传统的含铅玻璃，通过控制玻璃成分，使之形成一种玻璃半导体，通过制成浆料形成电极后，能减少印刷栅线和电极对太阳光的反射，减少接触栅线和电极阴影对光的影响，增加栅线和电极对光的吸收，同时具有较低的软化点、合适的热膨胀系数和合理的粒径分布及跨度，能在低温度下融化并具有良好的流动性，能很好的穿透硅基片表面的减反射膜，使银晶体与硅基片形成良好的欧姆接触，从而提高太阳能电池的光电转化效率和使用寿命。本发明通过以下技术方案来实现
本发明一种用于硅太阳能电池正面银浆无铅低熔玻璃粉，由重量百分比为Bi20330 60%,B2O3L 5 18%, ZnO I 13%, Al2O3 I 15%,BaO O. I 6%, TeO2IO 45% 和 Si023 25%配制加工而成，玻璃粉为玻璃半导体，软化温度为410 540°C，热膨胀系数为56 75X 10_7/°C，粒径范围在O. 3 4um，粒径跨度小于I. 3。本发明无铅低熔点玻璃组分中，加入TeO2使玻璃形成一种玻璃半导体，增强对光的吸收，同时减小对光的反射作用，优选TeO2重量百分含量为15 40%。优选的是所述玻璃粉其粒径大小范围为O. 3 4um，玻璃粉粒径跨度小于I. 3。进一步优选的是所述无铅低熔点玻璃粉其粒径形态为球形。本发明无铅低熔点玻璃粉的制备方法，包括下列步骤
Cl)按重量百分比称取各原料混合均匀，该无铅玻璃粉组分由Bi203、B2O3> ZnO, A1203、BaO, TeO2和SiO2组成，各组分重量百分比含量为Bi20330 60%、B2O3L 5 18%、ZnO I 13%、Al2O3 I 15%、BaO O. I 6%、TeO2IO 45% 和 Si023 25%。(2)将混合料加入坩埚内，将坩埚加盖并放入硅碳棒电阻炉内加热熔炼；
(3)将熔炼好的玻璃液水淬；
(4)将水淬后的玻璃料烘干；
(5)对烘干的玻璃料进行粉碎成粉末；
(6)对玻璃粉末进行分级，得到粒度细、均匀的玻璃粉；
步骤(2)中将混合料熔炼是将混合料放入坩埚中并加盖，在电炉内加热熔炼，所述坩埚为钼坩埚，所述的熔炼是加热熔炼温度为980 1150°C，保温时间20 90min。步骤(5)中对烘干的玻璃料进行粉碎成粉末优选采用行星球磨机与气流粉碎机相结合的粉碎方式；
步骤(6)中对玻璃粉末进行分级的设备优选采用气流分级设备。本发明的有益效果为本发明提供的无铅低熔点玻璃粉用于制作晶硅太阳能电池正面银浆料作为粘结相，能形成一种玻璃半导体，通过制成浆料形成电极后，能减少印刷栅线和电极对太阳光的反射，减少接触栅线和电极阴影对光的影响，增加栅线和电极对光的吸收，同时具有较低的软化点、低的热膨胀系数，具有良好的流动性，能很好的穿透硅基片表面的减反射膜，使银晶体与硅基片形成良好的欧姆接触，而且原料组成成分少，制备工艺简单，从而有益于提高太阳能电池的光电转化效率和使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，表I是实施例的成分配比及测试的性能指标。实施例I
按表I中实施例I配方配料lOOOg，并混合均匀，将混合料装入钼坩埚内，将钼坩埚加盖并放入硅碳棒电阻炉内加热熔炼，加热熔炼温度为1050°C，保温30分钟；熔制好的玻璃液立即倒入纯净水中，进行水淬后形成细小颗粒，在常压下120°C的烘箱中烘干；干燥的玻璃颗粒用气流粉碎机粉碎至粒径D90在8um以下,再采用球磨粉碎机进一步粉碎至粒径D90至5um以下；将得到的粒径5um以下的玻璃粉末用气流分机设备进行分级，制得粒径在O. 3 4um，粒径跨度小于I. 3的低熔点玻璃粉末，测试玻璃粉的各项性能参数见表1，将制得的玻璃粉按银浆料总重的3%加入导电银浆中，通过印刷、烘干、烧结工艺制成晶硅太阳能电池正面电极和栅线，测试电池片的转化率，结果见表I。实施例2 按表I中实施例2配方配料lOOOg，并混合均匀，将混合料装入钼坩埚内，将钼坩埚加盖并放入硅碳棒电阻炉内加热熔炼，加热熔炼温度为1000°C，保温40分钟；熔制好的玻璃液立即倒入纯净水中，进行水淬后形成细小颗粒，在常压下120°C的烘箱中烘干；干燥的玻璃颗粒用气流粉碎机粉碎至粒径D90在8um以下,再采用球磨粉碎机进一步粉碎至粒径D90至5um以下；将得到的粒径5um以下的玻璃粉末用气流分机设备进行分级，制得粒径在0. 3 4um，粒径跨度小于I. 3的低熔点玻璃粉末，测试玻璃粉的各项性能参数见表1，将制得的玻璃粉按银浆料总重的3%加入导电银浆中，通过印刷、烘干、烧结工艺制成晶硅太阳能电池正面电极和栅线，测试电池片的转化率，结果见表I。实施例3
按表I中实施例3配方配料lOOOg，并混合均匀，将混合料装入钼坩埚内，将钼坩埚加盖并放入硅碳棒电阻炉内加热熔炼，加热熔炼温度为1000°C，保温50分钟；熔制好的玻璃液立即倒入纯净水中，进行水淬后形成细小颗粒，在常压下120°C的烘箱中烘干；干燥的玻璃颗粒用气流粉碎机粉碎至粒径D90在8um以下,再采用球磨粉碎机进一步粉碎至粒径D90至5um以下；将得到的粒径5um以下的玻璃粉末用气流分机设备进行分级，制得粒径在
0.3 4um，粒径跨度小于I. 3的低熔点玻璃粉末，测试玻璃粉的各项性能参数见表1，将制得的玻璃粉按银浆料总重的3%加入导电银浆中，通过印刷、烘干、烧结工艺制成晶硅太阳能电池正面电极和栅线，测试电池片的转化率，结果见表I。实施例4
按表I中实施例3配方配料lOOOg，并混合均匀，将混合料装入钼坩埚内，将钼坩埚加盖并放入硅碳棒电阻炉内加热熔炼，加热熔炼温度为1100°C，保温20分钟；熔制好的玻璃液立即倒入纯净水中，进行水淬后形成细小颗粒，在常压下120°C的烘箱中烘干；干燥的玻璃颗粒用气流粉碎机粉碎至粒径D90在8um以下,再采用球磨粉碎机进一步粉碎至粒径D90至5um以下；将得到5um以下粒径的玻璃粉末用气流分机设备进行分级，制得粒径在0. 3 4um,粒径跨度小于I. 3的低熔点玻璃粉末，测试玻璃粉的各项性能参数见表1，将制得的玻璃粉按银浆料总重的3%加入导电银浆中，通过印刷、烘干、烧结工艺制成晶硅太阳能电池正面电极和栅线，测试电池片的转化率，结果见表I。实施例5按表I中实施例3配方配料lOOOg，并混合均匀，将混合料装入钼坩埚内，将钼坩埚加盖并放入硅碳棒电阻炉内加热熔炼，加热熔炼温度为1100°C，保温20分钟；熔制好的玻璃液立即倒入纯净水中，进行水淬后形成细小颗粒，在常压下120°C的烘箱中烘干；干燥的玻璃颗粒用气流粉碎机粉碎至粒径D90在8um以下,再采用球磨粉碎机进一步粉碎至粒径D90至5um以下，将得到的玻璃粉测试各项性能参数见表1，将制得的玻璃粉按银浆料总重的3%加入导电银浆中，通过印刷、烘干、烧结工艺制成晶硅太阳能电池正面电极和栅线，测试电池片的转化率，结果见表I。表I.实施例的成分配比及性能指标
权利要求
1.一种用于硅太阳能电池正面银浆无铅低熔玻璃粉，其特征在于是由重量百分比为Bi20330 60%、B2O3L 5 18%、ZnO I 13%、Al2O3 I 15%、BaO O. I 6%、TeO2IO 45%和Si023 25%配制加工而成，玻璃粉为玻璃半导体，软化温度为410 540°C，热膨胀系数为56 75X 1(TV°C，粒径范围在O. 3 4um，粒径跨度小于I. 3。
2.根据权利要求I所述的一种用于硅太阳能电池正面银浆无铅低熔玻璃粉，其特征在于所述TeO2重量百分含量为15 40%。
3.根据权利要求I所述的一种用于硅太阳能电池正面银浆无铅低熔玻璃粉，其特征在于所述玻璃粉其粒径形态为球形。
4.按照权利要求I所述的一种用于硅太阳能电池正面银浆无铅低熔玻璃粉的制备方法，其特征是依次按下列步骤和条件加工 Cl)按重量百分比称取各原料混合均匀，该无铅玻璃粉组分由Bi203、B2O3> ZnO, A1203、BaO, TeO2和SiO2组成，各组分重量百分比含量为Bi20330 60%、B2O3L 5 18%、ZnO I 13%、Al2O3 I 15%、BaO O. I 6%、TeO2IO 45% 和 Si023 25% ； (2)将混合料加入坩埚内，将坩埚加盖并放入硅碳棒电阻炉内加热熔炼； (3)将熔炼好的玻璃液水淬； (4)将水淬后的玻璃料烘干； (5)对烘干的玻璃料进行粉碎成粉末； (6)对玻璃粉末进行分级，得到粒度细、均匀的玻璃粉； 步骤(2)中将混合料熔炼是将混合料放入坩埚中并加盖，在电炉内加热熔炼，所述坩埚为钼坩埚，所述的熔炼是加热熔炼温度为980 1150°C，保温时间20 90min。
5.根据权利要求4所述的一种用于硅太阳能电池正面银浆无铅低熔玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤(5)中对烘干的玻璃料进行粉碎成粉末采用行星球磨机与气流粉碎机相结合的粉碎方式。
6.根据权利要求4所述的一种用于硅太阳能电池正面银浆无铅低熔玻璃粉的制备方法，其特征在于步骤(6)中对玻璃粉末进行分级的设备采用气流分级设备。
全文摘要
一种用于硅太阳能电池正面银浆无铅低熔点玻璃粉及其制备方法，主要用于硅太阳能电池正面银浆作粘结剂，其组分及重量百分比含量为Bi2O330～60%、B2O31.5～18%、ZnO1～13%、Al2O31～15%、BaO0.1～6%、TeO210～45%和SiO23～25%，其制备方法为①称量配制混合料；②混合料加入坩埚中加盖熔炼；③水淬熔制好的玻璃液；④烘干粉碎；⑤粉末分级。本发明制得的玻璃粉导电性能良好，能减少印刷栅线和电极对太阳光的吸收和反射，减少接触栅线和电极的阴影损失，同时具有较低的软化点、低的热膨胀系数，有益于提高太阳能电池的光电转化效率和使用寿命。
文档编号C03C12/00GK102910828SQ20121047453
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者刘顺勇, 李飞, 代勇, 赵和英, 郭之军, 贺思全, 陈文强, 吕昌 申请人:贵州威顿晶磷电子材料有限公司