用于N型太阳能电池正面浆料的玻璃粉及其制备方法与流程

用于n型太阳能电池正面浆料的玻璃粉及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池导电银浆技术领域，特别涉及topcon n型太阳能电池正面浆料用玻璃粉及其制备方法，属于topcon n型太阳能电池技术领域。


背景技术：

2.随着各国经济飞速发展，人类消耗能源速度日益加剧，由于传统资源的过度开采，人类对于新兴能源的依赖需求逐渐扩大。近年来太阳能光伏发电技术及应用发展迅速，持续的降本提效对于整个行业非常重要。在众多太阳能电池技术中，晶硅太阳能电池因为成本低、光电转换效率高，技术革新发展快速。其中高转换效率的电池结构，如隧穿氧化钝化接触(tunnel oxide passivated contact，topcon)。topcon电池作为目前最具发展前景的高效太阳能电池之一，不仅能实现hit电池结果相当的表面钝化效果，而且还可以于高温烧结工艺相兼容，同时也能够避免电极接触点引起的高复合问题。
3.topcon电池技术正面发射极主要采用银铝浆料，纯银浆料在n型电池发射极难以形成良好接触效果，铝粉引入后，可在发射极表面形成ag-al-si相，降低电阻。目前n型topcon电池银铝浆玻璃粉使用一般常用一类玻璃粉，容易造成对pn结的损伤，过度腐蚀sinx层，击穿pn结。


技术实现要素：

4.针对上述问题情况，本发明提供一种用于n型太阳能电池正面浆料玻璃粉及其制备方法，可以有效适用于n型topcon电池正面金属化技术，该n型太阳能电池正面浆料玻璃粉中含有高含量pb、bi，能够很好的腐蚀钝化层，并提供良好的熔银，良好浸润太阳能电池硅片，获得较好的欧姆接触，同时玻璃粉能够提供良好的控制腐蚀接触效果，提升电池光电转化效率。
5.本发明的技术方案如下：
6.用于n型太阳能电池正面浆料的玻璃粉，包含两种玻璃粉组合物。其中，第一类玻璃粉，以不含碲锌铋，以铅硼为必需成分的铅硅玻璃系玻璃；第二类玻璃粉，以不含铅，以碲铋硅为必需成分的碲系玻璃。其中，第一类玻璃粉，主要作为立体腐蚀硅片alox钝化层，在高温烧结过程最先熔化，润湿硅片表面，溶解过程中，达到ag原子极限后，出现银微晶，打开ag-si导电接触窗口；但过量后，软化点较低，玻璃液态持续时间较长，容易导致pn结击穿；第二类玻璃粉，主要作为选择抑制玻璃熔体对si表面的侵蚀，同时能够铺展在si表面，从而阻断ag-si烧结，有效降低复合损耗；
7.本发明通过以下技术方案进行实施：
8.本发明所述的两种玻璃粉组合物，其中，第一类玻璃粉，以不含碲锌铋，以铅硼为必需成分的铅硼玻璃系玻璃；第二类玻璃粉，以不含铅，以碲铋硅为必需成分的碲系玻璃。
9.本发明所述的第一类玻璃粉，由以下组分原料制得：25～70mol％pbo，1～50mol％bo，1～10mol％r2o及其他。
10.本发明所述的第二类玻璃粉，由以下组分原料制得：1～30mol％zno，1～40mol％bio，1～30mol％teo，1～20mol％bo，1～30mol％sio，1～10mol％r2o及其他。
11.本发明所述的两种玻璃粉搭配比例，第一类玻璃粉占混合玻璃粉中总质量比的30-80％，第二类玻璃粉占混合玻璃粉中总质量比的20-70％。
12.本发明所述的碱金属氧化物r2o为na2o、li2o、k2o的一种或几种。
13.本发明所述的第一类玻璃粉还含有钛、镁、铝、钙的氧化物或其盐类的一种或几种，所述的钛、镁、铝、钙的氧化物或其盐类的含量为1～20mol％；第二类玻璃粉还含有钛、镁、铝、钙、钡、钨的化物或其盐类的一种或几种，所述的钛、镁、铝、钙、钡、钨的氧化物或其盐类的含量为1～30mol％。
14.本发明所述玻璃粉的粒径d50小于10um，所述玻璃粉软化点在300～400℃。
15.本发明所述用于n型太阳能电池正面浆料玻璃粉的制备方法，所述的制备方法为高温熔融水淬法或冷轧法。
16.本发明所述用于n型太阳能电池正面浆料玻璃粉制备方法，所述制备方法制得的混合玻璃粉在n型太阳能电池正面浆料中的重量比控制在2～8％。
17.制备上述的第一类玻璃粉和第二类玻璃粉的方法包括以下流程：
18.(1)根据玻璃物料配比进行配料，各组分物料以摩尔百分比计，通过计算称量各组分重量，将其在混料机内充分混合均匀；
19.(2)将物料装入铂金坩埚，使用升降炉在1000～1300℃条件下进行熔融，保温时间1h，玻璃状态均化后，采用熔融水淬法或冷轧法制得玻璃料；
20.(3)玻璃料采用卧式或立式球磨机研磨，所述球磨机转速为350-400r/min，溶剂为酒精，研磨时间12h，烘干后获得d50＜10um物料，进一步地，所获得物料为d50≤5um。
21.与现有技术相比，本发明提供用于n型太阳能电池正面浆料玻璃粉，该玻璃料为铅硼体系及碲系玻璃混合。进一步的，为铅硼体系及碲铋硅体系。其作用方式与传统玻璃料有着较大差异，铅硼体系能够有较好的腐蚀熔银能力，提供较多的熔银析出并打开导电接触窗口。碲铋硅体系能够提供更优的控制选择接触能力，同时作用有利于提升电池片开压、效率。
22.第一类玻璃粉以不含碲锌铋，以铅硼为必需成分的铅硼玻璃系玻璃；其硼酸盐在高温烧结过程中，在较低的温度能够熔化蚀穿减反射层，打开ag-si界面，玻璃中的高含量铅活性基团能够快速的形成导电接触窗口，形成良好的倒金字塔结构，大大提高融银效能，得到良好的接触电阻、填充因子，提升电池片效率。
23.第二类玻璃粉，以不含铅，以碲铋硅为必需成分的碲系玻璃。其含高含量的硅，玻璃流动性较低，高温烧结过程中，抑制玻璃熔体对硅表面的腐蚀，并产生合适的钝化效果。其含有适量的碲铋能够保证与第一类玻璃粉适配，保持合适的侵蚀能力，铺展硅表面。通过调节硅铝含量控制玻璃熔体的抑制能力，碲铋能够保证玻璃适当的流动性和侵蚀融银能力。
24.本发明技术方案具有如下有益效果：本发明提供用于n型太阳能电池正面浆料玻璃粉，可以有效适用于n型topcon电池正面金属化技术，该n型太阳能电池正面浆料玻璃粉中含有高含量pb、bi，能够很好的腐蚀钝化层，并提供良好的熔银，良好浸润太阳能电池硅片，获得较好的欧姆接触，同时玻璃能够提供良好的控制腐蚀接触效果，提升电池光电转化
效率。
25.相对于其他n型太阳能电池正面浆料用单一玻璃粉,本发明采用两类玻璃粉混合，通过两类玻璃粉的结合，无机体系对不同膜层间的侵蚀及控制超薄sio2层界面，协调搭配银铝浆性能，能够有效提升开压，并降低串阻。
具体实施方式
26.本发明的铅硼玻璃体系由以下组分原料制得：25～70mol％pbo，1～50mol％bo，1～10mol％r2o及其他。
27.本发明的碲系玻璃由以下组分原料制得：1～30mol％zno，1～40mol％bio，1～30mol％teo，1～20mol％bo，1～30mol％sio，1～10mol％r2o及其他。
28.本发明的两种玻璃粉搭配比例，第一类玻璃粉占混合玻璃粉中总质量比的30-80％，第二类玻璃粉占混合玻璃粉中总质量比的20-70％。
29.本发明的碱金属r2o为na2o、li2o、k2o的一种或几种。
30.本发明的第一类玻璃粉还含有钛、镁、铝、钙的氧化物或其盐类的一种或几种，所述的钛、镁、铝、钙的氧化物或其盐类的含量为1～20mol％；第二类玻璃粉还含有钛、镁、铝、钙、钡、钨的化物或其盐类的一种或几种，所述的钛、镁、铝、钙、钡、钨的氧化物或其盐类的含量为1～30mol％。
31.本发明的玻璃粉的粒径d50小于10um，所述玻璃粉软化点在300～400℃。
32.本发明的n型太阳能电池正面浆料玻璃粉制备方法，所述的制备方法为高温熔融水淬法或冷轧法。
33.本发明的n型太阳能电池正面浆料玻璃粉制备方法，所述的混合玻璃在浆料中的重量比控制在2～8％。
34.制备上述的第一类玻璃粉和第二类玻璃粉的方法包括以下流程：
35.(1)表1、2中玻璃物料配比进行配料，各组分物料以摩尔百分比计，通过计算称量各组分重量，将其在混料机内充分混合均匀；
36.(2)将物料装入铂金坩埚，使用升降炉在1000～1300℃条件下进行熔融，保温时间1h，玻璃状态均化后，采用熔融水淬法或冷轧法制得玻璃料；
37.(3)玻璃料采用卧式或立式球磨机研磨，所述球磨机转速为400r/min，溶剂为酒精，研磨时间12h，烘干后获得d50＜10um物料，进一步地，所获得物料为d50≤5um。
38.表一
[0039][0040]
表二
[0041][0042]
银铝浆料的制备实施例和对比例：
[0043]
实施例1
[0044]
称量82wt％的导电银粉、1wt％的导电铝粉，3wt％的第一类玻璃粉ga-1，3wt％的第二类玻璃粉gb-1,10wt％的有机相。其中有机相为松油醇、乙基纤维素、聚氨酯、环氧树脂、硅烷偶联剂的活化混合物。先将导电银粉、导电铝粉及玻璃粉用v型混料机或者均质搅拌机进行预混合，物料均匀后，再与有机相进行搅拌、离心充分混合。使用三辊研磨机对浆料依次进行研磨6次，使用刮板细度记测试研磨细度。浆料细度测试≤8um。制得浆料名称为np-01。
[0045]
实施例2
[0046]
称量82wt％的导电银粉、1wt％的导电铝粉，4wt％的第一类玻璃粉ga-2，2wt％的第二类玻璃粉gb-2,10wt％的有机相。其中有机相为松油醇、乙基纤维素、聚氨酯、环氧树脂、硅烷偶联剂的活化混合物。先将导电银粉、导电铝粉及玻璃粉用v型混料机或者均质搅拌机进行预混合，物料均匀后，再与有机相进行搅拌、离心充分混合。使用三辊研磨机对浆料依次进行研磨6次，使用刮板细度记测试研磨细度。浆料细度测试≤8um。制得浆料名称为np-02.
[0047]
实施例3
[0048]
称量82wt％的导电银粉、1wt％的导电铝粉，5wt％的第一类玻璃粉ga-3，1wt％的第二类玻璃粉gb-3,10wt％的有机相。其中有机相为松油醇、乙基纤维素、聚氨酯、环氧树脂、硅烷偶联剂的活化混合物。先将导电银粉、导电铝粉及玻璃粉用v型混料机或者均质搅拌机进行预混合，物料均匀后，再与有机相进行搅拌、离心充分混合。使用三辊研磨机对浆料依次进行研磨6次，使用刮板细度记测试研磨细度。浆料细度测试≤8um。制得浆料名称为np-03。
[0049]
对比例1
[0050]
称量82wt％的导电银粉、1wt％的导电铝粉，6wt％的玻璃粉g-1,10wt％的有机相。其中有机相为松油醇、乙基纤维素、聚氨酯、环氧树脂、硅烷偶联剂的活化混合物。其中g-1玻璃粉为单一玻璃，为常规市售玻璃。主要以铅铋为主。先将导电银粉、导电铝粉及玻璃粉用v型混料机或者均质搅拌机进行预混合，物料均匀后，再与有机相进行搅拌、离心充分混合。使用三辊研磨机对浆料依次进行研磨6次，使用刮板细度记测试研磨细度。浆料细度测试≤8um。制得浆料名称为nl-01。
[0051]
对比例2
[0052]
称量82wt％的导电银粉、1wt％的导电铝粉，6wt％的玻璃粉g-2,10wt％的有机相。其中有机相为松油醇、乙基纤维素、聚氨酯、环氧树脂、硅烷偶联剂的活化混合物。其中g-2玻璃粉为单一玻璃，为常规市售玻璃。主要以铅铋为主。先将导电银粉、导电铝粉及玻璃粉用v型混料机或者均质搅拌机进行预混合，物料均匀后，再与有机相进行搅拌、离心充分混合。使用三辊研磨机对浆料依次进行研磨6次，使用刮板细度记测试研磨细度。浆料细度测试≤8um。制得浆料名称为nl-02。
[0053]
将实施例1-3、对比例1-2制得的浆料使用迈威自动印刷机分别印刷在n型164硅片上，每个浆料印刷40片，使用despatch烧结炉峰值温度810℃烧结，电池片iv测试，记录数据。
[0054]
表3为电池片电性能数据汇总表
[0055]
浆料开路电压串联电阻填充因子转换效率np-010.7142.082.8124.41np-020.7131.682.6324.32np-030.7091.982.1124.07nl-010.7072.681.0923.76nl-020.7024.479.5423.16
[0056]
结果如表3所示，实施例n型浆料np-01、np-02、np-03，较对比例都有较好的电性能特点。实施例中将第一类玻璃粉与第二类玻璃粉按照一定的比例混合，制得n型正面浆料，能够得到较好的开路电压，复合损失较小，提升转换。从编号np-01、np-02、np-03浆料数据来看，可以看出，随着第二类玻璃粉的掺入，两种玻璃粉的协调作用，对比单一玻璃制得浆料，开路电压得到明显提升2-12mv，填充因子提高1.02-3.27％，转换效率提升0.31-1.25％。适当的提高第二类玻璃比例，有利于控制合适的玻璃熔体侵蚀，并能得到较良好的接触界面。
[0057]
综上，本发明的第一类玻璃粉能够在烧结过程中，较快的熔化蚀穿减反射层，高含量铅活性基团能够快速的形成导电接触窗口，形成良好的倒金字塔结构，大大提高融银效能，得到良好的接触电阻。第二类玻璃粉能够通过硅铝含量控制玻璃熔体的抑制能力，产生合适的钝化效果，平衡高铅玻璃的腐蚀能力，同时提供恰当的流动性。两类玻璃粉搭配制得浆料，可以较好的提升开路电压，得到良好的接触电阻、填充因子及转换效率。
[0058]
本发明包含以上所述实例的说明项目、作用原理及结构，但不限制以上的说明性，本发明的范围仅由权利书界定。在不脱离本发明的说明原理和条件下可以对实施例进行多层的改进、修饰及替换，凡具有与本技术相同或相似的技术方案、发明，均在本发明保护范围以内。