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CN110143760A - 一种玻璃粉组合物及含有其的银浆和电池 - Google Patents

一种玻璃粉组合物及含有其的银浆和电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种玻璃粉组合物及含有其的银浆和电池。以氧化物重量计，该玻璃粉组合物包括：(30‑70)重量份的碲、(2‑20)重量份的锂、(2‑15)重量份的铝、(5‑30)重量份的钼和/或钨。本发明还提供了由上述玻璃粉组合物形成的导电银浆，以及由该导电银浆形成的电极和电池。本发明的玻璃粉组合物可以有效降低导电银浆的烧结温度，促进银粉的致密烧结，提高电池的转化效率。

Description

一种玻璃粉组合物及含有其的银浆和电池
技术领域
本发明涉及一种玻璃粉组合物，尤其涉及一种用于背面钝化发射极电池的正面电极的玻璃粉组合物，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
随着光伏发电平价上网进程加快，高效光伏技术急需开发并大面积推广，其中，背面钝化发射极晶硅太阳能电池技术是目前最具规模化推广技术。目前，背面钝化发射极晶硅太阳能电池技术与现有常规晶硅电池技术相比，变化为晶硅电池背面硅基底上多了氧化铝、氮化硅和二氧化硅等钝化层，目前，常用的为氧化铝\氮化硅叠层结构，其中，氧化铝起场钝化作用，氮化硅起防护作用。
目前，背面钝化发射极电池的钝化膜的生产制备工艺主要有两种：等离子体化学气相沉积(PECVD)和原子层气相沉积(ALD)，气相沉积工艺中会存在背面氧化铝沉积时，通过电池片与石墨舟之间间隙绕镀到电池正面边缘，在电池正面边缘形成一层氧化铝；也存在有些气相沉积工艺会直接在电池正面和背面形成一层氧化铝薄层。
基于背面钝化发射极电池工艺导致电池正面多了一层氧化铝，影响正面电极与硅基的欧姆接触，所以，要求正面电极银浆不但能腐蚀氮化硅层，还要腐蚀掉氧化铝层才能与硅基形成良好欧姆接触。
现有背面钝化发射极电池正面电极银浆技术，如CN108147672A公开了添加腐蚀助剂的玻璃粉用于背面钝化发射极电池的正面主栅；CN107331433A公开了使用烧结促进剂六氟锑酸钠，降低正银烧结温度技术。目前背面钝化发射极电池的正面电极银浆，在烧结时很容易出现EL暗斑，烧结工艺窗口很低，很难与电池线工艺匹配，另外，烧结炉温波动也会造成电池片不良品率升高。
如CN108074656A公开的在浆料中添加烧结促进剂，及使用低熔点的纳米银粉，降低浆料烧结温度，能在730℃-820℃烧结，解决主栅正银浆料烧结后因烧结不充分出现EL发暗、发黑现象，但单独添加烧结促进剂很容易出现过烧现象，也会造成EL发暗、发黑现象，烧结温度窗口很低，另外，纳米银粉容易团聚，在浆料中分布不均匀，也会容易造成电池烧结不均匀，从而引起EL发暗、发黑现象，降低电池转化效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以有效解决EL暗斑问题的导电银浆，由该导电银浆制备的电池的转化率较高。
为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种玻璃粉组合物，以氧化物重量计，该玻璃粉组合物包括：(30-70)重量份的碲、(2-20)重量份的锂、(2-15)重量份的铝、(5-30)重量份的钼和/或钨，其中，该玻璃粉组合物的总重量为100重量份。
本发明的玻璃粉组合物中，通过限定比例的碲、锂、铝、钼和/或钨的协同作用，降低氧化铝-氮化硅-银体系的接触势垒，降低电池片的串联电阻Rs，提升电池填充因子FF，从而提高电池的转化效率。
本发明的玻璃粉组合物中，通过限定比例的碲、锂、铝、钼和/或钨的协同作用，降低玻璃粉组合物的析晶度，使液态玻璃粉组合物更长时间的润湿钝化膜，能够在低温下腐蚀氧化铝和氮化硅双层膜结构，进而可以有效降低导电银浆的烧结温度，促进银粉的致密烧结，烧结温度窗口大，避免烧不透或过烧带来的EL暗斑问题。
在本发明的一具体实施方式中，该玻璃粉组合物中还含有大于0小于等于25重量份的铅和/或铋。
在本发明的玻璃粉组合物中添加一定量的铅和/或铋，可以调节玻璃粉组合物的软化点，增加组合物的稳定性。
在本发明的进一步的具体实施方式中，该玻璃粉组合物中还含有其他金属，其中，其他金属可以为Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、B、P、Si、Ta、La、Ce、Nd、Eu、Er、Zr、Sn、Sb和Se中的一种或两种以上的组合。
更进一步地，以其他金属的氧化物重量计，其他金属的的含量可以为大于0小于等于10重量份。其中，其他金属可以辅助调节玻璃粉组合物与导电银浆的特性，如高温流动性、膨胀收缩性能。
在本发明的一具体实施方式中，玻璃粉组合物中各种原料可以是相应金属的氧化物和/或加热分解为相应氧化物的化合物。
在本发明的一具体实施方式中，碲可以采用的原料为二氧化碲和/或三氧化碲。锂可以采用的原料为氧化锂和/或碳酸锂。铝可以采用的原料为氧化铝和/或氢氧化铝。钨可以采用的原料为三氧化钨和/或二氧化钨。钼可以采用的原料为三氧化钼和/或二氧化钼。
在本发明的一具体实施方式中，铅可以采用的原料为一氧化铅和/或二氧化铅。铋可以采用的原料为氧化铋。
在本发明的一具体实施方式中，硼可以采用的原料为氧化硼。硅可以采用的原料为二氧化硅。钙可以采用的原料为碳酸钙和/或氧化钙。钒可以采用的原料为五氧化二钒。铬可以采用的原料为三氧化二铬。
在本发明的一具体实施方式中，该玻璃粉组合物可以为无定型玻璃粉组合物、结晶玻璃粉组合物、部分结晶玻璃粉组合物、部分无定型玻璃粉组合物中的一种或两种以上的组合。
在本发明的一具体实施方式中，以氧化物重量计，该玻璃粉组合物的原料组成包括：(30-70)重量份的碲、(2-20)重量份的锂、(2-15)重量份的铝、(5-30)重量份的钼和/或钨，其中，该玻璃粉组合物各原料的总重量为100重量份。
本发明的玻璃粉组合物，可以通过以下步骤制备得到：
将玻璃粉组合物的原料混合，在750℃-1000℃下加热熔融30min-120min；
经冷却，得到玻璃粉组合物碎片；
将玻璃粉组合物碎片进一步破碎后进行球磨，得到所需粒径分布的玻璃粉组合物。
在本发明的一具体实施方式中，进行加热熔融时，可以在电阻炉中进行。
在本发明的一具体实施方式中，具体地，对冷却的操作没有特殊要求，可以通过水淬、钢板或不锈钢对辊机进行冷却。
在本发明的一具体实施方式中，球磨时只要可以获得所需粒径就可以，比如可以通过行星式球磨机进行球磨，得到所需粒径分布的玻璃粉组合物。
为了实现上述技术目的，本发明又提供了一种导电银浆，该导电银浆包含本发明的上述玻璃粉组合物。
本发明的导电银浆，由于采用了本发明的上述玻璃粉组合物，使得本发明的导电银浆具有较低的烧结温度，可以实现银粉的致密烧结，能够在低温下腐蚀氧化铝和氮化硅双层膜结构，烧结温度窗口大，并且能够解决EL暗斑问题，提高电池转化效率。
在本发明的一具体实施方式中，以该导电银浆的总质量为100重量份计，该导电银浆包括：(0.5-5)重量份的本发明的上述玻璃粉组合物、(70-92)重量份的银粉和(5-28)重量份的有机相。
在本发明的一具体实施方式中，采用的银粉为球状、片状和树枝状中的一种形式或两种以上形式的组合。
具体地，采用的银粉为球状银粉。
更具体地，采用的银粉为带孔球状银粉。
本发明的银粉的振实密度为4.8g/cm3-6.0g/cm3，D50为0.8μm-2.2μm，比表面积为1.0m2/g-2m2/g。
在本发明的一具体实施方式中，对有机相的原料组成没有特殊限定，本领域常规的有机相采用的原料即可。比如，有机相可以包含树脂、溶剂和添加剂。
其中，树脂可以为纤维素、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯树脂、嵌段树脂中的一种或两种以上组合；
其中，纤维素可以为乙基羟乙基纤维素、硝化纤维素、乙基纤维素、甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或两种以上的组合。
其中，溶剂可以为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚醋酸酯、石油醚和松节油中的一种或两种以上的组合。
其中，添加剂可以为触变剂、流平剂、润滑剂、增塑剂等调节浆料流变性能，使其适于丝网印刷工艺，能形成良好精细线型。
在本发明的一具体实施方式中，导电银浆可以通过以下步骤制备得到：
步骤一：将树脂、溶剂和添加剂在25℃-100℃下混合搅拌均匀，制备有机相；
步骤二：将银粉、玻璃粉、有机相混合，搅拌均匀，得到浆料；
步骤三：研磨步骤二得到的浆料，得到平均细度≤10μm，粘度为50Pa.S-400Pa·S的银浆。
在本发明的一具体实施方式中，研磨可以采用研磨分散机。
本发明又提供了一种电极，该电极可以为背面钝化发射极电池的正面电极，该电极由本发明的上述导电银浆制备而成。
本发明还提供了一种电池，该电池包括本发明的上述电极，这里的电池包括但不限于背面钝化发射极电池。
在本发明中，背面钝化发射极电池是指本领域的PERC电池，也可以称为钝化发射区背面电池等。
在本发明的一具体实施方式中，PERC电池可以通过以下步骤制备得到：
通过制绒、扩散、背面抛光、刻蚀和去杂质玻璃、沉积钝化层、沉积减反射层，得到PERC太阳能电池硅片；
在上述硅片背光面采用丝网印刷的方式印刷背面银浆和背场铝浆，烘干后在硅片正面用丝网印刷正面银浆，入隧道炉在150℃-200℃烘干，并进行升温烧结(230℃-380℃形成氧化硅保护层，升温至600℃-800℃烧结，峰值烧结时间为1s-3s)，得到太阳能电池。
其中，背面银浆、背面铝浆料均为本领域常规浆料，没有特殊限定。正面银浆为本发明的导电银浆。
本发明的电池具有较高的合格率，而且转化率也较高。
本发明的玻璃粉组合物适用于制备背面钝化发射极电池的正面电极的导电银浆，不能能够有效降低导电银浆的烧结温度(烧结温度窗口大)，促进银粉的致密烧结；还能够在低温下腐蚀氧化铝和氮化硅双层膜结构。不但能解决电池正面全氧化铝和氮化硅双层膜结构，也能解决背面氧化铝绕镀到电池正面边缘部，造成电池边缘为氧化铝和氮化硅双层膜结构，中间为氮化硅单膜结构导致的EL边缘发暗、发黑问题。
由本发明的玻璃粉组合物形成的太阳能电池易于电池产线的工艺调节，提升电池合格率，提高电池转化效率。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一系列的玻璃粉组合物，其包括入表1所示的组分。
采用表1所示的玻璃粉组合物制成导电银浆后制备太阳能电池，并采用太阳能模拟器测试转化效率。
太阳能模拟电效率测试仪，在标准条件下测试(大气质量AM1.5，光照强度1000W/m2，测试温度25℃)，太阳能电池EL缺陷测试仪测试，其中，转化效率为连续印刷5片正面为氮化硅-氧化铝双膜结构的PERC电池片的平均转化效率，5片电池片的整体EL测试，结果如表1所示。
其中，太阳能电池按照如下步骤制备得到：
通过制绒、扩散、背面抛光、刻蚀和去杂质玻璃、背面沉积钝化层(或正背面同时沉积钝化层)、正面沉积减反射层，得到PERC太阳能电池硅片；
在上述硅片背光面采用丝网印刷的方式印刷背面银浆和背场铝浆，烘干后在硅片正面用丝网印刷正面银浆，隧道炉中经烘干烧结，烧结峰值温度为600℃-850℃，得到太阳能电池；其中，烧结炉设定温度程序：250℃-300℃-300℃-420℃-560℃-600℃-700℃-800℃-840℃。
从表1可以看出，结果表面，本发明的玻璃粉组合物的正面电极银浆的EL测试良好，没有暗点和暗斑，光电转化效率较高。

Claims (10)

1.一种玻璃粉组合物，其特征在于，以氧化物重量计，该玻璃粉组合物包括：(30-70)重量份的碲、(2-20)重量份的锂、(2-15)重量份的铝、(5-30)重量份的钼和/或钨，其中，该玻璃粉组合物的总重量为100重量份。
2.根据权利要求1所述的玻璃粉组合物，其特征在于，该玻璃粉组合物中还含有大于0小于等于25重量份的铅和/或铋。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃粉组合物，其特征在于，该玻璃粉组合物中还含有其他金属，其中，所述其他金属为Na、K、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、B、P、Si、Ta、La、Ce、Nd、Eu、Er、Zr、Sn、Sb和Se中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求3所述的玻璃粉组合物，其特征在于，以其他金属的氧化物计，所述其他金属的含量为大于0小于等于10重量份。
5.根据权利要求1所述的玻璃粉组合物，其特征在于，该玻璃粉组合物为无定型玻璃粉组合物、结晶玻璃粉组合物、部分结晶玻璃粉组合物、部分无定型玻璃粉组合物中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的玻璃粉组合物，其特征在于，以氧化物重量计，该玻璃粉组合物的原料组成包括：(30-70)重量份的碲、(2-20)重量份的锂、(2-15)重量份的铝、(5-30)重量份的钼和或钨，其中，该玻璃粉组合物各原料的总重量为100重量份。
7.一种导电银浆，其特征在于，该导电银浆包含权利要求1-6任一项所述的玻璃粉组合物。
8.根据权利要求7所述的导电银浆，其特征在于，以该导电银浆的总质量为100重量份计，该导电银浆包括：(0.5-5)重量份的权利要求1-6任一项所述的玻璃粉组合物、(70-92)重量份的银粉和(5-28)重量份的有机相。
9.一种电极，该电极为背面钝化发射极电池的正面电极，其特征在于，该电极由权利要求7或8所述的导电银浆制备而成。
10.一种电池，其特征在于，该电池含有权利要求9所述的电极。
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