CN102701595B - 一种无铅玻璃粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无铅玻璃粉及其制备方法，属于玻璃粉及太阳能电池领域。无铅玻璃粉的成分及质量百分比为：Bi2O330～50%，B2O310～40%，SiO21～10%，Al2O33～10%，ZnO5～8%，TiO21～5%，MgO1～5%，NaF1～3%，MnO21～3%，SnO21～4%，SrCl20～2%。将无铅玻璃粉成分配料的混合料加热保温熔融后水淬，然后在进行球磨，最终制得无铅玻璃粉。本发明最终得到软化温度低，化学性质稳定，膨胀系数适宜，烧结温度范围宽的无铅玻璃粉。

Description

一种无铅玻璃粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无铅玻璃粉及其制备方法，特别是用于太阳能电池正面电子浆料，属于玻璃粉及太阳能电池领域。
背景技术
随着全球经济的迅速发展，能源消耗以惊人的速度增大，世界已探明的主要矿物燃料储存量和开采量不容乐观，因此对新能源的开发利用已经成为迫在眉睫的重中之重。这也正给新能源的开发与利用提供了一个很广阔的市场，太阳能电池产业正以其强大的优势和前景占领着市场的主要份额。目前太阳能电池市场主要以硅太阳能电池为主。
在硅太阳能电池的制备过程中，将银导电浆料印刷在涂有减反膜的硅基片上，形成栅极，用来形成电池片间串并联引线电机并提高电池的转换率。
银浆主要由银粉、玻璃粉、有机溶剂及其一些添加剂组成。玻璃粉的作用很重要，玻璃粉在热处理时熔化，将硅表面太阳光减反射层融化，使浆料中的银可以与硅面接触，同时玻璃粘结剂将金属粉末附着在硅片表面，形成致密均匀的导电膜。
目前市场上的太阳能银浆主要为含铅银浆，因为无铅玻璃粉的熔点高，但硅太阳能电池的烧结曲线周期短，一般无铅玻璃粉不能在极短的时间内熔融。同时含铅浆料还对环境造成大量的污染，不符合如今的环保理念。所以研制出太阳能电子浆料用无铅玻璃粉迫在眉睫。
市场上现有的无铅玻璃粉，如Na-Ca系和钒玻璃等。相比较，本发明的Bi-B-Si系无铅玻璃粉具有更低的软化温度；烧结后可获得更加高的附着力，并且保证银电极与硅基片有良好的接触。
发明内容
本发明提供一种无铅玻璃粉，解决现有技术中无铅玻璃粉的软化温度高，熔化温度高等问题。该玻璃粉的软化温度低，膨胀系数适宜，制的银浆后，烧结在硅基片上可获得良好的附着力，并使得银电极与硅基片有良好的接触。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：无铅玻璃粉的成分及质量百分比为：Bi2O3 30～50%，B2O3 10～40%，SiO2 1～10%，Al2O3 3～10%，ZnO 5～8%，TiO2 1～5%，MgO 1～5%，NaF 1～3%，MnO2 1～3%，SnO2 1～4%，SrCl2 0～2%。将无铅玻璃粉成分配料的混合料加热保温熔融后水淬，然后再进行球磨，最终制得无铅玻璃粉。具体制备步骤包括如下：
（1）按无铅玻璃粉的成分及质量百分比进行混合配料，加热保温使混合料充分熔融成玻璃液；
（2）将玻璃液倒入水中水淬，使其快速冷却形成玻璃颗粒；
（3）将玻璃颗粒球磨成玻璃粉，即得到太阳能电池正面电子浆料用无铅玻璃粉。
所述步骤（1）的混料加热是从室温升温，800℃以前升温速度为5～8℃/min，800℃以后升温速度为3～5℃/min至1100℃～1300℃保温60～120分钟。
所述玻璃颗粒球磨后的玻璃粉的粒径为1μm～5μm。
所述配制混合料使用的Bi2O3、B2O3、SiO2、Al2O3、ZnO、TiO2、MgO、NaF、MnO2、SnO2和SrCl2均为普通市售粉末，纯度为99.9wt%以上。
本发明的原理为：B2O3是玻璃中的主要玻璃形成剂，在玻璃中以层状结构存在，硼的加入可以降低软化温度和膨胀系数，使玻璃的化学性质稳定。
铋与铅在元素周期表上处在相邻的位置，原子量相近，原子半径相差不大，二者电子能级相近，铋和铅都促进玻璃太的形成，所以，理论上Bi是代替Pb的最佳元素。随着Bi2O3含量的增加，[BO3]三角体被打破，[BiO4]四面体结果增多。由于外加氧化物的断键作用，使得[BO3]和[BiO4]为主的玻璃结构被弱化，玻璃的特征温度显著降低。
SiO2和Al2O3的加入可以降低玻璃的析晶倾向，同时提高玻璃的化学稳定性，并且可以调节玻璃的线性膨胀系数。
ZnO的加入可以增加玻璃的化学稳定性，同时降低玻璃的膨胀系数。
本发明的优点和积极效果：
（1）本发明的无铅玻璃粉与硅基片有较高的附着力和适宜的线性膨胀系数70×10-7/℃～78×10-7/℃，球磨后可得超细玻璃粉，与银粉、硅基片有良好的浸润性，浆料烧结时可有效穿透烧结膜与硅基片有良好的欧姆接触，可以取代传统的无铅玻璃粉，制备出无铅太阳能电子浆料；
（2）本发明最终得到软化温度最低可以达到为420℃，软化温度低于一般的玻璃粉，有利于玻璃粉在烧结的时候熔融充分包裹银颗粒，使银颗粒的导电网络更致密，导电性能更好；
（3）本发明得到的无铅玻璃粉化学性质稳定，烧结温度范围宽500℃～900℃，烧结后与硅基片的附着力为2.6 N～5.8 N。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明不限于以下所述范围。
实施例1：本发明制备的无铅玻璃粉具体成分为：Bi2O3 35%，B2O3 30%，SiO2 2.5%，Al2O3 10%，ZnO 8%，TiO2 2%，MgO 4%，NaF 1%，MnO2 3%，SnO2 2%，SrCl2 1%。
本发明的无铅玻璃粉的制备方法如下：
（1）按上述无铅玻璃粉的成分及质量百分比进行混合配料，加热保温使混合料充分熔融成玻璃液；加热速率是从室温升温，800℃以前升温速度为5℃/min，800℃以后升温速度为3℃/min至1100℃保温120分钟。
（2）将玻璃液倒入去离子水中水淬，使其快速冷却形成玻璃颗粒；
（3）将玻璃颗粒球磨成粒径为1μm～2μm的玻璃粉，即得到太阳能电池正面电子浆料用无铅玻璃粉。
所得太阳能电池正面电子浆料用玻璃粉的软化温度420℃，烧结后与硅基片的附着力为3.8N。
实施例2：本发明制备的无铅玻璃粉具体成分为：Bi2O3 50%，B2O3 10%，SiO2 10%，Al2O3 8%，ZnO 6%，TiO2 1%，MgO 1%，NaF 3%，MnO2 2%，SnO2 1%。
本发明的无铅玻璃粉的制备方法如下：
（1）按上述无铅玻璃粉的成分及质量百分比进行混合配料，加热保温使混合料充分熔融成玻璃液；加热速率是从室温升温，800℃以前升温速度为6℃/min，800℃以后升温速度为4℃/min至1200℃保温60分钟。
（2）将玻璃液倒入去离子水中水淬，使其快速冷却形成玻璃颗粒；
（3）将玻璃颗粒球磨成粒径为3μm～5μm的玻璃粉，即得到太阳能电池正面电子浆料用无铅玻璃粉。
所得太阳能电池正面电子浆料用玻璃粉的软化温度483℃，烧结后与硅基片的附着力为3.6N。
实施例3：本发明制备的无铅玻璃粉具体成分为：Bi2O3 30%，B2O3 40%，SiO2 1%，Al2O3 3%，ZnO 5%，TiO2 5%，MgO 5%，NaF 2%，MnO2 1%，SnO2 4%，SrCl2 2%。
本发明的无铅玻璃粉的制备方法如下：
（1）按上述无铅玻璃粉的成分及质量百分比进行混合配料，加热保温使混合料充分熔融成玻璃液；加热速率是从室温升温，800℃以前升温速度为8℃/min，800℃以后升温速度为5℃/min至1300℃保温80分钟。
（2）将玻璃液倒入去离子水中水淬，使其快速冷却形成玻璃颗粒；
（3）将玻璃颗粒球磨成粒径为2μm～4μm的玻璃粉，即得到太阳能电池正面电子浆料用无铅玻璃粉。
所得太阳能电池正面电子浆料用玻璃粉的软化温度487℃，烧结后与硅基片的附着力为3.3N。
实施例4：本发明制备的无铅玻璃粉具体成分为：Bi2O3 40%，B2O3 20%，SiO2 10%，Al2O3 3%，ZnO 5%，TiO2 3%，MgO 5%，NaF 2%，MnO2 1%，SnO2 4%，SrCl2 2%。
本发明的无铅玻璃粉的制备方法如下：
（1）按上述无铅玻璃粉的成分及质量百分比进行混合配料，加热保温使混合料充分熔融成玻璃液；加热速率是从室温升温，800℃以前升温速度为7℃/min，800℃以后升温速度为4℃/min至1220℃保温90分钟。
（2）将玻璃液倒入去离子水中水淬，使其快速冷却形成玻璃颗粒；
（3）将玻璃颗粒球磨成粒径为1μm～4μm的玻璃粉，即得到太阳能电池正面电子浆料用无铅玻璃粉。
所得太阳能电池正面电子浆料用玻璃粉的软化温度439℃，烧结后与硅基片的附着力为3.3N。

Claims (4)

1.一种无铅玻璃粉，其特征在于无铅玻璃粉的成分及质量百分比为：Bi2O3 30～50%，B2O3 10～40%，SiO2 1～10%，Al2O3 3～10%，ZnO 5～8%，TiO2 1～5%，MgO 1～5%，NaF 1～3%，MnO2 1～3%，SnO2 1～4%，SrCl2 0～2%。
2.一种如权利要求1所述的无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于具体步骤包括如下：
（1）按无铅玻璃粉的成分及质量百分比进行混合配料，加热保温使混合料熔融成玻璃液；
（2）将玻璃液倒入水中水淬，使其冷却形成玻璃颗粒；
（3）将玻璃颗粒球磨成玻璃粉，即得到无铅玻璃粉。
3.根据权利要求2所述的无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）的混料加热是从室温升温，800℃以前升温速度为5～8℃/min，800℃以后升温速度为3～5℃/min至1100℃～1300℃保温60～120分钟。
4.根据权利要求2所述的无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于：玻璃颗粒球磨后的玻璃粉的粒径为1μm～5μm。
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