CN106746686A

CN106746686A - 一种耐高温铝浆用玻璃粉及其制备方法

Info

Publication number: CN106746686A
Application number: CN201710034691.0A
Authority: CN
Inventors: 谢欣; 丁冰冰
Original assignee: GUANGZHOU RUXING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Ruxing Technology Development Co.,Ltd.; Wuxi ruxing Technology Development Co., Ltd
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2037-01-18
Also published as: CN106746686B

Abstract

本发明公开了一种耐高温铝浆用玻璃粉，包括以下质量百分含量的原料：Bi₂O₃ 10～50％，B₂O₃ 5～50％，SiO₂ 0.1～5％，Al₂O₃ 0.1～2％，ZnO 5～20％，碱土金属氧化物1～20％，V₂O₅、P₂O₅、Sb₂O₃、MoO₃、WO₃和Cr₂O₃中一种或几种的组合0.1～15％。该玻璃粉不含化学稳定性好、软化点高、料性短、润湿性好，能解决现有铝浆高温烧结后出现高温铝苞、电性降低、耐水煮性能不足等技术问题。本发明还公开了上述耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法。

Description

一种耐高温铝浆用玻璃粉及其制备方法

技术领域

本发明属于背铝浆料技术领域，具体涉及一种耐高温铝浆用玻璃粉及其制备方法。

背景技术

晶体硅太阳能电池铝浆作为背场对硅片起背钝化作用，不同的光伏厂家由于使用的正银差异及电池片本身的差异，在浆料烧结温度上会存在一些差异，而这些差异的存在对背场铝浆的耐温特性提出了更高的要求。

铝浆的组成主要有铝粉、无机粘合剂、有机粘合剂及不同的添加剂，玻璃粉属于无机粘合剂。在公知领域，玻璃粉的组成包括网络形成体，网络修饰体(网络外体和网络中间体)。B₂O₃作为一种典型的玻璃网络形成体，可形成[BO₃]和[BO₄]。SiO₂也是一种典型的玻璃网络形成，可形成[SiO₄]。Bi₂O₃在一定范围内也能作为网络形成体，以[BiO₄]的形式进入玻璃网络形成体中，但此范围比较窄。碱金属氧化物，作为网络修饰体，能够起到助熔作用，降低熔融体的粘度。此外，V₂O₃、Sb₂O₃、MoO₃、Cr₂O₃等加入玻璃中能有效显著的降低玻璃的表面张力。

申请号为201310117504.7的专利涉及一种耐高温低翘曲的铝浆及其制备方法，诠释了一种通过低热膨胀系数的原料加入平衡铝层和基体之间的膨胀系数差异而降低翘曲的方法，其浆料烧结温度特性没有具体的描述。申请号为201210446525.9的专利公开了一种铝浆用无铅玻璃粉，通过降低Bi含量，改善熔融玻璃粉对硅基体的润湿性能。玻璃物料中硅含量达20％以上，SiO₂在玻璃原料体系中相对难熔，该体系熔炼温度偏高。201410639588.5专利公开了一种玻璃粉通过硫酸钠或硫酸氢钠的引入改善玻璃粉对铝颗粒和硅基底的润湿性能，其玻璃粉的特点是Al₂O₃含量高，且钠元素在半导体中易形成复合。申请号为201510249469.3的专利公开了一种高铋含的玻璃，虽然熔炼温度且软化点低，但高铋玻璃存在的较大问题是容易析晶造成流平不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高温铝浆用玻璃粉，该玻璃粉化学稳定性好、软化点高、料性短、润湿性好，能解决现有铝浆高温烧结后出现高温铝苞、电性降低、耐水煮性能不足等问题。

本发明提供玻璃粉在配方设计上SiO₂和Al₂O₃含量低，以碱土金属化合物代替碱金属化合物助熔降低体系熔炼温度，同时减少半导体的杂质引入。玻璃形成范围宽，不易析晶，高温熔融后流平性能好，对硅基底和铝颗粒都能良好润湿，促进铝层烧结后的致密程度。

本发明所要解决的技术问题还在于是提供上述耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法，该制备方法工艺简洁，成本低。

本发明所要解决的第一个技术问题是通过如下技术方案来实现的：一种耐高温铝浆用玻璃粉，包括以下质量百分含量的原料：Bi₂O₃ 10～50％，B₂O₃ 5～50％，SiO₂ 0.1～5％，Al₂O₃ 0.1～2％，ZnO 5～20％，碱土金属氧化物1～20％，V₂O₅、P₂O₅、Sb₂O₃、MoO₃、WO₃和Cr₂O₃中一种或几种的组合0.1～15％。

优选的，各原料的质量百分含量为Bi₂O₃ 10～50％，B₂O₃ 10～40％，SiO₂ 0.1～5％，Al₂O₃ 0.1～2％，ZnO 5～20％，碱土金属氧化物1～20％，V₂O₅、P₂O₅、Sb₂O₃、MoO₃、WO₃和Cr₂O₃中一种或几种的组合5～15％。

进一步的，各原料的质量百分含量为Bi₂O₃ 10～35％，B₂O₃ 20～40％，SiO₂ 1～5％，Al₂O₃ 1～2％，ZnO 5～20％，碱土金属氧化物1～20％，V₂O₅、P₂O₅、Sb₂O₃、MoO₃、WO₃和Cr₂O₃中一种或几种的组合10～15％。

本发明针对玻璃粉以上特点对配方进行了设计和调整，Bi-B-Zn系玻璃具有优秀的耐酸碱性能，能保证铝浆烧结后耐水煮性能。加入适当的SiO₂、Al₂O₃能进一步、提升玻璃的耐酸碱稳定性，而且不会增加体系的难熔性。选择MgO，CaO等碱土金属氧化物降低玻璃的粘度的同时可以降低玻璃的料性，玻璃熔融粘度在相对高温下才发生急剧降低。V₂O₅、P₂O₅组分能增加玻璃结构的稳定性，Sb₂O₃、MoO₃、WO₃、Cr₂O₃组分能降低玻璃的表面张力提升玻璃对铝颗粒和基底的润湿性能。

所述碱土金属氧化物包括MgO和/或CaO，其中MgO来自MgCO₃，CaO来自CaCO₃。

所述Al₂O₃来自Al(OH)₃。

选用氢氧化物和碳酸盐，可以在高温下先分解产生具有活性高的氧化物，有利于物料反应的进行。

本发明所述玻璃粉的软化点为650～700℃，粒度D₅₀为1.5～4.0μm。

本发明所要解决的第二个技术问题是通过如下技术方案来实现的：上述耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：选取各原料，混匀后置于马弗炉中进行熔炼，熔液经去离子水淬后干燥破碎，然后进行球磨，烘干，即得耐高温铝浆用玻璃粉。

熔炼时的温度优选为1000～1300℃，熔炼时间优选为30～120min。

球磨时球磨介质优选为去离子水，球磨时间优选为10～20h，球磨后将浆料静置后分离除去上层水，将下层物料在115～125℃烘箱中烘干，即得耐高温铝浆用玻璃粉。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的玻璃粉作为低熔玻璃粉，其特点是化学稳定性好、软化点高、料性短、润湿性好；

(2)本发明提供玻璃粉在配方设计上SiO₂和Al₂O₃含量低，以碱土金属化合物代替碱金属化合物来降低体系熔炼温度并可以减少半导体杂质元素引入，玻璃形成范围宽，不易析晶，高温熔融后流平性能好，对硅基底和铝颗粒都能良好润湿，促进铝层烧结后的致密程度；

(3)本发明提供的玻璃粉应用在铝浆中具有如下的优势：化学稳定性好的玻璃粉能提升铝浆的耐高温水煮性能；高软化点玻璃粉在更高的温度下才腐蚀氧化铝膜，料性短的玻璃粉处于低粘流动态时间短，这样减少了玻璃粉对铝颗粒的作用时间，控制铝的过量熔出及过度的铝硅合金反应，使得铝浆可以承受更高的烧结温度而产生高温铝苞；玻璃粉表面张力低、湿性强能保证了玻璃粉即使在较短的时间内也能对铝颗粒及硅基底有效润湿浸润，提升浆料的烧结后的致密程度。

具体实施方式

本发明在下述各实施例中被给予了具体的说明。这些实施例都是说明性的，并不在任何方面限制本发明。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

本实施例提供的耐高温铝浆用玻璃粉，由以下质量百分含量的原料组成：

Bi₂O₃ 35％、B₂O₃ 25％、SiO₂ 3％、Al₂O₃ 0.1％、ZnO 19.9％、MgO 5％、V₂O₅ 2％、Sb₂O₃ 10％。

其中MgO来自MgCO₃，Al₂O₃来自Al(OH)₃。

该耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法如下：

(1)按上述质量百分含量，将各种原料称量后于混料机中混合均匀，混合后的物料放入坩埚熔炼，调节熔炼温度为1000～1300℃，保温熔炼30～120min；

(2)将去离子水淬后的玻璃渣，采用去离子水球磨10～20h烘干，球磨后的玻璃浆料静置后分离除去上层水，然后在115～125℃烘箱中烘干，即制得耐高温铝浆用玻璃粉。

实施例2

Bi₂O₃ 10％、B₂O₃ 50％、SiO₂ 0.1、Al₂O₃ 2％、ZnO 15％、CaO 10％、V₂O₅ 1.9％、Sb₂O₃ 10％、MoO₃ 1％。

其中CaO来自CaCO₃，Al₂O₃来自Al(OH)₃。

该耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法同实施例1。

实施例3

Bi₂O₃ 40％、B₂O₃ 13％、SiO₂ 5％、Al₂O₃ 2％、ZnO 5％、MgO 20％、P₂O₅ 10％、WO₃5％。

该耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法同实施例1。

实施例4

Bi₂O₃ 25％、B₂O₃ 40％、SiO₂ 2％、Al₂O₃ 1％、ZnO 16％、CaO 10％、P₂O₅ 4％、Cr₂O₃2％。

该耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法同实施例1。

实施例5

Bi₂O₃ 30％、B₂O₃ 25％、SiO₂ 3％、Al₂O₃ 2％、ZnO 10％、MgO 7％、MgO 8％、V₂O₅5％、P₂O₅ 5％、MoO₃ 3％、WO₃ 2％。

该耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法同实施例1。

实施例6

Bi₂O₃ 25％、B₂O₃ 45％、SiO₂ 1％、Al₂O₃ 1％、ZnO 12％、MgO 3％、Sb₂O₃ 10％、MoO₃3％。

该耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法同实施例1。

实施例7

Bi₂O₃ 38％、B₂O₃ 20％、SiO₂ 3％、Al₂O₃ 2％、ZnO 8％、MgO 7％、CaO 7％、P₂O₅2％、Sb₂O₃ 8％、Cr₂O₃ 5％。

该耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法同实施例1。

对比例1

Bi₂O₃ 50％、B₂O₃ 30％、SiO₂ 4％、Al₂O₃ 1％、ZnO 15％。

实施例1-7以及对比例1的具体实施配方如下表1所示。

表1实施例1-7和对比例1的具体用量

实施例8玻璃粉的检测

采用欧美克激光粒度分析仪湿法测试无机玻璃粉样中值粒径D₅₀，利用高温马弗炉测试玻璃粉的软化点。测试结果如表2所示。

表2实施例1-7以及对比例1的软化点检测

由表2中可以看出，实施例1-7中的玻璃粉与对比例1中的玻璃粉，软化点都有增加，但实施例1-7中的玻璃粉软化熔融温度高，对铝颗粒和硅基底造成腐蚀的时间更短，浆料具有更高的耐温性能。

实施例9玻璃粉在铝浆中的表现

采用BTU烧结炉烧结电池片，实际峰值温度790～810℃，观察电池片表观；在75℃的去离子水中，浸泡电池片，观察铝背场的反应情况，结果如下表3。

表3实施例1-7和对比例中电池片表观现象

上面列举一部分具体实施例对本发明进行说明，有必要在此指出的是以上具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种耐高温铝浆用玻璃粉，其特征是包括以下质量百分含量的原料：Bi₂O₃ 10～50％，B₂O₃ 5～50％，SiO₂ 0.1～5％，Al₂O₃ 0.1～2％，ZnO 5～20％，碱土金属氧化物1～20％，V₂O₅、P₂O₅、Sb₂O₃、MoO₃、WO₃和Cr₂O₃中一种或几种的组合0.1～15％。

2.根据权利要求1所述的耐高温铝浆用玻璃粉，其特征是各原料的质量百分含量为Bi₂O₃ 10～50％，B₂O₃ 10～40％，SiO₂ 0.1～5％，Al₂O₃ 0.1～2％，ZnO 5～20％，碱土金属氧化物1～20％，V₂O₅、P₂O₅、Sb₂O₃、MoO₃、WO₃和Cr₂O₃中一种或几种的组合5～15％。

3.根据权利要求1所述的耐高温铝浆用玻璃粉，其特征是各原料的质量百分含量为Bi₂O₃ 10～35％，B₂O₃ 20～40％，SiO₂ 1～5％，Al₂O₃ 1～2％，ZnO 5～20％，碱土金属氧化物1～20％，V₂O₅、P₂O₅、Sb₂O₃、MoO₃、WO₃和Cr₂O₃中一种或几种的组合10～15％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的耐高温铝浆用玻璃粉，其特征是：所述碱土金属氧化物包括MgO和/或CaO，其中MgO来自MgCO₃，CaO来自CaCO₃。

5.根据权利要求1-3任一项所述的耐高温铝浆用玻璃粉，其特征是：所述Al₂O₃来自Al(OH)₃。

6.根据权利要求1-3任一项所述的耐高温铝浆用玻璃粉，其特征是：所述玻璃粉的软化点为650～700℃，粒度D₅₀为1.5～4.0μm。

7.权利要求1-3任一项所述的耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法，其特征是包括以下步骤：选取各原料，混匀后置于马弗炉中进行熔炼，熔液经去离子水淬后干燥破碎，然后进行球磨，烘干，即得耐高温铝浆用玻璃粉。

8.根据权利要求6所述的耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法，其特征是：熔炼时的温度为1000～1300℃，熔炼时间为30～120min。

9.根据权利要求6所述的耐高温铝浆用玻璃粉的制备方法，其特征是：球磨时球磨介质为去离子水，球磨时间为10～20h，球磨后将浆料静置后分离除去上层水，将下层物料在115～125℃烘箱中烘干，即得耐高温铝浆用玻璃粉。