CN107117824A - 一种太阳能电池用无铅玻璃粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池用无铅玻璃粉及其制备方法，所述无铅玻璃粉由以下重量百分比的原料构成：18％～24％SiO2，3％～7％TiO2，28％～36％Bi2O3，1％～4％Al2O3，2％～6％ZnO，26％～34％B2O3，1％～3％Sb2O3，1％～3％Nb2O3，各组分重量百分数之和为100％。本发明提供的太阳能电池用无铅玻璃粉软化点较低，且烧结后膨胀系数为43～49×10‑7/℃，收缩率小，与现有技术中的硅晶片在烧结时更为匹配。本发明提供的玻璃粉制备方法设计合理，简单易行。用本发明制备的玻璃粉制成导电浆料在制备太阳能电池时能提供优良的附着力和光电转换效率，从而提高太阳能电池的使用效率和寿命。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种太阳能电池用无铅玻璃粉及其制备方法。
背景技术
玻璃粉是安米微纳的一种机无定型硬质颗粒粉末，生产中使用原料为PbO、SiO2、TiO2等电子级原料混匀后，再高温进行固相反应，形成无序结构的玻璃均质体，化学性质稳定，其耐酸性已远超过氧化铅，是一种易打磨抗划高透明粉料，粒径小、分散性好、透明度高、防沉效果好；经过表面改进，具有良好的亲和能力，并且有较强的位阻能力，能方便地分散于涂料中，成膜后可增加涂料丰满度。
玻璃粉在太阳能电池领域中主要涉及导电浆料的制备，属于导电浆料中必不可少的原料之一，导电浆料通过丝网印刷的方式覆盖于硅基板上，通过烧结在硅基板上形成栅线电极，而玻璃粉在烧结过程中起到至关重要的作用，烧结的过程影响着最后形成的栅线电极与硅基板之间的附着力大小，电池片欧姆接触电阻的高低，从而间接影响太阳能电池的光电转换效率和使用寿命。
含铅玻璃在作为玻璃粉制备导电浆料时可以使导电浆料制成的栅线电极具有良好的欧姆接触，但含铅玻璃的主要原料氧化铅属于剧毒重金属化合物，属于RoHS标准中明确限制使用的六种有害物质之一。CN 103992038A中公开了一种用于太阳能电池正面银浆的玻璃粉，该专利使用PbO、Pb3O4、PbF2作为玻璃粉的原料，制备出的玻璃粉虽然具有优良的性能，但含铅量过高，不环保。因此，开发一种兼顾环保和高效性能的玻璃粉势在必行。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于提供一种环保且高效的太阳能电池用无铅玻璃粉。
本发明的另一目的在于提供一种操作简单，易于施行的太阳能电池用无铅玻璃粉的制备方法。
一种太阳能电池用无铅玻璃粉，由以下重量百分比的原料构成：18％～24％SiO2，3％～7％TiO2，28％～36％Bi2O3，1％～4％Al2O3，2％～6％ZnO，26％～34％B2O3，1％～3％Sb2O3，1％～3％Nb2O3，各组分重量百分数之和为100％。
优选的，一种太阳能电池用无铅玻璃粉，由以下重量百分比的原料构成：20％～22％SiO2，4％～6％TiO2，32％～34％Bi2O3，2％～3％Al2O3，4％～5％ZnO，30％～31％B2O3，1％～2％Sb2O3，1％～2％Nb2O3，各组分重量百分数之和为100％。
优选的，一种太阳能电池用无铅玻璃粉，由以下重量百分比的原料构成：20％SiO2，6％TiO2，34％Bi2O3，2％Al2O3，4％ZnO，30％B2O3，2％Sb2O3，2％Nb2O3，各组分重量百分数之和为100％。
一种太阳能电池用无铅玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将各组分玻璃粉原料按比例分别称取准备好；
步骤2)将步骤1)所述玻璃粉原料置于坩埚中在常温下混合搅拌均匀；
步骤3)将步骤2)所述承载有玻璃粉原料的坩埚置于高温熔炉中加热至1100℃-1300℃，持续1～2h，熔炼成均匀的玻璃液；
步骤4)将步骤3)所述玻璃液用去离子水进行水淬，形成不规则的玻璃碎薄片；
步骤5)将步骤4)所述玻璃碎薄片置于球磨机中粉碎，持续6～8h，转速设置为250r/min～350r/min；
步骤6)将步骤5)所述球磨好的玻璃粉过筛，筛网目数为200～250目；
步骤7)将步骤6)所述过筛后的玻璃粉置于烘干机中烘干，持续3～5h，温度设置为55～65℃，制得所述太阳能电池用无铅玻璃粉。
优选的，上述制备方法中，步骤3)所述高温熔炉的加热温度为1200℃，步骤5)所述球磨机的转速设置为300r/min，步骤7)所述烘干机的烘干温度为60℃。
本发明提供的太阳能电池用无铅玻璃粉软化点较低，且烧结后膨胀系数为43～49×10-7/℃，收缩率小，与现有技术中的硅晶片在烧结时更为匹配。本发明提供的玻璃粉制备方法设计合理，简单易行。用本发明制备的玻璃粉制成导电浆料在制备太阳能电池时能提供优良的附着力和光电转换效率，从而提高太阳能电池的使用效率和寿命。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种太阳能电池用无铅玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)将18％～24％SiO2，3％～7％TiO2，28％～36％Bi2O3，1％～4％Al2O3，2％～6％ZnO，26％～34％B2O3，1％～3％Sb2O3，1％～3％Nb2O3按比例分别称取准备好；
(2)将上述玻璃粉原料置于坩埚中在常温下混合搅拌均匀；
(3)将承载有玻璃粉原料的坩埚置于高温熔炉中加热至1100℃，持续1h，熔炼成均匀的玻璃液；
(4)将上述玻璃液用去离子水进行水淬，形成不规则的玻璃碎薄片；
(5)将上述玻璃碎薄片置于球磨机中粉碎，持续6h，转速设置为250r/min；
(6)将上述球磨好的玻璃粉过筛，筛网目数为200～250目；
(7)将上述过筛后的玻璃粉置于烘干机中烘干，持续3h，温度设置为55℃，制得所述太阳能电池用无铅玻璃粉。
实施例2
(1)将18％～24％SiO2，3％～7％TiO2，28％～36％Bi2O3，1％～4％Al2O3，2％～6％ZnO，26％～34％B2O3，1％～3％Sb2O3，1％～3％Nb2O3按比例分别称取准备好；
(2)将上述玻璃粉原料置于坩埚中在常温下混合搅拌均匀；
(3)将承载有玻璃粉原料的坩埚置于高温熔炉中加热至1300℃，持续2h，熔炼成均匀的玻璃液；
(4)将上述玻璃液用去离子水进行水淬，形成不规则的玻璃碎薄片；
(5)将上述玻璃碎薄片置于球磨机中粉碎，持续8h，转速设置为350r/min；
(6)将上述球磨好的玻璃粉过筛，筛网目数为200～250目；
(7)将上述过筛后的玻璃粉置于烘干机中烘干，持续5h，温度设置为65℃，制得所述太阳能电池用无铅玻璃粉。
实施例3
(1)将18％～24％SiO2，3％～7％TiO2，28％～36％Bi2O3，1％～4％Al2O3，2％～6％ZnO，26％～34％B2O3，1％～3％Sb2O3，1％～3％Nb2O3按比例分别称取准备好；
(2)将上述玻璃粉原料置于坩埚中在常温下混合搅拌均匀；
(3)将承载有玻璃粉原料的坩埚置于高温熔炉中加热至1200℃，持续1.5h，熔炼成均匀的玻璃液；
(4)将上述玻璃液用去离子水进行水淬，形成不规则的玻璃碎薄片；
(5)将上述玻璃碎薄片置于球磨机中粉碎，持续7h，转速设置为300r/min；
(6)将上述球磨好的玻璃粉过筛，筛网目数为200～250目；
(7)将上述过筛后的玻璃粉置于烘干机中烘干，持续4h，温度设置为60℃，制得所述太阳能电池用无铅玻璃粉。
实施例4
(1)将18％～24％SiO2，3％～7％TiO2，28％～36％Bi2O3，1％～4％Al2O3，2％～6％ZnO，26％～34％B2O3，1％～3％Sb2O3，1％～3％Nb2O3按比例分别称取准备好；
(2)将上述玻璃粉原料置于坩埚中在常温下混合搅拌均匀；
(3)将承载有玻璃粉原料的坩埚置于高温熔炉中加热至1200℃，持续2h，熔炼成均匀的玻璃液；
(4)将上述玻璃液用去离子水进行水淬，形成不规则的玻璃碎薄片；
(5)将上述玻璃碎薄片置于球磨机中粉碎，持续6h，转速设置为300r/min；
(6)将上述球磨好的玻璃粉过筛，筛网目数为200～250目；
(7)将上述过筛后的玻璃粉置于烘干机中烘干，持续5h，温度设置为60℃，制得所述太阳能电池用无铅玻璃粉。
实施例1-4的玻璃粉原料成分比例具体如表1所示。
表1玻璃粉原料成分比例(wt％)
测试例1
对实施例1-4制得的太阳能电池用无铅玻璃粉进行性能测试，结果如表2所示。
表2玻璃粉性能测试
测试例2
将实施例1-4制得的太阳能电池用无铅玻璃粉与银粉和相关助剂混合制成导电银浆，将该导电银浆分别用丝网印刷的方式印刷于156mm*156mm的基板硅晶片上，经烘干烧结处理后进行检测，结果如表3所示。
表3导电银浆制备的电池片性能测试
Claims (5)
1.一种太阳能电池用无铅玻璃粉，其特征在于，由以下重量百分比的原料构成：18％～24％SiO2，3％～7％TiO2，28％～36％Bi2O3，1％～4％Al2O3，2％～6％ZnO，26％～34％B2O3，1％～3％Sb2O3，1％～3％Nb2O3，各组分重量百分数之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用无铅玻璃粉，其特征在于，由以下重量百分比的原料构成：20％～22％SiO2，4％～6％TiO2，32％～34％Bi2O3，2％～3％Al2O3，4％～5％ZnO，30％～31％B2O3，1％～2％Sb2O3，1％～2％Nb2O3，各组分重量百分数之和为100％。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用无铅玻璃粉，其特征在于，由以下重量百分比的原料构成：20％SiO2，6％TiO2，34％Bi2O3，2％Al2O3，4％ZnO，30％B2O3，2％Sb2O3，2％Nb2O3，各组分重量百分数之和为100％。
4.权利要求1～3任一项所述的一种太阳能电池用无铅玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将各组分玻璃粉原料按比例分别称取准备好；
步骤2)将步骤1)所述玻璃粉原料置于坩埚中在常温下混合搅拌均匀；
步骤3)将步骤2)所述承载有玻璃粉原料的坩埚置于高温熔炉中加热至1100℃-1300℃，持续1～2h，熔炼成均匀的玻璃液；
步骤4)将步骤3)所述玻璃液用去离子水进行水淬，形成不规则的玻璃碎薄片；
步骤5)将步骤4)所述玻璃碎薄片置于球磨机中粉碎，持续6～8h，转速设置为250r/min～350r/min；
步骤6)将步骤5)所述球磨好的玻璃粉过筛，筛网目数为200～250目；
步骤7)将步骤6)所述过筛后的玻璃粉置于烘干机中烘干，持续3～5h，温度设置为55～65℃，制得所述太阳能电池用无铅玻璃粉。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能电池用无铅玻璃粉的制备方法，其特征在于，步骤3)所述高温熔炉的加热温度为1200℃，步骤5)所述球磨机的转速设置为300r/min，步骤7)所述烘干机的烘干温度为60℃。
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