CN114249538A - 一种用于光伏油墨的玻璃粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光伏油墨的玻璃粉体及其制备方法，玻璃粉体组合物按质量百分比包括：20～45%的ZnO、10～40%的B2O3、10～25%的SiO2、0～10%的Bi2O3、0～5%的ZrO2、0～5%的TiO2、0～2%的Al2O3、0～10%的M2O、0～10%的MeO、0~10%的氟化物。根据上述组成配料，在玻璃熔炉中熔融，得到的高温玻璃熔液倒入去离子水中快速淬冷，过滤后在烘箱中干燥，得到玻璃水淬熟料。将干燥后的玻璃水淬熟料经过预破碎后，在球磨机中细磨，得到玻璃微粉。通过该方法得到的玻璃粉体的烧结温度在640~750℃之间，热膨胀系数在(60~90)×10‑7/K之间，与浮法玻璃基板接近，与光伏油墨中其他组份相性良好，能有效提高光伏背板玻璃反射率，从而提高太阳能电池发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及无机材料技术领域，具体涉及一种用于光伏油墨的玻璃粉体及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是将光转变成电的核心器件，属于精密的半导体器件，易受环境损害和机械损伤，不能直接暴露于太阳光、雨水、霜雪、沙尘等自然条件下，必须对其进行封装保护。采用双玻组件封装，即在太阳能电池的正面与背面均用玻璃封装，具有使用寿命长和功率衰减低，水汽透过率接近于零，并且耐磨机械性能优良等优点，是目前主流的太阳能电池封装手段。
当太阳光入射到太阳能电池上时，会有部分光透过光伏背板玻璃，造成太阳光能的浪费。为了尽可能充分利用太阳能，需在背板玻璃上涂覆光伏油墨，将透过太阳能电池背板玻璃的光反射回太阳能电池片上，从而提高太阳能电池的发电效率。
光伏油墨是一种具有高反射率的玻璃釉料，主要由水性调墨油、玻璃粉体和功能增白粉三大部分构成。其中，玻璃粉体是光伏油墨中的重要组分，由多种无机粉料按一定的比例配置，经玻璃熔窑熔化后，再经过水淬工艺，研磨成细小的粉末。专利CN 110256897 A公布了一种无机油墨、光伏背板玻璃及其制备方法，对玻璃粉体的成份要求仅提到包含氧化硼、二氧化硅、氧化铝成份。CN 110564201 A和CN 110607092 A公布了一种光伏玻璃超高反射膜油墨的制备方法，同样没有对玻璃粉体的成份做划分。玻璃粉体对光伏油墨的烧结温度、耐腐蚀性能有着重要的影响。目前，随着人们对环境保护要求的提高，玻璃粉体要求无铅化，因此用于低熔点玻璃粉体的主要成份多采用 R2O-ZnO-B2O3-SiO2 复合体系。玻璃粉体的烧结温度会显著影响功能增白粉的烧结性能。同时，玻璃粉体的热膨胀系数也是影响光伏油墨烧结性能的重要因素。一旦玻璃粉体的热膨胀系数不合适，会引起光伏油墨与基板玻璃失配，从而导致光伏油墨与基板玻璃间存在较大应力使得抗冲击性能变差且容易脱附。
发明内容
本发明旨在提供一种烧结温度宽、膨胀系数合适的玻璃粉体及其制备方法，能较好地与光伏油墨中其他组份相匹配，从而提高光伏背板玻璃反射率，提高太阳能电池发电效率。
本发明的基本解决思路：将ZnO、B2O3、SiO2、Bi2O3作为主要组份，通过调节碱金属和碱土金属的含量至特定的质量百分比，使玻璃具有合适的热膨胀系数、转变温度以及烧结温度，以使光伏油墨与光伏背板玻璃较好地匹配，减小光伏油墨与光伏背板玻璃间的应力。玻璃粉体的制备成份中增加一定含量的氧化锆、氧化钛、氟化物等成核剂，使得玻璃粉体产生少许体积比例的晶相，起到调节玻璃粉体热膨胀系数的作用，在调制光伏油墨的时候，对油墨的其他几种主要成份，如：水性调墨油、功能增白粉等起到多样选择性的作用。本发明含有一定含量晶相，主体部分仍为低熔点玻璃粉体，不影响玻璃粉体在光伏油墨中起到的低温溶剂作用，且不同的晶相含量对最终的光伏油墨产品具有不同的效果。此外，加入一定含量的氟化物可以降低玻璃粉体的熔融温度，调节光伏油墨的使用温度。氧化锆的加入也可以对玻璃体的耐酸性、耐水性改善明显，能够提高太阳能电池的发电效率、缩短电池使用寿命。
本申请的实施例是这样实现的：
本申请实施例提供一种玻璃粉体组合物，其按质量百分比包括：20～45%的ZnO、10～40%的B2O3、10～25%的SiO2、0～10%的Bi2O3、0～5%的ZrO2、0～5%的TiO2、0～2%的Al2O3、0～10%的M2O、0～10%的MeO、0~10%的氟化物，其中M是Li、Na、K中的一种或几种，Me是Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或几种，氟化物是以碱金属或者碱土金属的氟化物形式引入的。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，应理解，下述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而非全部的实施例。本发明的详细实施例描述并非对本发明作任何形式上的限制。
具体实施方式
实施例1
S1称取玻璃组合物，按质量百分比为：27.7%的ZnO、12.7%的SiO2、35.5%的B2O3、1.1%的Al2O3、 8.6%的Bi2O3、2.5%的ZrO2、2.5%的TiO2、1.3%的Li2O、1.2%的Na2O、2.5%的K2O、0.2%的CaO、2.0%的NaF、2.2%的CaF2；
S2将S1步骤中称好的玻璃粉体组合物装入白金坩埚中，从室温以6℃/min的升温速率加热至1200℃，保温90min，得到玻璃熔体；
S3：将熔制好的玻璃熔液倒入常温去离子水中快速淬冷，过滤后在60℃的烘箱中干燥得到玻璃水淬熟料；
S4：将干燥后的玻璃水淬熟料经过预破碎后，再在球磨机中细磨，料球比1:3，过400目筛，得到玻璃微粉。
光伏油墨的制备：
按以下重量比例称取：水性丙烯酸树脂15%，乙二醇丁醚20%，丙二醇甲醚10%，去离子水50%，丙二醇5%，制备水性丙烯酸树脂溶液。
按照质量百分比取制备好的水性丙烯酸树脂溶液30%，加制备的玻璃粉35%，钛白粉30%，超细氧化硅粉5%，用高温分散机搅拌均匀，然后用三辊机或者砂磨机研磨至细度小于10μm，加入水性丙烯酸树脂溶液调整粘度，即可得白色无机油墨，反射率82%，附着力等级1级。
实施例2
S1称取玻璃组合物，按质量百分比为：31.7%的ZnO、12.4%的SiO2、33.2%的B2O3、5.6%的Bi2O3、3.8%的ZrO2、3.5%的TiO2、3.7%的Na2O、1.4%的CaO、2.7%的KF、2.0%的SrF2；
S2将S1步骤中称好的玻璃粉体组合物装入白金坩埚中，从室温以6℃/min的升温速率加热至1200℃，保温90min，得到玻璃熔体；
S3：将熔制好的玻璃熔液倒入常温去离子水中快速淬冷，过滤后在60℃的烘箱中干燥得到玻璃水淬熟料；
S4：将干燥后的玻璃水淬熟料经过预破碎后，再在球磨机中细磨，料球比1:3，过400目筛，得到玻璃微粉。
光伏油墨的制备：
按以下重量比例称取：水性丙烯酸树脂15%，乙二醇丁醚20%，丙二醇甲醚10%，去离子水50%，丙二醇5%，制备水性丙烯酸树脂溶液。
按照质量百分比取制备好的水性丙烯酸树脂溶液30%，加制备的玻璃粉35%，钛白粉30%，超细氧化硅粉5%，用高温分散机搅拌均匀，然后用三辊机或者砂磨机研磨至细度小于10μm，加入水性丙烯酸树脂溶液调整粘度，即可得白色无机油墨，反射率84%，附着力等级0级。
实施例3
S1称取玻璃组合物，按质量百分比为：33.5%的ZnO、15.7%的SiO2、24.6%的B2O3、1.9%的Al2O3、4.0%的Bi2O3、4.3%的ZrO2、4.0%的TiO2、0.4%的Li2O、3.8%的Na2O、3.8%的K2O、1.5%的BaO、2.5%的CaF2；
S2将S1步骤中称好的玻璃粉体组合物装入白金坩埚中，从室温以6℃/min的升温速率加热至1200℃，保温120min，得到玻璃熔体；
S3：将熔制好的玻璃熔液倒入常温去离子水中快速淬冷，过滤后在60℃的烘箱中干燥得到玻璃水淬熟料；
S4：将干燥后的玻璃水淬熟料经过预破碎后，再在球磨机中细磨，料球比1:4，过400目筛，得到玻璃微粉。
光伏油墨的制备：
按以下重量比例称取：水性丙烯酸树脂15%，乙二醇丁醚20%，丙二醇甲醚10%，去离子水50%，丙二醇5%，制备水性丙烯酸树脂溶液。
按照质量百分比取制备好的水性丙烯酸树脂溶液30%，加制备的玻璃粉35%，钛白粉30%，超细氧化硅粉5%，用高温分散机搅拌均匀，然后用三辊机或者砂磨机研磨至细度小于10μm，加入水性丙烯酸树脂溶液调整粘度，即可得白色无机油墨，反射率84%，附着力等级0级。
实施例4
S1称取玻璃组合物，按质量百分比为：36.7%的ZnO、20.2%的SiO2、19.5%的B2O3、6.0%的Bi2O3、2.1%的ZrO2、2.1%的TiO2、0.4%的Li2O、0.5%的Na2O、1.3%的CaO、2.7%的SrO、4.5%的BaO、2.0%的SrF2；
S2将S1步骤中称好的玻璃粉体组合物装入白金坩埚中，从室温以6℃/min的升温速率加热至1300℃，保温120min，得到玻璃熔体；
S3：将熔制好的玻璃熔液倒入常温去离子水中快速淬冷，过滤后在60℃的烘箱中干燥得到玻璃水淬熟料；
S4：将干燥后的玻璃水淬熟料经过预破碎后，再在球磨机中细磨，料球比1:4，过400目筛，得到玻璃微粉。
光伏油墨的制备：
按以下重量比例称取：水性丙烯酸树脂15%，乙二醇丁醚20%，丙二醇甲醚10%，去离子水50%，丙二醇5%，制备水性丙烯酸树脂溶液。
按照质量百分比取制备好的水性丙烯酸树脂溶液30%，加制备的玻璃粉35%，钛白粉30%，超细氧化硅粉5%，用高温分散机搅拌均匀，然后用三辊机或者砂磨机研磨至细度小于10μm，加入水性丙烯酸树脂溶液调整粘度，即可得白色无机油墨，反射率82%，附着力等级0级。
实施例5
S1称取玻璃组合物，按质量百分比为：39.5%的ZnO、22.8%的SiO2、14.8%的B2O3、0.9%的Al2O3、5.2%的Bi2O3、3.1%的ZrO2、3.2%的TiO2、2.2%的Na2O、2.1%的K2O、2.2%的SrO、1.3%的BaO、2.7%的BaF2；
S2将S1步骤中称好的玻璃粉体组合物装入白金坩埚中，从室温以6℃/min的升温速率加热至1300℃，保温120min，得到玻璃熔体；
S3：将熔制好的玻璃熔液倒入常温去离子水中快速淬冷，过滤后在60℃的烘箱中干燥得到玻璃水淬熟料；
S4：将干燥后的玻璃水淬熟料经过预破碎后，再在球磨机中细磨，料球比1:4，过400目筛，得到玻璃微粉。
光伏油墨的制备：
按以下重量比例称取：水性丙烯酸树脂15%，乙二醇丁醚20%，丙二醇甲醚10%，去离子水50%，丙二醇5%，制备水性丙烯酸树脂溶液。
按照质量百分比取制备好的水性丙烯酸树脂溶液30%，加制备的玻璃粉35%，钛白粉30%，超细氧化硅粉5%，用高温分散机搅拌均匀，然后用三辊机或者砂磨机研磨至细度小于10μm，加入水性丙烯酸树脂溶液调整粘度，即可得白色无机油墨，反射率80%，附着力等级1级。
表1实施例1～5的组成和相关性能测试表
Claims (7)
1.一种玻璃粉体组合物，其特征在于，其按质量百分比包括：20～45%的ZnO、10～40%的B2O3、10～25%的SiO2、0～10%的Bi2O3、0～5%的ZrO2、0～5%的TiO2、0～2%的Al2O3、0～10%的M2O、0～10%的MeO、0~10%的氟化物，其中M是Li、Na、K中的一种或几种，Me是Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或几种，氟化物是以碱金属或者碱土金属的氟化物形式引入的。
2.根据权利要求1所述的玻璃粉体组合物，其特征在于，所述氟化物是由纯度≥99%的氟化物引入，包含KF、NaF、MgF2、CaF2、SrF2或BaF2中的一种或几种。
3.一种用于光伏油墨的玻璃粉体的制备方法，其特征在于，包括：
将权利要求1～2所述的玻璃组合物在铂金坩埚中加热熔化得到玻璃熔料；
将所述的玻璃熔料快速水淬，得到玻璃水淬熟料；
将所述的玻璃水淬熟料破碎球磨得到玻璃微粉。
4.根据权利要求3所述的一种用于光伏油墨的玻璃粉体的制备方法，其特征在于，玻璃组合物的熔化温度为1100℃～1300℃，熔化时间为90～180min。
5.根据权利要求3所述的一种用于光伏油墨的玻璃粉体的制备方法，其特征在于，所述的玻璃粉体球磨后的粒径为：D50为2～10μm，且D100≤25μm。
6.根据权利要求3所述的一种用于光伏油墨的玻璃粉体的制备方法，其特征在于，球磨步骤中，料球比为1:（3~5）。
7.一种用于光伏油墨的玻璃粉体组合物，其特征在于，其原料包括如权利要求1～2任一项所述的玻璃组合物，或者由权利要求3～6任一项所述的玻璃粉体制备方法得到：
所述玻璃粉体在30～300℃的热膨胀系数为60～90×10-7/℃；
所述玻璃粉体的转变温度Tg为440～530℃；
所述玻璃粉体的软化温度Tf为550～630℃；
所述玻璃粉体的烧结温度为640～750℃。
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