玻璃料及其制备方法和应用、银铝浆料及其制备方法和应用
文献发布时间：2023-06-19 19:28:50
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种玻璃料及其制备方法和应用、银铝浆料及其制备方法和应用。
背景技术
晶体硅太阳能电池按照中心晶体硅基体的类型划分，可分为P型晶体硅太阳能电池和N型晶体硅太阳能电池。N型晶体硅太阳能电池具有少子寿命长、无光致衰减、长期发电收益率高、温度系数低、高温条件下仍可高功率输出等优点，相比于P型晶体硅太阳能电池具有更高的转换效率。
但是随着N型晶体硅太阳能电池转换效率的不断提升，短路电流越来越大，电极电阻对电池转换效率的影响也越来越显著。目前N型晶体硅太阳能电池中的金属电极与P-Si发射极之间的接触电阻较大，导致N型晶体硅太阳能电池依然存在转换率较低的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种玻璃料及其制备方法和应用、银铝浆料及其制备方法和应用，由本发明提供的玻璃料制备得到的银铝浆料，能够有效降低金属电极与P-Si发射极之间的接触电阻，进而提高N型晶体硅太阳能电池的转化效率。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种玻璃料，包括以下质量份数的组分：二氧化硅3～10份、氧化铅30～70份、二氧化碲20～50份、氧化锌1～10份、氧化铝0.5～5份、碱土金属氧化物0.5～5份、调节剂0.5～5份和硼酸0～10份；
所述调节剂包括氢氧化铟和/或钨酸铟。
优选的，所述碱土金属氧化物包括氧化钡、氧化镁和氧化钙中的一种或多种。
优选的，当所述调节剂包括氢氧化铟和钨酸铟时，所述氢氧化铟和钨酸铟的质量比为1～2：1～2。
本发明还提供了上述技术方案所述玻璃料的制备方法，包括以下步骤：
将所述玻璃料包括的各组分混合，依次进行熔融和淬冷处理，得到所述玻璃料。
优选的，所述熔融的温度为1000～1200℃，时间为0.5～1h。
本发明还提供了上述技术方案所述的玻璃料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的玻璃料在银铝浆料中的应用。
本发明还提供了一种银铝浆料，包括以下质量份数的组分：银粉70～85份，铝粉5～10份，玻璃料5～10份和有机载体5～10份；
所述玻璃料为上述技术方案所述的玻璃料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的玻璃料。
优选的，以质量份数计，所述有机载体包括以下组分：
溶剂85～95份、增稠剂1～3份、触变剂3～8份和分散剂1～2份。
本发明还提供了上述技术方案所述银铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
将银粉、铝粉、玻璃料和有机载体混合，得到所述银铝浆料。
本发明还提供了上述技术方案所述的银铝浆料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的银铝浆料在N型晶硅太阳能电池上的应用。
本发明提供了一种玻璃料，包括以下质量份数的组分：二氧化硅3～10份、氧化铅30～70份、二氧化碲20～50份、氧化锌1～10份、氧化铝0.5～5份、碱土金属氧化物0.5～5份、调节剂0.5～5份和硼酸0～10份；所述调节剂包括氢氧化铟和/或钨酸铟。本发明提供的玻璃料应用到N型晶硅太阳能电池的银铝浆料中，在金属化的过程后中，玻璃料中的二氧化硅和氧化铅能够形成玻璃体结构；其中的氧化铅对N型太阳能电池的减反射膜具有较强的腐蚀性，能够使浆料穿透减反射膜与硅片直接连接，提高了银铝浆料与P-Si发射极的接触性能；玻璃料中的调节剂在金属化过程中能够对P-Si发射极进行p+掺杂，提高P-Si发射极的掺杂浓度，以减小金属电极和P-Si发射级接触界面的肖特基势垒宽度或高度。本发明在玻璃料各组分的协同作用下，使得银铝浆料与N型晶硅太阳能电池的P-Si发射极之间具有优异的接触性能以及良好的导电性能，进而提高了N型晶硅太阳能电池的转化效率。
附图说明
图1为本发明采用的线传输模型的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种玻璃料，包括以下质量份数的组分：二氧化硅3～10份、氧化铅30～70份、二氧化碲20～50份、氧化锌1～10份、氧化铝0.5～5份、碱土金属氧化物0.5～5份、调节剂0.5～5份和硼酸0～10份；
所述调节剂包括氢氧化铟和/或钨酸铟。
在本发明中，如无特殊说明，所用原料采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
以质量份数计，本发明提供的玻璃料包括二氧化硅3～10份，进一步优选为4～9份，更优选为5～8份。在本发明中，所述二氧化硅在后续金属化的过程中能够玻璃体，提高金属电极在晶体硅表面的附着力。
以所述二氧化硅的质量份数计，本发明提供的玻璃料包括氧化铅30～70份，进一步优选为35～65份，更优选为40～60份。在本本发明中，所述氧化铅一方面能够形成玻璃体，同时对N型太阳能电池的减反射膜具有较强的腐蚀性，能够使浆料穿透减反射膜与硅片直接连接，提高了银铝浆料与P-Si发射极的接触性能。
以所述二氧化硅的质量份数计，本发明提供的玻璃料包括二氧化碲20～50份，进一步优选为25～45份，更优选为30～40份。在本发明中，所述二氧化碲能够提高银铝浆料所制备出的金属电极在电池片上的附着力。
以所述二氧化硅的质量份数计，本发明提供的玻璃料包括氧化锌1～10份，进一步优选为2～9份，更优选为3～8份。在本发明中，所述氧化锌能够改善玻璃粉在烧结过程的热稳定性能。
以所述二氧化硅的质量份数计，本发明提供的玻璃料包括氧化铝0.5～5份，进一步优选为1～4份，更优选为2～3份。在本发明中，所述氧化铝能够改善玻璃粉在烧结过程中的热膨胀系数。
以所述二氧化硅的质量份数计，本发明提供的玻璃料包括碱土金属氧化物0.5～5份，进一步优选为1～4份，更优选为1.5～3.5份。在本发明中，所述碱土金属氧化物优选包括氧化钡、氧化镁和氧化钙中的一种或多种。在本发明中，当所述碱土金属氧化物优选包括氧化钡、氧化镁和氧化钙中的任意两种时，任意两种碱土金属氧化物的质量比为1：1；当所述碱土金属氧化物包括氧化钡、氧化镁和氧化钙时，所述氧化钡、氧化镁和氧化钙的质量比优选为1：1：1。在本发明中，所述碱土金属氧化物能够提高玻璃粉的导电性能。
以所述二氧化硅的质量份数计，本发明提供的玻璃料包括调节剂0.5～5份，进一步优选为1～4.5份，更优选为1.5～4份。在本发明中，所述调节剂包括氢氧化铟和/或钨酸铟。在本发明中，当所述调节剂包括氢氧化铟和钨酸铟时，所述氢氧化铟和钨酸铟的质量比优选为1～2：1～2。在本发明中，所述氢氧化铟和/或钨酸铟中的铟离子在浆料金属化过程中能够进入N型太阳电池的P-Si发射极中进行p+掺杂(重掺)。由于P-Si发射极掺杂浓度的提高，从而能够减小金属电极和P-Si发射级接触界面的肖特基势垒宽度；所述钨酸铟在浆料金属化过程中能够改善金属电极的功函数，从而降低金属电极和P-Si发射级接触界面的肖特基势垒高度。
以所述二氧化硅的质量份数计，本发明提供的玻璃料包括硼酸0～10份，进一步优选为1～9份，更优选为2～8份。在本发明中，所述硼酸能够对P-Si发射极进行p+掺杂，进一步提高P-Si发射极的掺杂浓度，以减小金属电极和P-Si发射级接触界面的肖特基势垒宽度。
本发明提供的玻璃料具有较低的软化温度和热膨胀系数，低的电阻率和介电损耗以及宽窗口的烧结温区(780～850℃)。
本发明还提供了上述技术方案所述玻璃料的制备方法，包括以下步骤：
将所述玻璃料包括的各组分混合，依次进行熔融和淬冷处理，得到所述玻璃料。
在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行。在本发明中，所述搅拌的时间优选为4h。在本发明中，所述混合优选在混料机中进行。
所述熔融前，本发明还优选包括对得到的混合料进行预热。在本发明中，所述预热的温度优选为500℃；升温至所述预热温度的升温速率优选为10℃/min；保温时间优选为0.5h。在本发明中，所述预热优选在高温烧结炉中进行。在本发明中，所述预热能够排出混合料中的气体。
在本发明中，所述熔融的温度优选为1000～1200℃，进一步优选为1050～1180℃，更优选为1100～1150℃；升温至所述熔融温度的升温速率优选为10℃/min；保温时间优选为0.5～1h，进一步优选为0.6～0.9h，更优选为0.7～0.8h。在本发明中，所述熔融优选在高温烧结炉中进行。
本发明对所述淬冷处理的过程没有特殊的限定，直接将熔融得到的料液迅速倒入去离子水中即可。所述淬冷处理后，本发明还优选包括对得到的物料进行干燥、研磨和过筛处理。
在本发明中，所述干燥的温度优选为100℃，时间优选为4h。在本发明中，所述干燥优选在烘箱中进行。
在本发明中，所述研磨优选包括依次进行干磨和湿磨。
在本发明中，所述研磨优选在球磨罐中进行；所述研磨过程中所采用的磨球优选为氧化锆磨球。在本发明中，所述干磨过程中物料和磨球的体积比为优选为1：1，所述物料和磨球的总体积和球磨罐体积比优选为2：3。在本发明中，所述干磨的转速优选为500rpm，时间优选为4h。本发明对所述干磨的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述湿磨优选在乙醇体系中进行。在本发明中，所述湿磨过程中物料、磨球和乙醇的体积比优选为1：1：1。在本发明中，所述湿磨的转速优选为400rpm，时间优选为8h。本发明对所述湿磨的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
所述湿磨后，本发明还优选包括对得到的物料进行干燥；所述干燥的温度优选为60℃，时间优选为48h。在本发明中，所述干燥优选在烘箱中进行。
在本发明中，所述研磨后得到的物料的粒径优选为2～3μm。
在本发明中，所述过筛处理采用的筛网孔径优选为500目。本发明对所述过筛处理的过程没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述玻璃料的粒径优选2μm。
本发明提供的玻璃料的制备方法简便，成本低，适合工业化生产。
本发明还提供了上述技术方案所述玻璃料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的玻璃料在银铝浆料中的应用。
本发明还提供了一种银铝浆料，包括以下质量份数的组分：银粉70～85份，铝粉5～10份，玻璃料5～10份和有机载体5～10份；
所述玻璃料为上述技术方案所述玻璃料或上述技术方案所述制备方法制备得到的玻璃料。
以质量份数计，本发明提供的银铝浆料包括银粉70～85份，进一步优选为72～83份，更优选为75～80份。在本发明中，所述银粉的粒径优选为1μm。
以所述银粉的质量份数计，本发明提供的银铝浆料包括铝粉5～10份，进一步优选为6～9份，更优选为7～8份。在本发明中，所述铝粉的粒径优选为1μm。在本发明中，所述铝粉能够降低金属电极与P-Si发射极的接触电阻。
以所述银粉的质量份数计，本发明提供的银铝浆料包括玻璃料5～10份，进一步优选为6～9份，更优选为7～8份。
以所述银粉的质量份数计，本发明提供的银铝浆料包括有机载体5～10份，进一步优选为6～9份，更优选为7～8份。以质量份数计，本发明提供的有机载体包括以下组分：溶剂85～95份、增稠剂1～3份、触变剂3～8份和分散剂1～2份。在本发明的具体实施例中，质量份数计，所述有机载体包括以下组分：溶剂90份、增稠剂3份、触变剂5份和分散剂2份。
在本发明中，所述溶剂优选包括丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯和十二醇酯中的一种或几种。在本发明中，所述增稠剂优选包括乙基纤维素、聚酰胺、聚酰胺改性树脂和含氢键松香树脂中的一种或几种。在本发明中，所述触变剂优选包括聚酰胺蜡、氢化蓖麻油、改性聚酰胺蜡和改性氢化蓖麻油中的一种或几种。在本发明中，所述分散剂优选包括磷酸三丁酯、柠檬酸铵和聚丙烯酸中的一种或几种。
本发明还提供了上述技术方案所述的银铝浆料的制备方法，包括以下步骤：
将银粉、铝粉、玻璃料和有机载体混合，得到所述银铝浆料。
在本发明中，所述银铝浆料中固体物质的粒径优选为小于10μm。在本发明中，所述混合优选在三辊机中进行。本发明对所述混合的过程没有特殊的限定，能够得到所需粒径的银铝浆料即可。
本发明还提供了上述技术方案所述银铝浆料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的银铝浆料在N型晶硅太阳能电池上的应用。本发明对所述应用的具体实施方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的一种玻璃料及其制备方法和应用、银铝浆料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按以下质量份数备料：氧化铅60份、二氧化碲31份、二氧化硅5份、氧化锌1.5份、氧化铝0.5份、氧化钡0.5份、氧化镁0.5份、氢氧化铟0.5份；
制备玻璃料包括以下步骤：
将上述原料放入混料机中混合4h后，得到混合料；
将混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚置于高温烧结炉中，以10℃/min的升温速度从室温加热至500℃并保温0.5h进行预热，排除混合料中的气体；以10℃/min的升温速率加热至1000℃并保温1h进行熔融，将得到的玻璃液迅速倒入去离子水中进行淬冷处理，得到玻璃熔块；
将玻璃熔块放入烘箱中，在100℃烘干4h后，放入球磨机中，在500rpm的转速转速下干磨4h(其中玻璃熔块和氧化锆磨球的体积比为1：1，玻璃熔块和氧化锆磨球的体积占球磨罐总体积的2/3)；在400rpm的转速下湿磨8h(其中玻璃熔块、氧化锆磨球和乙醇体积比为1：1：1)；然后在60℃下烘干48h后，用500目的标准筛筛选，得到粒径约2μm的玻璃料。
实施例2
按以下质量份数备料：氧化铅60份、二氧化碲31份、二氧化硅3份、氧化锌1.5份、氧化铝0.5份、硼酸2份、氧化钡0.5份、氧化钙0.5份、氢氧化铟0.5份、钨酸铟0.5份；
制备玻璃料包括以下步骤：
将上述原料放入混料机中混合4h后，得到混合料；
将混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚置于高温烧结炉中，以10℃/min的升温速度从室温加热至500℃并保温0.5h进行预热，排除混合料中的气体；以10℃/min的升温速率加热至1000℃并保温1h进行熔融，将得到的玻璃液迅速倒入去离子水中进行淬冷处理，得到玻璃熔块；
将玻璃熔块放入烘箱中，在100℃烘干4h后，放入球磨机中，在500rpm的转速转速下干磨4h(其中玻璃熔块和氧化锆磨球的体积比为1：1，玻璃熔块和氧化锆磨球的体积占球磨罐总体积的2/3)；在400rpm的转速下湿磨8h(其中玻璃熔块、氧化锆磨球和乙醇体积比为1：1：1)；然后在60℃下烘干48h后，用500目的标准筛筛选，得到粒径约2μm的玻璃料。
实施例3
按以下质量份数备料：氧化铅65份、二氧化碲26份、二氧化硅5份、氧化锌2份、氧化铝0.5份、氧化钙0.5份、钨酸铟0.5份、氢氧化铟0.5份；
制备玻璃料包括以下步骤：
将上述原料放入混料机中混合4h后，得到混合料；
将混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚置于高温烧结炉中，以10℃/min的升温速度从室温加热至500℃并保温0.5h进行预热，排除混合料中的气体；以10℃/min的升温速率加热至1100℃并保温1h进行熔融，将得到的玻璃液迅速倒入去离子水中进行淬冷处理，得到玻璃熔块；
将玻璃熔块放入烘箱中，在100℃烘干4h后，放入球磨机中，在500rpm的转速转速下干磨4h(其中玻璃熔块和氧化锆磨球的体积比为1：1，玻璃熔块和氧化锆磨球的体积占球磨罐总体积的2/3)；在400rpm的转速下湿磨8h(其中玻璃熔块、氧化锆磨球和乙醇体积比为1：1：1)；然后在60℃下烘干48h后，用500目的标准筛筛选，得到粒径约2μm的玻璃料。
实施例4
按以下质量份数备料：氧化铅65份、二氧化碲26份、二氧化硅3份、氧化锌1.5份、氧化铝0.5份、氧化钙0.5份、氧化镁0.5份、硼酸2份、氢钨酸铟1份；
制备玻璃料包括以下步骤：
将上述原料放入混料机中混合4h后，得到混合料；
将混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚置于高温烧结炉中，以10℃/min的升温速度从室温加热至500℃并保温0.5h进行预热，排除混合料中的气体；以10℃/min的升温速率加热至1200℃并保温1h进行熔融，将得到的玻璃液迅速倒入去离子水中进行淬冷处理，得到玻璃熔块；
将玻璃熔块放入烘箱中，在100℃烘干4h后，放入球磨机中，在500rpm的转速转速下干磨4h(其中玻璃熔块和氧化锆磨球的体积比为1：1，玻璃熔块和氧化锆磨球的体积占球磨罐总体积的2/3)；在400rpm的转速下湿磨8h(其中玻璃熔块、氧化锆磨球和乙醇体积比为1：1：1)；然后在60℃下烘干48h后，用500目的标准筛筛选，得到粒径约2μm的玻璃料。
实施例5
按以下质量份数备料：氧化铅65份、二氧化碲26份、二氧化硅3.5份、氧化锌3份、氧化铝1份、氧化钡0.5份、氢氧化铟0.5份、钨酸铟0.5份；
制备玻璃料包括以下步骤：
将上述原料放入混料机中混合4h后，得到混合料；
将混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚置于高温烧结炉中，以10℃/min的升温速度从室温加热至500℃并保温0.5h进行预热，排除混合料中的气体；以10℃/min的升温速率加热至1200℃并保温1h进行熔融，将得到的玻璃液迅速倒入去离子水中进行淬冷处理，得到玻璃熔块；
将玻璃熔块放入烘箱中，在100℃烘干4h后，放入球磨机中，在500rpm的转速转速下干磨4h(其中玻璃熔块和氧化锆磨球的体积比为1：1，玻璃熔块和氧化锆磨球的体积占球磨罐总体积的2/3)；在400rpm的转速下湿磨8h(其中玻璃熔块、氧化锆磨球和乙醇体积比为1：1：1)；然后在60℃下烘干48h后，用500目的标准筛筛选，得到粒径约2μm的玻璃料。
实施例6
按以下质量份数备料：氧化铅70份、二氧化碲21份、二氧化硅3.5份、氧化锌2.5份、氧化铝1份、氧化钙0.5份、氢氧化铟1份、钨酸铟0.5份；
制备玻璃料包括以下步骤：
将上述原料放入混料机中混合4h后，得到混合料；
将混合料装入刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚置于高温烧结炉中，以10℃/min的升温速度从室温加热至500℃并保温0.5h进行预热，排除混合料中的气体；以10℃/min的升温速率加热至1000℃并保温1h进行熔融，将得到的玻璃液迅速倒入去离子水中进行淬冷处理，得到玻璃熔块；
将玻璃熔块放入烘箱中，在100℃烘干4h后，放入球磨机中，在500rpm的转速转速下干磨4h(其中玻璃熔块和氧化锆磨球的体积比为1：1，玻璃熔块和氧化锆磨球的体积占球磨罐总体积的2/3)；在400rpm的转速下湿磨8h(其中玻璃熔块、氧化锆磨球和乙醇体积比为1：1：1)；然后在60℃下烘干48h后，用500目的标准筛筛选，得到粒径约2μm的玻璃料。
应用例
将实施例1～6得到的玻璃料分别制备银铝浆料；
制备方法包括：
将78份银粉、8铝粉、6份玻璃料和8份有机载体利用三辊机进行混合，得到银铝浆料(粒径为7μm)；
其中有机载体包括丁基卡必醇90份、乙基纤维素3份、聚酰胺蜡5份和磷酸三丁酯2份。
性能测试
采用线传输模型(TLM)对本发明提供的银铝浆料制备得到的金属电极的接触电阻进行测量，图1为TLM模型的示意图；
在长方形样品上制作多个不等间距长为W的长方形接触电极；测量时分别在这些电极之间通恒定电流I，用电压探针测量相应的电压V；根据R＝V/I得到每一个间距的总电阻RT(d
按照这种方法依次测出每个间距的RT，然后用测得的电阻值为纵坐标，电极间隔为横坐标，采用直线拟合法做出RT与d
如果基底和电极间为欧姆接触，该直线理论上应该为一条直线，如图1所示；该直线与纵轴的交点等于两倍的接触电阻RC，与横轴的交点等于转换长度L
得到的测试结果如表1所示；
表1应用例中得到的银铝浆料的性能测试结果
由表1可以看出，采用本发明提供的玻璃料制备得到的N型晶硅太阳能电池银铝浆料，可以有效降低N型晶硅太阳能电池中金属电极和p-Si发射极的接触电阻，并提高金属电极的导电性能，进而有效降低电池的串联电阻、提高电池的短路电流，提高电池的转化效率。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。