一种晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂及其制备方法.pdf

本发明公开了一种晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂，由以下质量百分数含量的原料制成：SiO22-8%、B2O315-30%、Al2O31-6%、Bi2O330-50%、P2O53-5%、ZnO5-15%、TiO21-5%、ZrO21-3%、SnO21-3%。本发明还公开了上述无铅无机粘合剂的制备方法：将制备无铅无机粘合剂的原料按比例投入混料机内，混合均匀后分装至刚玉坩埚中，置于干燥箱中在120-140℃下干燥180±10min，然后置于马弗炉中，于950-1150℃熔炼60-90分钟，形成均一的玻璃液，再倒入25±10℃的去离子水中水淬，将水淬后的玻璃块于120-140℃中干燥，使用气流磨将无铅无机粘合剂粉碎至5-8μm。本发明粘合剂不含铅、镉，流平性优，粘结性能好，所用气流磨粉碎工艺避免了玻璃再团聚现象，有助于粒度控制。

权利要求书一种晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂，其特征在于：由以下质量百分数含量的原料制成：SiO2 2‑8%、B2O3 15‑30%、Al2O3 1‑6%、 Bi2O3 30‑50%、P2O5 3‑5%、ZnO 5‑15%、TiO2 1‑5%、ZrO2 1‑3%、SnO2 1‑3%。
一种权利要求1所述的晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）预混合：将制备无铅无机粘合剂的原料按比例投入混料机内，混合分散，静置；
（2）干燥：将预混合的无铅无机粘合剂混合料分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中，于120‑140℃中干燥；
（3）高温熔炼：将已干燥的无铅无机粘合剂混合料置于马弗炉中，于950‑1150℃熔炼，形成均一的玻璃液；
（4）水淬：将高温熔融的玻璃液迅速倒入去离子水中水淬，得到块状玻璃；
（5）粉碎：将水淬后的块状玻璃于120‑140℃中干燥，粉碎后即得晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂。
根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中混合分散的时间为60‑80min，静置时间为20‑40min。
根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中干燥的时间为180±10min。
根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中熔炼的时间为60‑90 min。
根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中去离子水的温度为25±10℃。
根据权利要求2所述的晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中粉碎采用气流磨，粒度为5‑8μm。

说明书一种晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂及其制备方法
技术领域
本发明属于电子浆料技术领域，具体涉及一种晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂及其制备方法。
背景技术
太阳电池是利用太阳能发电的核心器件，而其中又以晶体硅太阳电池为商品化太阳电池的主流。晶体硅太阳电池需要通过前后电极将电流引出，其中背面银浆是制备背面电极的关键材料，通常通过丝网印刷工艺印刷于电池背面，再经高温烧结后与硅基底形成良好的结合。背面银浆的主要组分包括银粉、无机粘合剂（也称玻璃粉）、有机粘合剂和少量添加剂。其中无机粘合剂主要是由氧化物及其盐类按照一定的配比混合后，在高温条件下熔融并迅速冷却而制得。
无机粘合剂的作用是负责烧结后背面电极与硅片的粘结，它既能把银粉牢固地粘在一起，又能使银电极牢固地附在硅片上。在电池烧结的过程中，当温度升至无机粘合剂的软化点时，无机粘合剂开始发生软化。随着温度的升高和时间的延长，无机粘合剂开始熔融，并形成具有流动性的熔液，促进银硅合金的形成。当温度升至银浆的烧成温度，无机粘合剂熔体与硅熔体、银熔体形成大面积熔液。降温时，各组分发生凝固，无机粘合剂存在于银粉空隙、银硅之间的空隙，将它们牢牢地结合在一起。无机粘合剂的腐蚀性要适中，腐蚀性太弱不利于银—硅合金的形成，腐蚀性太强有可能会影响晶体硅太阳电池的电性能。
由于氧化铅是优良的助熔剂，以往几乎所有的太阳电池背面银浆均采用含铅无机粘合剂，但是铅对环境和健康均有害。2003年1月27日，欧盟议会和欧盟理事会通过了2002/95/EC指令，即“在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令”（The Restriction of the use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment），简称RoHS指令。基本内容是：从2006年7月1日起，在新投放市场的电子电气设备产品中，限制使用铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯（PBB）和多溴二苯醚（PBDE）等六种有害物质。RoHS中对六种有害物规定的浓度限制为：镉<100ppm，其它5种物质的含量<1000ppm，该限值是产品是否符合RoHS指令的法定依据。我国生产的太阳电池主要销往欧洲各国，对产品中的有害物质含量有着严格要求。为了适应浆料环保化的要求，无铅无机粘结剂是未来的重要研究方向。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种环保无铅，粘结性好的太阳电池背面银浆用无机粘合剂。
本发明的另一目的是提供一种简单高效的晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂的制备方法。
本发明提供的一种晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂，由以下质量百分数含量的原料制成：SiO2 2‑8%、B2O3 15‑30%、Al2O3 1‑6%、 Bi2O3 30‑50%、P2O5 3‑5%、ZnO 5‑15%、TiO2 1‑5%、ZrO2 1‑3%、SnO2 1‑3%。
本发明提供的一种晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）预混合：将制备无铅无机粘合剂的原料按比例投入混料机内，混合分散，静置；
（2）干燥：将预混合的无铅无机粘合剂混合料分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中，于120‑140℃中干燥；
（3）高温熔炼：将已干燥的无铅无机粘合剂混合料置于马弗炉中，于950‑1150℃熔炼，形成均一的玻璃液；
（4）水淬：将高温熔融的玻璃液迅速倒入去离子水中水淬，得到块状玻璃；
（5）粉碎：将水淬后的块状玻璃于120‑140℃中干燥，粉碎后即得晶体硅太阳电池背面银浆用无铅无机粘合剂。
上述制备方法中，所述步骤（1）中混合分散的时间为60‑80min，静置时间为20‑40min；所述步骤（2）中干燥的时间为180±10min；所述步骤（3）中熔炼的时间为60‑90 min；所述步骤（4）中去离子水的温度为25±10℃；所述步骤（5）中粉碎采用气流磨，粒度为5‑8μm。
本发明无铅无机粘合剂的组分中，SiO2以硅氧四面体结构形成不规则连续网络，SiO2和Al2O3均可降低玻璃的析晶倾向，提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，调节玻璃的线膨胀系数和软化点；B2O3与硅氧四面体共同组成结构网络，其作用是提高玻璃的热稳定性，是良好的助熔剂，加速玻璃熔制过程；Bi2O3在玻璃体系中具有与PbO相当的作用，不仅可形成空间网络结构，同时可显著降低玻璃的软化温度；P2O5可形成空间网络结构；ZnO以锌氧八面体作为网络外体氧化物，用于提高玻璃的化学稳定性和热稳定性；TiO2和SnO2共同用于调整无机粘合剂的软化点，改善流平性能；ZrO2用于提高无机粘合剂的化学稳定性，降低无机粘合剂的热膨胀系数。
相对现有技术，本发明无铅无机粘合剂的优点是：本发明具有流平性优，粘结性能好，无铅、无镉，对环境友好等优点；同时本发明采用气流磨粉碎玻璃，一方面去除了传统工艺上的烘干工序，提高了生产效率，另一方面避免了玻璃球磨后烘干发生的再团聚现象，有利于无铅无机粘合剂的粒度控制。本发明应用于单晶硅太阳电池上的量产转换效率≥18.2%，应用于多晶硅太阳电池上的量产转换效率≥16.8%；应用于晶体硅太阳电池上的焊接拉力>3N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。
具体实施方式
以下实施例仅用于阐述本发明，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例。所述技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容和各参数所取范围，均可实现本发明的目的。
实施例1
按质量份SiO2 8份，B2O3 30份，Al2O3 6份，Bi2O3 32份，P2O5 5份，ZnO 15份，TiO2 1份，ZrO2 1份和SnO2 2份，投入混料机内，混合分散60 min，静置30 min。将预混合的无铅无机粘合剂混合料分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中，于120 ℃中干燥180 min。将已干燥的无铅无机粘合剂混合料置于马弗炉中，于1100 ℃熔炼65分钟，形成均一的玻璃液。将高温熔融的玻璃液迅速倒入25 ℃的去离子水中水淬，得到块状玻璃。将水淬后的玻璃块于140℃中干燥，使用气流磨将无铅无机粘合剂粉碎至5 μm。上述所得玻璃粉的软化点为560 ℃。将该无机粘合剂与银粉、有机粘合剂及添加剂按一定比例混合均匀，研轧配制成背面银浆，并应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.2%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥16.8%；该产品应用于晶体硅太阳电池上的焊接平均拉力>3N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。
实施例2
按质量份SiO2 6份，B2O3 23份，Al2O3 4份，Bi2O3 50份，P2O5 3份，ZnO 5份，TiO2 5份，ZrO2 3份和SnO2 1份，投入混料机内，混合分散70 min，静置30 min。将预混合的无铅无机粘合剂混合料分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中，于140 ℃中干燥185min。将已干燥的无铅无机粘合剂混合料置于马弗炉中，于1000 ℃熔炼75分钟，形成均一的玻璃液。将高温熔融的玻璃液迅速倒入30 ℃的去离子水中水淬，得到块状玻璃。将水淬后的玻璃块于120℃中干燥，使用气流磨将无铅无机粘合剂粉碎至5μm。上述所得玻璃粉的软化点为530 ℃。将该无机粘合剂与银粉、有机粘合剂及添加剂按一定比例混合均匀，研轧配制成背面银浆，并应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.2%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥16.8%；该产品应用于晶体硅太阳电池上的焊接平均拉力>3N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。
实施例3
按质量份SiO2 2份，B2O3 30份，Al2O3 5份，Bi2O3 40份，P2O5 5份，ZnO 10份，TiO2 3份，ZrO2 2份和SnO2 3份，投入混料机内，混合分散75 min，静置30 min。将预混合的无铅无机粘合剂混合料分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中，于125 ℃中干燥190 min。将已干燥的无铅无机粘合剂混合料置于马弗炉中，于950 ℃熔炼75分钟，形成均一的玻璃液。将高温熔融的玻璃液迅速倒入25 ℃的去离子水中水淬，得到块状玻璃。将水淬后的玻璃块于130℃中干燥，使用气流磨将无铅无机粘合剂粉碎至6 μm。上述所得玻璃粉的软化点为495 ℃。将该无机粘合剂与银粉、有机粘合剂及添加剂按一定比例混合均匀，研轧配制成背面银浆，并应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.2%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥16.8%；该产品应用于晶体硅太阳电池上的焊接平均拉力>3N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。
实施例4
按质量份SiO2 5份，B2O3 15份，Al2O3 1份，Bi2O3 50份，P2O5 4份，ZnO 15份，TiO2 5份，ZrO2 2份和SnO2 3份，投入混料机内，混合分散80 min，静置30 min。将预混合的无铅无机粘合剂混合料分装至刚玉坩埚中，放置于数显鼓风干燥箱中，于130 ℃中干燥175 min。将已干燥的无铅无机粘合剂混合料置于马弗炉中，于1050 ℃熔炼75分钟，形成均一的玻璃液。将高温熔融的玻璃液迅速倒入20 ℃的去离子水中水淬，得到块状玻璃。将水淬后的玻璃块于125℃中干燥，使用气流磨将无铅无机粘合剂粉碎至6 μm。上述所得玻璃粉的软化点为500 ℃。将该无机粘合剂与银粉、有机粘合剂及添加剂按一定比例混合均匀，研轧配制成背面银浆，并应用于单晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥18.2%，应用于多晶硅太阳电池上的量产平均转换效率≥16.8%；该产品应用于晶体硅太阳电池上的焊接平均拉力>3N（含铅或者无铅焊带焊接，180°撕拉）。