一种perc
太阳能电池背银玻璃粉及高可靠性银浆制备方法
技术领域
1.本发明属于太阳能perc电池浆料制备领域，具体涉及一种perc太阳能电池背银玻璃粉及高可靠性银浆制备方法。
背景技术：
2.太阳能电池银浆在太阳能电池中扮演着及其重要的角色、发挥及其重要的作用。研究发现perc太阳能电池背银银浆中存在印刷后鼓泡以及可靠性差等问题，其原因主要是由于玻璃粉配方有待优化，其中有些玻璃粉本身的软化区间达不到烧结要求进而影响了浆料烧结成膜，除此之外玻璃粉应用到银浆上也需要与银粉以及有机载体进行合理搭配。
3.据调查目前现有的工业化玻璃粉很多沿用传统玻璃粉、背银正银玻璃粉的混用。同时也存在银浆组分搭配不恰当，这是由于对银粉、玻璃粉、有机载体之间作用概念认识不够清晰。这些问题都很大程度上会导致perc背银印刷表面存在大面积鼓泡现象以及水煮撕拉、老化拉力等性能差的问题。
4.针对以上银浆面临的问题为出发点，本发明提出一种perc太阳能电池背银玻璃粉及高可靠性银浆制备方法。
技术实现要素：
5.为解决上述问题，本发明公开了一种perc太阳能电池背银玻璃粉及高可靠性银浆制备方法，制得的玻璃粉体系为bi-si-al-cu系，通过混料、煅烧、水淬、球磨后冷冻干燥制得玻璃粉，组分内多种含氧化物相互作用形成稳定的金属配位结构，且能够适应背银的烧结过程，玻璃粉再与银粉、有机载体、添加剂均匀混合后用三辊研磨机进行研磨得到银浆，在烧结过程中可以相互填充间隙，产生协同效应，烧结后表面更加平整，减少表面开裂，增强银浆的整体稳定性。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种perc太阳能电池背银玻璃粉及其制备方法，玻璃粉体系为bi-si-al-cu系，包括bi2o3、sio2、al2o3、zno、v2o5、cuo、mgco3、na2o、pbo、fe2o3、caco3、sb2o3、zro2、ceo2中的多种制备而成；perc太阳能电池背银玻璃粉制备方法包括以下步骤：s1.按照一定的比例称取bi2o3、sio2、al2o3、zno、v2o5、cuo、mgco3、na2o、pbo、fe2o3、caco3、sb2o3、zro2、ceo2中至少6种混合均匀；s2.将s1混合后的物料置于陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚放入马弗炉以一定温度进行烧制；s3.将s2烧制完成后将熔融状态的玻璃液放置冷水中进行水粹处理；s4.将s3水淬后的固体样品放置于球磨机中进行球磨处理；s5.将s4球磨后的样品进行砂磨机打磨后最终经过冷冻干燥得到成品玻璃粉。
7.作为本发明的一种改进，所述s1中各组分质量分数为bi2o3（10~40 wt%）、sio2（10~
30 wt%）、al2o3（0~10 wt%）、zno（0~10 wt%）、v2o5（5~10 wt%）、cuo（10~20 wt%）、pbo（10~20 wt%）、fe2o3（0~10 wt%）、其他氧化物（0~20 wt%）。
8.作为本发明的一种改进，所述s2中坩埚容量为100~200 ml，混合后物料置于陶瓷坩埚后不加盖，马弗炉煅烧温度为1000~ 1300 ℃，升温速率为5~15 ℃/min，煅烧时间为30~50 min。
9.作为本发明的一种改进，所述s4中球磨处理时间为8~10 h，其转速在300~500 r/min。
10.作为本发明的一种改进，所述s5中成品玻璃粉的粒径为0.5~3 μm。
11.本发明还提供一种高可靠perc背银银浆，所述高可靠perc背银银浆组分包括银粉、玻璃粉、有机载体、添加剂，组分质量比为50~75% : 1~ 3% : 30~ 50% : 1~3%，所述有机载体包括树脂、溶剂，所述玻璃粉为权利要求1所述的玻璃粉。
12.作为本发明的一种改进，所述银粉为至少两种粒径的混合球状银粉，粒径d50为0.3 ~1.0 μm，比表面积为1~2 m2/g。
13.作为本发明的一种改进，所述树脂为cab、乙基纤维素、pvb中至少一种，所述溶剂为松香醇、甲苯醇、丁基卡必醇、三乙二醇丁醚、醇酯十二中至少一种。
14.作为本发明的一种改进，所述添加剂为氢化蓖麻油、司班、byk-110中的至少一种。
15.本发明还提供一种高可靠perc背银银浆制备方法，其特征在于：（1）perc背银玻璃粉的制备：将bi2o3、sio2、al2o3、zno、v2o5、cuo、mgco3、na2o、pbo、fe2o3、caco3、sb2o3、zro2、ceo2中的至少6种通过充分混料，在1000~1300 ℃下煅烧、水淬后经过8 ~10h的充分球磨后冷冻干燥制得玻璃粉；（2）有机载体的制备：选取树脂与有机溶剂，将其置于搅拌机内于400r/min的搅拌机在70℃下搅拌4h，得到有机载体；（3）高可靠perc背银的银浆制备：将银粉、步骤（1）制得的玻璃粉、步骤（2）制得的有机载体、添加剂按照质量比为50 ~75% : 1~3% : 20~ 40% : 1 ~3%进行均匀混合，后用三辊研磨机进行研磨得到银浆。
16.本发明的有益效果为：（1）本发明采用自主的制备工艺成功制备出bi-si-al-cu系玻璃粉。其中玻璃粉以bi-si-al-cu系为主体玻璃粉构建成玻璃粉的整体架构，采用澄清剂类氧化物sb2o3、ceo2这在银浆烧结成膜的过程中可效去除多余的气泡从而避免成膜后出现鼓泡现象，采用较强吸电子能力氧化物zro2、fe2o3这可有效避免银铝搭接处合金形成后导致的交界处有渗透、不规整的现象。
17.（2）本发明利用上述玻璃粉搭配粒径d50为0.3~1.0μm的至少两种大小不一的球状银粉并选择搭配特定的有机载体、添加剂，这使银浆在烧结过程中可以相互填充间隙，产生协同效应，烧结后表面更加平整，减少表面开裂，增强银浆的整体稳定性。
附图说明
18.图1为本发明实施例与对比例在显微镜下银浆表面鼓泡情况对比图。
19.图2为本发明实施例与对比例在显微镜下银铝接触处对比图。
20.图3为本发明实施例与对比例在显微镜下撕拉掉粉情况对比图。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
22.实施例1（1）perc背银玻璃粉的制备：取bi2o3、sio2、al2o3、cuo、ceo2、fe2o3、sb2o3、zro2混合均匀，所述原料质量分数比为34:24:9:11:4:7:4:7，将混合均匀后的原料装入150 ml的无盖坩埚中，之后放入马弗炉内以10 ℃/min的升温速率上升到1200 ℃，煅烧时间为30 min，得到样品经过水粹后放入400 r/min的球磨机中球磨8 h后得到样品，经过冷冻干燥后得到粒径d50为1.5μm的成品玻璃粉。其中玻璃粉的软化点在550℃。
23.（2）有机载体的制备：选取质量分数比为13:27:60的乙基纤维素、三乙二醇丁醚、醇酯十二于转速为400r/min的搅拌机在70℃下搅拌4h，最终得到均一透明的有机载体。
24.（3）高可靠perc背银的银浆制备：选取粒径d50为0.68μm的球状银粉、粒径d50为0.4μm的球状银粉、步骤（1）制得的成品玻璃粉、步骤（2）制得的有机载体、司班、氢化蓖麻油均匀混合，所述原料质量分数比为50:10:2:37:0.5:0.5，将混合均匀后的原料用三辊研磨机进行研磨9次得到制备的银浆，其中银浆细度小于4μm。
25.实施例2（1）perc背银玻璃粉的制备：取bi2o3、sio2、al2o3、cuo、ceo2、fe2o3、sb2o3、zro2混合均匀，所述原料质量分数比为34:24:9:11:4:7:4:7，将混合均匀后的原料装入150 ml的无盖坩埚中，之后放入马弗炉内以10 ℃/min的升温速率上升到1200 ℃，煅烧时间为30 min，得到样品经过水粹后放入400 r/min的球磨机中球磨8 h后得到样品，经过冷冻干燥后得到粒径d50为1.5μm的成品玻璃粉。其中玻璃粉的软化点在550℃。
26.（2）有机载体的制备：选取质量分数比为13:27:60的乙基纤维素、三乙二醇丁醚、醇酯十二于转速为400r/min的搅拌机在70℃下搅拌4h，最终得到均一透明的有机载体。
27.（3）高可靠perc背银的银浆制备：选取粒径d50为0.73μm的球状银粉、粒径d50为0.38μm的球状银粉、步骤（1）制得的成品玻璃粉、步骤（2）制得的有机载体、司班、氢化蓖麻油均匀混合，所述原料质量分数比为50:10:2:37:0.5:0.5，将混合均匀后的原料用三辊研磨机进行研磨9次得到制备的银浆，其中银浆细度小于4μm。
28.实施例3（1）perc背银玻璃粉的制备：取bi2o3、sio2、al2o3、cuo、ceo2、fe2o3、sb2o3、zro2混合均匀，所述原料质量分数比为34:24:9:11:4:7:4:7，将混合均匀后的原料装入150 ml的无盖坩埚中，之后放入马弗炉内以10 ℃/min的升温速率上升到1200 ℃，煅烧时间为30 min，得到样品经过水粹后放入400 r/min的球磨机中球磨8 h后得到样品，经过冷冻干燥后得到粒径d50为1.5μm的成品玻璃粉。其中玻璃粉的软化点在550℃。
29.（2）有机载体的制备：选取质量分数比为13:27:60的乙基纤维素、三乙二醇丁醚、醇酯十二于转速为400r/min的搅拌机在70℃下搅拌4h，最终得到均一透明的有机载体。
30.（3）高可靠perc背银的银浆制备：选取粒径d50为0.73μm的球状银粉、粒径d50为0.42μm的球状银粉、步骤（1）制得的成品玻璃粉、步骤（2）制得的有机载体、司班、氢化蓖麻油均匀混合，所述原料质量分数比为50:10:2:37:0.5:0.5，将混合均匀后的原料用三辊研磨机进行研磨9次得到制备的银浆，其中银浆细度小于4μm。
31.对比例以工业流通的perc背银银浆为对比例。
32.将实施例1~3与对比例的银浆用perc背银丝网印刷机印刷在perc电极背面，然后用despatch烧结炉以700℃~900℃进行烧结。将烧结后的perc电池电极背面朝上用85℃水温进行水煮20min，后利用3m胶带反向180
°
进行撕拉测试其水煮掉粉情况。将测试后的3m胶带粘在白纸上观测测试结果。利用温度400℃的焊笔将焊带焊接在perc背银表面银浆上，将焊接好的perc电池电极背面朝上放入160℃烘箱，恒温30min后取出，拿出用拉力仪测试其烘箱拉力。将烧结后的perc电池置于显微镜下观察测试银铝搭接处情况以及鼓泡情况，其测试结果如表1所示：。
33.通过上述表1及图1~3所示，通过采用本发明用到的玻璃粉以及合理搭配银浆组分不仅避免了银
铝合金的生成，也使得银浆与铝浆搭接位置更加平整，玻璃粉中特有的澄清剂类含氧化物也解决了在烧结过程中所引起的鼓泡现象。同时也使银浆具备较高的烘箱拉力。以上实例1~3三组实验表明相比于对比样银浆，本发明的玻璃粉以及合理搭配银浆组分制备的银浆具备高性能、高稳定性。
34.需要说明的是，上述仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，在上述实施例的基础上还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。技术特征：
1.一种perc太阳能电池背银玻璃粉及其制备方法，其特征在于：玻璃粉体系为bi-si-al-cu系，包括bi2o3、sio2、al2o3、zno、v2o5、cuo、mgco3、na2o、pbo、fe2o3、caco3、sb2o3、zro2、ceo2中的多种制备而成，制备方法包括以下步骤：s1.按照一定的比例称取bi2o3、sio2、al2o3、zno、v2o5、cuo、mgco3、na2o、pbo、fe2o3、caco3、sb2o3、zro2、ceo2中至少6种混合均匀；s2.将s1混合后的物料置于陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚放入马弗炉以一定温度进行烧制；s3.将s2烧制完成后将熔融状态的玻璃液放置冷水中进行水粹处理；s4.将s3水淬后的固体样品放置于球磨机中进行球磨处理；s5.将s4球磨后的样品进行砂磨机打磨后最终经过冷冻干燥得到成品玻璃粉。2.根据权利要求1所述的一种perc太阳能电池背银玻璃粉及其制备方法，其特征在于：所述s1中各组分质量分数为bi2o3（10~40 wt%）、sio2（10~30 wt%）、al2o3（0~10 wt%）、zno（0~10 wt%）、v2o5（5~10 wt%）、cuo（10~20 wt%）、pbo（10~20 wt%）、fe2o3（0~10 wt%）、其他氧化物（0~20 wt%）。3.根据权利要求1所述的一种perc太阳能电池背银玻璃粉及其制备方法，其特征在于：所述s2中坩埚容量为100~200 ml，混合后物料置于陶瓷坩埚后不加盖，马弗炉煅烧温度为1000~ 1300 ℃，升温速率为5~15 ℃/min，煅烧时间为30~50 min。4.根据权利要求1所述的一种perc太阳能电池背银玻璃粉及其制备方法，其特征在于：所述s4中球磨处理时间为8~10 h，其转速在300~500 r/min。5.根据权利要求1所述的一种perc太阳能电池背银玻璃粉及其制备方法，其特征在于：所述s5中成品玻璃粉的粒径为0.5~3 μm。6.一种高可靠perc背银银浆，其特征在于：所述高可靠perc背银银浆组分包括银粉、玻璃粉、有机载体、添加剂，组分质量比为50~75% : 1~ 3% : 30~ 50% : 1~3%，所述有机载体包括树脂、溶剂，所述玻璃粉为权利要求1所述的玻璃粉。7.根据权利要求6所述的一种高可靠perc背银银浆，其特征在于：所述银粉为至少两种粒径的混合球状银粉，粒径d50为0.3 ~1.0 μm，比表面积为1~2 m2/g。8.根据权利要求6所述的一种高可靠perc背银银浆，其特征在于：所述树脂为cab、乙基纤维素、pvb中至少一种，所述溶剂为松香醇、甲苯醇、丁基卡必醇、三乙二醇丁醚、醇酯十二中至少一种。9.根据权利要求6所述的一种高可靠perc背银银浆，其特征在于：所述添加剂为氢化蓖麻油、司班、byk-110中的至少一种。10.一种高可靠perc背银银浆制备方法，其特征在于：（1）perc背银玻璃粉的制备：将bi2o3、sio2、al2o3、zno、v2o5、cuo、mgco3、na2o、pbo、fe2o3、caco3、sb2o3、zro2、ceo2中的至少6种通过充分混料，在1000~1300 ℃下煅烧、水淬后经过8 ~10h的充分球磨后冷冻干燥制得玻璃粉；（2）有机载体的制备：选取树脂与有机溶剂，将其置于搅拌机内于400r/min的搅拌机在70℃下搅拌4h，得到有机载体；（3）高可靠perc背银的银浆制备：将银粉、步骤（1）制得的玻璃粉、步骤（2）制得的有机载体、添加剂按照质量比为50 ~75% : 1~3% : 20~ 40% : 1 ~3%进行均匀混合，后用三辊研磨机进行研磨得到银浆。
技术总结
本发明公开了一种PERC太阳能电池背银玻璃粉及高可靠性银浆制备方法，制得的玻璃粉体系为Bi-Si-Al-Cu系，通过混料、煅烧、水淬、球磨后冷冻干燥制得玻璃粉，组分内多种含氧化物相互作用形成稳定的金属配位结构，且能够适应背银的烧结过程，玻璃粉再与银粉、有机载体、添加剂均匀混合后用三辊研磨机进行研磨得到银浆，在烧结过程中可以相互填充间隙，产生协同效应，烧结后表面更加平整，减少表面开裂，增强银浆的整体稳定性。浆的整体稳定性。
技术研发人员：潘路野 许晖 蒋伟 冷青松 张群 黄奉康 刘瑞鸿
受保护的技术使用者：江苏太阳科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/4/17
声明：
“PERC太阳能电池背银玻璃粉及高可靠性银浆制备方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：江苏太阳科技股份有限公司
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2024年12月13日 ~ 15日 
