一种TOPCon电池正面电极浆料用玻璃粉及其制备方法、应用与流程

一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉及其制备方法、应用
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉及其制备方法、应用。


背景技术：

2.太阳能作为一种绿色、可持续的新型能源，逐渐获得全球的关注，为了加速传统化石能源的清洁替代，光伏发电不断通过提升光电转化效率来降低度电成本，目前主流的单晶p型perc电池量产效率已达23.5％，而其理论效率为24.5％，通过提效降本的空间已然不大。
3.topcon(tunnel oxide passivated contact，隧穿氧化层钝化接触) 电池作为一种新型的光伏电池技术，相比于目前主流的p型perc电池具有更高的理论光电转化效率28.7％，且目前小规模量产效率可达 24.5％，具有较大的上升空间。同时topcon可由目前主流p型perc 电池产线通过添加扩散、刻蚀和沉积设备完成topcon产线升级改造，大大降低新技术的投入成本，因此topcon电池技术逐渐得到一线电池大厂的青睐，预计未来1～3年，topcon电池将得到快速发展。
4.topcon电池与主流的p型perc电池正面结构主要有两点变化：1) topcon正面增加了3～5nm厚度的al2o3钝化层；2)发射极由n

变成了p

。这就对正面电极浆料的玻璃粉提出了新的要求，即既能蚀刻穿 sinx和al2o3钝化层，促进银粉在冷却过程结晶后的均匀析出，同时又不能损伤p/n结，最后还要提供较好的可焊性、耐焊性和附着力。


技术实现要素：

5.本发明提供一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉及其制备方法、应用，用于克服现有技术中不能同时实现蚀刻穿sinx和al2o3钝化层，且不损伤p/n结，同时具有较好的可焊性、耐焊性和附着力等缺陷。
6.为实现上述目的，本发明提出一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉，所述玻璃粉包括如下重量百分含量的各组分：
7.20～60％的pbo，10～40％的bi2o3，10～40％的teo2，5～20％的 b2o3，5～25％的sio2，1～12％的al2o3，0.5～5％的mgo，0.1～3％的 na2o，0.5～5％的v2o5，0.5～5％的mno2，0.2～2％的zno。
8.为实现上述目的，本发明还提出一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
9.s1：按重量百分含量称取原料：20～60％的pbo，10～40％的bi2o3， 10～40％的teo2，5～20％的b2o3，5～25％的sio2，1～12％的al2o3， 0.5～5％的mgo，0.1～3％的na2o，0.5～5％的v2o5，0.5～5％的mno2，0.2～2％的zno；
10.将原料混合搅拌均匀，得到混合料；
11.s2：对所述混合料进行热熔炼，得到玻璃粉液；
12.s3：将所述玻璃粉液倒入去离子水中进行淬火，得到玻璃渣；
13.s4：对所述玻璃渣进行湿法球磨，再依次经过过滤、干燥、筛粉和气流分级，得到玻璃粉。
14.为实现上述目的，本发明提出一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉的应用，将上述所述玻璃粉或者上述所述制备方法制备得到的玻璃粉用于topcon电池正面电极浆料中。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果有：
16.1、本发明提供的topcon电池正面电极浆料用玻璃粉具有以下优点：(1)该玻璃粉的软化点(500～800℃)适中，有利于促进银层烧结致密，玻璃粉的蚀刻能力强，在烧结过程中玻璃粉蚀刻氮化硅和氧化铝钝化层，但玻璃粉软化后的高温粘度(≥103pa
·
s)大，即流动性差，导致玻璃粉不会快速流动导致过度腐蚀，即不会损伤p/n结，并且高粘度玻璃与基板的粘结力更好，即保证高开路电压的同时又能提供较好的附着力，从而提高电池片的光电转化效率和可靠性；(2)该玻璃粉的颗粒度均匀，水分含量低，热膨胀系数小；(3)以该玻璃粉配制的单topcon电池正面电极浆料，烧结于电池片正面，电极与硅有良好的焊接性能，电极附着强度高；(4)该玻璃粉的制备工艺简单，利于控制对钝化层的腐蚀。
17.2、本发明提供的topcon电池正面电极浆料用玻璃粉的制备方法工艺简单，制备的玻璃粉可用于topcon正面电极浆料中，浆料细度≤3μm，光电转化效率高，附着力大。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
20.无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
21.本发明提出一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉，其特征在于，所述玻璃粉包括如下重量百分含量的各组分：
22.20～60％的pbo，10～40％的bi2o3，10～40％的teo2，5～20％的 b2o3，5～25％的sio2，1～12％的al2o3，0.5～5％的mgo，0.1～3％的 na2o，0.5～5％的v2o5，0.5～5％的mno2，0.2～2％的zno。
23.玻璃粉主要的热力学性能指标是玻璃粉的软化点，本发明研究发现，在太阳能晶硅电池高温短时烧结工艺下，单纯依靠玻璃粉软化点很难表征、控制电池烧结时玻璃粉对钝化层的腐蚀效果，即如果玻璃粉具有较低的高温粘度，那么玻璃粉在高温烧结的1～3秒内也极有可能蚀刻穿sinx和al2o3钝化层，形成载流子复合中心，从而降低电池片的光电转化效率。因此本发明在玻璃粉配方设计上引入考察玻璃粉高温粘度特性，在要求玻璃粉软化点的同时要求玻璃粉具有较高的高温粘度，以控制玻璃粉对钝化层的腐蚀效果。
24.优选地，所述玻璃粉包括如下重量百分含量的各组分：
25.30％的pbo，10％的bi2o3，25％的teo2，5％的b2o3，15％的sio2， 10％的al2o3，1％的mgo，1％的na2o，1％的v2o5，1％的mno2，1％的zno。
26.优选地，所述玻璃粉包括如下重量百分含量的各组分：
27.20％的pbo，25％的bi2o3，35％的teo2，5％的b2o3，8％的sio2， 2％的al2o3，1％的mgo，0.5％的na2o，1％的v2o5，0.5％的mno2， 2％的zno。
28.优选地，所述玻璃粉的粒径d50为0.5～3μm。
29.该玻璃粉为完全玻璃化或含有少量结晶状态的颗粒。
30.优选地，所述玻璃粉的软化点为500～800℃；所述玻璃粉的高温粘度≥103pa
·
s。
31.当玻璃粉处于高温(700～800℃)烧结时，玻璃粉为高温熔融状态，此时的高温粘度≥103pa
·
s。
32.本发明还提出一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：
33.s1：按重量百分含量称取原料：20～60％的pbo，10～40％的bi2o3，10～40％的teo2，5～20％的b2o3，5～25％的sio2，1～12％的al2o3， 0.5～5％的mgo，0.1～3％的na2o，0.5～5％的v2o5，0.5～5％的mno2， 0.2～2％的zno；
34.将原料混合搅拌均匀，得到混合料；
35.s2：对所述混合料进行热熔炼，得到玻璃粉液；
36.s3：将所述玻璃粉液倒入去离子水中进行淬火，得到玻璃渣；
37.s4：对所述玻璃渣进行湿法球磨，再依次经过过滤、干燥、筛粉和气流分级，得到玻璃粉。
38.玻璃粉粒径为0.5～3μm。
39.优选地，在步骤s2中，所述热熔炼的温度为1000～1400℃，时间为40～120min。在合适的热熔炼条件下制得的玻璃粉组分均匀，批次稳定且性能较好，即制备电极后电池的光电转化效率高且电极附着力大。
40.优选地，在步骤s1中，按重量百分含量称取原料：30％的pbo， 10％的bi2o3，25％的teo2，5％的b2o3，15％的sio2，10％的al2o3，1％的mgo，1％的na2o，1％的v2o5，1％的mno2，1％的zno。
41.优选地，在步骤s1中，按重量百分含量称取原料：20％的pbo， 25％的bi2o3，35％的teo2，5％的b2o3，8％的sio2，2％的al2o3，1％的 mgo，0.5％的na2o，1％的v2o5，0.5％的mno2，2％的zno。
42.本发明提出一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉的应用，将上述所述玻璃粉或者上述所述制备方法制备得到的玻璃粉用于 topcon电池正面电极浆料中。
43.实施例1
44.本实施例提供一种topcon电池正面电极浆料用玻璃粉的制备方法，并使用dsc进行软化点的测定，对应玻璃粉的编号、配比、软化点以及高温粘度如表1所示。
45.表1玻璃粉配方
[0046][0047]
(1)玻璃粉g1的制备
[0048]
玻璃粉g1由如下重量百分含量(wt％)的各组分组成：60％的pbo， 10％的bi2o3，10％的teo2，5％的b2o3，6％的sio2，6％的al2o3，2％的mgo，0.5％的na2o，0.5％的mno2。
[0049]
玻璃粉的制备方法包括如下步骤：a、将玻璃粉的各组分混合均匀，将混合料后放入坩埚中，再将坩埚在电炉内加热熔炼，熔炼温度为1000℃，保温60min；b、将熔制好的玻璃液立即倒入水中淬火，烘干水淬后的玻璃料；c、将烘干后的玻璃料采用行星湿法球磨粉碎成粉末；d、过筛、气流分级得到超细玻璃粉g1，玻璃粉粒径为1.2μm。
[0050]
经测试该超细玻璃粉的软化点(ts)为504℃，高温760℃时的粘度为3.12*103pa
·
s。
[0051]
(2)玻璃粉g2的制备
[0052]
玻璃粉g2由如下重量百分含量(wt％)的各组分组成：40％的pbo， 15％的bi2o3，15％的teo2，8％的b2o3，10％的sio2，5％的al2o3，2％的mgo，1％的na2o，2％的mno2，2％的v2o5。
[0053]
玻璃粉的制备方法包括如下步骤：a、将玻璃粉的各组分混合均匀，将混合料后放入坩埚中，再将坩埚在电炉内加热熔炼，熔炼温度为1100℃，保温60min；b、将熔制好的玻璃液立即倒入水中淬火，烘干水淬后的玻璃料；c、将烘干后的玻璃料采用行星球磨法粉碎成粉末；d、过筛、气流分级得到超细玻璃粉g2，粒径0.8μm。
[0054]
经测试该超细玻璃粉的软化点(ts)为592℃，高温760℃时的粘度为6.65*103pa
·
s。
[0055]
(3)玻璃粉g3的制备
[0056]
玻璃粉g3由如下重量百分含量(wt％)的各组分组成：35％的pbo， 15％的bi2o3，20％的teo2，10％的b2o3，10％的sio2，5％的al2o3，1％的na2o，2％的mno2，1％的v2o5，1％的zno。
[0057]
玻璃粉的制备方法包括如下步骤：a、将玻璃粉的各组分混合均匀，将混合料后放入坩埚中，再将坩埚在电炉内加热熔炼，熔炼温度为1200℃，保温90min；b、将熔制好的玻璃液立即倒入水中淬火，烘干水淬后的玻璃料；c、将烘干后的玻璃料采用行星球磨法粉碎成粉末；d、过筛、气流分级得到超细玻璃粉g3，粒径为1.5μm。
[0058]
经测试该超细玻璃粉的软化点(ts)为621℃，高温760℃时的粘度为8.33*103pa
·
s。
[0059]
(4)玻璃粉g4的制备
[0060]
玻璃粉g4由如下重量百分含量(wt％)的各组分组成：30％的pbo， 10％的bi2o3，25％的teo2，5％的b2o3，15％的sio2，10％的al2o3，1％的na2o，1％的mgo，1％的mno2，1％的v2o5，1％的zno。
[0061]
玻璃粉的制备方法包括如下步骤：a、将玻璃粉的各组分混合均匀，将混合料后放入坩埚中，再将坩埚在电炉内加热熔炼，熔炼温度为1200℃，保温120min；b、将熔制好的玻璃液立即倒入水中淬火，烘干水淬后的玻璃料；c、将烘干后的玻璃料采用行星球磨法粉碎成粉末；d、过筛、气流分级得到超细玻璃粉g4，粒径为2.5μm。
[0062]
经测试该超细玻璃粉的软化点(ts)为658℃，高温760℃时的粘度为9.21*103pa
·
s。
[0063]
(5)玻璃粉g5的制备
[0064]
玻璃粉g5由如下重量百分含量(wt％)的各组分组成：所述玻璃粉 g5由如下重量百分含量(wt％)的各组分组成：20％的pbo，25％的bi2o3， 35％的teo2，5％的b2o3，8％的sio2，2％的al2o3，1％的mgo，0.5％的na2o，0.5％的mno2，1％的v2o5，2％的zno。
[0065]
玻璃粉的制备方法包括如下步骤：a、将玻璃粉的各组分混合均匀，将混合料后放入坩埚中，再将坩埚在电炉内加热熔炼，熔炼温度为1200℃，保温60min；b、将熔制好的玻璃液立即倒入水中淬火，烘干水淬后的玻璃料；c、将烘干后的玻璃料采用行星球磨法粉碎成粉末；d、过筛、气流分级得到超细玻璃粉g5，玻璃粉粒径为1.8μm。
[0066]
经测试该超细玻璃粉的软化点(ts)为642℃，高温760℃时的粘度为1.22*104pa
·
s。
[0067]
实施例2～6
[0068]
将实施例1制备的g1-g5按照2％的添加比例配置topcon晶体硅太能能电池正面电极浆料，配方见表2所示，浆料细度均≤3μm。
[0069]
表2银浆的组成配方
[0070][0071]
将制备的topcon晶体硅太阳能正面浆料通过丝网印刷工艺印刷在topcon晶体硅太阳能电池正面，再印刷相应背面电极，通过 despatch烧结炉在实际峰值温度760℃下进行烧结制备成品电池片，采用i-v测试仪和万能试验机进行电性能和力学性能测试，其中采用焊带在背电极栅线上进行焊接，焊带为40sn/60pb圆型焊带，直径 0.3mm，焊接温度为360℃，采用180
°
角匀速拉扯，拉扯速度为 120mm/min，使用数显拉力测试仪读取附着力数据。对应的实施例银浆浆料各项测试结果见表3，ref为市售主流浆料。
[0072]
表3银浆的粘度、电性能以及附着力数据
[0073] 粘度uociscrshrsffefff pa.svmaωmω％％nref189refrefrefrefrefref2.4实施例1182-0.00020.222-0.010.040.033.5实施例220100.58.200.040.012.9实施例31780.00050.132-0.040.030.033.3实施例41660.0012-0.112-0.070.060.083.1实施例51770.00030.219-0.030.010.062.7
[0074]
其中，uoc：开路电压；isc：短路电流；rsh：并联电阻；rs：串联电阻；ff：填充因子； eff：转换效率；f：拉力平均值。
[0075]
从表3的测试结果可以看出，本发明通过提供一种用于topcon 电池正面电极浆料用玻璃粉，使得电极在烧结过程中，有效的蚀刻氮化硅和氧化铝的钝化层，保证高开压、高短流的同时提供良好的附着力。其中实例5光电转化效率较对比提高0.08％，主要体现在串阻的降低和短流的提高，且焊接拉力较对比有近0.7n的提升，且其他实例的效率和拉力较对比均有不同程度的提升。
[0076]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。