晶体硅太阳能电池浆料用玻璃粉成分与性能的研究

【摘要】：超细粉体材料是制备各类电子浆料的关键基础材料,全球著名的电子浆料类产品供应商杜邦和贺力士都有非常完善的超细金属粉末和各个系列超细玻璃粉体的研发生产线,来保证其电子浆料的不断的开发工作,足见其重要性。应用于晶体硅太阳能电池电极金属化的电极浆料也不例外,需要性能优良的粉体才能做出良好的浆料。本文就太阳能电池电子浆料所需的关键粉体材料玻璃粉体为研究开发对象,探索出符合晶体硅太阳能电池正面银浆用玻璃粉、背面银浆用玻璃粉和背面铝浆用玻璃粉使用要求的玻璃粉体系,并成功应用于晶体硅太阳能电池电极浆料的生产中。玻璃粉的研制过程采用高温熔融后水淬玻璃液得到粗玻璃粉体,而后采用球磨-过筛得到满足要求的玻璃粉体。整个过程中讨论了玻璃组分对玻璃粉体应用于浆料后对最终产品性能的影响,并在此基础上优化了玻璃粉的配方；研究了正面银浆对穿透减反射膜的机理研究；研究了背面铝浆用玻璃粉的热膨胀系数对电池片翘曲的影响；利用差热分析(DSC).X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析了玻璃粉体本身的性质以及烧结样品的性质及相关机理；利用热膨胀系数仪分析了玻璃熔体的热膨胀系数。其结果如下： (1)玻璃粉球磨的最佳工艺为球磨24小时,料球无水乙醇之比为2.5：1：1,球磨机转速为425转/分钟,研磨球级配为大：中：小球比为3：2：1,所得玻璃粉体粒径为D502μm； (2)晶体硅太阳能电池正面电极银浆用玻璃粉体系为Pb-Si-B-Al-Bi,较优的成分含量为65wt％PbO-17wt％SiO2-4wt％B203-6wt％Al203-7wt％Bi203-0.8wt％Sb205-0.2wt％NH4N03,其单晶硅太阳能电池片的转换效率可达到17.72%： (3)晶体硅太阳能电池背面电极银浆用玻璃粉体系为Si-Al-Bi-B(-Zn；-Mg),较优的成分含量为15wt％SiO2-4wt％ZnO-65wt％Bi203-15wt％B203-1wt％A1203,此时玻璃粉与硅基板能良好润湿,背面银母线的可焊性良好,焊接后附着力强度高； (4)晶体硅太阳能电池背面电极铝浆用玻璃粉体系为Si-Sb-Bi-B-Mg-Na,较优的成分含量为：55％Bi203-10％Sb205-5％B203-15％Si02-10％MgC03-5％Na2C03(wt％),该玻璃体系的的热膨胀系数为6.3×10-6K-1,由该玻璃粉体制备而成的背面铝浆烧结后不翘曲,并能形成良好的铝背场； (5)三个体系的玻璃粉体系都要求在烧结时出现液相,三个玻璃粉体系都有较低的液相出现温度、在玻璃态时不析晶或者是少析晶,并且在玻璃粉的制备过程中摸索到了玻璃组分对其性能影响的因素,这为以后玻璃粉的进一步研发工作奠定了良好的实验基础。 【关键词】：电极浆料 晶体硅太阳能电池 穿透减反射膜 可焊性 CTE Tg
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 第一章 文献综述8-26
• 1.1 绪论8
• 1.2 太阳能电池用电子浆料的发展历程和现状8-12
• 1.3 晶体硅太阳能电池12-20
• 1.3.1 晶体硅太阳能电池的结构13
• 1.3.2 晶体硅太阳能电池的基本工艺13-17
• 1.3.2.1 绒面结构13-16
• 1.3.2.2 p-n结制备16
• 1.3.2.3 铝背场16
• 1.3.2.4 金属电极16-17
• 1.3.2.5 减反射层17
• 1.3.3 硅太阳能电池工作原理17
• 1.3.4 晶体硅太阳能电池的性能参数17-20
• 1.4 晶体硅太阳能电池用电子浆料20-22
• 1.4.1 晶体硅太阳能电池用电子浆料的组成20-22
• 1.4.1.1 有机载体20-21
• 1.4.1.2 金属功能相21
• 1.4.1.3 无机玻璃粉21-22
• 1.5 晶体硅太阳能电池电子浆料用低熔玻璃粉22-23
• 1.5.1 低熔玻璃的物化性能22
• 1.5.2 无铅低熔玻璃22
• 1.5.3 晶体硅太阳能电池正面电极银基浆料用玻璃粉22
• 1.5.4 晶体硅太阳能电池背面电极银基浆料用玻璃粉22-23
• 1.5.5 晶体硅太阳能电池背面电极铝基浆料用玻璃粉23
• 1.6 本课题的研究意义及目的23-24
• 1.7 主要研究内容和预期达到的目标24-26
• 1.7.1 本论文的主要研究内容24
• 1.7.2 本课题预期达到的目标24-26
• 第二章 实验过程26-38
• 2.1 试验方案设计26-28
• 2.1.1 玻璃体系设计原则26
• 2.1.1.1 玻璃的软化温度26
• 2.1.1.2 玻璃的润湿性26
• 2.1.1.3 玻璃的热膨胀性能26
• 2.1.2 形成玻璃的物质26-28
• 2.1.3 形成玻璃的条件28
• 2.1.3.1 热力学条件28
• 2.1.3.2 动力学条件28
• 2.2 实验过程28-33
• 2.2.1 玻璃粉的制备28-30
• 2.2.1.1 晶硅太阳能电池正银浆料用玻璃粉的制备28-29
• 2.2.1.2 晶硅太阳能电池背银浆料用玻璃粉的制备29-30
• 2.2.1.3 晶硅太阳能电池背铝浆料用玻璃粉的制备30
• 2.2.2 玻璃粉的球磨工艺30-31
• 2.2.3 电子浆料的制备工艺、烧结工艺31-33
• 2.2.3.1 正银浆料的制备与烧结工艺31-32
• 2.2.3.2 背银浆料的制备与烧结工艺32
• 2.2.3.3 背铝浆料的制备与烧结工艺32-33
• 2.3 性能检测33-38
• 2.3.1 玻璃粉DSC分析33
• 2.3.2 玻璃粉X衍射分析33-34
• 2.3.3 玻璃粉粒径分布分析34
• 2.3.4 玻璃熔体线膨胀系数测定34
• 2.3.5 材料表面形貌分析34-35
• 2.3.6 导电性能测试35-37
• 2.3.7 附着力测试37
• 2.3.8 电池电性能测试37-38
• 第三章 晶体硅太阳能电池正面银浆用玻璃粉成分与制备工艺的研究38-52
• 3.1 正银浆料用玻璃粉的XRD分析38-40
• 3.2 正银浆料用玻璃粉的DSC分析40-41
• 3.3 玻璃浆-硅片烧结样XRD分析41-43
• 3.4 正银浆料中玻璃粉成分对太阳能电池电性能的影响43-44
• 3.5 玻璃粉的球磨工艺优化44-51
• 3.5.1 球磨时间对玻璃粉粒径的影响45-46
• 3.5.2 球磨机转速对玻璃粉的影响46-47
• 3.5.3 研磨球加入量对玻璃粉粒径的影响47-49
• 3.5.4 研磨球级配对玻璃粉的影响49-50
• 3.5.5 无水乙醇加入量对玻璃粉的影响50-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 晶体硅太阳能电池背面银浆用玻璃粉的研制52-64
• 4.1 背银浆料用玻璃粉的XRD分析52-56
• 4.2 背银浆料用玻璃粉DSC分析56-58
• 4.3 背银浆料烧结试样可焊性分析58-59
• 4.4 保温时间与烧结峰值温度对银膜电阻率的影响59-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 晶体硅太阳能电池背面铝浆用玻璃粉的研制64-73
• 5.1 玻璃粉性质对烧结膜的影响64-67
• 5.2 背铝浆料玻璃熔体热膨胀系数67-69
• 5.3 玻璃粉含量对附着力以及电池电性能的影响69-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间主要研究成果80

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