一種太陽能電池銀漿用的無鉛玻璃粉的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種一種太陽能電池銀漿用的無鉛玻璃粉，該玻璃粉由如下重量百分比成分的物質(zhì)組成：SiO22-4％，Al2O30.2-4％，B2O31-5％，ZnO5-10％，BaCO30.2-1.5％，MgO0.5-2％，TeO210-12％，SnO1-2％，P2O50.1-1％，余量為Bi2O3；將上述原料經(jīng)混合、預熱干燥、加熱、水淬、球磨后制得玻璃粉。本發(fā)明的玻璃粉產(chǎn)品顆粒均勻、分散性好，軟化點在350-450℃之間；本發(fā)明的玻璃粉既有較低的軟化溫度，又有比較好的燒結(jié)活性；能夠促進導電銀粉更好的燒結(jié)，使電極更加密實，形成良好的歐姆接觸，降低串聯(lián)電阻。
【專利說明】-種太陽能電池銀漿用的無鉛玻璃粉
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能導電漿料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種太陽能電池銀漿用的無鉛玻 璃粉。
【背景技術(shù)】
[0002] 玻璃粘結(jié)相通常由玻璃、氧化物晶體或二者的混合物組合而成，其主要作用是使 固化膜層與基體牢固結(jié)合起來，粘結(jié)相的選擇對成膜的機械性能和電性能有一定的影響。
[0003] 鉛是人類最早使用的6種金屬之一，我國從西周至戰(zhàn)國時期（公元前7?9世紀） 就已制造含PbO的硅酸鹽玻璃。鉛是一種累積性毒物，它很容易被胃腸道吸收，其中一部分 破壞血液使紅血球分解，部分通過血液擴散到全身器官和組織，并進入骨骼。而沉積在內(nèi)臟 器官及骨髓中的鉛化合物由體內(nèi)排出的速度極慢，逐漸形成慢性中毒。慢性鉛中毒最初只 感到疲倦、食欲不振、體重減輕等。當慢性中毒再發(fā)展時，就會呈現(xiàn)頭痛、耳鳴、視力障礙、流 產(chǎn)、貧血、精神錯亂、早死等。歐洲對電子產(chǎn)品、玩具和焊料均提出無鉛化的要求，如歐盟成 員國出臺的法律規(guī)定2006年7月1日起，進入歐盟的電子產(chǎn)品，包括電子玩具，不得含有 鉛、鎘、汞等有害物質(zhì)。以上這些規(guī)定均促使各國加速研制無鉛玻璃，包括無鉛晶質(zhì)玻璃、無 鉛光學玻璃、無鉛電真空和電子玻璃、無鉛玻璃焊料。
[0004] 含鉛玻璃對引線的封接溫度低；電氣絕緣性能良好，其電阻值約為普通 Na20-Ca0-Si02玻璃的100倍；鉛玻璃的加工溫度低，而且加工作業(yè)范圍大，容易得到所需 的形狀，所以作為節(jié)能燈等需特殊彎曲的燈管也使用含鉛玻璃；它們的膨脹系數(shù)與金屬鉬 十分接近，能與杜美絲封接。在半導體儀器儀表無殼封接中，應用無機玻璃比有機介質(zhì)在防 潮性和堅固性方面有明顯的優(yōu)越性，而且無機玻璃比有機介質(zhì)能耐更高的溫度。而鉛玻璃 具有電阻大、介電損耗小、折射率和色散高，以及吸收高能輻射、軟化溫度低、化學穩(wěn)定性好 等一系列特性，所以它在這些方面都有著廣泛的用途。
[0005] 除此之外，晶質(zhì)玻璃中一般也含有較多的PbO,這是因為高鉛玻璃具有高密度、高 折射等優(yōu)良的物理性能，使之一直成為名酒、香水及化妝品等的高檔包裝材料，并在很長時 間內(nèi)被認為是不可替代的。
[0006] 銀漿是對電池片的轉(zhuǎn)換效率起關(guān)鍵作用的輔材，對提高電池的開路電壓、增加短 路電流，從而提高電池光電轉(zhuǎn)換效率具有非常重要的作用。銀漿通過絲網(wǎng)印刷的方法，印刷 在硅基板正面上，通過隧道燒結(jié)爐燒結(jié)，形成柵線電極。其中，在燒結(jié)的過程中，玻璃粉起到 至關(guān)重要的紐帶作用，好的玻璃粉會使銀顆粒燒結(jié)的更加密實，銀柵線與硅附著力強，電池 片的歐姆接觸電阻低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] (一）要解決的技術(shù)問題
[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種太陽能電池銀漿用的無鉛玻璃粉以代替現(xiàn) 有技術(shù)中的含鉛玻璃粉，并達到相近的性能。
[0009](二）技術(shù)方案
[0010] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種太陽能電池銀漿用的無鉛玻璃粉，該玻璃 粉由如下重量百分比成分的物質(zhì)組成：Si022-4%，A12030. 2-4%，B203l-5%，Zn05-10%， BaC030 . 2-1. 5%，MgOO. 5-2%，Te0210-12%，Sn01-2%，Ρ2050· 1-1%，余量為 Bi203 ; toon] 由于鉍和鉛是相鄰元素，同屬于第VI周期的P區(qū)，具有相似的性質(zhì)，如熔點較低 (Pb0888°C，Bi203820°C )，都有較大的極化率以及較高的折射和色散容易形成玻璃等。在含 鉛玻璃結(jié)構(gòu)中，PbO通過孤對電子與4個氧原子相連，形成[Pb04]四面體結(jié)構(gòu)，并通過四面 體頂點與[Si04]相連，形成玻璃網(wǎng)絡(luò)，這種螺旋型的鏈受熱膨脹時不會變形，膨脹系數(shù)較 大。Bi 203以[Bi03]和[Bi06]的形式進入網(wǎng)絡(luò)，和[Si0 4] -起共同構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)骨架。從 理論上，根據(jù)元素對角線及相鄰規(guī)則，鉍雖然有毒但是氧化鉍沒有毒性。鉍與鉛的原子量、 離子半徑和電子構(gòu)成都很相似，其外層均有6S2電子，Bi 203和PbO在玻璃結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似， 具有較高的膨脹系數(shù)，因此可用鉍代替鉛制備無鉛玻璃。
[0012] Sn與Pb同屬第IV主族元素，所以兩者有著相似的化學性質(zhì)。亞錫離子Sn2+的外 電子層結(jié)構(gòu)與Pb 2+類似，而且晶態(tài)SnO中也具有不對稱的四方錐體結(jié)構(gòu)，Sn2+位于四方錐體 的頂端，亞錫離子的惰性電子處于遠離4個陽離子的一面。在高錫玻璃中均存在這種四方 錐體，它形成一種螺旋型的鏈狀結(jié)構(gòu)。正是這種特殊的結(jié)構(gòu)使得SnO在玻璃中具有高度的 助熔性。在本技術(shù)方案中加入Sn01-2%。
[0013] ZnO在玻璃中的作用是調(diào)節(jié)玻璃高溫粘度和改變玻璃的化學穩(wěn)定性能。由于Zn2+ 和〇2_的離子半徑的關(guān)系，它可能形成配位數(shù)為4的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)形成體，也可能形成網(wǎng)絡(luò)外離 子。若形成[Ζη0 4]，則能影響體系的軟化點和熔融點，能使體系的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。若不能形 成[Ζη04]，則成為玻璃網(wǎng)絡(luò)的改性離子。在ZnO含量在一定的范圍內(nèi)時，ZnO主要填充于玻 璃網(wǎng)絡(luò)中成為改性氧化物，使體系穩(wěn)定性降低表現(xiàn)為軟化點和熔點降低。當ZnO超過一定 的含量以后，在體系中形成了 [Ζη04]結(jié)構(gòu)，增加了體系的穩(wěn)定性，表現(xiàn)為軟化點和熔點的增 力口。在本技術(shù)方案中加入Zn05-10%。
[0014] Si02具有強烈的玻璃化傾向，對增加玻璃粉的流動性起著重要的作用，主要以橋 氧和非橋氧結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)方式存在于玻璃中，與其它組分共同構(gòu)成玻璃的基本網(wǎng)絡(luò)，但添 加量不能過多，否則會降低其穩(wěn)定性。在本技術(shù)方案中加入Si0 22-4%。
[0015] B203為構(gòu)成玻璃基本骨架的氧化物，能單獨形成機械性能和電性能優(yōu)良的玻璃。在 本技術(shù)方案中加入B 203l-5%。
[0016] Al203、Mg0以及P205是為了調(diào)節(jié)玻璃的物理和化學性能，以達到我們所需要的性能 要求，可改善玻璃的熱膨脹系數(shù)、機械強度、熱和化學穩(wěn)定性等。在本技術(shù)方案中分別加入 Α12030· 2-4 %、Mg00. 5-2 % 和 Ρ2050· 1-1 %。
[0017] 1^02能夠在燒結(jié)過程中幫助Bi203和SnO更好的腐蝕硅晶上層的減反膜，使導電銀 粉更好的與硅接觸，形成硅銀合金，增加銀電極在電池表面的附著力。
[0018] 其中，所述玻璃粉的制備方法，包括以下步驟：
[0019] (1)將 Si02、A1203、B203、ZnO、BaC0 3、MgO、Te02、SnO、P205、Bi20 3 的粉末經(jīng)球磨混合 均勻；
[0020] (2)將步驟（1)中的粉末放入剛玉坩堝中，將上述剛玉坩堝放入電爐中，設(shè)定電爐 溫度為400°C，恒溫加熱30min ;該步驟能充分的而快速的除去金屬氧化物的混合粉末中的 水分，另外還可以減少熔融玻璃對坩堝的腐蝕作用；
[0021] ⑶將步驟⑵中的粉末放入熱坩堝內(nèi)，然后將熱坩堝放入電爐中，設(shè)定電爐溫度 為1KKTC，恒溫lh ;
[0022] (4)取出步驟（3)中的粉末，進行水淬，然后在80°環(huán)境溫度下干燥；
[0023] (5)按重量比為磨球：水：玻璃顆粒=3:1:1的比例放入球磨器中，將該球磨器放 入球磨機中進行球磨，球磨時間為6h，球磨機轉(zhuǎn)速為450r/min。
[0024] 進一步的，所述磨球包括大球和小球，所述大球直徑為8mm，所述小球直徑為5mm, 所述大球和小球的個數(shù)之比為1:5。
[0025] (三）有益效果
[0026] 本發(fā)明的玻璃粉產(chǎn)品顆粒均勻、分散性好，軟化點在350_450°C之間；本發(fā)明的玻 璃粉主要成分為ZnO、Te0 2以及Bi203，并配以其他個各種少量物質(zhì)對其進行改性，如果只用 的一種或兩種成分，玻璃粉性能都達不到最佳，只有上述成分按特定的比例、有機的相互結(jié) 合起來，才能促使玻璃粉既有較低的軟化溫度，又有比較好的燒結(jié)活性。本發(fā)明的玻璃粉能 夠促進導電銀粉更好的燒結(jié)，使電極更加密實，形成良好的歐姆接觸，降低串聯(lián)電阻。
【具體實施方式】
[0027] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合具體實施 例進行詳細描述。
[0028] 本發(fā)明提供一種太陽能電池銀漿用的無鉛玻璃粉，該玻璃粉由如下重量百分 比成分的物質(zhì)組成：Si0 22-4 %，Α12030· 2-4%，B203l-5%，Zn05-10%，BaC030. 2-1. 5 %， MgOO. 5-2%，Te0210-12%，Sn01-2%，Ρ2050· 1-1%，余量為 Bi203 ;
[0029] 所述玻璃粉的制備方法，包括以下步驟：
[0030] (1)將 Si02、A1203、B203、ZnO、BaC0 3、MgO、Te02、SnO、P205、Bi20 3 的粉末經(jīng)球磨混合 均勻；
[0031] (2)將步驟（1)中的粉末放入剛玉坩堝中，將上述剛玉坩堝放入電爐中，設(shè)定電爐 溫度為400°C，恒溫加熱30min ;
[0032] (3)將步驟⑵中的粉末放入熱坩堝內(nèi)，然后將熱坩堝放入電爐中，設(shè)定電爐溫度 為1KKTC，恒溫lh ;
[0033] (4)取出步驟（3)中的粉末，進行水淬，然后在80°環(huán)境溫度下干燥；
[0034] (5)按重量比為磨球：水：玻璃顆粒=3:1:1的比例放入球磨器中，將該球磨器放 入球磨機中進行球磨，球磨時間為6h，球磨機轉(zhuǎn)速為450r/min。
[0035] 所述磨球包括大球和小球，所述大球直徑為8mm，所述小球直徑為5mm，所述大球 和小球的個數(shù)之比為1:5。
[0036] 實施例一
[0037] 按照質(zhì)量比稱取原料：
[0038] Si0220g，Al2032g，B20 310g，Zn050g，BaC032g，Mg05g，Te02100g，SnOlOg，P 205lg， Bi203800g ；
[0039] 將上述原料經(jīng)混合、預熱干燥、加熱、水淬、球磨后制得玻璃粉，所得玻璃粉記為 Sl〇
[0040] 實施例二
[0041] 按照質(zhì)量比稱取原料：
[0042] Si022 5g, Al2035g, B20320g, Zn060g, BaC035g, MgOlOg, Te02105g, Sn012g, P2052g, Bi203756g ；
[0043] 將上述原料經(jīng)混合、預熱干燥、加熱、水淬、球磨后制得玻璃粉，所得玻璃粉記為 S2〇
[0044] 實施例三
[0045] 按照質(zhì)量比稱取原料：
[0046] Si0230g，Al20310g，B20 325g，Zn065g，BaC038g，Mg012g，Te02108g，Sn014g，P 2055g， Bi203723g ；
[0047] 將上述原料經(jīng)混合、預熱干燥、加熱、水淬、球磨后制得玻璃粉，所得玻璃粉記為 S3〇
[0048] 實施例四
[0049] 按照質(zhì)量比稱取原料：
[0050] Si0235g, Al20310g, B20325g, Zn070g, BaC038g, Mg012g, Te02110g, Sn014g, P2055g, Bi2〇3711g;
[0051] 將上述原料經(jīng)混合、預熱干燥、加熱、水淬、球磨后制得玻璃粉，所得玻璃粉記為 S4〇
[0052] 實施例五
[0053] 按照質(zhì)量比稱取原料：
[0054] Si0238g, Al20310g, B20325g, Zn070g, BaC038g, Mg012g, Te02115g, Sn016g, P2056g, Bi203700g ；
[0055] 將上述原料經(jīng)混合、預熱干燥、加熱、水淬、球磨后制得玻璃粉，所得玻璃粉記為 S5〇
[0056] 實施例六
[0057] 按照質(zhì)量比稱取原料：
[0058] Si0240g, Al20340g, B20350g, ZnOlOOg, BaC0315g, Mg020g, Te021 20g, Sn020g, P20510g, Bi203585g ；
[0059] 將上述原料經(jīng)混合、預熱干燥、加熱、水淬、球磨后制得玻璃粉，所得玻璃粉記為 S6〇
[0060] 性能測試及統(tǒng)計
[0061] 表1實施例制得的S1-S6的玻璃粉性能測試結(jié)果
[0062]
【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能電池銀漿用的無鉛玻璃粉，其特征在于，該玻璃粉由如下重量百分 比成分的物質(zhì)組成：Si0 22-4 %，Α12030· 2-4%，B203l-5%，Zn05-10%，BaC030. 2-1. 5 %， MgOO. 5-2%，Te0210-12%，SnOl-2%，Ρ2050· 1-1%，余量為 Bi203 ; 所述玻璃粉的制備方法，包括以下步驟： (1) 將5102、六1203、8203、2110、8&〇) 3、]\%0、丁602、5110、？205、8"0 3的粉末經(jīng)球磨混合均勻； (2) 將步驟（1)中的粉末放入剛玉坩堝中，將上述剛玉坩堝放入電爐中，設(shè)定電爐溫度 為400°C，恒溫加熱30min ; (3) 將步驟（2)中的粉末放入熱坩堝內(nèi)，然后將熱坩堝放入電爐中，設(shè)定電爐溫度為 1100°C，恒溫 lh ; (4) 取出步驟⑶中的粉末，進行水淬，然后在80°環(huán)境溫度下干燥； (5) 按重量比為磨球：水：玻璃顆粒=3:1:1的比例放入球磨器中，將該球磨器放入球 磨機中進行球磨，球磨時間為6h，球磨機轉(zhuǎn)速為450r/min。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池銀漿用的無鉛玻璃粉，其特征在于，所述磨球包 括大球和小球，所述大球直徑為8mm，所述小球直徑為5mm，所述大球和小球的個數(shù)之比為 1:5。
【文檔編號】C03C12/00GK104058595SQ201410318940
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月6日
【發(fā)明者】吳旦英 申請人:吳旦英