晶體硅太陽(yáng)能電池漿料用玻璃粉成分與性能的研究

【摘要】：超細(xì)粉體材料是制備各類電子漿料的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料,全球著名的電子漿料類產(chǎn)品供應(yīng)商杜邦和賀力士都有非常完善的超細(xì)金屬粉末和各個(gè)系列超細(xì)玻璃粉體的研發(fā)生產(chǎn)線,來(lái)保證其電子漿料的不斷的開發(fā)工作,足見其重要性。應(yīng)用于晶體硅太陽(yáng)能電池電極金屬化的電極漿料也不例外,需要性能優(yōu)良的粉體才能做出良好的漿料。本文就太陽(yáng)能電池電子漿料所需的關(guān)鍵粉體材料玻璃粉體為研究開發(fā)對(duì)象,探索出符合晶體硅太陽(yáng)能電池正面銀漿用玻璃粉、背面銀漿用玻璃粉和背面鋁漿用玻璃粉使用要求的玻璃粉體系,并成功應(yīng)用于晶體硅太陽(yáng)能電池電極漿料的生產(chǎn)中。玻璃粉的研制過(guò)程采用高溫熔融后水淬玻璃液得到粗玻璃粉體,而后采用球磨-過(guò)篩得到滿足要求的玻璃粉體。整個(gè)過(guò)程中討論了玻璃組分對(duì)玻璃粉體應(yīng)用于漿料后對(duì)最終產(chǎn)品性能的影響,并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了玻璃粉的配方；研究了正面銀漿對(duì)穿透減反射膜的機(jī)理研究；研究了背面鋁漿用玻璃粉的熱膨脹系數(shù)對(duì)電池片翹曲的影響；利用差熱分析(DSC).X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)分析了玻璃粉體本身的性質(zhì)以及燒結(jié)樣品的性質(zhì)及相關(guān)機(jī)理；利用熱膨脹系數(shù)儀分析了玻璃熔體的熱膨脹系數(shù)。其結(jié)果如下： (1)玻璃粉球磨的最佳工藝為球磨24小時(shí),料球無(wú)水乙醇之比為2.5：1：1,球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為425轉(zhuǎn)/分鐘,研磨球級(jí)配為大：中：小球比為3：2：1,所得玻璃粉體粒徑為D502μm； (2)晶體硅太陽(yáng)能電池正面電極銀漿用玻璃粉體系為Pb-Si-B-Al-Bi,較優(yōu)的成分含量為65wt％PbO-17wt％SiO2-4wt％B203-6wt％Al203-7wt％Bi203-0.8wt％Sb205-0.2wt％NH4N03,其單晶硅太陽(yáng)能電池片的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到17.72%： (3)晶體硅太陽(yáng)能電池背面電極銀漿用玻璃粉體系為Si-Al-Bi-B(-Zn；-Mg),較優(yōu)的成分含量為15wt％SiO2-4wt％ZnO-65wt％Bi203-15wt％B203-1wt％A1203,此時(shí)玻璃粉與硅基板能良好潤(rùn)濕,背面銀母線的可焊性良好,焊接后附著力強(qiáng)度高； (4)晶體硅太陽(yáng)能電池背面電極鋁漿用玻璃粉體系為Si-Sb-Bi-B-Mg-Na,較優(yōu)的成分含量為：55％Bi203-10％Sb205-5％B203-15％Si02-10％MgC03-5％Na2C03(wt％),該玻璃體系的的熱膨脹系數(shù)為6.3×10-6K-1,由該玻璃粉體制備而成的背面鋁漿燒結(jié)后不翹曲,并能形成良好的鋁背場(chǎng)； (5)三個(gè)體系的玻璃粉體系都要求在燒結(jié)時(shí)出現(xiàn)液相,三個(gè)玻璃粉體系都有較低的液相出現(xiàn)溫度、在玻璃態(tài)時(shí)不析晶或者是少析晶,并且在玻璃粉的制備過(guò)程中摸索到了玻璃組分對(duì)其性能影響的因素,這為以后玻璃粉的進(jìn)一步研發(fā)工作奠定了良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：電極漿料 晶體硅太陽(yáng)能電池 穿透減反射膜 可焊性 CTE Tg
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目錄6-8
• 第一章 文獻(xiàn)綜述8-26
• 1.1 緒論8
• 1.2 太陽(yáng)能電池用電子漿料的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀8-12
• 1.3 晶體硅太陽(yáng)能電池12-20
• 1.3.1 晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)13
• 1.3.2 晶體硅太陽(yáng)能電池的基本工藝13-17
• 1.3.2.1 絨面結(jié)構(gòu)13-16
• 1.3.2.2 p-n結(jié)制備16
• 1.3.2.3 鋁背場(chǎng)16
• 1.3.2.4 金屬電極16-17
• 1.3.2.5 減反射層17
• 1.3.3 硅太陽(yáng)能電池工作原理17
• 1.3.4 晶體硅太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)17-20
• 1.4 晶體硅太陽(yáng)能電池用電子漿料20-22
• 1.4.1 晶體硅太陽(yáng)能電池用電子漿料的組成20-22
• 1.4.1.1 有機(jī)載體20-21
• 1.4.1.2 金屬功能相21
• 1.4.1.3 無(wú)機(jī)玻璃粉21-22
• 1.5 晶體硅太陽(yáng)能電池電子漿料用低熔玻璃粉22-23
• 1.5.1 低熔玻璃的物化性能22
• 1.5.2 無(wú)鉛低熔玻璃22
• 1.5.3 晶體硅太陽(yáng)能電池正面電極銀基漿料用玻璃粉22
• 1.5.4 晶體硅太陽(yáng)能電池背面電極銀基漿料用玻璃粉22-23
• 1.5.5 晶體硅太陽(yáng)能電池背面電極鋁基漿料用玻璃粉23
• 1.6 本課題的研究意義及目的23-24
• 1.7 主要研究?jī)?nèi)容和預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)24-26
• 1.7.1 本論文的主要研究?jī)?nèi)容24
• 1.7.2 本課題預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)過(guò)程26-38
• 2.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)26-28
• 2.1.1 玻璃體系設(shè)計(jì)原則26
• 2.1.1.1 玻璃的軟化溫度26
• 2.1.1.2 玻璃的潤(rùn)濕性26
• 2.1.1.3 玻璃的熱膨脹性能26
• 2.1.2 形成玻璃的物質(zhì)26-28
• 2.1.3 形成玻璃的條件28
• 2.1.3.1 熱力學(xué)條件28
• 2.1.3.2 動(dòng)力學(xué)條件28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程28-33
• 2.2.1 玻璃粉的制備28-30
• 2.2.1.1 晶硅太陽(yáng)能電池正銀漿料用玻璃粉的制備28-29
• 2.2.1.2 晶硅太陽(yáng)能電池背銀漿料用玻璃粉的制備29-30
• 2.2.1.3 晶硅太陽(yáng)能電池背鋁漿料用玻璃粉的制備30
• 2.2.2 玻璃粉的球磨工藝30-31
• 2.2.3 電子漿料的制備工藝、燒結(jié)工藝31-33
• 2.2.3.1 正銀漿料的制備與燒結(jié)工藝31-32
• 2.2.3.2 背銀漿料的制備與燒結(jié)工藝32
• 2.2.3.3 背鋁漿料的制備與燒結(jié)工藝32-33
• 2.3 性能檢測(cè)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 玻璃粉粒徑分布分析34
• 2.3.4 玻璃熔體線膨脹系數(shù)測(cè)定34
• 2.3.5 材料表面形貌分析34-35
• 2.3.6 導(dǎo)電性能測(cè)試35-37
• 2.3.7 附著力測(cè)試37
• 2.3.8 電池電性能測(cè)試37-38
• 第三章 晶體硅太陽(yáng)能電池正面銀漿用玻璃粉成分與制備工藝的研究38-52
• 3.1 正銀漿料用玻璃粉的XRD分析38-40
• 3.2 正銀漿料用玻璃粉的DSC分析40-41
• 3.3 玻璃漿-硅片燒結(jié)樣XRD分析41-43
• 3.4 正銀漿料中玻璃粉成分對(duì)太陽(yáng)能電池電性能的影響43-44
• 3.5 玻璃粉的球磨工藝優(yōu)化44-51
• 3.5.1 球磨時(shí)間對(duì)玻璃粉粒徑的影響45-46
• 3.5.2 球磨機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)玻璃粉的影響46-47
• 3.5.3 研磨球加入量對(duì)玻璃粉粒徑的影響47-49
• 3.5.4 研磨球級(jí)配對(duì)玻璃粉的影響49-50
• 3.5.5 無(wú)水乙醇加入量對(duì)玻璃粉的影響50-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第四章 晶體硅太陽(yáng)能電池背面銀漿用玻璃粉的研制52-64
• 4.1 背銀漿料用玻璃粉的XRD分析52-56
• 4.2 背銀漿料用玻璃粉DSC分析56-58
• 4.3 背銀漿料燒結(jié)試樣可焊性分析58-59
• 4.4 保溫時(shí)間與燒結(jié)峰值溫度對(duì)銀膜電阻率的影響59-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第五章 晶體硅太陽(yáng)能電池背面鋁漿用玻璃粉的研制64-73
• 5.1 玻璃粉性質(zhì)對(duì)燒結(jié)膜的影響64-67
• 5.2 背鋁漿料玻璃熔體熱膨脹系數(shù)67-69
• 5.3 玻璃粉含量對(duì)附著力以及電池電性能的影響69-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 第六章 總結(jié)73-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要研究成果80

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