一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉

摘要

本发明涉及一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉。该无铅无硅玻璃粉的重量百分数组成为氧化铋65-85%、氧化硼3-15%、氧化锌1-10%、氧化铝1-10%、氧化钡3-15%、氧化钙0.1-5%、氧化钒0.5-5%和改性添加剂0-3%；其中，各原料组分重量百分数之和为100%，改性添加剂为二氧化锆、五氧化二磷、二氧化钛、三氧化二钴中的一种。与现有技术相比，本发明玻璃粉无铅无硅，既符合环保要求，又克服了含硅玻璃析晶度高的缺点；所得玻璃粉具有宽烧结工艺窗口，在350-450℃温度区间内流动性好，对银粉润湿充分，可配合不同类型银粉使用，且所得银膜结构致密均匀，对硅基板的附着力好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子浆料用玻璃粉，具体涉及一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉。

背景技术

太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。背电极作为太阳能电池的关键组件，在太阳能电池中起着汇集电流和欧姆接触的作用。用来制作这些背电极的背银银浆在成分上主要包括银粉、玻璃粉和有机载体，背银浆料的性能在很大程度上影响着太阳能电池的光电转化效率。其中，玻璃粉是背银浆料的无机粘结相，保证电极和硅基板间稳定的机械接触。

常见的玻璃粉以二氧化铅为主要原料，虽然二氧化铅组分能有效地与硅发生氧化还原反应而转变为单质铅，对银粉起到助熔作用，但是含铅玻璃的毒性使其已经逐渐被无铅玻璃粉所取代。已开发无铅玻璃粉体系包括：申请号为201110201638.8的中国专利公开的铋硅硼体系（该体系还可含有少量的其他氧化物组分，如氧化钙、三氧化二铝、二氧化钛、氧化镍、氧化锌等）、申请号为201010264058.9的中国专利公开的铋硅硼锌体系（该体系还可含有少量的三氧化二铝、氧化钙等）、申请号为201010166603.0和201010249934.0的中国专利公开的铋硅硼锌铝体系、申请号为200910042098.6的中国专利公开的硅硼锌钡钙体系（该体系还含有少量的三氧化二铝和氧化锂），等等。这些无铅玻璃粉都含有二氧化硅组份。虽然二氧化硅组分的添加有利于降低玻璃粉的热膨胀系数，但是它具有易析晶的缺陷，这是因为玻璃二氧化硅属于热力学上的亚稳定状态，在玻璃粉烧结过程中，二氧化硅分子振动加速，会促使其定向结晶；同时，玻璃粉中其他杂质离子的存在也会加速其析晶。二氧化硅组分的这种易析晶性使得含有这类玻璃粉的银浆制作出来的电极往往内应力比较大，银层易产生裂纹，这对太阳能电池的使用寿命非常不利。为了尽量避免析晶现象的发生，含有这类玻璃粉的银浆在烧结过程中往往需要较为严格地控制烧结过程，因此其烧结工艺窗口较窄。

发明内容

本发明需要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉。

本发明需要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉，其重量百分数组成为三氧化二铋65-85%、三氧化二硼3-15%、氧化锌1-10%、三氧化二铝1-10%、氧化钡3-15%、氧化钙0.1-5%、五氧化二钒0.5-5%和改性添加剂0-3%；其中，各组分的重量百分数之和为100%，改性添加剂为二氧化锆、五氧化二磷、二氧化钛、三氧化二钴中的一种，玻璃粉的软化温度为350-450℃。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：本发明玻璃粉无铅无硅，既符合环保要求，又克服了含硅玻璃析晶度高的缺点，且所得玻璃粉具有宽烧结工艺窗口。其中，三氧化二铋作为玻璃主要组分，能降低玻璃的软化点，使玻璃在350-450℃温度区间内流动性好；少量五氧化二钒的添加可显著降低玻璃的表面张力，使玻璃对银粉润湿更加充分，所得银膜结构致密均匀，故该玻璃粉可配合不同类型银粉使用；氧化锌组分能提供游离氧，使玻璃网络的破坏和重组变得相对容易，进一步降低体系的析晶趋势；三氧化二硼能降低玻璃的热膨胀系数，减少银层的内应力；三氧化二铝、氧化钙、氧化钡等组分可提高玻璃的机械强度和化学稳定性，使电极与硅基板的附着力更好。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明是一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉，其重量百分数组成为三氧化二铋65%、三氧化二硼15%、氧化锌10%、三氧化二铝5%、氧化钡3%、氧化钙1.5%和五氧化二钒0.5%，玻璃粉的软化温度为350-450℃。

实施例2

本发明是一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉，其重量百分数组成为三氧化二铋65%、三氧化二硼4%、氧化锌3%、三氧化二铝10%、氧化钡15%、氧化钙1%和五氧化二钒2%，玻璃粉的软化温度为350-450℃。

实施例3

本发明是一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉，其重量百分数组成为三氧化二铋85%、三氧化二硼3%、氧化锌1%、三氧化二铝1%、氧化钡4%、氧化钙0.1%、五氧化二钒5%和二氧化锆0.9%，玻璃粉的软化温度为350-450℃。

实施例4

本发明是一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉，其重量百分数组成为三氧化二铋70%、三氧化二硼10%、氧化锌5%、三氧化二铝5%、氧化钡5%、氧化钙1%、五氧化二钒1%和五氧化二磷3%，玻璃粉的软化温度为350-450℃。

实施例5

本发明是一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉，其重量百分数组成为三氧化二铋73%、三氧化二硼8%、氧化锌7%、三氧化二铝2%、氧化钡3.5%、氧化钙2%、五氧化二钒3.5%和二氧化钛1%，玻璃粉的软化温度为350-450℃。

实施例6

本发明是一种适应背银浆料宽烧结工艺窗口的无铅无硅玻璃粉，其重量百分数组成为三氧化二铋78%、三氧化二硼7%、氧化锌5%、三氧化二铝2.5%、氧化钡2.5%、氧化钙2%、五氧化二钒2%和三氧化二钴1%，玻璃粉的软化温度为350-450℃。

上述各实施方案是对本发明的上述内容作出的进一步说明，但不应理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。