一种TOPCon背面银浆用玻璃粉及其制备和应用的制作方法

本发明涉及晶硅太阳能电池，具体涉及一种topcon背面银浆用玻璃粉及其制备和应用。

背景技术：

1、topcon是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触(tunnel oxidepassivated contact)太阳能电池技术；背面采用1-2nm的超薄隧穿氧化硅和其表面上沉积的高掺杂多晶硅(poly-si)叠层结构，二者共同构成钝化接触结构，降低表面复合和金属接触复合，全面提升电池的性能。晶硅电池通常具有涂覆于前后面的导电浆料，前侧导电浆料可形成具有电子交换作用的电极，背面导电浆料用作焊接点将电池串联连接；目前n型topcon晶硅太阳能电池背面细栅所用银浆主要是由银粉、玻璃粉、有机载体组成；背面银浆所用的玻璃粉起到腐蚀氮化硅层、构成电极、搭建起电子运输桥梁等关键作用，在电池金属化的过程中，银浆的高温烧结可刻蚀背面的氮化硅层，同poly-si层形成接触，但是存在刻蚀过多而导致钝化层失效的现象；另外，玻璃粉的性质如种类、含量、成分等是银浆的重要影响因素，也影响着金属化的效果；另外，银浆层和铝层界面可能存在开裂现象导致电池导电性能的降低，这也是需要解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种topcon背面银浆用玻璃粉，本发明的玻璃粉通过组分种类调整和含量配比的优化，很好地平衡了接触电阻率和金属复合，并展现了优异的填充效率和转换效率，增加了导电层与金属基体的接触，具有更高的润湿性和更低的热膨胀体积，有效降低了电池串联电阻和接触电阻率等。

2、本发明具体的技术方案为：

3、一种topcon背面银浆用玻璃粉，按照质量分数计，由40％-80％的主要成分；15％-50％的辅助成分；以及1％-10％的修饰成分组成；其中，主要成分由pbo、teo2、bi2o3组成，辅助成分由sio2、wo3、zno、nao、lio、cuo组成，修饰成分选自含银化合物、铂族金属及化合物、过渡金属氧化物中任意一种或多种组合。

4、本发明中pbo能显著降低玻璃粉的软化温度，且使得玻璃粉与基体材料有较好的浸润性，具备溶银能力强的特点，teo2本身熔点较低，可以作为液相烧结助剂，降低玻璃粉的玻璃化温度，加速银粉的烧结致密化，另外，二氧化碲具有很强的溶银能力，可形成导电通路，使si-ag界面的导电能力增强，进一步降低接触电阻；bi2o3可降低玻璃软化点，显著降低玻璃黏度，使其具有较好的浸润性，并调节玻璃热膨胀系数，当bi2o3含量较低时，其会以玻璃网络修饰体进入到玻璃体系中，不参与玻璃网络结构的构建，随着bi2o3的含量不断增多，氧化铋会存在于玻璃的网络结构内，由于bi3+的高强极化性，会对玻璃网络外离子在网络空隙中的移动产生阻碍，降低玻璃粉与银的相容性，导致玻璃的体积电阻率不断升高，因此在主要成分比例调节时需严格控制pbo、teo2、bi2o3各氧化物的含量，以期更好地增加玻璃粉的溶银能力和对基体材料的润湿性能，降低接触电阻率。

5、本发明中sio2，可提高玻璃的稳定性，sio2作为网络形成体，使玻璃的网络结构更加稳固。zno可降低玻璃软化点，使玻璃在熔化时具有适当的流动性；在烧结过程中，氧化锌以zn2+形式溶入玻璃熔体中，通过降低玻璃在高温下的粘度，促进玻璃对si的蚀刻反应。wo3中w与te离子可形成w-o-te键，提高玻璃网络结构内部的相容性和连通性，进一步增强玻璃结构稳定性。li2o和na2o可加速玻璃在高温熔融时熔化，且两者均可以降低玻璃粉的热膨胀系数，碱金属的离子半径小且电场又高，还具有一定的助熔作用，从而对玻璃化转变温度产生显著影响，此外还可提高玻璃的导电性。优化碱金属氧化物的相对量，利用li2o和na2o的双碱效应增强玻璃体系的化学稳定性和热稳定性。cuo的添加可适当提升玻璃的软化温度，弥补玻璃粉在高温区粘度低的问题，确保在高温阶段也能较好地助烧银层，使银电极的烧结更加致密，增加体积电导率；但是氧化铜会在玻璃网络体系中引入铜离子，玻璃粉的金属性明显增强，当氧化铜的添加量过多时会增加金属复合。含银化合物具有较低熔点和较小的比表面积，会溶进玻璃中，以银离子的形式成为玻璃体的组成部分，从而可以降低玻璃对多晶硅层的损伤。在烧结阶段，随着温度的升高，玻璃开始软化流动，浆料中的银粉颗粒以银离子的形式溶在玻璃中，该银离子与氮化硅反应以打开钝化层，反应生成的银晶粒在多晶硅层附着，并随着反应不断进行而长大。由于玻璃中含有银，烧结时浆料中的银粉颗粒在玻璃中的溶解度减少，使得生成的银晶粒尺寸不会过大，从而保护多晶硅层不受损伤。

6、本发明的一种实施方式中，玻璃粉中主要成分进一步优选质量分数占比为60％-80％。

7、本发明的一种实施方式中，主要成分中，pbo、teo2、bi2o3的质量比为1：(0.5-1)：(0-0.5)。优选1：(0.5-1)：(0.1-0.5)

8、本发明的一种实施方式中，玻璃粉中辅助成分进一步优选质量分数占比为15％-35％。

9、本发明的一种实施方式中，辅助成中，sio2、wo3、zno、na2o、li2o、cuo的质量比为(3-10)：(2-8)：(5-20)：1：(0.5-5)：(0.5-5)；优选(3.5-10)：(2-7)：(6-17)：1：(0.5-2)：(0.5-2)。

10、本发明的一种实施方式中，修饰成分包括过渡金属氧化物、氧化银、硝酸银、碳酸银、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂中的一种或几种，进一步地，修饰成分包括但不限于fe2o3、氧化亚铁、vo2、moo3、cr2o3、nio、nb2o5、zro4、氧化银、硝酸银、碳酸银、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂中的一种或几种。

11、在一种优选的实施方式中，所述修饰成分为ag2o，用量占玻璃粉总质量的2.5wt％-4.5wt％，ag2o的熔点为100℃左右，其添加可明显降低玻璃化转变温度，增加玻璃与银粉的共溶性，并使玻璃在硅基板上的更好地铺展并浸润。

12、在一种优选的实施方式中，所述过渡金属氧化物为moo3，添加量占玻璃粉总质量的1.5wt％-3.1wt％，moo3的熔点为795℃左右，相对于导电浆料较高的融化烧结温度，moo3的添加和融化可带动玻璃粉体系缓慢变成熔融状态，控制玻璃粉的玻璃化转变温度，但是其添加量过多时，会导致熔融过度或过烧现象。

13、在一种优选的实施方式中，所述的贵金属为钯，过程发现熔融过程中，碱金属氧化物极易与钯反应，形成配位键，进一步提升玻璃的稳定性，因熔点较高，添加量不宜过大，优选的含量占玻璃粉总量的0.02wt％-0.05wt％。

14、本发明的一种实施方式中，所述topcon背面银浆用玻璃粉，按照质量分数计，由30％-40％pbo、25％-35％teo2、4％-16％bi2o3、4％-9％sio2、2％-5％wo3、7％-10％zno、0.5％-2％nao、0.5％-2％lio、0.5％-2％cuo、以及1％-10％的修饰成分组成；所述修饰成分选自fe2o3、氧化亚铁、vo2、moo3、cr2o3、nio、nb2o5、zro4、氧化银、硝酸银、碳酸银、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂中任意一种或多种。

15、本发明的一种实施方式中，当修饰成分为ag2o和fe2o3的组合时，二者的质量比为1：(0.1-0.3)。

16、本发明的一种实施方式中，当修饰成分为ag2o和moo3、的组合时，二者的质量比为1：(0.5-0.8)。

17、本发明的一种实施方式中，所述玻璃粉粒径0.9-5μm，进一步地，优选粒度为1.0-3.0μm。进一步地，所述玻璃粉的tg温度为200-450℃，优选为260-350℃。

18、本发明的一种实施方式中，所述玻璃粉的制备方法：s1、将上述玻璃粉的各组分按量称取后混合均匀；s2、将混合后的粉体置于坩埚中，在800-1200℃的高温熔炉中熔制，保温时间为30-80min；s3、采用对辊冷却机将玻璃熔液快速冷却压片；s4、将玻璃片经过粗磨、精磨工序加工后达到目标粒径。

19、本发明还提供上述玻璃粉在topcon晶硅太阳能电池背面细栅导电银浆制备中的应用。

20、一种topcon晶硅太阳能电池背面细栅导电银浆，是通过将上述玻璃粉与导电性粉体、有机载体共混制得。

21、本发明的一种实施方式中，所述topcon晶硅太阳能电池背面细栅导电银浆中，按照质量分数计，包含1％-6％玻璃粉。优选2.2％-4％。

22、本发明的一种实施方式中，所述银浆的烧结温度为670-780℃。

23、本发明还提供上述topcon晶硅太阳能电池背面细栅导电银浆在晶硅太阳能电池制备领域中的应用。

24、有益效果：

25、本发明以pbo、teo2、bi2o3为玻璃粉的主要成分，通过调控三者的含量和配比，有效降低玻璃粉的玻璃化转变温度，使得玻璃粉具有良好的熔融温度、熔融状态和熔融粘度，有效提高银浆与基体材料的润湿性能，烧结银浆的致密性，刻蚀n型topcon晶硅太阳能电池背面的氮化硅层并与poly-si层形成良好的接触；本发明在主要成分的基础上，通过调整辅助成分和修饰成分的种类和添加量，有效增强玻璃的结构稳定性，降低体积热膨胀，并减少金属-半导体间的接触电阻和金属诱导复合速度，增加开路电压和电性能；本发明通过玻璃粉粒径优化和其在背面银浆中添加比例的调整，进一步促进银浆烧结过程中银微晶的快速形成，减少对poly-si层的侵蚀，较大程度平衡接触电阻率与金属复合，还增加了银浆层烧结后对基层的附着力。