Bi_2O_3-SiO_2-B_2O_3-ZnO系玻璃粉的制备及其在太阳能电池背电极中的应用

【摘要】：摘要：导电银浆作为制备晶硅太阳能电池的主要材料之一,对太阳能电池的性能有很大的影响。由于背面银浆作用单一,对导电银浆的研究主要集中在正面银浆上,对背面银浆研究甚少,而且很多技术都掌握在国外企业或研究机构,因此对晶硅太阳能电池用背面银浆的研究至关重要。 本文利用传统熔体冷却法制备了Bi2O3-SiO2-B2O3三元系和Bi2O3-SiO2-B2O3-ZnO四元系玻璃粉,通过XRD、DTA和红外光谱分析技术,研究了成分变化对玻璃粉软化温度、析晶和结构的影响；同时将玻璃粉制备成导电银浆,研究了玻璃粉对烧结银膜性能的影响,以及烧结工艺的改变对背面电极附着力和电池片光电转换效率的影响。主要研究结果如下： (1)在Bi2O3-SiO2-B2O3三元系玻璃中保持Si02含量为15%不变,Bi203摩尔分数在30%-60%之间变化时均能够形成玻璃,但随着玻璃中Bi203含量的增加,玻璃化程度降低；随着Bi203摩尔比的增加,玻璃结构中[Bi06]八面体增加的同时产生[Bi03]四面体,[B04]四面体逐渐消失转变为[B03]三角体,玻璃粉的软化温度逐渐降低。 (2)在Bi2O3-SiO2-B2O3-ZnO四元系玻璃中保持Si02和B203相对含量不变,用ZnO替代部分Bi203。随着ZnO含量的增加,玻璃的玻璃化程度也逐渐降低；ZnO含量较低时,玻璃软化温度基本不变,但玻璃的稳定性降低,析晶倾向增加；ZnO含量达到15%时,软化温度突然升高,这是因为ZnO作为玻璃形成体,以[Zn04]四面体进入玻璃网络结构,修复了玻璃网络。 (3)玻璃粉对背面电极的影响。在玻璃成分中添加ZnO可以提高烧结银膜的耐蚀性；玻璃粉平均粒径为5μm时因玻璃粉不能充分软化,得到的烧结银膜空洞较多,玻璃粉平均粒径为2μm时可以得到致密的烧结银膜；随着导电银浆中玻璃粉含量的增加,烧结银膜附着力先增大后减小,电阻率先减小后增大,在玻璃粉含量为7%时,烧结银膜综合性能最好,此时烧结银膜的附着力为4.78N,电阻率为1.87mΩ·cm; (4)烧结工艺对背面电极的影响。烧结峰值温度过低或过高,烧结时间较短或较长均不利于电池片的烧结。电池片最佳烧结工艺为烧结峰值温度为850℃,烧结时间为120s。得到的电极附着力为4.82N,电池片的光电转换效率达到17.62%。 【关键词】：太阳能电池 背面银浆 无铅玻璃粉 软化温度 附着力 电性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 1 文献综述11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 晶硅太阳能电池简介12-16
• 1.2.1 晶硅太阳能电池原理12-13
• 1.2.2 晶硅太阳能电池制备13-15
• 1.2.3 晶硅太阳能电池发展15-16
• 1.3 导电浆料在太阳能电池中的应用16-18
• 1.3.1 背面铝场16-17
• 1.3.2 正面电极17-18
• 1.3.3 背面电极18
• 1.4 导电银浆的组成18-21
• 1.4.1 导电银浆用超细银粉19-20
• 1.4.2 导电银浆用有机载体20
• 1.4.3 导电银浆用玻璃粉20-21
• 1.5 低熔玻璃粉的研究进展21-23
• 1.5.1 玻璃的组成21-22
• 1.5.2 含铅玻璃及其缺点22
• 1.5.3 无铅玻璃粉的发展22-23
• 1.6 研究内容和选题意义23-25
• 1.6.1 目的和意义23-24
• 1.6.2 主要研究内容24-25
• 2 实验部分25-31
• 2.1 试剂和设备25-26
• 2.1.1 试剂25
• 2.1.2 设备25-26
• 2.2 样品的制备26-27
• 2.2.1 玻璃粉的制备26
• 2.2.2 有机载体的制备26
• 2.2.3 导电银浆的制备26-27
• 2.2.4 太阳能电池片的制备27
• 2.3 分析与测试27-31
• 2.3.1 X射线衍射分析(XRD)27
• 2.3.2 差热分析(DTA)27-28
• 2.3.3 红外光谱分析28
• 2.3.4 扫描电子显微分析(SEM)28-29
• 2.3.5 背面电极附着力测试29
• 2.3.6 电阻率测试29-30
• 2.3.7 电池片电性能测试30-31
• 3 玻璃粉的制备与表征31-44
• 3.1 引言31-32
• 3.2 玻璃粉成分设计32-33
• 3.2.1 Bi_2O_332
• 3.2.2 SiO_232
• 3.2.3 B_2O_332-33
• 3.2.4 ZnO33
• 3.3 玻璃粉制备工艺的确定33-34
• 3.3.1 玻璃熔融工艺的确定33-34
• 3.3.2 玻璃球磨工艺的选择34
• 3.4 Bi_2O_3-SiO_2-B_2O_3三元系玻璃粉的结构研究34-39
• 3.4.1 XRD分析35-36
• 3.4.2 DTA分析36-37
• 3.4.3 红外光谱分析37-39
• 3.5 Bi_2O_3-SiO_2-B_2O_3-ZnO四元系玻璃粉的结构研究39-43
• 3.5.1 XRD分析39-40
• 3.5.2 DTA分析40-42
• 3.5.3 红外光谱分析42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 4 玻璃粉对太阳能电池性能的影响44-61
• 4.1 引言44
• 4.2 背面银浆的制备44-45
• 4.2.1 有机载体的选择44
• 4.2.2 银粉的选择44-45
• 4.2.3 玻璃粉的选择45
• 4.3 玻璃粉对烧结银膜的影响45-51
• 4.3.1 ZnO对烧结银膜耐蚀性的影响45-46
• 4.3.2 玻璃粉粒径对银膜致密度的影响46-47
• 4.3.3 玻璃粉含量对背电极的影响47-51
• 4.4 烧结工艺对电池片性能的影响51-60
• 4.4.1 峰值烧结温度对电池片性能的影响52-57
• 4.4.2 烧结时间对电池片性能的影响57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 结论61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果67-68
• 致谢68

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