太阳能电池正面银浆用玻璃粉的研制

【摘要】：随着社会经济的发展和人类对能源需求的不断增大,化石能源的有限性和使用后对环境造成的危害引起了人们的高度重视。清洁环保的可再生能源的开发利用已成为未来的主要发展趋势,其中太阳能因其覆盖范围广泛、取之不尽用之不竭的优点而倍受世界各国能源科学家的青睐。 本文以太阳能电池正面银浆用玻璃粉为研究对象,以产品质量、经济效益和环境保护为考量,制备了PbO-SiO2-B2O3三元系玻璃粉和PbO-Bi2O3-SiO2-B2O3四元系玻璃粉,并成功应用于太阳能电池正面银浆的生产中。其中,优化了玻璃粉的球磨工艺；通过差热分析研究了玻璃粉成分对其软化温度的影响规律；通过四探针测试仪和太阳能电池分选仪研究了玻璃粉软化温度对浆料和电池性能的影响,获得了性能较优的玻璃粉配方；通过SEM和四探针测试仪研究了不同含量玻璃粉对浆料性能的影响,获得了性能最佳的浆料配方；研究了烧结工艺(烧结峰值温度和烧结时间)对电池片性能的影响,优化得到了最佳的烧结工艺。研究结果如下： (1)玻璃粉球磨最佳工艺参数为：球磨时间18h,球料比1：1,磨球配级6：4：1,球磨机转速400r/min,此工艺条件下制得的玻璃粉平均粒径为2.3μm,满足太阳能电池正面银浆用玻璃粉的要求。 (2)对于PbO-SiO2-B2O3系玻璃粉,软化温度为455.0℃的玻璃粉配制的多晶硅太阳能电池正面银浆烧结膜附着力可达4.5N,满足工业要求,烧结膜致密度较高,细栅线高宽比为0.256,太阳能电池片串联电阻较低为0.09Ω,光电转换效率较高,可达17.32%,此时的玻璃粉软化温度较优,其配方为64wt%PbO-28wt%SiO2-8wt%B2O3;对于PbO-Bi2O3-SiO2-B2O3系玻璃粉,软化温度为451.2℃的玻璃粉配制的多晶硅太阳能电池正面银浆烧结膜附着力达到4.8N,致密度较高,烧结膜电阻率较低为1.25mΩ.cm此时玻璃粉性能较优,其配方为24wt%PbO-40wt%Bi2O3-28wt%SiO2-8wt%B2O3。 (3) PbO-SiO2-B2O3系玻璃粉在正面银浆中最佳含量为4wt%,正面银浆最佳配方：银粉含量为86.5wt%,玻璃粉4wt%,有机载体9.5wt%; PbO-Bi2O3-SiO2-B2O3系玻璃粉在正面银浆中最佳含量为6wt%,正面银浆最佳配方为：银粉含量为84.5wt%,玻璃粉6wt%,有机载体9.5wt%。 (4)PbO-SiO2-B2O3系玻璃粉制备的正面银浆,最佳烧结工艺为：烧结峰值温度860℃C,烧结时间为120s。此烧结工艺下浆料烧结膜致密度最高,正面电极细栅线高宽比可达0.276,电池光电转换效率最高,达到17.79%；PbO-Bi2O3-SiO2-B2O3系玻璃粉制备的正面银浆,最佳烧结工艺为：烧结峰值温度870℃,烧结时间为130s。此烧结工艺下浆料烧结膜致密度最高,正面电极细栅线高宽比可达0.26,电池光电转换效率最高,达到17.65%。与正面银浆用PbO-SiO2-B2O3系玻璃粉制备的太阳能电池相比,正面银浆用PbO-Bi2O3-SiO2-B2O3系玻璃粉制备的电池光电转换效率和正面电极细栅线高宽比都低一些。 【关键词】：太阳能电池 玻璃粉 软化温度 烧结工艺 光电转换效率
【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
• ABSTRACT6-9
• 目录9-12
• 第一章 文献综述12-29
• 1.1 太阳能电池的研究发展现状12-14
• 1.1.1 单晶硅太阳能电池12-13
• 1.1.2 多晶硅太阳能电池13
• 1.1.3 多晶硅薄膜太阳能电池13-14
• 1.1.4 化合物半导体和有机薄膜太阳能电池14
• 1.2 晶体硅太阳能电池14-21
• 1.2.1 晶体硅太阳能电池的结构14-15
• 1.2.2 晶体硅太阳能电池的工作原理15-16
• 1.2.3 晶体硅太阳能电池的制备工艺16-18
• 1.2.4 晶体硅太阳能电池相关性能参数18-21
• 1.3 晶体硅太阳能电池正面银浆21-27
• 1.3.1 电子浆料概述21
• 1.3.2 太阳能电池正面银浆的发展现状21
• 1.3.3 正面银浆的组成及其作用21-22
• 1.3.4 正面银浆用银粉的研究现状22-23
• 1.3.5 正面银浆用有机载体的研究现状23-24
• 1.3.6 正面银浆用玻璃粉24-27
• 1.3.6.1 含铅玻璃粉的研究现状25-26
• 1.3.6.2 无铅玻璃粉的研究进展26-27
• 1.4 研究意义和目的27-28
• 1.5 主要研究内容和预期目标28-29
• 1.5.1 主要研究内容28
• 1.5.2 预期达到的目标28-29
• 第二章 实验过程29-40
• 2.1 浆料组成成分的设计与性能要求29-32
• 2.1.1 银粉的性能要求29
• 2.1.2 玻璃粉的性能要求和成分设计29-32
• 2.1.2.1 玻璃粉粒径29-30
• 2.1.2.2 形成玻璃的条件30
• 2.1.2.3 软化温度30
• 2.1.2.4 能穿越减反射膜30-31
• 2.1.2.5 玻璃成分设计31-32
• 2.1.3 有机载体的选择32
• 2.2 浆料所用原料的制备32-34
• 2.2.1 导电银粉的制备32-34
• 2.2.2 玻璃粉的制备34
• 2.2.3 有机载体的制备34
• 2.3 浆料的制备、印刷和厚膜电极的烧结34-35
• 2.3.1 浆料的制备34
• 2.3.2 浆料的印刷34-35
• 2.3.3 厚膜电极的烧结35
• 2.4 性能检测方法及原理35-40
• 2.4.1 玻璃粉X射线衍射分析35-36
• 2.4.2 玻璃粉DSC分析36
• 2.4.3 玻璃粉粒径分布分析36
• 2.4.4 表面形貌分析36
• 2.4.5 浆料细度测试36-37
• 2.4.6 电极导电性能测试37-38
• 2.4.7 电极烧结膜附着力的测试38-39
• 2.4.8 电池片电性能测试39-40
• 第三章 正面银浆用PbO-SiO_2-B_2O_3系玻璃粉的研究40-63
• 3.1 正面银浆用玻璃粉球磨工艺的优化40-47
• 3.1.1 玻璃粉球磨正交实验41-43
• 3.1.1.1 正交试验因素和水平41
• 3.1.1.2 正交实验结果分析41-43
• 3.1.2 球磨时间的优化43-45
• 3.1.3 球磨机转速的优化45-47
• 3.2 正面银浆用玻璃粉的XRD分析47-48
• 3.3 正面银浆用玻璃粉的DSC分析48
• 3.4 玻璃粉软化温度对浆料性能的影响48-51
• 3.4.1 玻璃粉软化温度对浆料烧结膜附着力的影响49-50
• 3.4.2 玻璃粉软化温度对浆料烧结膜形貌的影响50-51
• 3.5 玻璃粉软化温度对太阳能电池电性能的影响51-53
• 3.6 玻璃粉含量对浆料烧结膜附着力的影响53-54
• 3.7 玻璃粉和银粉的相对含量对浆料烧结膜电性能的影响54-56
• 3.8 正面银浆烧结工艺对电池性能的影响56-61
• 3.8.1 烧结峰值温度对电池性能的影响56-58
• 3.8.2 烧结时间对电池性能的影响58-60
• 3.8.3 浆料烧结峰值温度和烧结时间的优化60-61
• 3.9 本章小结61-63
• 第四章 正面银浆用PbO-Bi_2O_3-SiO_2-B_2O_3系玻璃粉的研究63-77
• 4.1 正面银浆用玻璃粉XRD分析64-65
• 4.2 正面银浆用玻璃粉DSC分析65
• 4.3 玻璃粉软化温度对浆料性能的影响65-67
• 4.3.1 玻璃粉软化温度对烧结膜附着力影响66
• 4.3.2 玻璃粉软化温度对浆料烧结膜电性能的影响66-67
• 4.4 玻璃粉含量对浆料烧结膜附着力的影响67-68
• 4.5 玻璃粉和银粉相对含量对浆料烧结膜电性能的影响68-70
• 4.6 正面银浆烧结工艺对电池电性能的影响70-75
• 4.6.1 烧结峰值温度对电池电性能的影响70-72
• 4.6.2 烧结时间对电池电性能的影响72-74
• 4.6.3 烧结峰值温度和烧结时间的优化74-75
• 4.7 本章小结75-77
• 第五章 结论77-79
• 参考文献79-84
• 攻读学位期间主要的研究成果目录84-85
• 致谢85

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