一种无机粘结材料的制备方法及由此得到的无机粘结材料的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料的制备方法及由此得到的无机粘结材料。特别地，所述方法包括如下步骤：1)制备高温熔制的粉末；2)制备高温烧结的粉末；和3)混合所制备的高温熔制的粉末和所制备的高温烧结的粉末。
【专利说明】一种无机粘结材料的制备方法及由此得到的无机粘结材料
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料的制备方法，涉及一种晶体硅太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料的制备方法，特别涉及到太阳能及硅基微电子器件用无机粘结材料的制备方法。本发明还涉及由这些方法得到的无机粘结材料。
【背景技术】
[0002]太阳能电池正面电极浆料是在太阳能电池受光面上印刷的金属银导体浆料，是将电池产生的电流通过电极引出。电极材料与硅晶体表面形成尽可能低的接触电阻，且满足优异的附着性、可焊性等机械性能成为生产各种电子元器件产品和提高电池的光电转换效率的关键，在电子工业中的作用至关重要。
[0003]在太阳能电池正面电极浆料中的无机粘结材料，一般采用单一的高温熔融方法制备，即将各组分充分混合，在大于1000°C的高温中熔制，然后水淬制取。目前，电子工业中用于封接的无机粘结材料都采用该法生产，该法生产工艺简单且技术成熟、成本低、适合工业
化生产。
[0004]然而，上述单一的高温熔融法制得的无机粘结材料存在如下缺点:
[0005](I)电阻率过高，按现有技术生产的无机粘结材料，其电阻率大于1Χ106Ω.cm； [0006](2)介电强度过高,按现有技术生产的无机粘结材料,其介电强度大于60kV/mm。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种导电性能好、介电强度低、太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料的制备方法。优选地，本发明的方法还具有工艺参数范围宽、易于实现工业化的优点。
[0008]本发明提供了制备一种太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料的方法，包括如下步骤:
[0009]I)制备高温熔制的粉末；
[0010]2)制备高温烧结的粉末；和
[0011]3)混合所制备的高温熔制的粉末和所制备的高温烧结的粉末。
[0012]在本发明的一个实施方案中，通过如下方式制备高温熔制的粉末:将粉末形式的原料在1050°C — 1450°C，优选1120-1380°C的温度下进行熔融，然后进行水淬，其中所述原料包含:
[0013]Bi2O3 0_36wt%，优选 10-25% ;
[0014]ZnO0_15wt%，优选 4-12% ;
[0015]B2O3 0_40wt%，优选 15-30% ;
[0016]PbO50-90wt%,优选 55-88%，更优选 75-85%,更优选 78% — 83% ；
[0017]SiO2 0_20wt%，优选 4-15% ;
[0018]TiO2 0_8wt%，优选 2-6%。[0019]在本发明的一个实施方案中，通过如下方式制备高温烧结的粉末:将20 - 80wt%的La2O3粉末与80 - 20wt%的Al2O3粉末经球磨3 — 6小时混合后，在150 — 300MP压力下压制成块，并在1350°C— 1650°C烧结，经破碎球磨，制成中位粒径为10 — 80nm的La2O3/Al2O3复合粉体，并将20 - 80wt%的SrCO3粉末与80 — 20wt%的TiO2粉末经球磨3 — 6小时混合后，150 - 300MP压力下压制成块，在1350°C — 1650°C烧结，经破碎球磨，制成中位粒径在10 - 80nm的Ti02/SrTi03复合粉体，再将两种复合粉体按质量1:1混合。
[0020]应当理解，本文中的La2O3Al2O3复合粉体是指由La2O3和Al2O3形成的粉末混合物。类似地，Ti02/SrTi03复合粉体是指由TiO2和SrTiO3形成的粉末混合物。
[0021]以上给出的中位粒径仅仅是优选的粒径，不在上述范围内的粒径也能实现本发明的目的。
[0022]在本发明的一个实施方案中，在步骤3)中的高温熔制粉末与高温烧结粉末的混合比例为1:1 一 12:1,按照质量计。
[0023]在本发明的一个实施方案中，提供了通过上述方法得到的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料。应当理解，由于在高温下部分组分发生挥发，且在烧制和/或熔融过程中存在难以避免的污染，因此由上述方法得到的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料的组成与原料的组成略有出入。
[0024]在本发明的另一个实施方案中，提供一种太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料，其包含:Bi2030-34wt% (优选 10-25%), ZnO 0_14wt% (优选 4_12%)，B2030-37wt% (优选15-30%), PbO 25-84wt%(优选 50-83%，更优选 65-82%,更优选 73% — 81%)，Si020_19wt%(优选 4-15%), TiO20.8-28wt% (优选 2-6%) ；La2O30.8-20wt%(优选 3-15%) ;A12030.8_20wt% (优选 3-15%) ； SrCO30.8-20wt%(优选 3-15%)。
【具体实施方式】
[0025]为更好地理解本发明，提供以下说明而非限制性的实施例。本文所用的原料都是可以从市场上购买的，对生产商和批号没有限制。
[0026]实施例1
[0027]首先通过如下方式制备高温熔制粉末:将纯度大于99.99%的粉末原料按如下比例称量:Bi203lwt%，ZnO 2wt%, B20325wt%, PbO 70wt%, SiO2lwt%, Ti02l%，然后在球磨罐中球磨4小时,在60°C干燥后,在1350°C熔融I小时，然后进行水淬。
[0028]然后，通过如下方式制备高温烧结粉末:将纯度大于99.99%的La2O3粉末与纯度大于99.99%的Al2O3粉末分别按20wt%和80wt%的比例称量，经球磨3小时混合后，在200MP压力下压制成块，在1550°C烧结5小时，在破碎后，球磨30小时，经60°C干燥制成中位粒径在75nm的La2O3Al2O3复合粉体；将纯度大于99.99%的SrCO3粉末与纯度大于99.99%的TiO2粉末分别按40?丨％和60wt%的比例称量，经球磨6小时混合后，200MP压力下压制成块，在1550°C烧结5小时，在破碎后，球磨72小时，经60°C干燥制成中位粒径在30nm的TiO2/SrTiO3复合粉体,将两种复合粉体按质量1:1混合。
[0029] 然后，通过如下方式配制无机粘结材料:将高温熔制粉末与高温烧结的混合粉体按质量8:1混合，球磨2小时，经60°C干燥制成本发明的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料。[0030]对通过上述方法制备的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料进行测试。具体地，将其装在IOml的石英坩埚中压实，放入Despatch烧结炉中，最高设为920°C进行烧结，然后去掉坩埚，并将其磨制为厚1_，直径为IOmm的圆片，用四探针电阻测试仪测其两端电性能，测得电阻率为:754.4Ω -cm ;采用BDJC-100KV介电击穿强度测定仪测试介电强度，介电强度为18.6kV/mm。
[0031]将通过上述方法制备的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料用IRIS ER/S型ICP-AES进行组分测试，测得各元素的含量，其对应的其成分为:Bi2030.9wt%，ZnO 1.8wt%,B20322wt%, PbO 62wt%, SiO20.9wt%, Ti024.2wt%, La2O3L lwt%, Al2034.4wt%, SrC032.2wt%。
[0032]应当理由，由于实际仪器的测试误差，以及高温下不可避免的组分挥发以及污染，实际成分难以严格地满足各组分之和为100%。就该实施例而言，余量可能为不可避免的杂质。
[0033]实施例2
[0034]首先通过如下方式制备高温熔制粉末:将纯度大于99.99%的粉末原料按如下比例称量:Bi2032wt%, ZnO 6wt%, B203lwt%，PbO 75wt%, Si0215wt%, TiO21%,
[0035]然后在球磨罐中球磨4小时，60°C干燥后，在1350°C熔融I小时，然后进行水淬。
[0036]然后，通过如下方式制备高温烧结粉末:将纯度大于99.99%的La2O3粉末与纯度大于99.99%的Al2O3粉末分 别按30wt%和70wt%的比例称量，经球磨4小时混合后，220MP压力下压制成块，在1500°C烧结8小时，在破碎后，球磨24小时，经80°C干燥制成中位粒径在80nm的La2O3Al2O3复合粉体；将纯度大于99.99%的SrCO3粉末与纯度大于99.99%的TiO2粉末按各50wt%的比例称量，经球磨5小时混合后，220MP压力下压制成块，在1500°C烧结8小时，在破碎后，球磨80小时，经80°C干燥制成中位粒径为25nm的Ti02/SrTi03复合粉体，将两种复合粉体按质量1:1混合。
[0037]然后，通过如下方式配制无机粘结材料:将高温熔制粉末与高温烧结的混合粉体按质量比9:1混合，球磨3小时，经60°C干燥制成本发明的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料。
[0038]对通过上述方法制备的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料进行测试。具体地，将其装在IOml的石英坩埚中压实，放入Despatch烧结炉中，按电池片生产工艺，最高设为910°C进行烧结，然后去掉坩埚，并将其磨制为厚1mm，直径为IOmm的圆片，用四探针电阻测试仪测其两端电性能，测得电阻率为:865.1 Ω.cm ;采用BDJC-100KV介电击穿强度测定仪测试介电强度，介电强度为15.7kV/mm。
[0039]将通过上述方法制备的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料用IRIS ER/S型ICP-AES进行组分测试，测得各元素的含量，其对应的其成分为:Bi203l.8wt%，ZnO 5.3wt%,B2O30.9wt%, PbO 67wt%, Si0213wt%, Ti023.7wt%, La2O3L 7wt%, Al2033.9wt%, SrC032.8wt%,各组分之和在误差允许范围内为100%。
[0040]实施例3
[0041]首先通过如下方式制备高温熔制粉末:将纯度大于99.99%的粉末按如下比例称量:Bi20331wt%, ZnO 12wt%, B203lwt%，PbO 50wt%, Si020wt%, Ti026%，然后在球磨罐中球磨 2小时，70°C干燥后，在1250°C熔融I小时，然后进行水淬。
[0042]然后，通过如下方式制备高温烧结粉末:将纯度大于99.99%的La2O3粉末原料与纯度大于99.99%的Al2O3粉末按各50wt%的比例称量，经球磨3小时混合后，220MP压力下压制成块，在1600°C烧结5小时，在破碎后，球磨40小时，经60°C干燥制成中位粒径在70nm的La2O3Al2O3复合粉体；将纯度大于99.99%的SrCO3粉末与纯度大于99.99%的TiO2粉末分别按55被％和45wt%的比例称量，经球磨5小时混合后，在220MP压力下压制成块，在1500°C烧结8小时，在破碎后，球磨96小时，经80°C干燥制成中位粒径在20nm的Ti02/SrTi03复合粉体，将两种复合粉体按质量1:1混合。
[0043]然后，通过如下方式配制无机粘结材料:将高温熔制粉末与高温烧结的混合粉末按质量10:1混合，球磨2小时，经60°C干燥制成本发明的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料。
[0044]通过上述方法制备的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料，将其装在IOml的石英坩埚中压实，放入Despatch烧结炉中，按电池片生产工艺，最高设为900°C进行烧结，然后去掉坩埚，并将其磨制为厚1_，直径为IOmm的圆片，用四探针电阻测试仪测其两端电性能，电阻率为:682.5 Ω -cm ;采用BDJC-100KV介电击穿强度测定仪测试介电强度，介电强度为16.6kV/mm。
[0045]将通过上述方法制备的太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料用IRIS ER/S型ICP-AES进行组分测试，测得各元素的含量，其对应的其成分为:Bi20328wt%，Zn0 llwt%,B2O30.9wt%, PbO 44wt%, Si020wt%, Ti027.8wt%, La2032.8wt%, Al2032.8wt%, SrC0s3.lwt%,各组分之和在误差允 许范围内为100%。
【权利要求】
1.一种制备太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料的方法，包括如下步骤: 1)制备高温熔制的粉末； 2)制备高温烧结的粉末；和 3)混合所制备的高温熔制的粉末和所制备的高温烧结的粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，通过如下方式制备高温熔制的粉末:将粉末形式的原料在1050°C — 1450°C，优选1120-1380°C的温度下进行熔融，然后进行水淬，其中所述原料包含: Bi2O3 0-36wt%,优选 10-25% ；
ZnO0-15wt%,优选 4-12% ； B2O3 0-40wt%,优选 15-30% ； PbO50-90wt%,优选 55-88%，更优选 75_85%，更优选 78% — 83% ； SiO2 0-20wt%,优选 4-15% ； TiO2 0-8wt%，优选 2-6%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于制备高温烧结的粉末是通过如下方式进行的:将20 - 80wt%的La2O3粉末与80 — 20wt%的Al2O3粉末经球磨3 — 6小时混合后，在150 - 300MP压力下压制成块，在1350°C — 1650°C烧结，经破碎球磨，制成中位粒径在10 —80nm的La203/Al203复合粉体，并将20 — 80wt%的SrCO3粉末与80 — 20wt%的TiO2粉末经球磨3 — 6小时混合后，150 - 300MP压力下压制成块，在1350°C — 1650°C烧结，经破碎球磨，制成中位粒径在10 — 80nm的Ti02/SrTi03复合粉体,再将两种复合粉体按质量1:1混八口 ο
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3)中的高温熔制粉末与高温烧结粉末的混合比例为1:1 一 12:1,按照质量计。
5.一种太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料，其是根据权利要求1-4中任一项的方法生产的。
6.一种太阳能电池正面电极浆料用无机粘结材料，其包含:
Bi2030-34wt%，优选 10-25% ；
ZnO 0-14wt%，优选 4-12% ;
B2O3 0-37wt%，优选 15-30% ； PbO 25-84wt%,优选 50-83%，更优选 65-82%,更优选 73% — 81% ；
Si020-19wt%，优选 4-15% ；
TiO20.8-28wt%，优选 2-6% ；
La2O30.8-20wt%，优选 3-15% ；
Al2O30.8-20wt%，优选 3-15% ；
SrCO30.8-20wt%，优选 3_15%。
【文档编号】C09J1/00GK104004454SQ201310056380
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月21日 优先权日:2013年2月21日
【发明者】王立惠, 郑伟, 胡楠, 李广坤 申请人:西北稀有金属材料研究院