晶体硅太阳能电池正面银浆用玻璃粉的制备与研究

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硅太阳能电池通过半导体材料构建光电转换达到光伏发电的目的。为提高对光的吸收利用,通常在硅片表面镀上具有金字塔绒面结构的氮化硅层。通过丝网印刷将正面银浆印刷在硅片表面,烧制形成电极将硅片内部光生载流子导出。正面银浆中的玻璃粉含量虽然不大,但对银浆的性能却起着重要的作用。在烧结过程中玻璃先腐蚀氮化硅层,随后搭建银粉与硅基板电子传导的桥梁,因此玻璃性能的优劣会影响到硅太阳能电池的光电转换效率。TeO2-PbO系统玻璃因具有熔点低、腐蚀能力强等优点而被广泛应用在市场中。本实验采用熔融水淬法制备玻璃样品。首先确定合理的Bi/Pb质量比,研究玻璃网络结构稳定的TeO2-Bi2O3-PbO系统玻璃,为后续的研究提供基础;随后研究掺杂WO3和Cr2O3对TeO2-Bi2O3-PbO系统玻璃性能的影响;最后研究单一碱金属氧化物(Na2O)和两种碱金属氧化物共掺(Li2O和Na2O)对TeO2-Bi2O3-PbO系统玻璃性能的影响。结论如下:(1)随着Bi/Pb质量比的增大,玻璃粉对硅基板的腐蚀程度下降,特征温度呈先减小后增大再减小的趋势。当Bi:Pb=4:6时,玻璃的工艺窗口达到最大范围170℃。电阻率呈先降低后升高的趋势,Bi:Pb=4:6时电阻率达到最低值2.17×1010Ω·cm,玻璃结构相对稳定;(2)WO3在TeO2-Bi2O3-PbO体系玻璃中可增强玻璃结构的稳定性,随着WO3含量的增加,玻璃化转变温度呈上升趋势(从210℃增高到364℃),电阻率整体呈上升趋势,玻璃的导电性下降,电阻率在WO3=8 wt%时达到最大值1.84×1011Ω·cm,腐蚀能力随着WO3含量的增加而逐渐增强;(3)Cr2O3在TeO2-Bi2O3-PbO体系玻璃中,由于Cr2O3的溶解度很低,所以在烧结过程中会出现残留物。随着Cr2O3含量的增加,玻璃粉对硅基板的腐蚀程度降低,玻璃化转变温度呈上升趋势(从210℃增高到258℃),Cr2O3在该玻璃体系中会降低玻璃的导电性;(4)Na2O掺杂在TeO2-Bi2O3-PbO体系玻璃中会提升玻璃的导电性能,电阻率从2.17×1010Ω·cm降到4.7×107Ω·cm。Na2O会提升玻璃化学结构的稳定性,该体系玻璃的玻璃化转变呈先上升后下降再上升的趋势;(5)Na2O、Li2O共掺在TeO2-Bi2O3-PbO体系玻璃中,当混合碱总质量含量不变时,随着Li/Na比值的增大,玻璃态越发良好;在共掺4 wt%时玻璃化转变温度呈先上升后下降的趋势,电阻率呈相反趋势。在共掺5 wt%时玻璃化转变温度和电阻率均呈上升趋势。在共掺6 wt%时玻璃化转变温度呈下降趋势,电阻率呈上升趋势,表明玻璃化转变温度和电阻率受碱金属氧化物总含量和Li/Na比例的影响。在Li/Na比值为1:3(碱金属含量为4 wt%)时,电阻率达到最低值3.6×107Ω·cm。
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