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太阳电池正面电极用无铅玻璃料的制备与表征

麦成乐  
【摘要】:工业生产中太阳电池正面电极用银浆的性能是影响电池成品效率、可靠性以及生产成本的关键因素之一。银浆一般由银粉、玻璃料和有机载体三大组分组成。传统银浆的玻璃料体系中往往含铅,而铅有毒性,出于对人的健康和环保考虑,无铅银浆替代传统的含铅浆料已是大势所趋。浆料无铅化的关键在于玻璃料的无铅化。由于在元素周期表中铋的位置与铅相邻,它们具有相似的性质,这让铋在银浆玻璃料中取代铅的位置成为可能。本文针对太阳电池正面电极用银浆的无铅化问题,以研究Bi_2O_3体系无铅玻璃为主体,深入分析探讨了Bi_2O_3的含量对Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2、Bi_2O_3-ZnO-SiO_2晶体状态、网络结构、光学性能及热学性能的影响,并通过X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、差示扫描量热法和紫外可见光谱等多种检测手段对所制的玻璃料进行详细表征。为验证所研制玻璃料的工业应用价值,本课题通过配制无银浆料对玻璃料在烧结过程中刻蚀SiNx减反射膜的性能进行了测试。 本文通过对粉末样品的X射线衍射分析证实了所设计的Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2三元系统玻璃料的非晶状态。通过振动光谱的分析确定了Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2三元系统玻璃料网络结构的基本构成;并总结出玻璃网络结构随着氧化物组分Bi_2O_3和B_2O_3含量变化的规律以及相应的振动光谱的变化。紫外光谱分析发现Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2系统玻璃的光学带隙随Bi_2O_3含量以及B_2O_3的增加而降低,相应的截断波长变长,吸光度变大。差示扫描量热分析发现玻璃样品的玻璃转变温度Tg随着Bi_2O_3含量的增加而呈降低趋势,60Bi30B10Si样品的玻璃软化点大致在400℃,理论上基本能满足作为银浆玻璃料的烧结工艺要求。 为验证玻璃料的实际烧结性能,烧结性能测试实验中,本文通过制作不含银的浆料在带有减反射层的硅片上进行烧结,采用扫描电镜及能谱分析相结合的方法对烧结截面及刻蚀界面进行分析,发现N、O、Si、Bi等元素分布的明显变化规律,证实了Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2玻璃对氮化硅减反射层的刻蚀效果。


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