太阳能电池用含铅导电铜浆的制备及应用

【摘要】：随着煤、石油等传统能源的短缺和环境污染的加剧，新型清洁能源逐渐受到人们的重视，其中最受瞩目的是太阳能。太阳能电池是直接将光能转换为电能的装置，其转换过程中污染很小。目前在太阳能电池中，晶体硅太阳能电池以其技术成熟、光电转换效率高等优点而被广泛应用。在晶体硅太阳能电池中，导电银浆广泛用于正极材料中，但是随着银的价格不断上涨，导电银浆的成本也不断上升，因此一些贱金属材料被开发出来用于导电浆料。在贱金属中，铜的导电性几乎与银相当，也没有Ag+迁移的缺陷，而且价格远远低于银，这使得铜成为一种较为理想的材料，导电铜浆也成为一种有前景的浆料。因此对于晶体硅太阳能电池用导电铜浆的研究具有重要意义。 本论文采用混合研磨法将铜粉、PbO-B2O3系含铅玻璃粉和有机载体制备成导电铜浆，并优化了组成配比和烧结工艺。对含铅玻璃粉和有机载体进行了研究，对导电铜浆的电性能、稳定性和可靠性进行了研究，将导电铜浆应用在太阳能电池正极上，并制成太阳能电池片，用I-V测试仪对其进行性能测试。 选用PbO、B2O3、SiO2、Al2O3、ZnO、ZrO2和P2O5作为玻璃原料，采用高温熔融水淬法制备了以PbO-B2O3为基本体系的含铅玻璃粉，并通过以下测试手段对其进行表征。采用X射线衍射法（XRD）对含铅玻璃粉进行测试和表征，结果表明在2θ为20°～35°范围内均有较明显的馒头峰出现，而无尖锐狭窄的晶态峰，说明具有典型的非晶态结构，成玻性能良好。采用扫描电子显微镜（SEM）对含铅玻璃粉进行测试和表征，结果表明形貌呈片状和球状，粒径细小，分布均匀。采用热分析仪对含铅玻璃粉进行差热（DTA）分析，结果表明其软化温度约为523℃，符合低熔点无机粘结剂标准。采用行星式球磨机对含铅玻璃粉进行球磨，结果表明当球磨5h时，玻璃粉大小均匀，平均粒径在1～2μm左右。 采用恒温失重法研究了在60℃～180℃范围内常用有机溶剂的挥发特性，确定了有机载体溶剂的组成为松油醇、柠檬酸三丁酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯。为了提高铜浆的粘度，避免粉体颗粒凝聚、沉淀和结块，并使铜浆具有一定的流变性，加入增稠剂乙基纤维素。采用热分析仪对乙基纤维素和有机载体进行热重（TG）分析，结果表明乙基纤维素在350～375℃范围挥发，有机载体在150～200℃范围挥发。为了在烧结过程中减少有机载体的残留量，铜浆在这两个温度范围内保温。采用红外光谱法（FTIR）对有机载体进行测试和表征，结果表明有机载体与国内外有机载体谱图有相似的吸收峰，有机载体的组成可以满足太阳能电池用铜浆的要求。采用静置法对有机载体和玻璃粉的相容性进行了测试，结果表明当乙基纤维素含量为6%时未出现明显的分层现象，有机载体与玻璃粉相容性最好。 将含铅玻璃粉、铜粉和有机载体混合配制成导电铜浆，在550℃真空烧结后采用四探针测试仪测量烧结铜膜的电阻率。对导电铜浆的成分配比进行了探索，结果表明，当铜浆料的组分及其含量为铜粉（75%）、含铅玻璃粉（5%）、有机载体（20%）时，铜浆料的导电率最小。对导电铜浆的烧结工艺进行了探讨，结果表明，当烧结温度为550℃，保温时间为20min时，铜膜的性能最佳。在常温和高温条件下对导电铜浆进行稳定性研究，在恒湿恒温条件下对其进行加速失效测试，其电阻的增幅均较小，表明该导电铜浆具有良好的稳定性和可靠性。 将含铅导电铜浆应用于太阳能电池正极材料中，并制备太阳能电池片，用I-V测试仪进行性能测试。结果表明，电池片的效率为1.43%。 【关键词】：太阳能电池 铜浆料 含铅玻璃粉 有机载体 导电性能
【学位授予单位】：成都理工大学
【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9-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 引言13
• 1.2 太阳能电池13-20
• 1.2.1 太阳能电池的发展历史13-14
• 1.2.2 太阳能电池的原理14-15
• 1.2.3 太阳能电池的分类15-17
• 1.2.3.1 硅基太阳能电池16
• 1.2.3.2 化合物太阳能电池16-17
• 1.2.3.3 有机太阳能电池17
• 1.2.4 晶体硅太阳电池的制备工艺17-20
• 1.2.4.1 铸锭和切割18
• 1.2.4.2 硅片的预清洗18
• 1.2.4.3 去除硅片表面损伤层18-19
• 1.2.4.4 绒面结构的制备及化学清洗19
• 1.2.4.5 扩散制作 P-N 结19
• 1.2.4.6 减反射膜的制备19-20
• 1.2.4.7 电极制备和烧结20
• 1.3 硅基太阳能电池用浆料的研究及应用现状20-23
• 1.3.1 导电浆料20-21
• 1.3.2 导电浆料的分类21-23
• 1.3.2.1 导电金浆21
• 1.3.2.2 导电银浆21-22
• 1.3.2.3 导电铜浆22
• 1.3.2.4 导电铝浆22
• 1.3.2.5 导电镍浆22
• 1.3.2.6 导电锌浆22-23
• 1.4 太阳能电池用导电铜浆的研究进展23-26
• 1.4.1 铜粉的研究进展23
• 1.4.2 玻璃粉的研究进展23-24
• 1.4.3 有机载体的研究进展24-26
• 1.5 研究目的及意义26-27
• 1.6 研究内容27-28
• 1.7 技术路线28-29
• 第二章 太阳能电池导电铜浆用玻璃粉的制备及表征29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 实验试剂、仪器与设备29-31
• 2.2.1 实验试剂29-30
• 2.2.2 实验仪器与设备30-31
• 2.3 实验过程31-32
• 2.3.1 含铅玻璃粉的制备31-32
• 2.3.2 含铅玻璃粉的 XRD 测试32
• 2.3.3 含铅玻璃粉的 SEM 测试32
• 2.3.4 含铅玻璃粉的 DTA 测试32
• 2.3.5 含铅玻璃粉的球磨32
• 2.4 实验结果与分析32-37
• 2.4.1 含铅玻璃粉的 XRD 测试32-34
• 2.4.2 含铅玻璃粉的形貌分析34-35
• 2.4.3 含铅玻璃粉的 DTA 测试35-36
• 2.4.4 球磨时间对含铅玻璃粉形貌的影响36-37
• 2.5 本章小结37-39
• 第三章 太阳能电池导电铜浆用有机载体制备及表征39-47
• 3.1 引言39
• 3.2 实验试剂、仪器与设备39-41
• 3.2.1 实验试剂39-40
• 3.2.2 实验仪器与设备40-41
• 3.3 实验过程41-43
• 3.3.1 有机溶剂的选择41
• 3.3.2 有机载体的制备41-42
• 3.3.3 有机载体的 TG 测试42
• 3.3.4 有机载体的 FTIR 测试42
• 3.3.5 有机载体与玻璃粉的相容性测试42-43
• 3.4 实验结果与分析43-46
• 3.4.1 有机溶剂的选择43-44
• 3.4.2 有机载体残留量的测定44-45
• 3.4.3 有机载体的 FTIR 测试45-46
• 3.4.4 有机载体与玻璃粉的相容性测试46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 太阳能电池导电铜浆的制备与烧结工艺研究47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 实验试剂、仪器与设备47-48
• 4.2.1 实验试剂47
• 4.2.2 实验仪器与设备47-48
• 4.3 实验过程48-51
• 4.3.1 铜浆料的制备48-49
• 4.3.2 铜浆料的电阻率测试49
• 4.3.3 铜浆配比的选择49-50
• 4.3.4 导电铜浆的烧结工艺对铜膜性能的影响50-51
• 4.3.5 铜浆的稳定性研究51
• 4.3.6 铜浆的可靠性研究51
• 4.4 实验结果与分析51-56
• 4.4.1 铜浆料的电阻率测试51-52
• 4.4.2 铜浆配比的选择52-53
• 4.4.3 烧结温度对铜膜性能的影响53
• 4.4.4 保温时间对铜膜性能的影响53-54
• 4.4.5 铜浆的稳定性54-55
• 4.4.7 铜浆的可靠性55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 铜浆料在太阳能电池正极材料中的应用57-62
• 5.1 引言57
• 5.2 实验试剂、仪器与设备57-59
• 5.2.1 实验试剂57-58
• 5.2.2 实验试剂58-59
• 5.3 实验过程59-61
• 5.3.1 太阳能电池的制备59-60
• 5.3.1.1 硅片的清洗59
• 5.3.1.2 光镀镍层59-60
• 5.3.1.3 硅片的光刻60
• 5.3.1.4 做铝背场60
• 5.3.1.5 硅片的烧结60
• 5.3.2 测试 I-V 效应60-61
• 5.4 实验结果与分析61
• 5.5 本章小结61-62
• 结论62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间取得学术成果69

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