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太阳电池正面电极用无铅玻璃料的制备与表征

作　者: 麦成乐
导　师: 计红军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 太阳电池 无铅化 银浆 玻璃料 Bi2O3
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


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Bi2O3体系无铅玻璃为主体，深入分析探讨了Bi2O3的含量对Bi2O3-B2O3-SiO2、Bi2O3-ZnO-SiO2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Bi2O3-B2O3-SiO2三元系统玻璃料的非晶状态。通过振动光谱的分析确定了Bi2O3-B2O3-SiO2三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Bi2O3和B2O3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Bi2O3-B2O3-SiO2系统玻璃的光学带隙随Bi2O3含量以及B2O3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Bi2O3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Bi2O3-B2O3-SiO2玻璃对氮化硅减反射层的刻蚀效果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-22
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 太阳电池正面电极用银浆的发展及现状  10-20
    1.2.1 针对玻璃料进行的研究  11-14
    1.2.2 针对银粉进行的研究  14-18
    1.2.3 针对有机载体进行的研究  18-19
    1.2.4 掺杂银浆的研究  19
    1.2.5 针对添加物进行的研究  19-20
    1.2.6 课题研究现状分析  20
  1.3 本文的主要研究内容  20-22
第2章 Bi_2O_3系三元无铅玻璃的制备  22-27
  2.1 引言  22
  2.2 实验设备及原材料  22-23
    2.2.1 实验设备  22-23
    2.2.2 实验材料  23
  2.3 Bi_2O_3系玻璃的制备  23-26
    2.3.1 玻璃料配方设计  23-25
    2.3.2 玻璃的制备流程  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 Bi_2O_3系玻璃的性能表征  27-49
  3.1 引言  27
  3.2 Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2三元系统无铅玻璃的表征  27-47
    3.2.1 Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2无铅玻璃的非晶性质  27-30
    3.2.2 Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2无铅玻璃的网络结构  30-40
    3.2.3 Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2无铅玻璃的光学性质  40-45
    3.2.4 Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2无铅玻璃的热学性质  45-46
    3.2.5 粘度过大无铅玻璃样品对坩埚的腐蚀  46-47
  3.3 Bi_2O_3-ZnO-SiO_2三元系统无铅玻璃  47-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章 Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2系统玻璃的烧结性能  49-59
  4.1 引言  49
  4.2 太阳电池烧结工艺  49-50
  4.3 无银浆料的烧结  50-52
    4.3.1 无银浆料的制备  50-51
    4.3.2 无银浆料在硅片上的烧结  51-52
  4.4 烧结界面的 SEM 形貌  52-54
  4.5 被刻蚀硅片表面的 EDS 分析  54-58
    4.5.1 刻蚀表面的能谱选区分析  54-57
    4.5.2 刻蚀表面界面处的能谱线扫描  57-58
    4.5.3 结合 DSC 曲线进行的烧结性能分析  58
  4.6 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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