一種用于光伏電池導(dǎo)電漿料的低熔點碲系玻璃及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低熔點碲系玻璃及其制備方法。所述的低熔點碲系玻璃由必要成分和調(diào)節(jié)成分組成，必要成分包括以摩爾百分比計的20～55％TeO2、15～50％PbO、2～10％B2O3、2～8％ZnO及2～10％Bi2O3；調(diào)節(jié)成分包括以摩爾百分比計的0～2％SiO2、0～6％Li2O、0～1％Al2O3、0～2％MgO及0～1％Ni2O。制備方法為：將各原料充分混合倒入坩堝中，熔融后得到玻璃液；將玻璃液經(jīng)淬冷，得到玻璃料；將玻璃料烘干后進行后處理制得低熔點碲系玻璃。本發(fā)明提供的玻璃具有良好的低熔性能及較高的玻璃密度，能夠用于光伏電池表面的電子漿料、元器件封接中的低熔介質(zhì)材料等。
【專利說明】一種用于光伏電池導(dǎo)電漿料的低熔點碲系玻璃及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠用于光伏電池導(dǎo)電漿料的低熔點碲系玻璃及制備方法，屬于 低熔點玻璃粉【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 低熔點玻璃由于具有較低的軟化溫度、較高的密度和良好的機械強度而廣泛地應(yīng) 用在電子元器件的封接和封裝技術(shù)、光伏電池導(dǎo)電漿料、激光和紅外技術(shù)、高能物理、能源、 宇航、汽車等眾多領(lǐng)域，可實現(xiàn)玻璃，陶瓷，金屬和半導(dǎo)體間的相互封接。
[0003] 低熔點玻璃大多以PbO為主要成分熔制而成，Pb2+因具有較大的極化率而造成玻 璃網(wǎng)絡(luò)的變形，從而降低了玻璃的特征溫度。由于這種玻璃具有良好的低熔點特性，比較適 用于制備太陽能光伏電池表面的導(dǎo)電漿料中的粘合劑材料，它所具有較高的密度性能會幫 助這種玻璃材料較容易地?zé)┕杵砻娴谋Ｗo層而形成良好的銀硅接觸，從而將生成的電 流引出。但是，含有大量PbO的低熔玻璃在熔制和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有毒煙氣等對人體和 環(huán)境都會造成傷害，同時，用普通的低熔點玻璃所制備的導(dǎo)電漿料與硅片接觸處的接觸電 阻較大，其光電轉(zhuǎn)換效率不高。因而，尋找能夠代替PbO成為低熔玻璃中的主要氧化物成為 研究的熱點。Te0 2是一種稀土原料，Te4+離子具有較高極化率，添加到玻璃組成中有望能夠 降低玻璃的熔點和軟化溫度，提供優(yōu)良的熱學(xué)和電學(xué)性能，尤其適用于制備光伏電池表面 漿料中的玻璃粘合材料，能夠比較明顯地提升它們的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0004] 美國專利US20040018930公布了一種光電器件中使用的低溫玻璃封接材料，在主 要成分重量比為〇?75% Pb0,3?7% PbF2,5?8% Bi203, 5?7% B203的基礎(chǔ)上，添加了 重量比為0?3% Te02和其他調(diào)節(jié)組分，得到玻璃的流動溫度低于350°C，具有較好的流動 性和較低的粘度，能夠降低在封接過程某些對溫度敏感材料的損害，但玻璃組成中鉛氧化 物的含量仍然很高。
[0005] 美國專利US005116786關(guān)于低熔點玻璃組成的發(fā)明一種可以在較低溫度下實現(xiàn) 封接的玻璃組成，其中必要組成的重量百分比為20?55% Pb0,20?55% V205和5?40% 的Te02，玻璃的轉(zhuǎn)變點在250?285°C之間，封接溫度為290?325°C。但是玻璃的熱膨脹 系數(shù)在100?200X10_ 7/°C之間，不適宜氧化鋁基板、窗口玻璃等基材上的封接。
[0006] 美國專利US005336644公開了含有重量比為5?30% Te02的低熔玻璃組成，加入 少量的填充劑以改善玻璃的流動性和漿料的介電常數(shù)等物理性能。Tg低于350°C，有些甚 至達(dá)到300°C以下，是良好的封接材料。但玻璃的組成中含有鉈和砷的氧化物，具有較大的 毒性。
[0007] 杜邦公司的一項發(fā)明US20110232746涉及了一種應(yīng)用在導(dǎo)電金屬漿料中的 Pb0-Te02-B203低熔玻璃體系，其中Pb0、Te02、B 203的總重量百分含量在85?100%或90? 100%之間，將這種玻璃與銀粉、有機溶劑混合后得到的漿料燒成于光伏電池表面，形成的 電池具有良好的銀硅接觸，光電轉(zhuǎn)換效率能夠達(dá)到18%以上，因此低熔玻璃具有的良好性 能使其不僅成為封接元器件的材料，也是電子漿料中優(yōu)先的介質(zhì)材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有能用于光伏電池導(dǎo)電漿料的低熔點 碲系玻璃及制備方法，該玻璃具有較低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，與基底相匹配的熱膨脹系數(shù)范圍， 且玻璃化學(xué)穩(wěn)定性、流動性和氣密性較好，適用于電子漿料、真空封裝、元器件封接中的低 熔介質(zhì)材料。
[0009] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種低熔點碲系玻璃，其特征在于，由必要成分 和調(diào)節(jié)成分組成，所述必要成分包括以摩爾百分比計的20?55% Te02、15?50% PbO、2? 10% B203、2?8% ZnO及2?10% Bi203 ;所述調(diào)節(jié)成分包括以摩爾百分比計的0?2% Si02、0?6% Li20、0?1% A1203、0?2% MgO及0?1% Ni20。以上摩爾百分比是以低熔 點締系玻璃的所有組份的摩爾量為基準(zhǔn)的。
[0010] 優(yōu)選地，所述必要成分包括以摩爾百分比計的25?50% Te02、20?50% PbO、2? 10% B203、6 ?8% ZnO 及 6 ?10% Bi203。
[0011] 優(yōu)選地，所述Te02與？13〇在低熔點碲系玻璃中的摩爾百分比之和為60%?75%。
[0012] 優(yōu)選地，所述B203、Bi20 3與ZnO在低熔點碲系玻璃中的摩爾百分比之和為10%? 20%。
[0013] 優(yōu)選地，所述Li20在低熔點碲系玻璃中的摩爾百分比為2%?5%，且所形成的玻 璃不會出現(xiàn)析晶的現(xiàn)象。
[0014] 優(yōu)選地，所述Si02、A1203、MgO與Ni 20在低熔點碲系玻璃中的摩爾百分比之和為 3%?5%。
[0015] 本發(fā)明還提供了上述低熔點碲系玻璃的制備方法，其特征在于，包括下列步驟：
[0016] 步驟1):將各原料按摩爾百分比換算成所須原料重量，稱量后進行充分混合；
[0017] 步驟2):將混合后的原料倒入坩堝中，在950?1150°C電爐中保溫10?20min， 熔融后得到玻璃液；
[0018] 步驟3):將玻璃液倒入軋滾機軋片或倒入水中淬冷，得到玻璃料；
[0019] 步驟4):將玻璃料烘干后進行球磨，過篩，檢測細(xì)度后包裝，制得低烙點締系玻 3? 〇
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟4)中的低熔點碲系玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為295?320°C，熱膨脹系數(shù) 為 90 ?120Xl(T7/t：。
[0021] 本發(fā)明中Te02能夠降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度和軟化溫度；PbO在玻璃中與硅氧四面體 [Si0 4]通過頂角或共邊相連接，形成一種四方錐體[Pb04]的結(jié)構(gòu)單元，使玻璃具有較大的 形成區(qū)，PbO起到助熔的作用；B 203具有很好的助熔性，能夠調(diào)整玻璃的膨脹系數(shù)，可降低玻 璃的高溫粘度和提高玻璃的低溫粘度；MgO可以降低玻璃的析晶能力和調(diào)節(jié)玻璃的料性； ZnO能適當(dāng)提高玻璃的耐堿性；Li20能夠降低玻璃的熔點，但含量過多容易增加玻璃的析晶 傾向。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0023] (1)本發(fā)明的低熔點碲系玻璃具有較低的熔點和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，同時化學(xué)穩(wěn)定 性良好，密度高，熱膨脹系數(shù)范圍適宜且易于調(diào)整；
[0024] (2)制備工藝簡單，成本較低，易于操作；
[0025] (3)所選擇的Te02/Pb0的摩爾比合理，添加的Li20含量較高，具有更低的玻璃化 轉(zhuǎn)變溫度，溫度調(diào)節(jié)的范圍更廣；
[0026] (4)特別適用于太陽能硅片正膠導(dǎo)電漿料中的玻璃粘合劑，在導(dǎo)電漿料中的所占 比例較小，有利于提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

【具體實施方式】
[0027] 為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，作詳細(xì)說明如下。
[0028] 實施例1-4所需的原料的組份及性能如表1所示，其中：Tg為制得的低烙點締系 玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，α為其熱膨脹系數(shù)。
[0029] 表1碲系統(tǒng)玻璃組成及性能（mol % )
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種低熔點碲系玻璃，其特征在于，由必要成分和調(diào)節(jié)成分組成，所述必要成分包括 以摩爾百分比計的20?55% Te02、15?50% PbO、2?10% B203、2?8% ZnO及2?10% Bi203 ;所述調(diào)節(jié)成分包括以摩爾百分比計的0?2% Si02、0?6% Li20、0?1% A1203、-- 2% MgO 及 0 ?1% Ni20。
2. 如權(quán)利要求1所述的低熔點碲系玻璃，其特征在于，所述必要成分包括以摩爾百分 比計的 25 ?50% Te02、20 ?50% Pb0、2 ?10% B203、6 ?8% ZnO 及 6 ?10% Bi203。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的低熔點碲系玻璃，其特征在于，所述Te02與PbO在低熔點 碲系玻璃中的摩爾百分比之和為60%?75%。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的低熔點碲系玻璃，其特征在于，所述B203、Bi20 3與ZnO在低 熔點碲系玻璃中的摩爾百分比之和為10%?20%。
5. 如權(quán)利要求1所述的低熔點碲系玻璃，其特征在于，所述Li20在低熔點碲系玻璃中 的摩爾百分比為2%?5%。
6. 如權(quán)利要求1或5所述的低熔點碲系玻璃，其特征在于，所述Si02、Al203、Mg0與Ni 20 在低熔點碲系玻璃中的摩爾百分比之和為3%?5%。
7. -種權(quán)利要求1-6中任意一項所述的低烙點締系玻璃的制備方法，其特征在于，包 括下列步驟： 步驟1):將各原料按摩爾百分比換算成所須原料重量，稱量后進行充分混合； 步驟2):將混合后的原料倒入坩堝中，在950?1150°C電爐中保溫10?20min，熔融 后得到玻璃液； 步驟3):將玻璃液倒入軋滾機軋片或倒入水中淬冷，得到玻璃料； 步驟4):將玻璃料烘干后進行球磨，過篩，檢測細(xì)度后包裝，制得低熔點碲系玻璃。
8. 如權(quán)利要求7所述的低熔點碲系玻璃的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中的低 熔點碲系玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為295?320°C，熱膨脹系數(shù)為90?120X 1(T7/°C。
【文檔編號】C03C12/00GK104150775SQ201410377559
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】夏秀峰, 顧青 申請人:東華大學(xué)