CN102810342A - 一种导电浆料用有机载体、有机载体的制备方法及导电浆料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导电浆料用有机载体、有机载体的制备方法及导电浆料，有机载体包括有机溶剂、有机树脂和添加剂，其中，添加剂包括螯合剂，能提供合适触变性能，提高丝网印刷的性能及电极质量，能有效提高电极栅线的高宽比，提高太阳能电池的短路电流，降低太阳能电池的方阻，同时提高太阳能电池的光电转化效率。本发明的制备方法简单，易实现。

Description

一种导电浆料用有机载体、有机载体的制备方法及导电浆料

技术领域

  本发明涉及一种导电浆料用有机载体、有机载体的制备方法及导电浆料，尤其涉及一种半导体例如太阳能电池中用的导电浆料用有机载体、有机载体的制备方法及导电浆料。

背景技术

伴随着传统能源的日渐枯竭、环境污染问题的日益加剧，新能源的开发和应用已经成为了人类研究的热点。取之不尽用之不竭、绿色无污染的太阳能是新能源开发利用的重点之一。

太阳能电池的电极现有技术一般是将导电浆料丝网印刷于太阳能电池片的表面上形成导电浆料栅线，经干燥、烧结金属化后形成电极栅线，引出电池片的正负极电流，导电浆料是太阳能电池的重要组成部分。

现有导电浆料主要由导电金属粉末、无机玻璃粘结剂及有机载体组成，或者添加一些功能添加剂，例如增稠剂、增塑剂、表面活性剂或者流平剂等。其中，导电金属粉末为导电相。无机玻璃粘结剂在烧结过程中液化，提供电池片表面和电极的粘结。有机载体主要起润湿、分散粉体颗粒的作用，提供浆料优越的印刷性能。

导电浆料在丝网印刷时，先将浆料预铺在丝网表面，印刷工艺上最希望在刮刀运行时导电浆料黏度迅速下降，能有大量的导电浆料通过网孔流到太阳能电池片的表面，而当刮刀的力作用过后，丝网回弹，这时就要求已经印在太阳能电池片表面的导电浆料的粘度能立即增大，从而不会迅速地在太阳能电池片表面铺展开来，使电极栅线具有较大的高宽比。电极栅线的质量影响着太阳能电池的性能，特别是受光面金属电极（即正面电极）的高宽比会对电池的填充因子、光电转化效率等性能参数产生重要影响，这就要求导电浆料具有良好的触变性能。

导电浆料在丝网印刷时触变性能太强时，透过丝网印到太阳能电池片表面后立即恢复到粘度高的状态，印刷的导电浆料栅线的上表面还未来得及流平就定形了，形成一个个的“骆驼峰”，从而使电极栅线的机械性能不理想，印刷后及在烧结过程中形成的电极栅线表面不平整，凹凸不平，电极厚度不均一，增大了电极电阻，降低了短路电流；触变性能太弱时印到电池片基材表面的导电浆料的粘度在较长时间后才能恢复，在粘度未恢复前，导电电极浆料坍塌，电极栅线高度下降，宽度增加，电极高度低则造成短路电流小，串阻大，同时如果为正面电极，即受光面电极同时也降低了电池片的受光面积，从而降低电池片的光电转化效率。

因此人们一直致力于研究导电浆料的触变性，例如在导电浆料中添加增稠剂、增塑剂、表面活性剂或者流平剂等，还有通过改变有机载体中的有机树脂纤维素的种类等，但对其触变性性能改变有限，实际使用中仍然不理想。

发明内容

本发明为了解决含有现有有机载体的导电浆料的触变性能不理想，影响制备的太阳能电池电极质量，制备的太阳能电池的串组大、短路电流小、光电转化效率不理想等技术问题，提供一种能提供合适触变性能的导电浆料的有机载体，提高丝网印刷的性能及电极质量，提高太阳能电池的短路电流，降低太阳能电池的方组，同时提高太阳能电池的光电转化效率的导电浆料用有机载体。

有机载体包括有机溶剂、有机树脂和添加剂，其中，添加剂包括螯合剂。

本发明的第二个目的是提供一种导电浆料用有机载体的制备方法，步骤包括：将有机溶剂、有机树脂和添加剂混匀，于60-70℃下反应30-50min，后降至室温，得导电浆料用有机载体，其中，添加剂包括螯合剂。 

本发明的第三个目的是提供一种导电浆料，含有导电金属粉末、无机粘结剂及有机载体，其中有机载体为上述有机载体。其中，有机载体所含添加剂也可以认为是导电浆料添加剂。

本发明的发明人意外发现当有机载体或导电浆料中含有螯合剂时，各组分间的相互作用，能在浆料中提供特殊的网络结构，具有优良的悬浮作用和良好的络合金属离子的能力，能有效的络合固体微粒，提高导电浆料的印刷性能，得到理想触变性能的导电浆料；同时在丝网印刷后，印刷在电池片表面上的导电浆料能够通过网状结构的支撑形成高的栅线高度，能有效提高电极栅线的高宽比。

本发明制备的电极栅线的质量高，电极栅线表面平整，边缘整齐。制得的太阳能电池片的方阻小，短路电流大。同时本发明的制备方法简单，易实现。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种导电浆料用有机载体包括有机溶剂、有机树脂和添加剂，其中，添加剂包括螯合剂，能提供合适触变性能的导电浆料，提高丝网印刷的性能及电极质量，提高太阳能电池的短路电流，降低太阳能电池的方阻，同时提高太阳能电池的光电转化效率。

优选螯合剂选自乙二胺四乙酸(EDTA)、二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)、反式1，2-二胺基环己烷四乙酸(CDTA)或(亚乙二氧基)二亚乙基二次氨基四乙酸(EGTA)中的一种或几种，为由中心离子和多齿配体结合而成的具有环状结构的配合物，优化有机载体的性能。进一步优选螯合剂为(亚乙二氧基)二亚乙基二次氨基四乙酸(EGTA)。以有机溶剂的总量为基准，其中，螯合剂的添加量为0.63 wt % -1.43 wt %，，进一步优选为0.71 wt %。

优选添加剂还含有偶联剂，以有机溶剂的总量为基准，偶联剂的添加量为0.63 wt % -1.43 wt %。优选偶联剂为有机硅烷，有机硅烷的结构式为Y-R-Si-X₃-，其中， R为脂肪族碳链；Y 选自乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基中的一种， X选自氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基中的一种。偶联剂的加入与有机载体中的网状结构进一步作用，能缓和导电浆料印刷时的界面应力，可以使导电浆料中的固体微粒的界面是一个柔曲性的可变形相，使得固体微粒黏结的韧性增大，防止印刷后的导电浆料在烧结过程中裂缝的扩展，避免印刷过程中出现的栅线断裂现象。很好的改善导电浆料的结合强度，进一步提高电池片的电极机械性能。

优选添加剂还含有触变剂，触变剂可以选自十六醇、司班85、聚酰胺蜡或氢化蓖麻油中的一种或几种；以有机溶剂的总量为基准，触变剂的添加量为2.50 wt % -5.71 wt %。触变剂的加入与有机载体中的网状结构进一步作用，能优化导电浆料的印刷性能，优化电池片的转化效率。

有机树脂选自纤维素树脂或合成树脂中的一种或几种，纤维素树脂选自甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素或丁基纤维素中的一种或几种；合成树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、酚醛环氧树脂、丙烯酸或甲基丙烯酸树脂中的一种或几种。有机载体中的有机树脂可以是纤维素树脂类也可以是合成树脂类，还可以是纤维素树脂类和合成树脂类的混合。优选有机树脂包括纤维素树脂和合成树脂，以有机溶剂的总量为基准，优选，纤维素的含量为6.25 wt % -11.4 wt %，合成树脂的含量为2.50 wt % -7.14 wt %。

有机溶剂选自松节油、松油醇、十六醇、苯甲醛、苯氧乙醇、苯甲醇、莰醇、丁基卡必醇、二乙二醇单甲醚、二乙二醇二丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、柠檬酸三丁酯、磷酸三丁酯或蓖麻油中的一种或几种。优选情况下，溶剂为混合溶剂，由两种或两种以上混合而成，各种溶剂均可通过商购得到。

有机载体还可以含有其他功能性改性添加剂，其他功能性改性添加剂本发明没有特别限制，可以根据需求为本发明公知的各种功能性改性添加剂，本发明优选添加剂还含有消泡剂，消泡剂可以选自有机硅氧烷、聚醚、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸共聚物或聚甘油脂肪酸酯中的一种或几种。以有机溶剂的总量为基准，消泡剂的添加量为0.63 wt % -2.86 wt %。

本发明同时提供给了一种导电浆料，导电浆料含有导电金属粉末、无机粘结剂及有机载体，其中，有机载体为上述有机载体，可以将有机载体各组份直接用于导电浆料的制备，直接与导电浆料中的导电金属粉末、无机粘结剂混合，此时添加剂也同时为导电浆料添加剂；也可以为有机载体各组分先混合，再用于制备导电浆料，与导电浆料中的导电金属粉末、无机粘结剂混合，一般当添加剂为有机成分时，优于采用此方式，通过有机载体中各组份的相互作用，进一步提高导电浆料的性能。

其中，导电金属粉末本发明没有特别限制，可以为常用的导电浆料用导电金属粉末，例如半导体常用导电金属粉末银粉，当使用银粉做导电金属粉末时，可以用于制作太阳能电池的电极，金属银粉纯度一般大于99.5％。

无机粘结剂为玻璃粉，可以选用本领域技术人员公知的各种玻璃粉，例如可以选用硼硅酸铅玻璃。

本发明同时提供了一种导电浆料用有机载体的制备方法，步骤包括：将有机溶剂、有机树脂和添加剂混匀，于60-70℃下反应30-50min，后降至室温，得导电浆料用有机载体，其中，添加剂包括螯合剂。

上述制备方法中的添加剂也可包含偶联剂、触变剂、消泡剂。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详述。

实施例1

（1）有机载体的制备

按照质量比称取各组分：

有机溶剂（松油醇：丁基卡必醇=1：4）70g、乙基纤维素6.2g、酚醛树脂2.0g、触变剂（氢化蓖麻油）3.0g、消泡剂（聚乙二醇）0.5g、螯合剂（(亚乙二氧基)二亚乙基二次氨基四乙酸(EGTA)）0.5g、偶联剂（有机硅烷偶联剂A-151 成都晨邦化工有限公司）0.5g

将上述组份混合，搅拌均匀后，在65℃的水浴中反应30min后，至于室温10min，得导电浆料用有机载体；

（2）银导电浆料的制备

以100g银导电浆料计算，将85重量份的金属银粉置于高速分散的不锈钢罐中，再加入3重量份的硼硅酸铅玻璃，搅拌均匀；然后将12重量份的有机载体分3次加入到金属银粉和硼硅酸铅玻璃的混合物中。每次加入后搅拌，再加下一次；全部加完后，高速搅匀；最后用三辊研磨机磨至细度＜10，制得太阳能电池银导电浆料；

（3）太阳能电池片的制备

单晶硅片规格：125×125mm，厚度为200（腐蚀前），印刷前厚度为180，印刷丝网目数为250目，印刷铝背场导电浆料重量为每片用浆1.0g左右，烘干温度为250约5。再印刷正面电极银导电浆料后，过隧道炉烧结，烧结温度为810-940，温度成梯度分布，烧结时间为2 min，峰值温度时间约为2s，出炉。其中，正面电极银导电浆料采用上述制备的银导电浆料。

实施例2

采用与实施例1相同的方法制备有机载体、导电浆料和太阳能电池片，不同的是有机载体中螯合剂为乙二胺四乙酸(EDTA)。

实施例3

采用与实施例1相同的方法制备有机载体、导电浆料和太阳能电池片，不同的是有机载体中螯合剂的添加量为0.65g，有机溶剂的量为70g。

实施例4

采用与实施例1相同的方法制备有机载体、导电浆料和太阳能电池片，不同的是有机载体中螯合剂的添加量为0.84g，有机溶剂的量为70g。

实施例5

采用与实施例1相同的方法制备有机载体、导电浆料和太阳能电池片，不同的是有机载体中螯合剂的添加量为1.10g，有机溶剂的量为70g。

实施例6

采用与实施例1相同的方法制备有机载体、导电浆料和太阳能电池片，不同的是有机载体中不含有组份偶联剂（有机硅烷偶联剂A-151 成都晨邦化工有限公司）0.5g，有机载体的各组分为有机溶剂（松油醇：丁基卡必醇=1：4）75g、乙基纤维素5.1g、酚醛树脂3.5g、触变剂（氢化蓖麻油）2.0g、消泡剂（聚乙二醇）0.8g、螯合剂（(亚乙二氧基)二亚乙基二次氨基四乙酸(EGTA)）0.6g。

实施例7

采用与实施例1相同的方法制备有机载体、导电浆料和太阳能电池片，不同的是有机载体中不含有组份触变剂（氢化蓖麻油）2.0g，有机载体的各组分为有机溶剂（松油醇：丁基卡必醇=1：4）75g、乙基纤维素5.1g、酚醛树脂3.5g、偶联剂（有机硅烷偶联剂A-151 成都晨邦化工有限公司）0.5g、消泡剂（聚乙二醇）0.8g、螯合剂（(亚乙二氧基)二亚乙基二次氨基四乙酸(EGTA)）0.6g。

对比例1

（1）有机载体的制备

按照质量比称取各组分（以100g计算）：

有机溶剂（松油醇：丁基卡必醇=1：4）75g、乙基纤维素5.1g、酚醛树脂3.5g、触变剂（氢化蓖麻油）2.0g、消泡剂（聚乙二醇）0.8g 

将上述组份混合，搅拌均匀后，在65℃的水浴中反应30min后，至于室温10min，得导电浆料用有机载体；

采用与实施例1相同的方法制备银导电浆料和太阳能电池片。

性能测试：

方阻：采用广州四探针电子科技有限公司生产的型号为RTS—4的方阻仪对实施例1-7及对比例1制备的太阳能电池片进行方阻测试；

光电转化率：采用上海交大赫爽科技有限公司生产的型号为HSC1/XSCM—9的设备对实施例1-7及对比例1制备的太阳能电池片进行光电转化率测试，

电极栅线高宽比：采用美国SPIOSXP-1型号台阶仪对实施例1-7及对比例1制备的太阳能电池片进行正面电极栅线高宽比测试。

测试结果如表1

表1

 本发明制备的电极栅线的质量高，电极栅线表面平整，边缘整齐，电极栅线的高宽比明显优于现有技术，制得的太阳能电池片的方阻小，短路电流大。同时本发明的制备方法简单，易实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种导电浆料用有机载体，其特征在于，所述有机载体包括有机溶剂、有机树脂和添加剂，所述添加剂包括螯合剂。

2.如权利要求1所述的有机载体，其特征在于，所述螯合剂选自乙二胺四乙酸(EDTA)、二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)、反式1，2-二胺基环己烷四乙酸(CDTA)或(亚乙二氧基)二亚乙基二次氨基四乙酸(EGTA)中的一种或几种。

3.如权利要求2所述的有机载体，其特征在于，所述螯合剂为(亚乙二氧基)二亚乙基二次氨基四乙酸(EGTA)。

4.如权利要求1所述的有机载体，其特征在于，以有机溶剂的总量为基准，所述螯合剂的添加量为0.63 wt % -1.43 wt %。

5.如权利要求1所述的有机载体，其特征在于，所述添加剂还含有偶联剂，以有机溶剂的总量为基准，所述偶联剂的添加量为0.63 wt % -1.43 wt %；所述偶联剂为有机硅烷，所述有机硅烷的结构式为Y-R-Si-X₃-，其中，所述R为脂肪族碳链；Y 选自乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基中的一种， X选自氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基中的一种。

6.如权利要求1所述的有机载体，其特征在于，所述添加剂还含有触变剂，所述触变剂选自十六醇、司班85、聚酰胺蜡或氢化蓖麻油中的一种或几种；以有机溶剂的总量为基准，所述触变剂的添加量为2.50wt% - 5.71 wt %。

7.如权利要求1所述的有机载体，其特征在于，所述有机树脂选自纤维素树脂或合成树脂中的一种或几种，所述纤维素树脂选自甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素或丁基纤维素中的一种或几种；所述合成树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、酚醛环氧树脂、丙烯酸或甲基丙烯酸树脂中的一种或几种；

所述有机溶剂选自松节油、松油醇、十六醇、苯甲醛、苯氧乙醇、苯甲醇、莰醇、丁基卡必醇、二乙二醇单甲醚、二乙二醇二丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、柠檬酸三丁酯、磷酸三丁酯或蓖麻油中的一种或几种。

8.如权利要求7所述的有机载体，其特征在于，所述有机树脂包括纤维素树脂和合成树脂，以有机溶剂的总量为基准，所述纤维素的含量为6.25 wt % -11.4 wt %；所述合成树脂的含量为2.50 wt % -7.14 wt %。

9.如权利要求1所述的有机载体，其特征在于，所述添加剂还含有消泡剂，所述消泡剂选自有机硅氧烷、聚醚、聚乙二醇、乙烯-丙烯酸共聚物或聚甘油脂肪酸酯中的一种或几种；以有机溶剂的总量为基准，所述消泡剂的添加量为0.63 wt % -2.86 wt %。

10.一种导电浆料用有机载体的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤包括：将有机溶剂、有机树脂和添加剂混匀，于60-70℃下反应30-50min，后降至室温，得导电浆料用有机载体，所述添加剂包括螯合剂。

11.一种导电浆料，其特征在于，所述导电浆料含有导电金属粉末、无机粘结剂及有机载体，所述有机载体为权利要求1-9任意一项所述的有机载体。

12.如权利要求11所述的导电浆料，其特征在于，所述导电金属粉末含有银粉；所述无机粘结剂为玻璃粉。