CN103295664A - 一种多元纳米材料的制备方法和含有该多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多元纳米材料的制备方法和含有该多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料，该多元纳米材料通过自下而上（bottom-up）的工艺制备，在耐高温的有机溶剂中，依次加入金属有机物使其分解形成相应的金属氧化物纳米颗粒直至形成所需的多元纳米材料，多元纳米材料通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来清洗、烘干成粉末状即获得多元纳米材料成品。本发明制备的多元纳米材料的粒径小，在用量(wt%)小的情况下能达到同样的体积填充，在电子银浆料中分散更均一，提高浆料中的银含量和浆料烧结后的导电性，得到更优的欧姆接触，最终提高光电转换效率；制备的银浆料能够降低串联电阻高达80%，提高光电转换效率0.5%-2%。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅太阳能电池技术领域，具体地说是一种多元纳米材料的制备方法和含有该多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料。
背景技术
目前晶硅太阳能电池电子银浆主要由3种成分组成：（1）金属填料，即银粉，因为与其它贵金属相比，银粉的电导率高、化学稳定性好、价格相对较低，因此被用作导电功能相；（2）玻璃粉(通常是铅硼硅酸盐体系)作为高温粘接相，保证金属厚膜与硅基片之间的粘接强度，并促进银粉的烧结和与硅基片的欧姆接触；（3）有机载体，即低温粘接剂，起分散银粉和玻璃粉的作用，并使浆料获得所需的流平性。
玻璃粉的成分、含量、粒径大小和软化温度会直接影响接触电阻，穿透减反射层的能力、电极的导电性能和电极与基板之间的附着力等，从而影响太阳能电池的光电转化效率和使用寿命。玻璃粉的形貌和粒度对浆料的烧结也有重要影响，目前玻璃粉的制备通常采用熔融-水淬-碾磨，这种自上而下（top-down）的工艺对玻璃粉的形貌和粒度的控制不佳，颗粒大小的分布比较宽，一般在1-10微米的大范围内。这样会影响烧结的均一性，使电池各处串联电阻的分布不均，从而影响电池的光电转化效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有自上而下（top-down）工艺制备的玻璃粉存在的问题，提供一种采用自下而上（bottom-up）工艺制备多元纳米材料的方法和含有该多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种多元纳米材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤：
（1）在耐高温的有机溶剂中，加入第一种金属有机物和表面活性剂，待温度升至300-500℃时，保温30-60min则第一种金属有机物分解形成第一种金属氧化物的纳米颗粒；
（2）接着将第二种金属有机物加入到有机溶剂中，第二种金属有机物在300-500℃下分解形成第二种金属氧化物，且第二种金属氧化物以第一种金属氧化物为种子，在第一种金属氧化物的纳米颗粒旁边生长成第二种金属氧化物纳米颗粒；
（3）依次加入含有所需的金属有机物，直至形成所需的多元纳米材料；
（4）多元纳米材料通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来；
（5）分离出来的多元纳米材料经过清洗剂清洗后烘干成粉末状即获得多元纳米材料成品。
所述步骤（1）和（2）中的金属氧化物包括PbO、SiO2、Al2O3、ZnO、Bi2O3、TeO2、B2O3、MgO、Li2O中的两种或两种以上。
所述步骤（2）中的金属氧化物之间通过化学键连接。
所述步骤（1）和（2）中的金属氧化物纳米颗粒粒径为1-100nm。
所述步骤（5）中的清洗剂采用酒精。
一种含有多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料，其特征在于所述银浆料的组成及重量百分含量为：75-95%的银粉、0.1-10%的多元纳米材料、5-20%的有机载体和0.1-1%的添加剂。
所述银浆料的组成及重量百分含量为：80-95%的银粉、0.1-5%的多元纳米材料、5-15%的有机载体和0.1-1%的添加剂。
所述的有机载体为有机溶剂、增稠剂、增塑剂、表面活性剂和触变剂中的一种或一种以上。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明通过采用自下而上（bottom-up）工艺制备的多元纳米材料的粒径只有用传统自上而下（top-down）的工艺制备的玻璃粉的100-10000分之一，由于多元纳米材料颗粒的粒径小，使其能够更均一的分散在电子银浆料中，从而在烧结过程中能够在银-硅之间形成更均一和更薄的氧化层，得到更优的欧姆接触，从而降低串联电阻并使其分布更均匀；更小的粒径还能在用量(wt%)小的情况下达到同样的体积填充，从而提高浆料中的银含量和浆料烧结后的导电性，并进一步降低串联电阻，最终提高光电转换效率。
本发明制备的多元纳米材料替代银浆料中的常规玻璃粉后，能够降低串联电阻高达80%，提高光电转换效率0.5%-2%。
附图说明
附图1为本发明的实施例1制备的二元纳米材料PbO-SiO2TEM图；
附图2为本发明的实施例2制备的三元纳米材料PbO- Al2O3-TeO2TEM图。
具体实施方式
下面结合附图1-2与实施例对本发明作进一步的说明。
一种多元纳米材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：（1）在耐高温的有机溶剂中，加入第一种金属有机物和表面活性剂，待温度升至300-500℃时，保温30-60min则第一种金属有机物分解形成第一种金属氧化物的纳米颗粒；（2）接着将第二种金属有机物加入到有机溶剂中，第二种金属有机物在300-500℃下分解形成第二种金属氧化物，且第二种金属氧化物以第一种金属氧化物为种子，在第一种金属氧化物的纳米颗粒旁边生长成第二种金属氧化物纳米颗粒；（3）依次加入含有所需的金属有机物，直至形成所需的多元纳米材料；（4）多元纳米材料通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来；（5）分离出来的多元纳米材料经过酒精清洗后烘干成粉末状即获得多元纳米材料成品。上述过程中获得的金属氧化物包括PbO、SiO2、Al2O3、ZnO、Bi2O3、TeO2、B2O3、MgO、Li2O中的两种或两种以上；金属氧化物之间通过化学键连接且各个组分的含量可以通过粒子粒径的大小来控制，颗粒越大,重量越大,所以含量越高，另外金属氧化物纳米颗粒粒径为1-100nm。在该制备方法中，有机溶剂的沸点一般高于200℃, 例如苯基醚、辛基醚、1-十八烷烯、油胺、油酸等。
一种含有多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料，该银浆料的组成及重量百分含量为：75-95%的银粉、0.1-10%的多元纳米材料、5-20%的有机载体和0.1-1%的添加剂。为进一步的提升性能，银浆料的组成及重量百分含量优选为：80-95%的银粉、0.1-5%的多元纳米材料、5-15%的有机载体和0.1-1%的添加剂。采用的有机载体可为有机溶剂、增稠剂、增塑剂、表面活性剂和触变剂中的一种或一种以上。
实施例1
一种二元纳米材料PbO-SiO2的制备方法，该制备方法包括以下步骤：首先在苯基醚中，加入乙酰丙酮铅和表面活性剂，待温度升至380℃时，保温30min则乙酰丙酮铅分解形成PbO的纳米颗粒；接着将三氯硅烷加入到苯基醚中，三氯硅烷在450℃下分解形成SiO2，且SiO2以PbO为种子，在PbO的纳米颗粒旁边生长成SiO2纳米颗粒，即形成所需的二元纳米材料PbO-SiO2的粗品；然后二元纳米材料PbO-SiO2的粗品通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来；最终分离出来的二元纳米材料PbO-SiO2经过酒精清洗后烘干成粉末状即获得二元纳米材料PbO-SiO2成品，附图1即为二元纳米材料PbO-SiO2成品的TEM图；上述制备方法中亦可采用三乙氧基(1-苯基乙烯基)硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、三乙氧基-2-噻吩硅烷等来制备SiO2纳米颗粒。PbO和SiO2之间通过化学键连接且两者的含量可以通过粒子粒径的大小来控制，颗粒越大,重量越大,所以含量越高。采用二元纳米材料PbO-SiO2的太阳能电池电子银浆料，该银浆料的组成及重量百分含量为： 85%的银粉、2.7%的二元纳米材料PbO-SiO2、12%的触变剂和0.3%的添加剂。
实施例2
一种三元纳米材料PbO-Al2O3-TeO2的制备方法，该制备方法包括以下步骤：首先在1-十八烷烯中，加入乙酸铅和表面活性剂，待温度升至400℃时，保温50min则乙酸铅分解形成PbO的纳米颗粒；接着将乙酰丙酮铝加入到有机溶剂中，乙酰丙酮铝在480℃下分解形成Al2O3，且Al2O3以PbO为种子，在PbO的纳米颗粒旁边生长成Al2O3纳米颗粒；接着将六溴碲酸铵加入到有机溶剂中，六溴碲酸铵在360℃下分解形成TeO2，且TeO2以PbO-Al2O3为种子，在PbO-Al2O3的纳米颗粒旁边生长成TeO2纳米颗粒；即形成所需的三元纳米材料PbO-Al2O3-TeO2的粗品；然后三元纳米材料PbO-Al2O3-TeO2的粗品通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来；最终分离出来的三元纳米材料PbO-Al2O3-TeO2经过酒精清洗后烘干成粉末状即获得三元纳米材料PbO-Al2O3-TeO2成品，附图2即为三元纳米材料PbO-Al2O3-TeO2成品的TEM图；上述制备方法中亦可采用乙酸铝、一氯二乙基铝等来制备Al2O3纳米颗粒.采用六氯碲酸铵、吡啶五氟氧代碲酸等来制备TeO2纳米颗粒。PbO、Al2O3、TeO2之间通过化学键连接且三者的含量可以通过粒子粒径的大小来控制，颗粒越大,重量越大,所以含量越高。采用三元纳米材料PbO-Al2O3-TeO2的太阳能电池电子银浆料，该银浆料的组成及重量百分含量为： 90%的银粉、4%的三元纳米材料PbO-Al2O3-TeO2、5%的表面活性剂和0.3%的添加剂。
本发明通过采用自下而上（bottom-up）工艺制备的多元纳米材料的粒径只有用传统自上而下（top-down）的工艺制备的玻璃粉的100-10000分之一，由于多元纳米材料颗粒的粒径小，使其能够更均一的分散在电子银浆料中，从而在烧结过程中能够在银-硅之间形成更均一和更薄的氧化层，得到更优的欧姆接触，从而降低串联电阻并使其分布更均匀；更小的粒径还能在用量(wt%)小的情况下达到同样的体积填充，从而提高浆料中的银含量和浆料烧结后的导电性，并进一步降低串联电阻，最终提高光电转换效率。制备的多元纳米材料替代银浆料中的常规玻璃粉后，能够降低串联电阻高达80%，提高光电转换效率0.5%-2%。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种多元纳米材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤：
（1）在耐高温的有机溶剂中，加入第一种金属有机物和表面活性剂，待温度升至300-500℃时，保温30-60min则第一种金属有机物分解形成第一种金属氧化物的纳米颗粒；
（2）接着将第二种金属有机物加入到有机溶剂中，第二种金属有机物在300-500℃下分解形成第二种金属氧化物，且第二种金属氧化物以第一种金属氧化物为种子，在第一种金属氧化物的纳米颗粒旁边生长成第二种金属氧化物纳米颗粒；
（3）依次加入含有所需的金属有机物，直至形成所需的多元纳米材料；
（4）多元纳米材料通过旋转离心机从有机溶剂中分离出来；
（5）分离出来的多元纳米材料经过清洗剂清洗后烘干成粉末状即获得多元纳米材料成品。
2.根据权利要求1所述多元纳米材料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）和（2）中的金属氧化物包括PbO、SiO2、Al2O3、ZnO、Bi2O3、TeO2、B2O3、MgO、Li2O中的两种或两种以上。
3.根据权利要求1或2所述多元纳米材料的制备方法，其特征在于所述步骤（2）中的金属氧化物之间通过化学键连接。
4.根据权利要求1或2所述多元纳米材料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）和（2）中的金属氧化物纳米颗粒粒径为1-100nm。
5.根据权利要求1所述多元纳米材料的制备方法，其特征在于所述步骤（5）中的清洗剂采用酒精。
6.一种含有采用权利要求1-5任一所述的方法制备的多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料，其特征在于所述银浆料的组成及重量百分含量为：75-95%的银粉、0.1-10%的多元纳米材料、5-20%的有机载体和0.1-1%的添加剂。
7.根据权利要求6所述的含有多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料，其特征在于所述银浆料的组成及重量百分含量为：80-95%的银粉、0.1-5%的多元纳米材料、5-15%的有机载体和0.1-1%的添加剂。
8.根据权利要求6所述的含有多元纳米材料的太阳能电池电子银浆料，其特征在于所述的有机载体为有机溶剂、增稠剂、增塑剂、表面活性剂和触变剂中的一种或一种以上。
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