CN103606395A - 含多重氢键超分子自组装体系的硅浆料及在太阳电池中的应用 - Google Patents

含多重氢键超分子自组装体系的硅浆料及在太阳电池中的应用 Download PDF

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Abstract

一种太阳电池工业用纳米硅浆料，由纳米硅粉与有机载体组成，纳米硅粉粒径2-100纳米，其质量百分数0.5～50%，有机载体的质量百分数50-99.5%。有机载体由溶剂、树脂、触变剂、含磷物质等组成，树脂的含量为有机载体质量的0.5～60%，溶剂的含量为有机载体质量的10～90%，触变剂的含量为有机载体质量的0.5～10%，含磷物质的含量为有机载体质量的0.5～40%，其特征在于所述触变剂含多重氢键超分子自组装体系，如二重、三重和/或四重氢键体系，这可提高浆料的流变性能，从而改善印刷品质。该浆料可用于制备选择发射极晶硅太阳电池。

Description

含多重氢键超分子自组装体系的硅浆料及在太阳电池中的应用
技术领域
本发明涉及一种纳米硅浆料的组成及其在硅太阳电池中的应用。
背景技术
高效率、低成本、长寿命太阳电池的研发一直是光伏科学与工程领域的重要主题。对晶硅太阳电池而言，使用金属栅线位置重掺杂、栅线间区域轻掺杂的选择发射极结构可以有效改善电池的短波响应，增加电池的短路电流密度而提高器件的光电转换效率。制备选择发射结构的技术手段有掩膜光刻、二次磷浆料丝网印刷等，这些技术成本高，实际产线使用不经济。含磷或硼的纳米硅浆料，已在柔性微电子上有应用，如印制射频识别芯片的天线、制备特殊要求的晶体管等。使用纳米硅浆料制备选择发射极结构太阳电池，具有容易印刷获得细栅、可与现在的晶硅太阳电池产线实现低成本集成的优点。纳米硅浆料主要由纳米硅粉、有机载体组成。本发明即是关于一种具有良好印刷性能的纳米硅浆料的配方以及该浆料在晶硅太阳电池中的应用。
发明内容
本发明的目的是提高硅浆料的印刷性能，为太阳电池工业提供新型的纳米硅浆料。
本发明的技术方案是：太阳电池工业用纳米硅浆料，由纳米硅粉与有机载体组成，所述纳米硅粉粒径2-100纳米，其质量百分数0.5～50%，所述有机载体的质量百分数50-99.5%，所述有机载体由溶剂、树脂、触变剂、含磷物质等组成，所述树脂的含量为有机载体质量的0.5～60%，溶剂的含量为有机载体质量的10～90%，触变剂的含量为有机载体质量的0.5～10%，含磷物质的含量为有机载体质量的0.5～40%，其特征在于所述触变剂含多重氢键超分子自组装体系。
所述多重氢键超分子自组装体系可选择二重氢键体系，依据电子给体(D)和电子受体(A)的位置排布不同，二重氢键存在有两种缔合方式：同体组装AD-DA和异体组装AA-DD。进一步的，所述二重氢键体系可选用如下式Ⅰ或式Ⅱ结构中的一个，R为碳原子数为4-16的直链或支链的烷基。
Figure BDA0000410456100000021
所述多重氢键超分子自组装体系可选择三重氢键体系，三重氢键体系只能通过异体组装成二聚体，排布方式分为：DAD-ADA，AAA-DDD，AAD-DDA。进一步的，所述三重氢键体系可选用如下式Ⅲ结构中的一个，R为碳原子数为4-16的直链或支链的烷基。
Figure BDA0000410456100000022
所述多重氢键超分子自组装体系可选择四重氢键体系，同体四重氢键体系可为AADD-DDAA，ADAD-DADA排布。进一步的，所述四重氢键体系可选用如下式Ⅳ或式Ⅴ结构中的一个，R为碳原子数为4-16的直链或支链的烷基。
Figure BDA0000410456100000023
所述触变剂是上述氢键超分子体系中的两个或多个复配而成。
所述触变剂是氢键超分子体系与氢化蓖麻油复配而成，氢化蓖麻油含量为整个触变剂含量的0-50%。
所述有机载体中的树脂可以是天然树脂，也可以是合成树脂。有机载体中的溶剂可以是水、醇类、醚类、酯类或芳香族有机溶剂，或其混合物，例如使用水、异丙醇、苯甲醇、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基卡比醇、松油醇、二乙二醇单己醚、乙酸丁酯、二甘醇乙醚、丙二醇单苯醚等。所述含磷物质可以是有机磷，也可以是无机磷，比如磷酸三辛酯、磷酸、等。
所述纳米硅浆料可以丝网印刷或喷墨印刷的方式沉积到电池的硅片上。
有益效果
有机载体中组分含有一般都含有除C,H外的杂原子，因而彼此之间能形成无规律的氢键体系。当印刷时，施加的外力会破坏静态时形成的氢键网络结构，达到切变变稀的效果，而当印刷外力撤除时，粘度迅速回升，保持印刷的形状，从而达到良好的印刷。
基于氢键的超分子体系种类繁多，易于修饰，其体系中的氢键是集团作用，多个氢键并列同体出现，氢键强度呈指数加强，因而可更多地提高体系在静态时的粘度，更多地降低在印刷时的粘度，且这一过程动态可逆，因而会更大地影响纳米硅浆料的流变性能，增大触变系数，有利于提高其印刷性能。
具体实施方式
实施例1
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径2-30纳米，其含量0.5%（质量百分数），有机载体的含量99.5%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
Figure BDA0000410456100000031
实施例2
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径2-30纳米，其含量2%（质量百分数），有机载体的含量98%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
Figure BDA0000410456100000032
Figure BDA0000410456100000041
实施例3
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径2-30纳米，其含量5%（质量百分数），有机载体的含量95%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
Figure BDA0000410456100000042
实施例4
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径2-30纳米，其含量16%（质量百分数），有机载体的含量84%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
Figure BDA0000410456100000043
实施例5
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径10-100纳米，其含量60%（质量百分数），有机载体的含量40%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
Figure BDA0000410456100000051
实施例6
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径10-100纳米，其含量25%（质量百分数），有机载体的含量75%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
Figure BDA0000410456100000052
实施例7
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径10-100纳米，其含量16%（质量百分数），有机载体的含量84%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
将上述合金焊粉与有机载体充分混合均匀即制备成硅浆料，产品应在0-10摄氏度冷藏。
实施例8
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径10-100纳米，其含量16%（质量百分数），有机载体的含量84%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
Figure BDA0000410456100000054
实施例9
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径10-100纳米，其含量16%（质量百分数），有机载体的含量84%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
Figure BDA0000410456100000061
实施例10
本实施例为硅浆料，纳米硅粉粒径10-100纳米，其含量16%（质量百分数），有机载体的含量84%（质量百分数）。
有机载体的各组分及含量如下：
实施例11
本实施例为使用实施例1到实施例10配置的浆料，在p型多晶硅片上制备选择发射极结构晶硅电池。其特征为：
栅线细栅宽度50微米；栅线位置重掺杂区域方阻40欧姆/方；栅线间轻掺杂区域方阻90欧姆/方。与没有使用纳米硅浆料制备的常规结构的晶硅电池相比，短波段响应得到明显改善，光电转换效率增加了0.5到1.5个百分点。

Claims (7)

1.一种太阳电池工业用纳米硅浆料，由纳米硅粉与有机载体组成，所述纳米硅粉粒径2-100纳米，其质量百分数0.5～50%，所述有机载体的质量百分数50-99.5%，所述有机载体由溶剂、树脂、触变剂、含磷物质等组成，所述树脂的含量为有机载体质量的0.5～60%，溶剂的含量为有机载体质量的10～90%，触变剂的含量为有机载体质量的0.5～10%，含磷物质的含量为有机载体质量的0.5～40%，其特征在于所述触变剂含多重氢键超分子自组装体系。
2.如权利要求1所述的硅浆料，其特征在于所述多重氢键超分子自组装体系可选择二重氢键体系，进一步的，所述二重氢键体系是如下式Ⅰ或式Ⅱ结构中的一个，
Figure FDA0000410456090000011
R为碳原子数为4-16的直链或支链的烷基。
3.如权利要求1所述的硅浆料，其特征在于所述多重氢键超分子自组装体系可选择三重氢键体系，进一步的，所述三重氢键体系是如下式Ⅲ结构中的一个，
R为碳原子数为4-16的直链或支链的烷基。
4.如权利要求1所述的硅浆料，其特征所述多重氢键超分子自组装体系可选择四重氢键体系，进一步的，所述四重氢键体系是如下式Ⅳ或式Ⅴ结构中的一个，
Figure FDA0000410456090000021
R为碳原子数为4-16的直链或支链的烷基。
5.如权利要求1所述的硅浆料，其特征所述多重氢键超分子自组装体系是权利要求2、权利要求3、权利要求4所述氢键超分子体系中的两个或多个复配而成。
6.如权利要求1所述的硅浆料，所述触变剂可是氢键超分子体系与氢化蓖麻油复配而成，氢化蓖麻油含量为整个触变剂含量的0-50%。
7.一种晶硅太阳电池，其特征在于施用了权利要求1所述的硅浆料。
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