CN105185427B - 一种石墨烯导电银浆制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯导电银浆制备方法，采用SiC外延法制备石墨烯材料，再使用常压加热离心搅拌法将石墨烯与常规导电银浆混合，制备成石墨烯导电银浆。石墨烯的电子在轨道中移动时，由于晶格震动十分微弱，因而发生散射的机率很小。同时原子间作用力超强，在常温下，即使周围碳原子发生碰撞，石墨烯中的电子受到的干扰非常小，室温下载流子迁移率可达2x10⁵(cm²/V*s)，而且在10‑100K，迁移率几乎与温度无关，其透光性佳，光吸收率只有2.3％。由于导电型石墨烯材料具有比导电炭黑更低的渗流阀值和更稳定的导电性，高效能且用量低，易于分散及研磨，可取代贵金属银因此可有效降低常规导电银浆用量，在保证电池光电转换效率稳定的情况下，具有高附着力及可焊性佳等特性。

Description

一种石墨烯导电银浆制备方法

技术领域

本发明涉及晶硅太阳能电池技术领域，尤其涉及一种石墨烯导电银浆制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-N结(P-N Junction)上，形成新的空穴-电子对(V-E pair)，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。由于是利用各种势垒的光生伏特效应将太阳光能转换成电能的固体半导体器件，故又称太阳能电池或光伏电池，是太阳能电池阵电源系统的重要组件。太阳能电池主要有晶硅(Si)电池，三五族半导体电池(GaAs,Cds/Cu2S,Cds/CdTe,Cds/InP,CdTe/Cu2Te)，无机电池，有机电池等，其中晶硅太阳能电池居市场主流主导地位。晶硅太阳能电池的基本材料为纯度达99.9999％、电阻率在10Ω-cm以上的P型单晶硅，包括正面绒面、正面p-n结、正面减反射膜、正背面电极等部分。在组件封装为正面受光照面加透光盖片(如高透玻璃及EVA)保护，防止电池受外层空间范爱伦带内高能电子和质子的辐射损伤。

晶硅太阳能电池由于光电转换效率高，材料本身对环境不造成影响，便于工业化及性能稳定，而在太阳能电池领域占主导地位。其中正背面电级的制备技术有光刻、磁控溅射、真空蒸镀、刻槽埋栅及丝网印刷等。而丝网印刷法具有效率高、成本低以及设备简单与耐用的特点，可作为工业化生产太阳能电池的方法。正面电级导电银浆对电池性能如接触电阻Rs、短路电流Isc、开路电压Voc等影响很大，银浆中的银粉大小、形貌、粒度分布，无机黏结剂玻璃料的成分、配比，有机载体的成分，掺杂银浆以及添加剂种类等为影响导电银浆性能的重要参数。

因此，本发明一种石墨烯导电银浆制备方法，具有高导电性，可大幅降低贵金属银的使用量，以及高附着力及可焊性佳等特性。相较于传统导电银浆具有设计新颖、制作工艺简单、成本低廉以及适合大批量生产等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种石墨烯导电银浆制备方法，该导电银浆具有高导电性，可大幅降低贵金属银的使用量，以及高附着力及可焊性佳等特性。

为了解决上述技术问题，本发明一种石墨烯导电银浆制备方法，其采用SiC外延法制备石墨烯材料，再使用常压加热离心搅拌法将石墨烯与常规导电银浆混合，制备成石墨烯导电银浆。

一种石墨烯导电银浆制备方法，采用SiC外延法制备石墨烯材料，再使用常压加热离心搅拌法将石墨烯与常规导电银浆混合，制备成石墨烯导电银浆，所述的石墨烯占混合料的0.15-0.6％，

所述的SiC外延法制程中，反应条件为在SiC外延设备中，采用高质量4H-SiC或6H-SiC或3C-SiC单晶机体中的任一种，在超高真空8x10^-6-8x10^-7Torr，反应温度1200-1500℃，氩气Ar流量5-10slm来实现形成石墨烯材料。

所述的常压加热离心搅拌法，反应条件为在离心搅拌设备中，采用温度40-60℃，离心转速500-600rpm，时间10-20min来实现。

所述的石墨烯材料单位电导率≧200S/m，表观密度≦0.1g/ml，比表面积90-150m²/g，粒径≦10D₅₀/um，固定碳含量≧95％。

所述的SiC外延法设备，高温热源采用H型或U型或W型硅碳棒或硅钼棒电加热组件，保温系统采用含锆硅酸铝陶瓷纤维甩丝纤维毯组成；所述的含锆硅酸铝陶瓷纤维甩丝纤维毯，包括：Al₂O₃的百分比52-55％，Zr的百分比15-17％，SiO₂的百分比28-32％、Fe₂O₃的百分比0.1-0.2％，K₂O的百分比0.1-0.2％，Na₂O的百分比0.1-0.2％。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明一种石墨烯导电银浆制备方法，在常规导电银浆中将入导电型石墨烯材料，具有优异的导电性，石墨烯的电子在轨道中移动时，由于晶格震动十分微弱，因而发生散射的机率很小。同时原子间作用力超强，在常温下，即使周围碳原子发生碰撞，石墨烯中的电子受到的干扰非常小，室温下载流子迁移率可达2x10⁵(cm²/V*s)，而且在10-100K，迁移率几乎与温度无关，其透光性佳，光吸收率只有2.3％。由于导电型石墨烯材料具有比导电碳黑更低的渗流阀值和更稳定的导电性，高效能且用量低，易于分散及研磨，可部份取代贵金属银因此可有效降低常规导电银浆用量，在保证电池光电转换效率稳定的情况下，具有高附着力及可焊性佳等特性。

因此，本发明一种石墨烯导电银浆制备方法相较于传统导电银浆具有设计新颖、制作工艺简单、成本低廉以及适合大批量生产等优点。

附图说明

图1:本发明一种石墨烯导电银浆制备方法的石墨烯分子结构图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

如图1所示，一种石墨烯导电银浆制备方法，采用SiC外延法制备石墨烯材料，再使用常压加热离心搅拌法将石墨烯与常规导电银浆混合，制备成石墨烯导电银浆，所述的石墨烯占混合料的0.15％，所述的SiC外延法制程中，反应条件为在SiC外延设备中，采用高质量4H-SiC单晶机体中的任一种，在超高真空8x10^-6Torr，反应温度1200℃，氩气Ar流量5slm来实现形成石墨烯材料。

所述的常压加热离心搅拌法，反应条件为在离心搅拌设备中，采用温度40℃，离心转速500rpm，时间10min来实现。

所述的石墨烯材料单位电导率≧200S/m，表观密度≦0.1g/ml，比表面积90-150m²/g，粒径≦10D₅₀/um，固定碳含量≧95％。

所述的SiC外延法设备，高温热源采用H型或U型或W型硅碳棒或硅钼棒电加热组件，保温系统采用含锆硅酸铝陶瓷纤维甩丝纤维毯组成；所述的含锆硅酸铝陶瓷纤维甩丝纤维毯，包括：Al₂O₃的百分比52％，Zr的百分比17％，SiO₂的百分比30.4％、Fe₂O₃的百分比0.2％，K₂O的百分比0.2％，Na₂O的百分比0.2％。

实施例2

一种石墨烯导电银浆制备方法，采用SiC外延法制备石墨烯材料，再使用常压加热离心搅拌法将石墨烯与常规导电银浆混合，制备成石墨烯导电银浆，所述的石墨烯占混合料的0.6％，

所述的SiC外延法制程中，反应条件为在SiC外延设备中，采用高质量6H-SiC单晶机体中的任一种，在超高真空8x10^-7Torr，反应温度1500℃，氩气Ar流量10slm来实现形成石墨烯材料。

所述的常压加热离心搅拌法，反应条件为在离心搅拌设备中，采用温度60℃，离心转速600rpm，时间20min来实现。

所述的石墨烯材料单位电导率≧200S/m，表观密度≦0.1g/ml，比表面积90-150m²/g，粒径≦10D₅₀/um，固定碳含量≧95％。

所述的SiC外延法设备，高温热源采用H型或U型或W型硅碳棒或硅钼棒电加热组件，保温系统采用含锆硅酸铝陶瓷纤维甩丝纤维毯组成；所述的含锆硅酸铝陶瓷纤维甩丝纤维毯，包括：Al₂O₃的百分比55％，Zr的百分比15.8％，SiO₂的百分比28％、Fe₂O₃的百分比0.1％，K₂O的百分比0.1％，Na₂O的百分比0.1％。

实施例3

一种石墨烯导电银浆制备方法，采用SiC外延法制备石墨烯材料，再使用常压加热离心搅拌法将石墨烯与常规导电银浆混合，制备成石墨烯导电银浆，所述的石墨烯占混合料的0.3％，

所述的SiC外延法制程中，反应条件为在SiC外延设备中，采用高质量3C-SiC单晶机体中的任一种，在超高真空8x10^-6Torr，反应温度1400℃，氩气Ar流量8slm来实现形成石墨烯材料。

所述的常压加热离心搅拌法，反应条件为在离心搅拌设备中，采用温度50℃，离心转速550rpm，时间15min来实现。

所述的石墨烯材料单位电导率≧200S/m，表观密度≦0.1g/ml，比表面积90-150m²/g，粒径≦10D₅₀/um，固定碳含量≧95％。

所述的SiC外延法设备，高温热源采用H型或U型或W型硅碳棒或硅钼棒电加热组件，保温系统采用含锆硅酸铝陶瓷纤维)甩丝纤维毯组成；所述的含锆硅酸铝陶瓷纤维甩丝纤维毯，包括：Al₂O₃的百分比53％，Zr的百分比16％，SiO₂的百分比30.5％、Fe₂O₃的百分比0.1％，K₂O的百分比0.2％，Na₂O的百分比0.2％。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (1)

1.一种石墨烯导电银浆制备方法，其特征在于，采用SiC外延法制备石墨烯材料，再使用常压加热离心搅拌法将石墨烯与常规导电银浆混合，制备成石墨烯导电银浆，所述的石墨烯占混合料的0.15-0.6％；所述的SiC外延法制程中，反应条件为在SiC外延设备中，采用高质量4H-SiC或6H-SiC或3C-SiC单晶机体中的任一种，在超高真空8x10^-6-8x10^-7Torr，反应温度1200-1500℃，氩气Ar流量5-10slm来实现形成石墨烯材料；

所述常压加热离心搅拌法，反应条件为在离心搅拌设备中，采用温度40-60℃，离心转速500-600rpm，时间10-20min来实现；石墨烯材料单位电导率≧200S/m，表观密度≦0.1g/ml，比表面积90-150m²/g，粒径≦10D₅₀/um，固定碳含量≧95％；

所述的SiC外延法设备，高温热源采用H型或U型或W型硅碳棒或硅钼棒电加热组件，保温系统采用含锆硅酸铝陶瓷纤维甩丝纤维毯组成；所述的含锆硅酸铝陶瓷纤维甩丝纤维毯，包括：Al₂O₃的百分比52-55％，Zr的百分比15-17％，SiO₂的百分比28-32％、Fe₂O₃的百分比0.1-0.2％，K₂O的百分比0.1-0.2％，Na₂O的百分比0.1-0.2％。