CN105845198A - 掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆及其制备方法，所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆由下列组份按照重量份数组成：改性石墨烯0.1～5份、银粉88～91份、有机粘结剂5～15份、有机溶剂0.1～5份、玻璃粉1～3份，所述改性石墨烯是表面改性的石墨烯。本发明主要针对降低太阳能电池的串联电阻，研发了一种快速丝网印刷至晶体硅上，通过高温烧结，穿透硅片SiNx钝化层，形成良好欧姆接触的正面银浆，降低了银与硅接触电阻及线电阻、提高光电转换效率，本发明的正面银浆市场前景广阔。

Description

掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池正面银浆，具体涉及一种掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆及其制备方法。
背景技术
目前，提高太阳能电池效率是竞争激烈的光伏产业追求的目标。商业化提高效率的主流思路是浅结密栅即提高电池片的扩散方阻同时增加印刷栅电极的数量。
为了能够将晶体硅太阳能电池片内部产生的光生电内部产生的光生电流引出到外部负载中，需要在硅片P-N结的两面分别制作金属电极建立金属连接，电极的制作是一个至关重要的环节。
硅太阳能电池表面的电极主要有背面电极和正面银电极，这些电极通常由导电银浆采用丝网印刷的方式印刷在硅片表面形成。
正面银浆经高分辨率的丝网印刷后，印刷出具有更好高宽比的栅线，减少太阳能电池表面的遮光面积，而且可以降低电池内部的串联电阻，减少光生电流的内部功率损耗，最终能有效的提高太阳能电池的光电转换效率；这对正面银浆的印刷性要求越来越高。
另外，正面银浆具有穿透SiNx减反射膜的能力，烧结后能否与Si片形成良好的欧姆接触是提高太阳能电池效率的关键。
通常，降低栅线的线宽、提高高宽比是当前研究比较多的方向，也将要印刷的线型提升到瓶颈阶段；以此同时，对于添加剂的研究，国内还研究的非常少。
为此，通过利用石墨烯的一维平面结构和高导电、导热特性，可改善浆料与硅基体的欧姆接触性能，降低浆料的串联电阻，提高太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，该正面银浆的主要特点在于是通过掺杂改性石墨烯的方法，降低银浆与Si接触电阻及栅线电阻，提高太阳能电池效率。
技术方案：一种掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆由下列组份按照重量份数组成：改性石墨烯0.1～5份、银粉88～91份、有机粘结剂5～15份、有机溶剂1-5份、玻璃粉1～3份，所述改性石墨烯是表面改性的石墨烯。
作为优化：所述表面改性石墨烯包含石墨烯、表面改性剂，所述表面改性的石墨烯的各组分按照重量份数组成：石墨烯85～99份、表面改性剂1～15份。
作为优化：所述表面改性剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂中的一种或几种。
作为优化：所述银粉为微米球型银粉和纳米银粉，按照重量份数为：微米银粉85～99份、纳米银粉1～15份；其中微米球型银粉平均粒径1.0-2.0微米，纳米银粉平均粒径20-100纳米。
作为优化：所述有机粘结剂的组成及按照重量份数为：高分子聚合物10～20份、有机溶剂80～90份，其中，所述的高分子聚合物为乙基纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯树脂中一种或多种，有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种。
作为优化：所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：1～10份、Cr2O3：0～5份、PbO：20～60份、SiO2：0～5份、TeO2：50～80份和Bi2O3：0～20份，经处理得到粒径D50在0.5～2微米的玻璃粘结剂，玻璃粉的熔点控制在250～450℃。
一种所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的制备方法，包括以下步骤：
（1）改性石墨烯的制备：所述改性石墨烯按照重量份数为：石墨烯85～99份、表面改性剂1～15份进行称量混合后，在超声分散机上进行超声分散20-60min，然后进行过滤，烘干得到改性石墨烯；
（2）有机粘结剂的制备：所述有机粘结剂按照重量份数为：高分子聚合物10～20份、有机溶剂80～90份进行称取混合后，在大分散机上分散50～70min，分散溶解，得到透明、均一的有机粘合剂；
（3）玻璃粉的制备：所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：1～10份、Cr2O3：0～5份、PbO：20～60份、SiO2：0～5份、TeO2：50～80份和Bi2O3：0～20份，将称好的上述原料混合均匀后置于高温马弗炉加热，温度控制800～1200℃，保温时间：40～60分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5～10小时，经300目筛取得到粒径D50小于2微米的玻璃粉备用；
（4）制备电池正面银浆：称取按照重量份数为：改性石墨烯0.1～5份、有机粘结剂5～15份、玻璃粉1～3份混合，采用分散机在500-800rpm转速下，分散10～30min；分散后，再加入重量份数为88～91份的银粉、采用分散机在800-1000rpm转速下，分散30～50min，然后在三辊研磨机上研磨15遍；研磨后，加入重量份数为1-3份的有机溶剂，其中有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种，采用高速分散机，分散5-20min,分散均匀，即得成品，灌装待用。
一种所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的应用，将制备成的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，通过360目丝网印刷在规格125mm×125mm的单晶硅片上形成电极膜，进马弗炉烧结，峰值温度780℃，待用。
有益效果：本发明中添加了改性石墨烯，从而使得晶体硅太阳能电池的接触电阻得到了明显降低，电池电阻值能够到达0.0018Ω。
本发明主要针对降低太阳能电池，研发了一种快速丝网印刷至晶体硅上，通过高温烧结，穿透硅片SiNx钝化层，形成良好欧姆接触的正面银浆，降低了银与硅接触电阻及线电阻、提高光电转换效率，本发明的正面银浆市场前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
具体实施例一：
一种掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆由下列组份按照重量份数组成：改性石墨烯0.1份、银粉88份、有机粘结剂5份、有机溶剂2份、玻璃粉1份，所述改性石墨烯是表面改性的石墨烯。
所述表面改性石墨烯包含石墨烯、表面改性剂，所述表面改性的石墨烯的各组分按照重量份数组成：石墨烯85份、表面改性剂1份。
所述表面改性剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂中的一种或几种。
所述银粉为微米球型银粉和纳米银粉，按照重量份数为：微米银粉85份、纳米银粉1份；微米球型银粉平均粒径1.0微米，纳米银粉平均粒径20纳米。
所述有机粘结剂的组成及按照重量份数为：高分子聚合物10份、有机溶剂80份，其中，所述的高分子聚合物为乙基纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯树脂中一种或多种，有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种。
所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：1份、PbO：20份、TeO2：50份，经处理得到粒径D50在0.5微米的玻璃粘结剂，玻璃粉的熔点控制在250℃。
一种所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的制备方法，包括以下步骤：
（1）改性石墨烯的制备：所述改性石墨烯按照重量份数为：石墨烯85份、表面改性剂1份进行称量混合后，在超声分散机上进行超声分散20min，然后进行过滤，烘干得到改性石墨烯；
（2）有机粘结剂的制备：所述有机粘结剂按照重量份数为：高分子聚合物10份、有机溶剂80份进行称取混合后，在大分散机上分散50min，分散溶解，得到透明、均一的有机粘合剂；
（3）玻璃粉的制备：所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：1份、PbO：20份、TeO2：50份，将称好的上述原料混合均匀后置于高温马弗炉加热，温度控制800℃，保温时间：40分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5小时，经300目筛取得到粒径D50小于2微米的玻璃粉备用；
（4）制备电池正面银浆：称取按照重量份数为：改性石墨烯0.1份、有机粘结剂5份、玻璃粉1份混合，采用分散机在500rpm转速下，分散10min；分散后，再加入重量份数为88份的银粉、采用分散机在800rpm转速下，分散30min，然后在三辊研磨机上研磨15遍；研磨后，加入重量份数为1份的有机溶剂；其中有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种，采用高速分散机，分散5min,分散均匀，即得成品，灌装待用。
一种所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的应用，将制备成的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，通过360目丝网印刷在规格125mm×125mm的单晶硅片上形成电极膜，进马弗炉烧结，峰值温度780℃，待用。
具体实施例二：
一种掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆由下列组份按照重量份数组成：改性石墨烯5份、银粉91份、有机粘结剂15份、有机溶剂2份、玻璃粉3份，所述改性石墨烯是表面改性的石墨烯。
所述表面改性石墨烯包含石墨烯、表面改性剂，所述表面改性的石墨烯的各组分按照重量份数组成：石墨烯99份、表面改性剂15份。
所述表面改性剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂中的一种或几种。
所述银粉为微米球型银粉和纳米银粉，按照重量份数为：微米银粉99份、纳米银粉15份；微米球型银粉平均粒径2.0微米，纳米银粉平均粒径100纳米。
所述有机粘结剂的组成及按照重量份数为：高分子聚合物20份、有机溶剂90份，其中，所述的高分子聚合物为乙基纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯树脂中一种或多种，有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种。
所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：10份、Cr2O3：5份、PbO： 60份、SiO2：5份、TeO2：80份和Bi2O3：20份，经处理得到粒径D50在2微米的玻璃粘结剂，玻璃粉的熔点控制在450℃。
一种所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的制备方法，包括以下步骤：
（1）改性石墨烯的制备：所述改性石墨烯按照重量份数为：石墨烯99份、表面改性剂15份进行称量混合后，在超声分散机上进行超声分散60min，然后进行过滤，烘干得到改性石墨烯；
（2）有机粘结剂的制备：所述有机粘结剂按照重量份数为：高分子聚合物20份、有机溶剂90份进行称取混合后，在大分散机上分散70min，分散溶解，得到透明、均一的有机粘合剂；
（3）玻璃粉的制备：所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：10份、Cr2O3： 5份、PbO：60份、SiO2：5份、TeO2：80份和Bi2O3：20份，将称好的上述原料混合均匀后置于高温马弗炉加热，温度控制1200℃，保温时间：60分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨10小时，经300目筛取得到粒径D50小于2微米的玻璃粉备用；
（4）制备电池正面银浆：称取按照重量份数为：改性石墨烯5份、有机粘结剂15份、玻璃粉3份混合，采用分散机在800rpm转速下，分散30min；分散后，再加入重量份数为91份的银粉、采用分散机在1000rpm转速下，分散50min，然后在三辊研磨机上研磨15遍；研磨后，加入重量份数为3份的有机溶剂，其中有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种，采用高速分散机，分散20min,分散均匀，即得成品，灌装待用。
一种所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的应用，将制备成的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，通过360目丝网印刷在规格125mm×125mm的单晶硅片上形成电极膜，进马弗炉烧结，峰值温度780℃，待用。
具体实施例三：
一种掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆由下列组份按照重量份数组成：改性石墨烯3份、银粉89份、有机粘结剂10份、有机溶剂3份、玻璃粉2份，所述改性石墨烯是表面改性的石墨烯。
所述表面改性石墨烯包含石墨烯、表面改性剂，所述表面改性的石墨烯的各组分按照重量份数组成：石墨烯90份、表面改性剂7份。
所述表面改性剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂中的一种或几种。
所述银粉为微米球型银粉和纳米银粉，按照重量份数为：微米银粉87份、纳米银粉7份，微米球型银粉平均粒径1.4微米，纳米银粉平均粒径70纳米。
所述有机粘结剂的组成及按照重量份数为：高分子聚合物15份、有机溶剂85份，其中，所述的高分子聚合物为乙基纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯树脂中一种或多种，有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种。
所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：6份、Cr2O3：3份、PbO：40份、SiO2：3份、TeO2：60份和Bi2O3：10份，经处理得到粒径D50在1微米的玻璃粘结剂，玻璃粉的熔点控制在350℃。
一种所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的制备方法，包括以下步骤：
（1）改性石墨烯的制备：所述改性石墨烯按照重量份数为：石墨烯90份、表面改性剂7份进行称量混合后，在超声分散机上进行超声分散40min，然后进行过滤，烘干得到改性石墨烯；
（2）有机粘结剂的制备：所述有机粘结剂按照重量份数为：高分子聚合物15份、有机溶剂85份进行称取混合后，在大分散机上分散60min，分散溶解，得到透明、均一的有机粘合剂；
（3）玻璃粉的制备：所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：6份、Cr2O3：3份、PbO：40份、SiO2：3份、TeO2：60份和Bi2O3：10份，将称好的上述原料混合均匀后置于高温马弗炉加热，温度控制1100℃，保温时间：50分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨6小时，经300目筛取得到粒径D50小于2微米的玻璃粉备用；
（4）制备电池正面银浆：称取按照重量份数为：改性石墨烯3份、有机粘结剂10份、玻璃粉2份混合，采用分散机在700rpm转速下，分散20min；分散后，再加入重量份数为89份的银粉、采用分散机在900rpm转速下，分散40min，然后在三辊研磨机上研磨15遍；研磨后，加入重量份数为2份的有机溶剂，其中有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种，采用高速分散机，分散12min,分散均匀，即得成品，灌装待用。
一种所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的应用，将制备成的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，通过360目丝网印刷在规格125mm×125mm的单晶硅片上形成电极膜，进马弗炉烧结，峰值温度780℃，待用。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，其特征在于：所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆由下列组份按照重量份数组成：改性石墨烯0.1～5份、银粉88～91份、有机粘结剂5～15份、有机溶剂0.1～5份、玻璃粉1～3份，所述改性石墨烯是表面改性的石墨烯。
2.根据权利要求1所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，其特征在于：所述表面改性石墨烯包含石墨烯、表面改性剂，所述表面改性的石墨烯的各组分按照重量份数组成：石墨烯85～99份、表面改性剂1～15份。
3.根据权利要求2所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，其特征在于：所述表面改性剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，其特征在于：所述银粉为微米球型银粉和纳米银粉，按照重量份数为：微米银粉85～99份、纳米银粉1～15份,其中，微米球型银粉平均粒径1.0-2.0微米，纳米银粉平均粒径20-100纳米。
5.根据权利要求1所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，其特征在于：所述有机粘结剂的组成及按照重量份数为：高分子聚合物10～20份、有机溶剂80～90份，其中，所述的高分子聚合物为乙基纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯树脂中的一种或多种，有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种。
6.根据权利要求1所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，其特征在于：所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：1～10份、Cr2O3：0～5份、PbO：20～60份、SiO2：0～5份、TeO2：50～80份和Bi2O3：0～20份，经处理得到粒径D50在0.5～2微米的玻璃粘结剂，玻璃粉的熔点控制在250～450℃。
7.一种如权利要求1所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）改性石墨烯的制备：所述改性石墨烯按照重量份数为：石墨烯85～99份、表面改性剂1～15份进行称量混合后，在超声分散机上进行超声分散20-60min，然后进行过滤，烘干得到改性石墨烯；
（2）有机粘结剂的制备：所述有机粘结剂按照重量份数为：高分子聚合物10～20份、有机溶剂80～90份进行称取混合后，在大分散机上分散50～70min，分散溶解，得到透明、均一的有机粘合剂；
（3）玻璃粉的制备：所述的玻璃粉的组成及按照重量份数为： B2O3：1～10份、Cr2O3：0～5份、PbO：20～60份、SiO2：0～5份、TeO2：50～80份和Bi2O3：0～20份，将称好的上述原料混合均匀后置于高温马弗炉加热，温度控制800～1200℃，保温时间：40～60分钟，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨2.5～10小时，经300目筛取得到粒径D50小于2微米的玻璃粉备用；
（4）制备电池正面银浆：称取按照重量份数为：改性石墨烯0.1～5份、有机粘结剂5～15份、玻璃粉1～3份混合，采用分散机在500-800rpm转速下，分散10～30min；分散后，再加入重量份数为88～91份的银粉、采用分散机在800-1000rpm转速下，分散30～50min，然后在三辊研磨机上研磨15遍；研磨后，加入重量份数为1-3份的有机溶剂；其中有机溶剂为丁基卡必醇、松油醇、柠檬酸三丁酯、丙二醇丁醚中的至少两种，采用高速分散机，分散5-20min,分散均匀，即得成品，灌装待用。
8.一种如权利要求1所述的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆的应用，其特征在于：将制备成的掺杂改性石墨烯的太阳能电池正面银浆，通过360目丝网印刷在规格125mm×125mm的单晶硅片上形成电极膜，进马弗炉烧结，峰值温度780℃，待用。
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