CN106297954A - 太阳能电池用电极浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电池电极材料，公开了一种太阳能电池用电极浆料。按照重量分数计，所述浆料原料组成为：片状锌粉40‑60份、球状铜粉5‑10份、银包铝合金粉10‑20份、磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料1‑5份，有机粘结剂10‑15份，玻璃粉1‑8份、表面活性剂1‑5份及触变剂0.5‑2份。本发明还公开了所述电极浆料的制备方法。本发明所得的电极浆料不含铅，完全符合环保要求，应用于太阳能电池的生产，能在太阳能电池表面形成附着力强、电池光电转换效率高，同时本发明工艺简单，成本低，因而具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光电池电极材料，尤其涉及太阳能电池用电极浆料及其制备方法。
背景技术
随着工业发展及人类活动的增加，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生的矿物能源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题已成为影响人类生存和发展的关键问题之一。不仅如此，由燃烧矿物能源产生的温室气体加快了全球变暖的步伐，使各种自然灾害频繁发生，因此开发利用新型的、环保的、可再生能源已是当务之急。太阳能电池可以直接将光能转化为电能，是一种可以有效利用太阳能的方式，也是重要的可再生清洁能源。近十年来，在快速发展的光伏产业中，高效率及低成本一直是两个主要竞争点，晶体硅作为当前最主要的太阳能电池材料，凭借其电池的高效稳定一直占据着光伏市场的大部分份额。太阳能电池用电极浆料是制作光电太阳能电池重要的基础材料。
目前，电极浆料普遍存在太阳能电池表面附着力差、电池光电转换效率及导电能力低下的特点。而随着能源与环境危机的压力，使市场对高效率、低成本的太阳能电池的需求越发迫切。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供太阳能电池用电极浆料的制备方法。本发明的电极浆料具有在太阳能电池表面附着力强、电池光电转换效率及导电能力优良的特点。
本发明采用的技术方案如下：
太阳能电池用电极浆料的制备方法，按照重量分数计，所述浆料原料组成为： 片状锌粉40-60份、球状铜粉5-10份、银包铝合金粉10-20份、磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料1-5份，有机粘结剂10-15份，玻璃粉1-8份、表面活性剂1-5份及触变剂0.5-2份。
进一步地，所述球状铜粉的直径为50-100nm。
进一步地，所述银包铝合金粉为直径为5-8μm的球形颗粒。
进一步地，所述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料的制备方法为：
（1）先将碳纳米纤维5-10份超声分散于乙醇与水的体积比为1:1的混合溶剂400-500份中，形成碳纳米纤维分散液；
（2）再向碳纳米纤维分散液中分别加入磷酸铁锂50-100份，加热搅拌形成浆液，冷却至室温后超声分散10-20min，移入真空干燥箱中放置15-20h，然后抽真空并加热至50-70℃，直至浆液中的溶剂挥发完全，得到复合材料；
（3）将经步骤（2）处理过的复合材料在马弗炉中300-400℃预烧5-7h，再在700-800℃下焙烧5-7h，得到所述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料。
进一步地，所述有机粘结剂由质量比为1:10-15的高分子树脂及有机溶剂组成。
进一步地，所述高分子树脂为氢化松香树脂或丙烯酸树脂。
进一步地，所述有机溶剂为乙二醇丁醚或丁基卡必醇醋酸酯。
进一步地，所述表面活性剂为卵磷脂或烷酸辛，所述触变剂为硅藻土或膨润土。
更进一步地，本发明还提供了所述的太阳能电池用电极浆料的制备方法，所述制备方法为：先按比例将磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料、有机粘结剂、表面活性剂及触变剂混合在一起，得到粘稠浆；再按比例将片状锌粉、球状铜粉、银包铝合金粉和玻璃粉添加入粘稠浆中，混合均匀，然后用三辊研磨机研磨，得到所述电极浆料。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
（1）本发明同时选用了不同形状的锌粉、铜粉和银包铝合金粉，增加粒子间的接触面积，从而提高了浆料的导电能力；与现有技术相比，有效减少了价格较为昂贵的银粉的使用量，有效降低了电极浆料的材料成本；且由于片状锌粉与纳米级的球状铜粉和微米级的银包镍合金粉能够互相填充银粉间隙，从而增加了导电通路以形成导电网络，可进一步降低电极浆料烧成电极材料的体积电阻率；
（2）本发明在电极浆料中添加了磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料，通过碳纳米纤维改善颗粒与颗粒之间的接触，强化了导电网络，从而提高浆料的导电能力；
（3）本发明在电极浆料中添加了有机粘结剂，可以改善功能导电粉之间的粘结混合性，同时提高浆料在太阳能电池表面的附着力；
（4）本发明所得的电极浆料不含铅，完全符合环保要求，应用于太阳能电池的生产，能在太阳能电池表面形成附着力强、电池光电转换效率高，同时本发明工艺简单，成本低，因而具有广阔的应用前景。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
先制备磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料：
（1）先将碳纳米纤维5份超声分散于乙醇与水的体积比为1:1的混合溶剂400份中，形成碳纳米纤维分散液；
（2）再向碳纳米纤维分散液中加入磷酸铁锂50份，加热搅拌形成浆液，冷却至室温后超声分散20min，移入真空干燥箱中放置15h，然后抽真空并加热至70℃，直至浆液中的溶剂挥发完全，得到复合材料；
（3）将经步骤（2）处理过的复合材料在马弗炉中300℃预烧7h，再在800℃下焙烧5h，得到所述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料。
再制备本发明的太阳能电池用电极浆料，先分别称取片状锌粉40份、直径为50nm的球状铜粉10份、直径为5μm银包铝合金粉球形颗粒10份、磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料5份，氢化松香树脂1份，乙二醇丁醚14份，玻璃粉8份、卵磷脂5份及硅藻土0.5份；按比例将上述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料、氢化松香树脂、乙二醇丁醚、卵磷脂及硅藻土混合在一起，得到粘稠浆；再按比例将片状锌粉、球状铜粉、银包铝合金粉和玻璃粉添加入粘稠浆中，混合均匀，然后用三辊研磨机研磨，得到所述电极浆料。
将制备得到的电极浆料采用丝网印刷机印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在180℃干燥，再在880℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷；再对实施例的电极浆料及相应电极的性能进行测试，其中粘度为38Pa•S，触变系数为3.7，银膜表面电阻率为1.9mΩ/S，界面附着力为163N/(2×2)mm2，光电转换率为18.1%。
实施例2
先制备磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料：
（1）先将碳纳米纤维10份超声分散于乙醇与水的体积比为1:1的混合溶剂500份中，形成碳纳米纤维分散液；
（2）再向碳纳米纤维分散液中加入磷酸铁锂100份，加热搅拌形成浆液，冷却至室温后超声分散10min，移入真空干燥箱中放置20h，然后抽真空并加热至50℃，直至浆液中的溶剂挥发完全，得到复合材料；
（3）将经步骤（2）处理过的复合材料在马弗炉中400℃预烧5h，再在800℃下焙烧5h，得到所述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料。
再制备本发明的太阳能电池用电极浆料，先分别称取片状锌粉60份、直径为100nm的球状铜粉5份、直径为8μm银包铝合金粉球形颗粒20份、磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料1份，丙烯酸树脂0.5份，丁基卡必醇醋酸酯7份，玻璃粉8份、烷酸辛5份及膨润土0.5份；按比例将上述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料、丙烯酸树脂、丁基卡必醇醋酸酯、烷酸辛及膨润土混合在一起，得到粘稠浆；再按比例将片状锌粉、球状铜粉、银包铝合金粉和玻璃粉添加入粘稠浆中，混合均匀，然后用三辊研磨机研磨，得到所述电极浆料。
将制备得到的电极浆料采用丝网印刷机印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在180℃干燥，再在880℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷；再对实施例的电极浆料及相应电极的性能进行测试，其中粘度为36Pa•S，触变系数为3.8，银膜表面电阻率为2.1mΩ/S，界面附着力为160N/(2×2)mm2，光电转换率为17.8%。
实施例3
先制备磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料：
（1）先将碳纳米纤维8份超声分散于乙醇与水的体积比为1:1的混合溶剂450份中，形成碳纳米纤维分散液；
（2）再向碳纳米纤维分散液中加入磷酸铁锂80份，加热搅拌形成浆液，冷却至室温后超声分散15min，移入真空干燥箱中放置18h，然后抽真空并加热至70℃，直至浆液中的溶剂挥发完全，得到复合材料；
（3）将经步骤（2）处理过的复合材料在马弗炉中350℃预烧6h，再在750℃下焙烧6h，得到所述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料。
再制备本发明的太阳能电池用电极浆料，先分别称取片状锌粉50份、直径为80nm的球状铜粉8份、直径为8μm银包铝合金粉球形颗粒15份、磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料3份，丙烯酸树脂0.5份，丁基卡必醇醋酸酯7份，玻璃粉6份、烷酸辛3份及膨润土1份；按比例将上述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料、丙烯酸树脂、丁基卡必醇醋酸酯、烷酸辛及膨润土混合在一起，得到粘稠浆；再按比例将片状锌粉、球状铜粉、银包铝合金粉和玻璃粉添加入粘稠浆中，混合均匀，然后用三辊研磨机研磨，得到所述电极浆料。
将制备得到的电极浆料采用丝网印刷机印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在180℃干燥，再在880℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷；再对实施例的电极浆料及相应电极的性能进行测试，其中粘度为47Pa•S，触变系数为4.1，银膜表面电阻率为2.1mΩ/S，界面附着力为156N/(2×2)mm2，光电转换率为17.8%。
实施例4
先制备磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料：
（1）先将碳纳米纤维8份超声分散于乙醇与水的体积比为1:1的混合溶剂450份中，形成碳纳米纤维分散液；
（2）再向碳纳米纤维分散液中加入磷酸铁锂80份，加热搅拌形成浆液，冷却至室温后超声分散15min，移入真空干燥箱中放置18h，然后抽真空并加热至70℃，直至浆液中的溶剂挥发完全，得到复合材料；
（3）将经步骤（2）处理过的复合材料在马弗炉中350℃预烧6h，再在750℃下焙烧6h，得到所述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料。
再制备本发明的太阳能电池用电极浆料，先分别称取片状锌粉60份、直径为100nm的球状铜粉5份、直径为8μm银包铝合金粉球形颗粒20份、磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料1份，丙烯酸树脂0.5份，丁基卡必醇醋酸酯7份，玻璃粉8份、烷酸辛5份及膨润土0.5份；按比例将上述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料、丙烯酸树脂、丁基卡必醇醋酸酯、烷酸辛及膨润土混合在一起，得到粘稠浆；再按比例将片状锌粉、球状铜粉、银包铝合金粉和玻璃粉添加入粘稠浆中，混合均匀，然后用三辊研磨机研磨，得到所述电极浆料。
将制备得到的电极浆料采用丝网印刷机印刷于125mm×125mm Si基板上，然后在180℃干燥，再在880℃进行快速烧制电极引线，高温烧结后制成的电极引线表面银白，光滑无缺陷；再对实施例的电极浆料及相应电极的性能进行测试，其中粘度为35Pa•S，触变系数为4.2，银膜表面电阻率为2.5mΩ/S，界面附着力为160N/(2×2)mm2，光电转换率为17.5%。
综上，本发明实施例提供的太阳能电池电极浆料及制备方法，大大降低了材料成本，同时电池性能也得到了一定程度地提升。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种太阳能电池用电极浆料，其特征在于：按照重量分数计，所述浆料原料组成为：
片状锌粉40-60份、球状铜粉5-10份、银包铝合金粉10-20份、磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料1-5份，有机粘结剂10-15份，玻璃粉1-8份、表面活性剂1-5份及触变剂0.5-2份。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用电极浆料，其特征在于，所述球状铜粉的直径为50-100nm。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池用电极浆料，其特征在于，所述银包铝合金粉为直径为5-8μm的球形颗粒。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池用电极浆料，其特征在于，所述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料的制备方法为：
（1）先将碳纳米纤维5-10份超声分散于乙醇与水的体积比为1:1的混合溶剂400-500份中，形成碳纳米纤维分散液；
（2）再向碳纳米纤维分散液中加入磷酸铁锂50-100份，加热搅拌形成浆液，冷却至室温后超声分散10-20min，移入真空干燥箱中放置15-20h，然后抽真空并加热至50-70℃，直至浆液中的溶剂挥发完全，得到复合材料；
（3）将经步骤（2）处理过的复合材料在马弗炉中300-400℃预烧5-7h，再在700-800℃下焙烧5-7h，得到所述磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池用电极浆料，其特征在于，所述有机粘结剂由质量比为1:10-15的高分子树脂及有机溶剂组成。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池用电极浆料，其特征在于，所述高分子树脂为氢化松香树脂或丙烯酸树脂。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池用电极浆料，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇丁醚或丁基卡必醇醋酸酯。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池用电极浆料，其特征在于，所述表面活性剂为卵磷脂或烷酸辛，所述触变剂为硅藻土或膨润土。
9.根据权利要求1至8任一项权利要求所述的太阳能电池用电极浆料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：先按比例将磷酸铁锂/碳纳米纤维复合材料、有机粘结剂、表面活性剂及触变剂混合在一起，得到粘稠浆；再按比例将片状锌粉、球状铜粉、银包铝合金粉和玻璃粉添加入粘稠浆中，混合均匀，然后用三辊研磨机研磨，得到所述电极浆料。
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