CN108598190A - 一种低密度hit太阳能电池用低温银浆及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆及其制备方法，发明的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆包括低松装密度银粉、树脂单体、溶剂、以及用于树脂单体固化的引发剂。低松装密度银粉在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为30‑90%；树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为5‑60%，溶剂在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为0.1‑10%，固化引发剂在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为0.1‑5%。其有益效果是：创新性地使用低松装密度银粉制备HIT太阳能电池用低温银浆，通过对银粉尺寸、形貌和松装密度的选择，实现了在低银粉添加量的情况下制备出低密度、高导电性的HIT太阳能电池用低温银浆。在保证导电率的前提下降低银粉添加量，大幅度降低HIT太阳能电池用低温银浆的制造成本，同时由于使用了低松装密度的银粉，可以将HIT太阳能电池用低温银浆的密度降低一半以上，从而可以大幅度降低制作HIT时的低温银浆的耗量。

Description

一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆及制备方法
技术领域
本发明涉及高分子基导电材料领域，特别涉及一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是通过光生伏打效应将太阳光能直接转化为电能的光电装置。传统太阳能电池为晶体硅太阳能电池，近年来业界推出了一种异质结（Heterojunction withIntrinsic Thin-layer，简称HIT）太阳能电池。异质结技术（HIT）结合了晶硅太阳能电池片和薄膜技术的双重优势，在n型硅片的两面上沉积本征和掺杂非晶硅薄膜以及透明导电氧化物（TCO）膜层来吸收所产生的电力，由于非晶硅具有光吸收强、钝化性能出色的特点，可以实现更高的太阳能电池片转换效率，同时生产成本更低。基于HIT的太阳能电池最早由日本三洋公司于1990年成功开发，当时转换效率可达到14.5%，后来在三洋公司的不断改进下，三洋HIT电池的转换效率在2015年达到25.6%，目前国内HIT太阳能电池的量产转化效率可达23%。异质结太阳能电池的生产流程相对简单，工艺温度低，可以适应薄片化，因此可以大幅度降低电池片的制造成本。此外异质结太阳能电池还具有双面发电的特性，因此成为太阳能电池的主要发展方向。
异质结太阳能电池表面虽然有一层透明光学导电膜（TCO），但是TCO膜的体积电阻率较大，为了更好的收集产生的电子，在TCO膜表面还会印刷导电胶浆料组成的栅线。由于异质结太阳能电池中含有非晶硅钝化层，因此不能耐受高温，所以不能使用常规太阳能电池片用的太阳能浆料，必须使用在低温下固化的低温固化浆料。目前使用的低温固化浆料主要为环氧基含银的低温浆料，为了降低浆料的体积电阻率其银粉添加量通常需要达到90%，这样就使低温浆料成本过高，不利于异质结太阳能电池的大规模推广。
目前国内关于HIT太阳能电池用低温浆料的研发基本处于空白状态。日本专利公告号为JP2016131070A，公开日期为2016年07月21日的发明专利中提供了一种将球状银粉、环氧树脂单体和固化剂共混制备HIT太阳能电池用低温浆料的方法。其中使用了平均粒径2~20um，比表面积0.1~2.0平方米/克，松装密度3~10克/立方厘米的球状银粉做为导电填充材料，为了确保低温浆料的导电性，球状银粉的填充比较高达90%，这就导致制备出的HIT太阳能电池用低温浆料价格高昂。因此，寻找一种低成本、低银粉添加量的HIT太阳能电池用低温浆料仍是业界不断追求的目标。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆及其制备方法。本发明的低密度HIT太阳能电池用低温银浆及其制备方法是基于树脂单体、低松装密度银粉、溶剂和固化剂等组合的具有低银粉添加比例、高电导性、高粘接性特征的可低温固化导电浆料。
本发明提供的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆及其制备方法，包括以下技术方案：
一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆，包括低松装密度银粉，树脂单体，溶剂，以及用于树脂单体固化的引发剂。其中低松装密度银粉在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为30-90%；树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比为5-60%，溶剂在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比0.1-10%，固化引发剂在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比为0.1-5%。
其中低松装密度银粉为片状、针状或无定型银粉，松装密度在0.3~3克/立方厘米之间，低松装密度银粉在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为优选为60-88%。
其中树脂单体包括环氧类单体或丙烯酸类单体中的一种或几种的混合物，树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比优选为5-40%。
其中环氧类单体包括双酚A型环氧树脂、甘油环氧树脂、丁烯环氧树脂或环戊二烯环氧树脂中的一种或几种，环氧树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比优选为5-35%。
其中丙烯酸类单体包括甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或几种，丙烯酸树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比为5-35%。
其中固化引发剂为可在一定温度下使树脂单体产生聚合反应的活性物质，固化引发剂包括乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺，双氰胺、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧己烷、过氧化苯甲酰和过氧化2-乙基己基酸叔丁酯中的一种或几种。在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为0.2-5%。
其中溶剂包括丁基缩水甘油醚、乙酸乙酯、苯甲醇、异构烷烃的一种或几种。溶剂在HIT太阳能电池用低温银浆的重量比重小于或者等于8%。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明提供的低银粉填充比例、高电导性、高粘接力的低密度HIT太阳能电池用低温银浆，使用低松装密度的银粉做为导电材料。常规的HIT太阳能电池用低温浆料使用球形的银粉做为导电材料，由于球状银粉之间只能形成点接触，所以银粉的添加量需要达到90%（重量百分比）才能确保在浆料固化后具有较低的体积电阻率。而低松装密度银粉具有极高的长径比，在浆料中可以同时实现点接触、线接触和面接触等多种接触状态，从而在较低的添加量下就可以实现极低的体积电阻率。
低密度HIT太阳能电池用低温银浆的体积电阻率可以通过低松装密度银粉的尺寸、形貌和添加量来调控，本专利申请人经过大量的试验对低松装密度银粉的尺寸、形貌和添加量进行了选择，使得低密度HIT太阳能电池用低温银浆内部具有高效三维导电网络通道，能大幅度地降低低密度HIT太阳能电池用低温银浆的体积电阻率。由于低密度HIT太阳能电池用低温银浆中银粉的添加比例少，因此单位成本降低，比传统的单纯使用球状银粉为填料的HIT太阳能电池用低温银浆具有明显的优势，因此能满足太阳能行业中低电阻率、低成本的要求。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本实施例提供的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆，包括低松装密度银粉，树脂单体，溶剂，以及用于树脂单体固化的引发剂，其中低松装密度银粉为片状、针状或无定型银粉，松装密度在0.3~3克/立方厘米之间，低松装密度银粉在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为60-88%。
树脂单体包括环氧类单体或丙烯酸类单体中的一种或几种的混合物。环氧类单体包括双酚A型环氧树脂、甘油环氧树脂、丁烯环氧树脂或环戊二烯环氧树脂中的一种或几种，丙烯酸类单体包括甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或几种。树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比为5-35%。
固化引发剂包括乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺，双氰胺、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧己烷、过氧化苯甲酰和过氧化2-乙基己基酸叔丁酯中的一种或几种，在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比为0.2-5%。
溶剂包括丁基缩水甘油醚、乙酸乙酯、苯甲醇、异构烷烃的一种或几种。溶剂在HIT太阳能电池用低温银浆的重量比重小于或者等于8%。
环氧树脂或丙烯酸树脂等树脂单体、低松装密度银粉（片状、针状或枝状）、固化剂和溶剂等混合物在0~30℃下经双行星搅拌均匀混合得到低银粉填充比、高导电、高粘接强度的低密度HIT太阳能电池用低温银浆。
与现有技术相比，本发明采用低松装密度的银粉形成立体导电网络，使低松装密度银粉在浆料中同时实现点接触、线接触和面接触，这样的特殊结构使HIT太阳能电池用低温银浆在较低的银粉添加量下实现低的体积电阻率，从而降低HIT太阳能电池的制造成本。
下述以多个实施例对上述的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的制备方法进行描述。
实施例1
本实施例的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的制备方法为精确称量270克双酚A型环氧树脂和80克丁基缩水甘油醚并充分混合，在搅拌的条件下继续添加650克片状低松装密度银粉，其平均粒径5um，松装密度1.17克/立方厘米。在室温下搅拌30分钟确保银粉在环氧树脂中分散均匀后添4克顺丁烯二酸酐再分散1小时，低压脱泡得到低密度HIT太阳能电池用低温银浆，具体特性如下：
粘度：152,500mPa.s
粘接强度：7MPa（粘接基材为铝）
密度：1.15克/立方厘米
固化速度：12分钟（120℃）
体积电阻率：2.6×10-5Ω.cm
高温高湿（85℃，85%RH，500小时）老化后体积电阻率：3.1×10-5Ω.cm
印刷HIT电池片功率：
Isc（A） Voc（V） Pmax（W） FF ETA（%）
9.512 0.731 5.528 79.5 23.03
本实施例中所制备的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的体积电阻率远低于常规HIT太阳能电池用低温银浆材料，可以制备高效率的HIT太阳能电池片，且高温高湿老化后性能非常稳定。
实施例2
本实施例的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的制备方法为精确称量280克环戊二烯环氧树脂和60克乙酸乙酯并充分混合，在搅拌的条件下继续添加700克片状低松装密度银粉，其平均粒径13um，松装密度1.56克/立方厘米。在室温下搅拌30分钟确保银粉在环氧树脂中分散均匀后添3克二乙烯三胺再分散1小时，低压脱泡得到低密度HIT太阳能电池用低温银浆，具体特性如下：
粘度：230,000mPa.s
粘接强度：9MPa（粘接基材为铝）
密度：1.52克/立方厘米
固化速度：20分钟（120℃）
体积电阻率：1.8×10-5Ω.cm
高温高湿（85℃，85%RH，500小时）老化后体积电阻率：2.3×10-5Ω.cm
本实施例中所制备的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的体积电阻率远低于常规HIT太阳能电池用低温银浆材料，且高温高湿老化后性能非常稳定。
实施例3
本实施例的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的制备方法为精确称量300克甘油环氧树脂和50克苯甲醇并充分混合，在搅拌的条件下继续添加580克针状低松装密度银粉，其平均粒径7um，松装密度1.33克/立方厘米。在室温下搅拌30分钟确保银粉在环氧树脂中分散均匀后添3.5克邻苯二甲酸酐再分散1小时，低压脱泡得到低密度HIT太阳能电池用低温银浆，具体特性如下：
粘度：92,500mPa.s
粘接强度：6MPa（粘接基材为铝）
密度：1.28克/立方厘米
固化速度：7分钟（120℃）
体积电阻率：7.6×10-5Ω.cm
本实施例中所制备的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的体积电阻率远低于常规HIT太阳能电池用低温银浆材料。
实施例4
本实施例的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的制备方法为精确称量280克甲基丙烯酸乙酯和60克丁基缩水甘油醚并充分混合，在搅拌的条件下继续添加650克片状低松装密度银粉，其平均粒径5um，松装密度1.17克/立方厘米。在室温下搅拌30分钟确保银粉在环氧树脂中分散均匀后添2克2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧己烷再分散1小时，低压脱泡得到低密度HIT太阳能电池用低温银浆，具体特性如下：
粘度：132,000mPa.s
粘接强度：5MPa（粘接基材为铝）
密度：1.13克/立方厘米
固化速度：4分钟（120℃）
体积电阻率：1.2×10-5Ω.cm
高温高湿（85℃，85%RH，500小时）老化后体积电阻率：1.3×10-5Ω.cm
本实施例中所制备的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的体积电阻率远低于常规HIT太阳能电池用低温银浆材料，且高温高湿老化后性能非常稳定。
实施例5
本实施例的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的制备方法为精确称量170克甲基丙烯酸正丁酯和40克乙酸乙酯并充分混合，在搅拌的条件下继续添加680克枝状低松装密度银粉，其平均粒径30um，松装密度1.56克/立方厘米。在室温下搅拌30分钟确保银粉在环氧树脂中分散均匀后添2克过氧化苯甲酰再分散1小时，低压脱泡得到低密度HIT太阳能电池用低温银浆，具体特性如下：
粘度：335,000mPa.s
粘接强度：4MPa（粘接基材为铝）
密度：1.38克/立方厘米
固化速度：10分钟（120℃）
体积电阻率：5.6×10-6Ω.cm
实施例6
本实施例的低密度HIT太阳能电池用低温银浆的制备方法为精确称量280克丙烯酸异冰片酯和60克丁基缩水甘油醚并充分混合，在搅拌的条件下继续添加680克片状低松装密度银粉，其平均粒径5um，松装密度1.17克/立方厘米。在室温下搅拌30分钟确保银粉在环氧树脂中分散均匀后添2克顺丁烯二酸酐再分散1小时，低压脱泡得到低密度HIT太阳能电池用低温银浆，具体特性如下：
粘度：186,000mPa.s
粘接强度：8MPa（粘接基材为铝）
密度：1.15克/立方厘米
固化速度：3分钟（120℃）
体积电阻率：2.9×10-5Ω.cm
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆，包括低松装密度银粉、树脂单体、溶剂以及用于树脂单体固化的引发剂，其特征在于：所述低松装密度银粉在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为30-90%；树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比为5-60%，溶剂在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比0.1-10%，固化引发剂在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比为0.1-5%。
2.根据权利要求1所述的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆，其特征在于：低松装密度银粉为片状、针状或无定型银粉，松装密度在0.3~3克/立方厘米之间，低松装密度银粉在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为60-88%。
3.根据权利要求1所述的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆，其特征在于：所述树脂单体包括环氧类单体或丙烯酸类单体中的一种或几种的混合物，树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比优选为5-40%。
4.根据权利要求3所述的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆，其特征在于：所述环氧树脂单体包括双酚A型环氧树脂、甘油环氧树脂、丁烯环氧树脂和环戊二烯环氧树脂中的一种或几种，环氧树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比优选为5-35%。
5.根据权利要求3所述的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆，其特征在于：所述丙烯酸树脂单体包括甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或几种，丙烯酸树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比优选为5-35%。
6.根据权利要求1所述的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆，其特征在于：所述固化引发剂为可在一定温度下使树脂单体产生聚合反应的活性物质，在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比优选为0.2-5%。
7.根据权利要求6所述的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆料，其特征在于：所述固化引发剂包括乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺，双氰胺、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧己烷、过氧化苯甲酰和过氧化2-乙基己基酸叔丁酯中的一种或几种，所述固化剂引发剂在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比优选为0.2-4%。
8.根据权利要求1所述的一种低密度HIT太阳能电池用低温银浆，其特征在于：所述溶剂包括丁基缩水甘油醚、乙酸乙酯、苯甲醇、异构烷烃的一种或几种，溶剂在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比优选为0.5-8%。
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