CN108665998A - 一种易烧结太阳能电池导电浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种易烧结太阳能电池导电浆料及其制备方法，由以下重量份的原料制备而成：改性银包铝纳米粉55‑80份、玻璃粉6‑13份、有机硅改性聚氨酯树脂7‑16份、氯醋树脂5‑12份、聚甲基丙烯酸酯6‑12份、甲基乙醇胺2‑5份、单硬脂酸甘油酯3‑7份、聚丙二醇二缩水甘油醚4‑9份、二乙二醇丁醚5‑10份、丙二醇苯醚醋酸酯2‑7份、松香水3‑10份、乙撑双硬脂酰胺1‑5份、浸润剂3‑8份。本发明制得的导电浆料的软化温度较低，同时具有优异的电极拉力和较高的光电转化效率。因此，作为导电浆料应用在太阳能电池的电极，具有重要的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电浆料，具体涉及一种易烧结太阳能电池导电浆料及其制备方法。
背景技术
随着化石能源的日趋枯竭，能源问题已成为影响人类生存和发展的制约因素，并且化石能源具有污染问题。太阳能是一种可再生清洁能源。太阳能电池是利用太阳能的重要途径，而导电浆料是制造太阳能电池的关键原材料。
导电浆料对于电路印刷的成品率有很大影响，例如粘度、粘结性、附着力、流平性、成膜性、溶剂的挥发性等都会对电路的印刷性能造成影响，出现气孔，断路等现象，还有些时候会出现有机物挥发完成之后玻璃相尚未开始融化，导致导电线路从承印物上脱落的现象，使导电线路报废，因此导电浆料的原料组成以及烧结性能需要提高。
导电浆料如果熔点过高，也出现有机物挥发完成之后玻璃相尚未开始融化，导致导电线路从承印物上脱落的现象，使导电线路报废，影响电极质量。因为太阳能电池中使用的晶体硅对温度极为敏感，烧结温度的升高会导致晶体硅在烧结过程中性质劣化的程度大幅度的增加，
导致太阳能电池成品率下降，低效片增多。而且，烧结的温度过高还会引起电极和基板之间
的应力变大，降低太阳能电池的品质及光电转化效率。因此改进导电浆料的原料组成，是改善浆料烧结性能的关键因素。
发明内容
为了解决以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种易烧结太阳能电池导电浆料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种易烧结太阳能电池导电浆料，由以下重量份的原料制备而成：改性银包铝纳米粉55-80份、玻璃粉6-13份、有机硅改性聚氨酯树脂7-16份、氯醋树脂5-12份、聚甲基丙烯酸酯6-12份、甲基乙醇胺2-5份、单硬脂酸甘油酯3-7份、聚丙二醇二缩水甘油醚4-9份、二乙二醇丁醚5-10份、丙二醇苯醚醋酸酯2-7份、松香水3-10份、乙撑双硬脂酰胺1-5份、浸润剂3-8份；
所述玻璃粉的组成为：Co2O3、TiO2、BaO、MgO、B2O3，其质量比为（5-10）:（3-9）:（8-16）:（6-12）:（10-30）。
优选的，本发明所述的一种易烧结太阳能电池导电浆料，由以下重量份的原料制备而成：改性银包铝纳米粉68份、玻璃粉9.5份、有机硅改性聚氨酯树脂12份、氯醋树脂8.5份、聚甲基丙烯酸酯9份、甲基乙醇胺3.5份、单硬脂酸甘油酯5份、聚丙二醇二缩水甘油醚6.5份、二乙二醇丁醚8份、丙二醇苯醚醋酸酯5份、松香水6.5份、乙撑双硬脂酰胺3份、浸润剂6份；
所述玻璃粉的组成为：Co2O3、TiO2、BaO、MgO、B2O3，其质量比为7.5:6:12:9:20。
进一步的，所述有机硅改性聚氨酯树脂的制备方法为：称取5份聚醚二元醇，放置在80℃的水浴锅中预热30min，在搅拌的状态下依次加入8份 2,4-甲苯二异氰酸酯、终浓度为10wt%的二月桂酸二丁基锡催化剂，在80℃的条件下继续搅拌2h，制得高粘度聚氨酯预聚体；向聚氨酯预聚体中依次加入10份二甲基硅油、3份一缩二乙二醇、5份三羟甲基丙醇，在70℃的条件的不断搅拌2h，即得有机硅改性聚氨酯树脂。
优选的，所述浸润剂为质量比为（1-3）:2:（2-4）:1的蓖麻油酸锌、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯乳液、钛酸酯偶联剂。
本发明所述的一种高性能导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
（1）玻璃粉的制备：按重量份称取各原料，均匀混合于瓷坩埚中，在马弗炉内熔制，首先升温至550-650℃，保温1h，然后再升温至1100-1200℃熔融1-2h，将熔融后的玻璃水淬得到玻璃粗粒，并用球磨使玻璃粉平均粒径为≤5μm；
（2）将有机硅改性聚氨酯树脂、氯醋树脂、聚甲基丙烯酸酯、甲基乙醇胺、单硬脂酸甘油酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇丁醚、丙二醇苯醚醋酸酯按照相应重量份进行混合，在搅拌的状态下加热至95-130℃；搅拌1-2h后将温度降至40-50℃，依次加入松香水、乙撑双硬脂酰胺、浸润剂，继续搅拌1-2h，直至反应体系形成均质溶液，制得有机粘合剂；
（3）将改性银包铝纳米粉、玻璃粉、有机粘合剂加入真空搅拌机中搅拌2h，形成均匀混合物，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤5μm，再经500目丝网过滤得到易烧结太阳能电池导电浆料。
进一步的，本发明制得的导电浆料的粘度为50-70Pa·s。
有益效果：本发明提供了一种易烧结太阳能电池导电浆料及其制备方法，将制得的导电浆料进行性能测试，通过测试结果得出，本发明的导电银浆料具有良好的导电特性，作为太阳能电池的电极印刷后电阻较低，光电转化效率得到极大的提高，同时改性银包铝纳米粉对导电浆料导电性能的提高具有重要的作用，改性后的银包铜纳米粉具有良好的生物相容性，提高了纳米粉在体系中的分散性和均匀度，同时改性银包铝纳米粉相较单独的银浆料具有更好的抗氧化性和稳定性，从而提供更加稳定的电流传输。通过对电极的拉力测试结果得出，电极拉力不小于5N，对于太阳能电池中应用该银浆料印刷电极具有重要意义。通过对软化温度的测试得出，导电浆料的软化温度较低，因此，其烧结温度亦相对较低。有机硅改性聚氨酯树脂的添加对电极拉力和导电浆料软化温度具有进一步的改善作用，在提高电极力学性能的同时，能够更好的减少电极烧结过程中烧结温度过高导致的损伤，能够提高太阳能电池的光电转化效率。因此，作为导电浆料应用在太阳能电池的电极，具有重要的实用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
以下实施例以及对比例所述改性银包铝纳米粉的制备方法为：
将10g球形铝纳米微粒中加入10mL 10wt%的硝酸银溶液，然后向溶液中加入1-3mL质量分数为1%的抗坏血酸溶液，在室温下搅拌反应1h，通过离心去除上清液收集下层沉淀颗粒；
将2g聚丙烯酸钠/聚乙烯吡咯烷酮加入1mL甲醇溶液中，形成混合物A，将混合物A加入到沉淀颗粒中将颗粒进行重悬，在氮气的环境下剧烈搅拌1h，通过离心去除上层溶液，使用去离子水清洗2-3次，最后再用10mL甲醇清洗一次，通过离心收集沉淀颗粒，然后将收集的沉淀颗粒置于真空环境烘干，即得改性银包铝纳米粉。
以下实施例以及对比例所述有机硅改性聚氨酯树脂的制备方法为：称取5份聚醚二元醇，放置在80℃的水浴锅中预热30min，在搅拌的状态下依次加入8份2,4-甲苯二异氰酸酯、终浓度为10wt%的二月桂酸二丁基锡催化剂，在80℃的条件下继续搅拌2h，制得高粘度聚氨酯预聚体；向聚氨酯预聚体中依次加入10份二甲基硅油、3份一缩二乙二醇、5份三羟甲基丙醇，在70℃的条件的不断搅拌2h，即得有机硅改性聚氨酯树脂。
实施例1
一种易烧结太阳能电池导电浆料，由以下重量份的原料制备而成：改性银包铝纳米粉68份、玻璃粉9.5份、有机硅改性聚氨酯树脂12份、氯醋树脂8.5份、聚甲基丙烯酸酯9份、甲基乙醇胺3.5份、单硬脂酸甘油酯5份、聚丙二醇二缩水甘油醚6.5份、二乙二醇丁醚8份、丙二醇苯醚醋酸酯5份、松香水6.5份、乙撑双硬脂酰胺3份、浸润剂6份；
所述玻璃粉的组成为：Co2O3、TiO2、BaO、MgO、B2O3，其质量比为7.5:6:12:9:20。
所述浸润剂为质量比为2:2:3:1的蓖麻油酸锌、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯乳液、钛酸酯偶联剂。
本发明所述的一种高性能导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
（1）玻璃粉的制备：按重量份称取各原料，均匀混合于瓷坩埚中，在马弗炉内熔制，首先升温至600℃，保温1h，然后再升温至1150℃熔融1.8h，将熔融后的玻璃水淬得到玻璃粗粒，并用球磨使玻璃粉平均粒径为≤5μm；
（2）将有机硅改性聚氨酯树脂、氯醋树脂、聚甲基丙烯酸酯、甲基乙醇胺、单硬脂酸甘油酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇丁醚、丙二醇苯醚醋酸酯按照相应重量份进行混合，在搅拌的状态下加热至110℃；搅拌1.5h后将温度降至45℃，依次加入松香水、乙撑双硬脂酰胺、浸润剂，继续搅拌1.5h，直至反应体系形成均质溶液，制得有机粘合剂；
（3）将改性银包铝纳米粉、玻璃粉、有机粘合剂加入真空搅拌机中搅拌2h，形成均匀混合物，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤5μm，再经500目丝网过滤得到易烧结太阳能电池导电浆料。
实施例2
一种易烧结太阳能电池导电浆料，由以下重量份的原料制备而成：改性银包铝纳米粉55份、玻璃粉6份、有机硅改性聚氨酯树脂7份、氯醋树脂5份、聚甲基丙烯酸酯6份、甲基乙醇胺2份、单硬脂酸甘油酯3份、聚丙二醇二缩水甘油醚4份、二乙二醇丁醚5份、丙二醇苯醚醋酸酯2份、松香水3份、乙撑双硬脂酰胺1份、浸润剂3份；
所述玻璃粉的组成为：Co2O3、TiO2、BaO、MgO、B2O3，其质量比为5:3:8:6:10。
所述浸润剂为质量比为1:2:2:1的蓖麻油酸锌、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯乳液、钛酸酯偶联剂。
本发明所述的一种高性能导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
（1）玻璃粉的制备：按重量份称取各原料，均匀混合于瓷坩埚中，在马弗炉内熔制，首先升温至550℃，保温1h，然后再升温至1100℃熔融1h，将熔融后的玻璃水淬得到玻璃粗粒，并用球磨使玻璃粉平均粒径为≤5μm；
（2）将有机硅改性聚氨酯树脂、氯醋树脂、聚甲基丙烯酸酯、甲基乙醇胺、单硬脂酸甘油酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇丁醚、丙二醇苯醚醋酸酯按照相应重量份进行混合，在搅拌的状态下加热至95℃；搅拌1h后将温度降至40℃，依次加入松香水、乙撑双硬脂酰胺、浸润剂，继续搅拌1h，直至反应体系形成均质溶液，制得有机粘合剂；
（3）将改性银包铝纳米粉、玻璃粉、有机粘合剂加入真空搅拌机中搅拌2h，形成均匀混合物，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤5μm，再经500目丝网过滤得到易烧结太阳能电池导电浆料。
实施例3
一种易烧结太阳能电池导电浆料，由以下重量份的原料制备而成：改性银包铝纳米粉55-80份、玻璃粉8份、有机硅改性聚氨酯树脂10份、氯醋树脂8份、聚甲基丙烯酸酯8份、甲基乙醇胺3份、单硬脂酸甘油酯4份、聚丙二醇二缩水甘油醚5份、二乙二醇丁醚6份、丙二醇苯醚醋酸酯4份、松香水5份、乙撑双硬脂酰胺3份、浸润剂5份；
所述玻璃粉的组成为：Co2O3、TiO2、BaO、MgO、B2O3，其质量比为6:5:10:8:15。
所述浸润剂为质量比为1.5:2:2.5:1的蓖麻油酸锌、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯乳液、钛酸酯偶联剂。
本发明所述的一种高性能导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
（1）玻璃粉的制备：按重量份称取各原料，均匀混合于瓷坩埚中，在马弗炉内熔制，首先升温至580℃，保温1h，然后再升温至1120℃熔融1.4h，将熔融后的玻璃水淬得到玻璃粗粒，并用球磨使玻璃粉平均粒径为≤5μm；
（2）将有机硅改性聚氨酯树脂、氯醋树脂、聚甲基丙烯酸酯、甲基乙醇胺、单硬脂酸甘油酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇丁醚、丙二醇苯醚醋酸酯按照相应重量份进行混合，在搅拌的状态下加热至105℃；搅拌1.3h后将温度降至43℃，依次加入松香水、乙撑双硬脂酰胺、浸润剂，继续搅拌1.3h，直至反应体系形成均质溶液，制得有机粘合剂；
（3）将改性银包铝纳米粉、玻璃粉、有机粘合剂加入真空搅拌机中搅拌2h，形成均匀混合物，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤5μm，再经500目丝网过滤得到易烧结太阳能电池导电浆料。
实施例4
一种易烧结太阳能电池导电浆料，由以下重量份的原料制备而成：改性银包铝纳米粉80份、玻璃粉13份、有机硅改性聚氨酯树脂16份、氯醋树脂12份、聚甲基丙烯酸酯12份、甲基乙醇胺5份、单硬脂酸甘油酯7份、聚丙二醇二缩水甘油醚9份、二乙二醇丁醚10份、丙二醇苯醚醋酸酯7份、松香水10份、乙撑双硬脂酰胺5份、浸润剂8份；
所述玻璃粉的组成为：Co2O3、TiO2、BaO、MgO、B2O3，其质量比为10:9:16:12:30。
所述浸润剂为质量比为3:2:4:1的蓖麻油酸锌、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯乳液、钛酸酯偶联剂。
本发明所述的一种高性能导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
（1）玻璃粉的制备：按重量份称取各原料，均匀混合于瓷坩埚中，在马弗炉内熔制，首先升温至650℃，保温1h，然后再升温至1200℃熔融2h，将熔融后的玻璃水淬得到玻璃粗粒，并用球磨使玻璃粉平均粒径为≤5μm；
（2）将有机硅改性聚氨酯树脂、氯醋树脂、聚甲基丙烯酸酯、甲基乙醇胺、单硬脂酸甘油酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇丁醚、丙二醇苯醚醋酸酯按照相应重量份进行混合，在搅拌的状态下加热至130℃；搅拌2h后将温度降至50℃，依次加入松香水、乙撑双硬脂酰胺、浸润剂，继续搅拌2h，直至反应体系形成均质溶液，制得有机粘合剂；
（3）将改性银包铝纳米粉、玻璃粉、有机粘合剂加入真空搅拌机中搅拌2h，形成均匀混合物，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤5μm，再经500目丝网过滤得到易烧结太阳能电池导电浆料。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1中添加的是未改性的银包铜纳米粉。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2中未添加有机硅改性聚氨酯树脂。
将实施例1-4与对比例1-2的技术方案进行以下性能测试，测试结果如表1所示：
通过测试结果可见，本发明的导电浆料具有良好的导电特性，作为太阳能电池的电极印刷后电阻较低，光电转化效率得到极大的提高，同时改性银包铝纳米粉对导电浆料的导电性能的提高具有重要的作用。通过对电极的拉力测试结果得出，电极拉力不小于5N，对于太阳能电池中应用该浆料印刷电极具有重要意义。通过对软化温度的测试得出，导电浆料的软化温度较低，因此，其烧结温度亦相对较低。有机硅改性聚氨酯树脂的添加对电极拉力和导电浆料软化温度具有进一步的改善作用，在提高电极力学性能的同时，能够更好的减少电极烧结过程中烧结温度过高导致的损伤，能够提高太阳能电池的光电转化效率。
表1
Claims (6)
1.一种易烧结太阳能电池导电浆料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：改性银包铝纳米粉55-80份、玻璃粉6-13份、有机硅改性聚氨酯树脂7-16份、氯醋树脂5-12份、聚甲基丙烯酸酯6-12份、甲基乙醇胺2-5份、单硬脂酸甘油酯3-7份、聚丙二醇二缩水甘油醚4-9份、二乙二醇丁醚5-10份、丙二醇苯醚醋酸酯2-7份、松香水3-10份、乙撑双硬脂酰胺1-5份、浸润剂3-8份；
所述玻璃粉的组成为：Co2O3、TiO2、BaO、MgO、B2O3，其质量比为（5-10）:（3-9）:（8-16）:（6-12）:（10-30）。
2.根据权利要求1所述的一种易烧结太阳能电池导电浆料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：改性银包铝纳米粉68份、玻璃粉9.5份、有机硅改性聚氨酯树脂12份、氯醋树脂8.5份、聚甲基丙烯酸酯9份、甲基乙醇胺3.5份、单硬脂酸甘油酯5份、聚丙二醇二缩水甘油醚6.5份、二乙二醇丁醚8份、丙二醇苯醚醋酸酯5份、松香水6.5份、乙撑双硬脂酰胺3份、浸润剂6份；
所述玻璃粉的组成为：Co2O3、TiO2、BaO、MgO、B2O3，其质量比为7.5:6:12:9:20。
3.根据权利要求1所述的一种易烧结太阳能电池导电浆料，其特征在于，所述有机硅改性聚氨酯树脂的制备方法为：称取5份聚醚二元醇，放置在80℃的水浴锅中预热30min，在搅拌的状态下依次加入8份 2,4-甲苯二异氰酸酯、终浓度为10wt%的二月桂酸二丁基锡催化剂，在80℃的条件下继续搅拌2h，制得高粘度聚氨酯预聚体；向聚氨酯预聚体中依次加入10份二甲基硅油、3份一缩二乙二醇、5份三羟甲基丙醇，在70℃的条件的不断搅拌2h，即得有机硅改性聚氨酯树脂。
4.根据权利要求1所述的一种易烧结太阳能电池导电浆料，其特征在于，所述浸润剂为质量比为（1-3）:2:（2-4）:1的蓖麻油酸锌、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚丙烯乳液、钛酸酯偶联剂。
5.权利要求1-4任一项所述的易烧结太阳能电池导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）玻璃粉的制备：按重量份称取各原料，均匀混合于瓷坩埚中，在马弗炉内熔制，首先升温至550-650℃，保温1h，然后再升温至1100-1200℃熔融1-2h，将熔融后的玻璃水淬得到玻璃粗粒，并用球磨使玻璃粉平均粒径为≤5μm；
（2）将有机硅改性聚氨酯树脂、氯醋树脂、聚甲基丙烯酸酯、甲基乙醇胺、单硬脂酸甘油酯、聚丙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇丁醚、丙二醇苯醚醋酸酯按照相应重量份进行混合，在搅拌的状态下加热至95-130℃；搅拌1-2h后将温度降至40-50℃，依次加入松香水、乙撑双硬脂酰胺、浸润剂，继续搅拌1-2h，直至反应体系形成均质溶液，制得有机粘合剂；
（3）将改性银包铝纳米粉、玻璃粉、有机粘合剂加入真空搅拌机中搅拌2h，形成均匀混合物，再经三辊轧机研磨分散，研磨成均质浆料，控制刮板精细度≤5μm，再经500目丝网过滤得到易烧结太阳能电池导电浆料。
6.根据权利要求5所述的易烧结太阳能电池导电浆料的制备方法，其特征在于，制得的导电浆料的粘度为50-70Pa·s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181016 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |