CN109243669A - 一种导电正银浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用玻璃碱性制备的良好触变性的太阳能正银浆料及其制备方法，所述正银浆料由以下重量百分比的原料制得：导电相金属银粉82‑90％、水解后碱性在10‑12之间的无机相玻璃粉1‑4％、有机相载体6‑14％。其中优选，有机相载体由以下质量百分比的原料组成：树脂10‑15％，分散剂4‑7％，触变剂3‑6％，表面活性剂4‑8％，其余为溶剂。本发明制备得到的导电银浆印刷性能优良，细栅具有很好的高宽比。

Description

一种导电正银浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池浆料技术领域，具体涉及一种丝网印刷性优良、具有良好触变性的正银浆料。

背景技术

在太阳能电池中，一般选用丝网印刷工艺将正面电极印刷至硅片上，并经过干燥及烧结，形成金属电极。由于丝网印刷所需的成本少，利于实现太阳能电池工业化及规模化生产，因此，这就要求太阳能电池正面浆料具有良好的丝网印刷性，在连续及长时间印刷时，浆料能保持稳定的粘度、优异的下墨性，还需要能保证印刷后的线条具有良好的塑形性及较高的高宽比。特别是受光面金属电极(即正面电极)的高宽比会对电池的填充因子、光电转化效率等性能参数产生重要影响，这就要求导电浆料具有更大的触变指数。

适宜丝网印刷用的太阳能正面银浆一般由三部分组成：导电相、无机相和有机相。导电相为银粉，无机相为玻璃粉，有机相为载体。银粉和玻璃粉的粉体在载体中均匀的分散，载体起联接料的作用，并且提供浆料适宜的流变性，使浆料易于进行丝网印刷。

目前，浆料的印刷性和高宽比是由有机相决定的，但这两方面又是相对矛盾的。如果想追求非常好的高宽比，可以通过添加树脂、触变剂、表面活性剂或者流平剂来提高粘度和触变指数实现。

但是上述方法也存在很多问题。在利用树脂提高浆料的粘度时，往往会导致低剪切速率下的粘度和高剪切速率下的粘度等比例的上升，最终导致浆料的触变指数没有提高；而且，由于低剪切速率下的粘度升高，会导致浆料的屈服值上升，这会影响浆料的墨性。如果改变有机树脂的种类，还会对浆料的身骨产生很大影响，带来溶剂外扩、蜈蚣脚等问题。

在利用触变剂、表面活性剂等助剂提高浆料的触变性能时，虽然可以明显改善浆料的塑形，但是这些化学物质的作用原理通常是通过形成更加强大的空间网络结构来提高触变指数，往往会有粘度不稳定的情况发生。

发明内容

本发明提供一种导电正银浆料及其制备方法，本发明的导电正银浆料利用玻璃碱性制备，是一种高触变导电银浆，适合于丝网印刷制作太阳能电池，印刷性能良好，高宽比极佳。

本发明的技术方案如下：

一种导电正银浆料，由以下成分的混合组成物制得：

(A)作为导电相的金属银粉，含量为82-90wt％；

(B)水解后碱性在10-12之间的玻璃粉，含量为1-4wt％；

(C)有机相载体，含量为6-14wt％；

上述三种原料的用量之和为100％。

优选的，所述有机相载体由以下重量百分比的原料组成：树脂10-15％，分散剂4-7％，触变剂3-6％，表面活性剂4-8％，其余为溶剂，有机相载体的上述各原料用量相加为100％。

优选的，所述金属银粉的D50粒径为2.8-3.6μm，振实密度为4.8-6.4g/ml。

优选的，所述玻璃粉作为无机相，其D50粒径为1.8-3.2μm，Tg点为240-500℃。所述的水解后碱性在10-12之间，是指将玻璃粉放入水中，加热至70-90度并保持约10分钟，测试所得pH值在10-12之间。

优选的，所述树脂选自乙基纤维素、ABS树脂、丙烯酸、PVB树脂、聚丁烯中的一种或几种。所述树脂的制备方法为：将树脂粉末溶于所述溶剂中，加热搅拌至透明，得到树脂溶液。

优选的，所述溶剂选自丁基卡必醇、二乙二醇醋酸酯、二乙二醇单丁醚、邻苯二甲酸二甲酯、二乙二醇二乙醚、碳酸丙烯酯中的一种或几种。

优选的，所述分散剂选自BYK-111、12-羟基硬脂酸、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或几种。

优选的，所述触变剂选自氢化蓖麻油、聚酰胺蜡、聚乙烯蜡、气相法二氧化硅中的一种或几种。

优选的，所述表面活性剂选自聚乙二醇、硅烷偶联剂、吐温、失水山梨醇酯中的一种或几种。

本发明还提供了一种上述的导电正银浆料的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别制备有机相载体和无机相，其中，

制备有机相载体为：将树脂与触变剂、分散剂、表面活性剂和溶剂混合均匀后40-90℃加热搅拌0.2-1小时，制成均一透明的溶液，即得所述有机相载体；

制备无机相为：将银粉和玻璃粉混合后在行星式搅拌机上搅拌2-4小时，即制得所述无机相；

上述的制备有机相载体和无机相的步骤无顺序要求；

(2)制备银浆：

将上述制得的无机相和有机相载体混合搅拌后在分散机上分散均匀，在三辊机上辊至细度为5-7μm，即得所述导电正银浆料。

本发明还提供一种太阳能电池，其使用了上述的导电正银浆料。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的一种导电正银浆料，利用了玻璃的碱性进行制备，制得了高触变性的导电银浆，适合于丝网印刷制备太阳能电池；该导电银浆的特点是在导电浆料中加入水解后碱性在10-12之间的玻璃粉，可以在数天内使导电浆料高剪切速度下的粘度升高，低剪切速度下的粘度保持不变，从而提高浆料的触变性；

(2)本发明印刷性能良好，高宽比极佳，电性能更好。

具体实施方式

本发明提供了一种利用玻璃的碱性制备的高触变导电正银浆料，适合丝网印刷制作太阳能电池，印刷性能良好，高宽比极佳。该导电银浆的特点是在导电正银浆料中加入水解后碱性在10-12之间的玻璃，可以在数天内使导电浆料在高剪切速度(200rpm)下的粘度升高，在低剪切速度(10rpm)下的粘度保持不变，从而提高浆料的触变性。

在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例和对比例

以下列举实施例所用的玻璃粉A1和对比例所用的玻璃粉A2两种(但本发明不限于此)，详见下表1。

表1

	A1	A2(A1的对比例)
			水解后pH	10-12	<10

以上所用的玻璃粉的各组成成分及其含量，详见下表2(单位：重量百分比，wt％)，但本发明不限于此。

表2

	TeO<sub>2</sub>	Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>	Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	ZnO	SiO<sub>2</sub>	WO<sub>3</sub>	MgO	PbO
									A1	56.78	13.12	2.11	5.23	4.16	6.58	3.45	8.57
A2	47.88	6.45	5.45	4.56	3.78	5.89	6.89	19.1

A1玻璃粉的D50粒径范围为1.9-2.2μm，Tg为260℃。A2玻璃粉的D50粒径为2.1-2.9μm，Tg点为280℃。

本实施例中所使用的有机相载体的配方例举以下实施例Z1-Z3三种实施方式(但不限于此)，详见下表3。

表3(单位：重量百分比，wt％)

	Z1	Z2	Z3
				乙基纤维素(树脂)	6.22	7.35	9.21
丙烯酸树脂(树脂)	7.05	6.88	5.79
				氢化蓖麻油(触变剂)	3.37	3	4.49
聚乙二醇(表面活性剂)	4.49	4.4	4.49
				BYK111(分散剂)	5.62	5.49	5.62
丁基卡必醇(溶剂)	50.56	49.45	46.05
				二乙二醇醋酸酯(溶剂)	22.69	24.43	24.35

本发明实施例及对比例所用的银粉D50粒径为2.8-3.55μm，振实密度为5.2g/ml。

本发明实施例T1、T3、T5及对比例D2、D4、D6的正银浆料的原料配比详见下表4。

表4(单位：重量百分比，wt％)

本发明以上实施例及对比例的正银浆料的制备方法按下述步骤进行：

(1)制备有机相载体

将上述树脂与触变剂、分散剂、表面活性剂和溶剂混合均匀后40-90℃加热搅拌0.2-1小时，制成均一透明的溶液，即得所述有机相载体。

(2)制备无机相

将银粉和玻璃粉混合后在行星式搅拌机上搅拌2-4小时，即得所述无机相。

(3)制备银浆

将无机相和有机相混合搅拌后在分散机上分散均匀，在三辊机上辊至细度为5-7μm。

以上实施例虽然按照先制备有机相、再制备无机相的步骤进行，但本发明对制备有机相和无机相的步骤没有限定，两者可同时进行，或者选择任意的先后顺序。

导电正银浆料性能测试结果：

1)粘度测试：

利用Brookfield RVDV-Ⅱ+Pro型锥板粘度计(选用CP-52号转子)测量实施例和对比例的导电正银浆料在不同转速下的表观粘度，测试温度为25℃(室温)。测试结果见下表5。

表5

从表5的测试结果可见，实施例中使用水解后pH>10的玻璃粉在相同的有机相载体中做成的浆料在高转速(200rpm)下的粘度明显更高，证明本发明的导电正银浆料在高剪切速度下的粘度升高(200rpm)，同时在低剪切速度下的粘度保持不变(10rpm)。虽然高转速下实施例和对比例的表观粘度之间的差值与低转速下实施例和对比例的表观粘度之间的差值相比较小，但是这是由于，对于导电浆料技术领域而言，高转速下的粘度数值上升4-5就是很大的变化，而低速下的粘度数值上升或下降10-30只是正常波动范围，因此上述表5的测试结果能够证明本发明上述实施例的导电正银浆料在高剪切速度下的粘度升高，而且粘度在一段时间内能够保持稳定。出现上述现象是因为，正银浆料是非牛顿流体，是由非牛顿流体的流变学性质决定的。

2)高宽比测试

将使用上述实施例和对比例的导电正银浆料烧结好的电池片的银电极用肖恩氏激光扫描量测仪进行高度和宽度的测试，然后测量银电极的高度和宽度，测量结果见下表6(网版参数：360-16-22-13-27)。

表6

	高度(μm)	平面宽度(μm)	高宽比
				T1	18	36	0.5
D2	16	38	0.42
				T3	19	34	0.56
D4	16	36	0.44
				T5	16	40	0.4
D6	15	41	0.36

从表6的测试结果可见，与对比例相比，本发明实施例的导电正银浆料的高宽比更大。

3)电性能测试：

a、将制备好的导电浆料，印刷在125×125mm，厚度为180μm的硅基片上，印刷图形为太阳能电池单次印刷图形，印刷厚度为200μm。

b、将印刷好的样品进烧结炉进行烧结。

c、用I-V测试仪测试电池片的电性能，测试三次，取平均值。

本发明实施例和对比例的电性能测试结果见下表7。

表7

对比以上实施例及对比例的所有测试结果可见，与对比例相比，本发明的导电正银浆料在高剪切速度下的粘度升高，且一段时间内粘度稳定，低剪切速度下的粘度保持不变，并且高宽比极佳，电性能良好。

在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (10)

1.一种导电正银浆料，其特征在于，由以下成分的混合组成物制得：

(A)作为导电相的金属银粉，含量为82-90wt％；

(B)水解后碱性在10-12之间的玻璃粉，含量为1-4wt％；

(C)有机相载体，含量为6-14wt％；

上述三种原料的用量之和为100％。

2.根据权利要求1所述的导电正银浆料，其特征在于，所述有机相载体由以下重量百分比的原料组成：树脂10-15％，分散剂4-7％，触变剂3-6％，表面活性剂4-8％，其余为溶剂，上述有机相载体的各原料用量相加为100％。

3.根据权利要求1所述的导电正银浆料，其特征在于，所述金属银粉的D50粒径为2.8-3.6μm，振实密度为4.8-6.4g/ml，含量为82-90wt％。

4.根据权利要求1所述的导电正银浆料，其特征在于，所述玻璃粉的D50粒径为1.8-3.2μm，Tg点为240-500℃。

5.根据权利要求2所述的导电正银浆料，其特征在于，所述树脂选自乙基纤维素、ABS树脂、丙烯酸、PVB树脂、聚丁烯中的一种或几种；所述溶剂选自丁基卡必醇、二乙二醇醋酸酯、二乙二醇单丁醚、邻苯二甲酸二甲酯、二乙二醇二乙醚、碳酸丙烯酯中的一种或几种；所述树脂的制备方法为：将树脂粉末溶于所述溶剂中，加热搅拌至透明，得到树脂溶液。

6.根据权利要求2所述的导电正银浆料，其特征在于，所述分散剂选自BYK-111、12-羟基硬脂酸、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或几种。

7.根据权利要求2所述的导电正银浆料，其特征在于，所述触变剂选自氢化蓖麻油、聚酰胺蜡、聚乙烯蜡、气相法二氧化硅中的一种或几种。

8.根据权利要求2所述的导电正银浆料，其特征在于，所述表面活性剂选自聚乙二醇、硅烷偶联剂、吐温、失水山梨醇酯中的一种或几种。

9.一种权利要求1-8中任一所述的导电正银浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)分别制备有机相载体和无机相，其中，

制备有机相载体为：将树脂与触变剂、分散剂、表面活性剂和溶剂混合均匀后40-90℃加热搅拌0.2-1小时，制成均一透明的溶液，即为所述有机相载体；

制备无机相为：将银粉和玻璃粉混合后在行星式搅拌机上搅拌2-4小时，即制得所述无机相；

上述的制备有机相载体和无机相的步骤无先后顺序要求；

(2)制备银浆：

将上述制得的无机相和有机相载体混合搅拌后在分散机上分散均匀，在三辊机上辊至细度为5-7μm，即得所述导电正银浆料。

10.一种太阳能电池，其特征在于，使用了权利要求1-8中任一所述的导电正银浆料。