CN109300574A - Hit太阳能电池用透明低温银浆及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及HIT太阳能电池用透明低温银浆及其制备方法，发明的HIT太阳能电池用透明低温银浆包括纳米银线，树脂单体，溶剂，以及用于树脂单体固化的引发剂。纳米银线在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为10‑90%；树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为5‑80%，溶剂在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量比重小于或者等于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：创新性地使用纳米银线制备HIT太阳能电池用透明低温银浆，通过对纳米银线、树脂单体、溶剂和固化引发剂的选择，制备出高导电性的HIT太阳能电池用透明低温银浆，在保证导电率的前提下可以让更多的太阳光入射到HIT太阳能电池片内，从而大幅度地提高HIT太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及高分子基导电材料领域，特别涉及HIT太阳能电池用透明低温银浆及其制备方法。
背景技术
异质结太阳能电池（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer，简称HIT）最早由日本三洋公司于1990年开发成功，该技术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光电转换效率，同时生产成本更低。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，从而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。
异质结太阳能电池的正反两个表面都需要印刷由导电胶浆料组成的栅线用于电子的收集。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，所以与常规太阳能电池片印刷含玻璃粉的高温太阳能浆料不同，异质结太阳能电池必须使用在200℃以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，使用D50为2-5um左右的银粉且添加量通常需要达到90%，这种低温浆料体积电阻率偏高，为了保证较低的串联电阻需要较高的上胶量，但是较多的浆料必然带来较大的遮挡，不利于太阳能电池光电转换效率的提升。
目前关于透明导电浆料的的研发基本处于空白状态。专利公告号为CN 107946404A，公布日期为2018年04月20日的发明专利中提供了一种太阳能电池透明电极的制作方法，在前处理好的硅片上旋涂纳米银线胶体，然后在烘箱中烘干，最后在纳米银线透明导电膜上制作金属电极。这种方式只能制备透明电极，无法制透明浆料，仍然需要使用不透明的金属电极。因此，寻找一种低成本、高可靠性、高导电性的HIT太阳能电池用透明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HIT太阳能电池用透明低温银浆及其制备方法。本发明的HIT太阳能电池用低透明温银浆是基于树脂单体、纳米银线、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、高可靠性特征的可低温固化的透明导电浆料。
本发明提供的HIT太阳能电池用透明低温银浆及其制备方法，包括以下技术方案：
HIT太阳能电池用透明低温银浆，包括纳米银线，树脂单体，溶剂，以及用于树脂单体固化的引发剂。其中纳米银线在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为10-90%，树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比为5-80%，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0.2-5%。
其中纳米银线的直径为5~800nm，长度为3~200um，纳米银线在HIT太阳能电池用透明低温银浆中的重量百分比为20-88%。
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两种的混合物，树脂单体在HIT太阳能电池用透明低温银浆中的重量百分比为5-40%。
其中环氧类单体包括双酚A型环氧树脂、双酚F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太阳能电池用透明低温银浆中的重量百分比为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太阳能电池用透明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太阳能电池用透明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、聚丙二醇二缩水甘油醚、乙酸乙酯、苯甲醇、异构烷烃的一种或几种。溶剂在HIT太阳能电池用透明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：
本发明提供的具有低银添加量、高电导性、高可靠性、高粘接性特征的可低温固化的HIT太阳能电池用透明低温银浆使用纳米银线做为导电材料。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。而纳米银线具有极高的长径比，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。此外纳米银线均匀地分散在浆料中，由于纳米银线的尺寸小于光的波长，可以实现浆料的透明性，从而制备出HIT太阳能电池用透明低温银浆。透明低温银浆用于HIT太阳能电池既可以满足其导电性、粘接性和可靠性要求，又可以让更多的太阳光线透过浆料进入HIT太阳能电池片转化为电能，进一步提升HIT太阳能电池的光电转换效率。
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HIT太阳能电池用透明低温银浆，包括纳米银线，树脂单体，溶剂，以及用于树脂单体固化的引发剂，其中纳米银线的直径为5~800nm，长度为3~200um，纳米银线在HIT太阳能电池用透明低温银浆中的重量百分比为20-88%。
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、聚丙二醇二缩水甘油醚、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、纳米银线、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填充量、高导电、高可靠性、高粘接强度的HIT太阳能电池用透明低温银浆。
与现有技术相比，本发明采用纳米银线形成立体导电网络，使纳米银线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可以呈现透明的外观，确保太阳光线能够穿透浆料，同时在较低的纳米银线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HIT太阳能电池用透明低温银浆的制备方法进行描述。
实施例1
本实施例的HIT太阳能电池用透明低温银浆的制备方法为精确称量400克丁基缩水甘油醚和7500克纳米银线并充分混合至形成透明溶液，其中纳米银线的平均直径为7nm，长度为10um，在搅拌的条件下继续添加1000克双酚A型环氧树脂，在室温下搅拌30分钟确保纳米银线在环氧树脂中分散均匀后添30克顺丁烯二酸酐再搅拌分散1小时，低压脱泡得到HIT太阳能电池用透明低温银浆，具体特性如下：
粘度：123,500mPa.s
粘接强度：6MPa（粘接基材为铝）
密度：1.36克/立方厘米
固化速度：15分钟（150℃）
体积电阻率：3.2×10-5Ω.cm
高温高湿（85℃，85%RH，500小时）老化后体积电阻率：3.7×10-5Ω.cm
使用该HIT太阳能电池用透明低温银浆印刷HIT电池片功率：
| Isc（A） | Voc（V） | Pmax（W） | FF | ETA（%） |
| 9.779 | 0.730 | 5.654 | 79.2 | 23.08 |
本实施例中所制备的HIT太阳能电池用透明低温银浆可以大幅度地提升HIT太阳能电池的短路电流，从而制备出高转换效率的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HIT太阳能电池用透明低温银浆的制备方法为精确称量50克乙酸乙酯和680克纳米银线并充分混合至形成透明溶液，其中纳米银线的平均直径为5nm，长度为80um，在搅拌的条件下继续添加260克环戊二烯环氧树脂，在室温下搅拌30分钟确保纳米银线在环氧树脂中分散均匀后添加2.8克二乙烯三胺再搅拌分散1小时，低压脱泡得到HIT太阳能电池用透明低温银浆，具体特性如下：
粘度：188,000mPa.s
粘接强度：11MPa（粘接基材为铝）
密度：1.29克/立方厘米
固化速度：30分钟（160℃）
体积电阻率：1.7×10-5Ω.cm
高温高湿（85℃，85%RH，500小时）老化后体积电阻率：2.2×10-5Ω.cm
本实施例中所制备的HIT太阳能电池用透明低温银浆可以制备高效率的HIT太阳能电池片，且高温高湿老化后性能非常稳定。
实施例3
本实施例的HIT太阳能电池用透明低温银浆的制备方法为精确称量40克乙酸乙酯和500克纳米银线并充分混合至形成透明溶液，其中纳米银线的平均直径为8nm，长度为50um，在搅拌的条件下继续添加170克甲基丙烯酸正丁酯，在室温下搅拌30分钟确保纳米银线在甲基丙烯酸正丁酯中分散均匀后添加1.9克过氧化苯甲酰再搅拌分散1小时，低压脱泡得到HIT太阳能电池用透明低温银浆，具体特性如下：
粘度：285,000mPa.s
粘接强度：5.5MPa（粘接基材为铝）
密度：1.42克/立方厘米
固化速度：18分钟（120℃）
体积电阻率：4.8×10-6Ω.cm
本实施例中所制备的HIT太阳能电池用透明低温银浆可以制备高效率的HIT太阳能电池片，且高温高湿老化后性能非常稳定。
实施例4
本实施例的HIT太阳能电池用透明低温银浆的制备方法为精确称量50克丁基缩水甘油醚和600克纳米银线并充分混合至形成透明溶液，其中纳米银线的平均直径为3nm，长度为60um，在搅拌的条件下继续添加280克甲基丙烯酸乙酯，在室温下搅拌30分钟确保纳米银线在甲基丙烯酸乙酯中分散均匀后添加3克2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧己烷再搅拌分散1小时，低压脱泡得到HIT太阳能电池用透明低温银浆，具体特性如下：
粘度：156,000mPa.s
粘接强度：7MPa（粘接基材为铝）
密度：1.18克/立方厘米
固化速度：8分钟（150℃）
体积电阻率：2.4×10-5Ω.cm
高温高湿（85℃，85%RH，500小时）老化后体积电阻率：2.8×10-5Ω.cm
本实施例中所制备的HIT太阳能电池用透明低温银浆可以制备高效率的HIT太阳能电池片，且高温高湿老化后性能非常稳定。
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.HIT太阳能电池用透明低温银浆，包括纳米银线，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：所述纳米银线在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为10-90%；树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆的重量百分比为5-80%，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HIT太阳能电池用透明低温银浆，其特征在于：纳米银线的直径为5~800nm，长度为3~200um，纳米银线在HIT太阳能电池用透明低温银浆中的重量百分比为20-88%。
3.根据权利要求1所述的HIT太阳能电池用透明低温银浆，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两种的混合物，树脂单体在HIT太阳能电池用低温银浆中的重量百分比为5-40%。
4.根据权利要求3所述的HIT太阳能电池用透明低温银浆，其特征在于：所述环氧类单体包括双酚A型环氧树脂、双酚F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为5-35%。
5.根据权利要求3所述的HIT太阳能电池用透明低温银浆，其特征在于：所述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中的重量百分比为5-35%。
6.根据权利要求1所述的HIT太阳能电池用透明低温银浆，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为0.2-5%。
7.根据权利要求6所述的HIT太阳能电池用透明低温银浆料，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为0.2-4%。
8.根据权利要求1所述的HIT太阳能电池用透明低温银浆，其特征在于：所述溶剂包括丁基缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、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%。
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