CN109785994B - 一种perc电池背极浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PERC电池背极浆料的制备方法，1)将正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、有机金属盐按比例投放反应釜中，加入无水乙醇作为反应介质，搅拌均匀，调节溶液PH值至3.5～6.5，然后室温下反应、陈化，将上层清液分离后得到玻璃浆，将玻璃浆干燥，粉碎成玻璃粉；2)将溶剂、增稠剂和添加剂按比例投放于反应釜中，搅拌、熔融，形成均一的有机粘合剂；3)将银粉、导电填充剂、玻璃粉和有机粘合剂物料按比例加入球磨罐中，加入球磨介质，在球磨机上研磨分散6～7小时，将球磨介质分离后得到PERC电池背极浆料。本发明合成的玻璃粉，具有良好的配方稳定性和粒度均匀性。提高了浆料的配方稳定性，降低了生产过程所产生的有机挥发物对车间环境的不良影响。

Description

一种PERC电池背极浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及背极浆料技术领域，具体涉及一种PERC电池背极浆料及其制备方法。

背景技术

太阳能电池光电转换效率的提升是光伏产业技术进步的核心，是进一步降低光伏发电成本、早日达成平价上网的关键。PERC电池技术可有效提升太阳电池的光电转换效率，已成为国内外最受关注的产业化高效电池技术之一。

PERC电池技术，即钝化发射极背面接触电池技术，通过在晶硅太阳电池背面形成钝化层，提升转换效率。PERC电池与常规电池最大的区别是在背表面介质膜钝化，采用局域金属接触，大大降低背表面复合速度，同时提升了背表面的光反射。相对常规电池，PERC电池具有工艺简单，以较低的额外成本投入，即可明显提升电池的转换效率，且与现有电池生产线兼容性高的优点，已成为未来高效太阳电池的主流方向。

PERC电池背极浆料对PERC电池各项性能提升起到关键决定作用。随着太阳能电池产业的高速发展，PERC电池背极浆料已成为各大企业竞相争夺的技术高地。

PERC电池背极浆料是由功能相粉体、玻璃粉和有机载体组成的。功能相粉体是组成PERC电池背极浆料最关键的材料，主要成分为银粉，包括微晶银粉、片状银粉、球形银粉等。玻璃粉是组成PERC电池背极浆料的重要成分之一，包括含铅玻璃和无铅玻璃。目前，常用的玻璃体系包括硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃及重金属氧化物玻璃等。有机载体主要由溶剂、增稠剂、增塑剂、触变剂等组成。常见的有机溶剂有：柠檬酸三丁酯、醇酯十二、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、苯甲醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚等；常见的增稠剂有乙基纤维素、羟乙基纤维素、丙烯酸树脂、酚醛树脂、聚乙烯醋酸酯等。

PERC电池背极浆料现有的制备方法包括1)制备玻璃粉：选取制备玻璃粉的各原料，混匀均匀、烘干后在高温下熔融形成均匀玻璃液，然后经过去离子水水淬、烘干，再经球磨、烘干、过筛处理，得到符合使用要求的玻璃粉。

2)制备有机载体：将有机载体的各原料混匀后，在反应釜中加热熔融得到分散均匀的有机载体；

3)PERC电池背极浆料的制备方法：选取功能相粉体、玻璃粉和有机载体置于特定容器中，经预分散处理后使用三辊研磨机充分研磨、分散至一定细度。

上述制备方法存在以下缺点：

1)玻璃粉在高温熔炼时会腐蚀坩埚，容易引入新杂质，杂质元素可能对PERC电池的电性能产生负面影响。

2)通过球磨方法制备的玻璃粉，粒度分布范围较宽，且不同时期制备的玻璃粉的平均粒度波动较大，对PERC电池背极浆料的的性能稳定性产生一定的影响(如电性能、焊接拉力等)。

3)使用三辊研磨机生产PERC电池背极浆料，在生产过程中溶剂挥发，一方面造成产品配方不稳定，另一方面会污染车间环境，对生产工人的身体健康造成一定的威胁。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种PERC电池背极浆料的制备方法以及用该方法制备的电池背极浆料。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种PERC电池背极浆料的制备方法，包括玻璃粉的制备，所述玻璃粉制备方法为将正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、有机金属盐按比例投放于反应釜中，加入反应介质，搅拌均匀，调节溶液PH值至3.5～6.5，然后室温下反应、陈化，将上层清液分离后得到玻璃浆，将玻璃浆烘干、粉碎后得到玻璃粉。

传统高温熔融法制备玻璃粉，玻璃原材料置于坩埚中，在1000℃左右的电阻炉中进行熔炼。在玻璃熔炼的过程中，玻璃液会腐蚀坩埚，坩埚中的物质会进入玻璃液中形成玻璃体，从而导致玻璃粉成品的组分与原配方存在一定的差异，传统通过球磨方法制备的玻璃粉，粒度分布范围较宽，且不同时期制备的玻璃粉的平均粒度波动较大，对PERC电池背极浆料的的性能稳定性产生一定的影响(如电性能、焊接拉力等)。本发明使用溶液反应法合成PERC电池背极浆料的玻璃粉，提高了玻璃粉的配方稳定性和粒度均匀性。

作为本发明背极浆料的制备方法的优选实施方式，背极浆料还包括以下步骤：有机粘合剂的制备：将溶剂、增稠剂和添加剂物质按比例投放于反应釜中，在100～120℃搅拌、熔融，形成均一的有机粘合剂；

PERC电池背极浆料的制备：将银粉、导电填充剂、玻璃粉和有机粘合剂物料按比例加入球磨罐中，加入球磨介质，在球磨机上研磨分散6～7小时，将球磨介质分离后得到PERC电池背极浆料。

传统使用三辊研磨机生产PERC电池背极浆料，在生产过程中溶剂挥发，一方面造成产品配方不稳定，另一方面会污染车间环境，对生产工人的身体健康造成一定的威胁。本发明使用密封的分散设备生产PERC电池背极浆料，提高了浆料的配方稳定性，降低了生产过程所产生的有机挥发物对车间环境的不良影响。

作为本发明背极浆料的制备方法的优选实施方式，所述正硅酸四乙酯：磷酸三乙酯：硼酸：有机金属盐摩尔比为(3-10):(5-15)：(5-20)：(55-87)。

作为本发明背极浆料的制备方法的优选实施方式，所述有机金属盐为有机锌盐、有机钙盐、有机钾盐、有机钡盐，优选地，有机金属盐为醋酸锌、柠檬酸钙、醋酸钾、磺酸钡。

作为本发明背极浆料的制备方法的优选实施方式，所述反应介质为无水乙醇；所述正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、有机金属盐与无水乙醇的质量比不大于0.2。所述调节溶液PH值至3.5～6.5，继续搅拌1～2小时，然后室温下反应、陈化3～4天；烘干为置于真空烘箱中60～80℃处理3～5小时。

本发明还提供了一种PERC电池背极浆料，所述背极浆料包括以下重量百分比的组分：银粉40～60％，导电填充剂5～20％，玻璃粉1～6％，有机粘合剂14～54％。

所述银粉选用类球形、片状或线状银粉中的至少一种，所述粒度为100nm～3μm。

作为本发明背极浆料的制备方法的优选实施方式，所述导电填充剂选用石墨烯、碳纳米管、铜粉、钛粉、镍粉中的至少一种。

作为本发明背极浆料的优选实施方式，所述有机粘合剂由75～90wt％的溶剂、5～20wt％的增稠剂和1～10wt％的添加剂组成。

作为本发明背极浆料的优选实施方式，，所述溶剂为醇酯十二、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的至少一种；所述增稠剂选用乙基纤维素、羟乙基纤维素、丙烯酸树脂、酚醛树脂中的至少一种，所述添加剂选用分散剂、润湿剂、触变剂中的至少一种。

本发明的有益效果在于：

(1)使用溶液反应法合成PERC电池背极浆料的玻璃粉，提高了玻璃粉的配方稳定性和粒度均匀性。

(2)使用密封的分散设备生产PERC电池背极浆料，提高了浆料的配方稳定性，降低了生产过程所产生的有机挥发物对车间环境的不良影响。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以下实施例所涉及各原料如无特别说明，均为市售通用材料。

实施例1

本发明一种PERC电池背极浆料的一种实施例，所述PERC电池背极浆料包括以下重量百分比的组分：银粉50％，导电填充剂10％，玻璃粉3％，有机粘合剂37％。

本实施例所述的银粉采用类球形银粉；粒度为100nm～3μm。

所述的导电填充剂选用质量比为1:1的石墨烯和碳纳米管的混合物；

所述的玻璃粉由正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、醋酸锌、柠檬酸钙、醋酸钡在无水乙醇中反应而成，其中正硅酸四乙酯：磷酸三乙酯：硼酸：醋酸锌、柠檬酸钙：醋酸钡摩尔比为10:15:20:35:5:15；

有机粘合剂由80wt％的溶剂、15wt％的增稠剂和5wt％的添加剂组成。本实施例的溶剂为醇酯十二，增稠剂为乙基纤维素，添加剂为质量比为分散剂：润湿剂：触变剂为1:1:1。

本实施例的PERC电池背极浆料的制备方法的实施例，PERC电池背极浆料的制备方法包括以下步骤：

1)玻璃粉的制备：将正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、醋酸锌、柠檬酸钙和醋酸钡组分共10kg按上述摩尔比比例投放于100L反应釜中，加入60L无水乙醇作为反应介质，搅拌均匀，加入醋酸调节溶液PH值至4，继续搅拌1.5小时，然后室温下反应、陈化3天，将上层清液分离后得到玻璃浆。将玻璃浆置于真空烘箱中80℃处理3小时，粉碎后得到玻璃粉；

2)有机粘合剂的制备：将溶剂、增稠剂和添加剂按比例投放于反应釜中，在100℃搅拌、熔融，形成均一的有机粘合剂；

3)将银粉、导电填充剂、玻璃粉和有机粘合剂物料按比例加入球磨罐中，加入球磨介质，在球磨机上研磨分散6小时，将球磨介质分离后得到PERC电池背极浆料。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处仅在于，所述PERC电池背极浆料的制备方法的不同，制备方法包括以下步骤：

1)玻璃粉的制备：将正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、醋酸锌、柠檬酸钙和醋酸钡组分共9.6kg按上述摩尔比比例投放于100L反应釜中，加入60L无水乙醇作为反应介质，搅拌均匀，加入醋酸调节溶液PH值至5，继续搅拌2小时，然后室温下反应、陈化3天，将上层清液分离后得到玻璃浆。将玻璃浆置于真空烘箱中60℃处理5小时，粉碎后得到玻璃粉；

2)有机粘合剂的制备：将溶剂、增稠剂和添加剂按比例投放于反应釜中，在110℃搅拌、熔融，形成均一的有机粘合剂；

3)将银粉、玻璃粉和有机粘合剂物料按比例加入球磨罐中，加入球磨介质，在球磨机上研磨分散6.5小时，将球磨介质分离后得到PERC电池背极浆料。

实施例3

本实施例与实施例1不同之处仅在于，所述PERC电池背极浆料的制备方法的不同，制备方法包括以下步骤：

1)玻璃粉的制备：将正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、醋酸锌、柠檬酸钙和醋酸钡组分共8kg按上述摩尔比比例投放于100L反应釜中，加入60L无水乙醇作为反应介质，搅拌均匀，加入醋酸调节溶液PH值至6.5，继续搅拌1小时，然后室温下反应、陈化4天，将上层清液分离后得到玻璃浆。将玻璃浆置于真空烘箱中75℃处理4小时，粉碎后得到玻璃粉；

2)有机粘合剂的制备：将溶剂、增稠剂和添加剂按比例投放于反应釜中，在120℃搅拌、熔融，形成均一的有机粘合剂；

3)将银粉、玻璃粉和有机粘合剂物料按比例加入球磨罐中，加入球磨介质，在球磨机上研磨分散7小时，将球磨介质分离后得到PERC电池背极浆料。

实施例4

本发明一种PERC电池背极浆料的一种实施例，所述PERC电池背极浆料包括以下重量百分比的组分：银粉40％，导电填充剂20％，玻璃粉3％，有机粘合剂37％。

本实施例所述的银粉由片状银粉、线状银粉组成，其中，片状银粉：线状银粉质量比为1:1；粒度为100nm～3μm。

所述的导电填充剂由碳纳米管、铜粉、钛粉、镍粉组成的混合物，其中碳纳米管：铜粉：钛粉：镍粉质量比为1:0.5:1:2；

所述的玻璃粉由正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、醋酸锌、柠檬酸钙、醋酸钡在无水乙醇中反应而成，其中正硅酸四乙酯：磷酸三乙酯：硼酸：醋酸锌、柠檬酸钙：醋酸钡摩尔比为3:15:20:40:10:12；

有机粘合剂由75wt％的溶剂、15wt％的增稠剂和10wt％的添加剂组成。本实施例的溶剂由醇酯十二、松油醇、丁基卡必醇组成，醇酯十二：松油醇：丁基卡必醇质量比为1:1:1，增稠剂为乙基纤维素，添加剂由分散剂、润湿剂组成，分散剂：润湿剂质量比为1:1。

本实施例的PERC电池背极浆料的制备方法与实施例1相同。

实施例5

本发明一种PERC电池背极浆料的一种实施例，所述PERC电池背极浆料包括以下重量百分比的组分：银粉60％，导电填充剂20％，玻璃粉6％，有机粘合剂14％。

本实施例所述的银粉选用片状银粉；粒度为100nm～3μm。

所述的导电填充剂选用石墨烯；

所述的玻璃粉由正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、醋酸锌、柠檬酸钙、醋酸钡在无水乙醇中反应而成，其中正硅酸四乙酯：磷酸三乙酯：硼酸：醋酸锌、柠檬酸钙：醋酸钡摩尔比为3:5:5:55:12:20；

有机粘合剂由90wt％的溶剂、9wt％的增稠剂和1wt％的添加剂组成。本实施例的溶剂由丁基卡必醇醋酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯组成，丁基卡必醇醋酸酯：乙酰柠檬酸三丁酯质量比为1:1，增稠剂由丙烯酸树脂、酚醛树脂组成，丙烯酸树脂：酚醛树脂的质量比为1:1；添加剂由分散剂、润湿剂组成，分散剂：润湿剂的质量比1:1。

本实施例的PERC电池背极浆料的制备方法与实施例1相同。

实施例6

本发明一种PERC电池背极浆料的一种实施例，所述PERC电池背极浆料包括以下重量百分比的组分：银粉40％，导电填充剂5％，玻璃粉1％，有机粘合剂54％。

本实施例所述的银粉选用线状银粉；粒度为100nm～3μm。

所述的导电填充剂选用选用质量比为1:1的石墨烯和碳纳米管的混合物；

所述的玻璃粉由正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、醋酸锌、柠檬酸钙、醋酸钡在无水乙醇中反应而成，其中正硅酸四乙酯：磷酸三乙酯：硼酸：醋酸锌、柠檬酸钙：醋酸钡摩尔比为10:15:10:40:10:15；

有机粘合剂由75wt％的溶剂、20wt％的增稠剂和5wt％的添加剂组成。本实施例的溶剂由丁基卡必醇醋酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯组成，丁基卡必醇醋酸酯：乙酰柠檬酸三丁酯质量比为1:1，增稠剂由丙烯酸树脂、酚醛树脂组成，丙烯酸树脂：酚醛树脂的质量比为1:1；添加剂由分散剂、润湿剂组成，分散剂：润湿剂为1:1。

本实施例的PERC电池背极浆料的制备方法与实施例1相同。

实施例7

本发明一种PERC电池背极浆料的一种实施例，所述PERC电池背极浆料包括以下重量百分比的组分：银粉40％，导电填充剂5％，玻璃粉1％，有机粘合剂54％。

本实施例所述的银粉选用线状银粉；粒度为100nm～3μm。

所述的导电填充剂选用选用质量比为1:1的石墨烯和碳纳米管的混合物；；

所述的玻璃粉由正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、醋酸锌、柠檬酸钙、醋酸钡在无水乙醇中反应而成，其中正硅酸四乙酯：磷酸三乙酯：硼酸：醋酸锌、柠檬酸钙：醋酸钡摩尔比为10:15:10:35:15:15；

有机粘合剂由90wt％的溶剂、5wt％的增稠剂和5wt％的添加剂组成。本实施例的溶剂由丁基卡必醇醋酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯组成，丁基卡必醇醋酸酯：乙酰柠檬酸三丁酯质量比为1:1，增稠剂由丙烯酸树脂、酚醛树脂组成，丙烯酸树脂：酚醛树脂的质量比为1:1；添加剂由分散剂、润湿剂组成，分散剂：润湿剂为1:1。

本实施例的PERC电池背极浆料的制备方法与实施例1相同。

对比例

本对比例的PERC电池背极浆料包括以下重量百分比的组分：银粉50％，导电填充剂10％，玻璃粉3％，有机粘合剂37％。

本对比例所述的银粉采用类球形银粉；粒度为100nm～3μm。

所述的导电填充剂选用质量比为1:1的石墨烯和碳纳米管的混合物；

所述的玻璃粉由二氧化硅、磷酸锌、硼酸、氧化锌、碳酸钙、碳酸钡在高温下熔融而成，其中二氧化硅:磷酸锌:硼酸:氧化锌:碳酸钙:碳酸钡的摩尔比为10:15:20:35:5:15；

有机粘合剂由80wt％的溶剂、15wt％的增稠剂和5wt％的添加剂组成。本实施例的溶剂为醇酯十二，增稠剂为乙基纤维素，添加剂是质量比为分散剂：润湿剂：触变剂为1:1:1。

本对比例的PERC电池背极浆料的制备方法，包括1)制备玻璃粉：选取制备玻璃粉的各原料，混匀均匀、烘干后在高温下熔融形成均匀玻璃液，然后经过去离子水水淬、烘干，再经球磨、烘干、过筛处理，得到符合使用要求的玻璃粉。

2)制备有机载体：将有机载体的各原料混匀后，在反应釜中加热熔融得到分散均匀的有机载体；

3)PERC电池背极浆料的制备方法：选取功能相粉体、玻璃粉和有机载体置于特定容器中，经预分散处理后使用三辊研磨机充分研磨、分散至一定细度。

实施例8

对实施例1～7以及对比例1不同时期制备得到的PERC电池背极浆料性能进行测试，测试结果如表1所示：

表1

从表1可知，实施例1～7制备的PERC电池背极浆料，玻璃粉不同批次间的粒度波动较小，D50为(1.5±0.20μm)～(1.5±0.26μm)，波动最大为0.26μm，同时，以其为原料制备的PERC电池背极浆料具有优良的焊接拉力和电性能。对比例采用高温熔融法的玻璃粉不同批次间的D50为1.5±0.5μm，粒度分布范围较宽，不同时期制备的玻璃粉的平均粒度波动较大，对PERC电池背极浆料的的性能稳定性产生一定的影响。本发明方法使用溶液反应法合成PERC电池背极浆料的玻璃粉，提高了玻璃粉粒度均匀性，改善了PERC电池背极浆料的焊接拉力和电性能。

最后所应当说明的是，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 (10)

1.一种PERC电池背极浆料的制备方法，包括玻璃粉的制备、有机粘合剂的制备和PERC电池背极浆料的制备，其特征在于，

所述玻璃粉制备方法为将正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、有机金属盐按比例投放于反应釜中，加入反应介质，搅拌均匀，调节溶液PH值至3.5～6.5，然后室温下反应、陈化，将上层清液分离后得到玻璃浆，将玻璃浆烘干、粉碎后得到玻璃粉；

所述有机粘合剂的制备方法为将溶剂、增稠剂和添加剂物质按比例投放于反应釜中，在100～120℃搅拌、熔融，形成均一的有机粘合剂；

所述PERC电池背极浆料的制备方法为将银粉、导电填充剂、玻璃粉和有机粘合剂物料按比例加入球磨罐中，加入球磨介质，在球磨机上研磨分散6～7小时，将球磨介质分离后得到PERC电池背极浆料；

所述正硅酸四乙酯：磷酸三乙酯：硼酸：有机金属盐摩尔比为(3～10):(5～15)：(5～20)：(55～87)；

所述反应介质为无水乙醇；

所述玻璃粉的粒度波动不大于0.26μm。

2.根据权利要求1所述的背极浆料的制备方法，其特征在于，所述有机金属盐为有机锌盐、有机钙盐、有机钾盐、有机钡盐。

3.根据权利要求2所述的背极浆料的制备方法，其特征在于，有机金属盐为醋酸锌、柠檬酸钙、醋酸钾、磺酸钡。

4.根据权利要求1所述的背极浆料的制备方法，其特征在于，所述正硅酸四乙酯、磷酸三乙酯、硼酸、有机金属盐与无水乙醇的质量比不大于0.2。

5.根据权利要求1所述的背极浆料的制备方法，其特征在于，所述玻璃粉的制备方法中，调节溶液PH值至3.5～6.5，继续搅拌1～2小时，然后室温下反应、陈化3～4天；烘干为置于真空烘箱中60～80℃处理3～5小时。

6.一种由权利要求1～5任一项所述的背极浆料的制备方法所制备得到的背极浆料，其特征在于，所述背极浆料包括以下重量百分比的组分：银粉40～60％，导电填充剂5～20％，玻璃粉1～6％，有机粘合剂14～54％。

7.根据权利要求6所述的背极浆料，其特征在于，所述银粉选用类球形、片状或线状银粉中的至少一种，所述粒度为100nm～3μm。

8.根据权利要求6所述的背极浆料，其特征在于，所述导电填充剂选用石墨烯、碳纳米管、铜粉、钛粉、镍粉中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的背极浆料，其特征在于，所述有机粘合剂由75～90wt％的溶剂、5～20wt％的增稠剂和1～10wt％的添加剂组成。

10.根据权利要求9所述的背极浆料，其特征在于，所述溶剂为醇酯十二、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的至少一种；所述增稠剂选用乙基纤维素、羟乙基纤维素、丙烯酸树脂、酚醛树脂中的至少一种，所述添加剂选用分散剂、润湿剂、触变剂中的至少一种。