CN110648781B - 一种适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料。该浆料包括以下重量百分含量的组分：银粉78‑89wt％、有机载体5‑15wt％、玻璃粉1.2‑3.0wt％、稀释剂2.0‑15wt％和助剂0.2‑5.0wt％，所述玻璃粉包括硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃及重金属氧化物玻璃中的至少一种，所述助剂包括附着力促进剂。本发明通过优选配方组成，制备得到的浆料固含量低，成本低，导电性能好，附着力强，适用于分步丝网印刷主栅部分。
Description
技术领域
本发明涉及电子材料领域，具体涉及一种适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料。
背景技术
晶体硅太阳能电池提高电性能和降低成本是光伏行业恒久的主题，从新的电池技术到新的浆料技术，都是围绕这个主题而进行。随着新电池技术的发展，主栅电池浆料也在不断地更新和进步。主栅电池浆料适用于采用分步丝网印刷方式印刷主栅部分使用，涉及的是电池可以常规p型的多晶电池、单晶电池、perc电池、n型电池的n-pert和topcon电池。
电池片表面金属化主栅和副栅有三种印刷方式，包括单次印刷、二次印刷和分步印刷。单次印刷一次性完成主栅和副栅的印刷，使用同一种浆料；二次印刷是先印刷副栅部分，再印刷主栅同时在原副栅线基础上叠加一层副栅；分布印刷则是主栅和副栅分开单独印刷。分步印刷主栅部分可以与副栅不同，因此可以根据需求重新设计主栅浆料配方，以降低成本，提高拉力和电性能。
现有主栅浆料由功能相粉体、玻璃粉和有机载体组成的，功能相粉体的主要成分为银粉，其包括纳米银粉、片状银粉、球形银粉等。电极浆料现有的制备方法包括以下步骤：
①制备玻璃粉：选取制备玻璃粉的原料，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正电极浆料的制备方法：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。
然而，采用上述浆料制备电极仍存在以下缺点：
1)提高电性能主要是靠提高接触性能，十分有限；
2)浆料的固含量较高，成本较高；
3)主栅电极使用副栅电极浆料，性能受限，拉力低，耗重大，电性能还有较大的提升空间。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，该浆料固含量低，成本低，导电性能好，同时附着力强。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，包括以下重量百分含量的组分：银粉78-89wt％、有机载体5-15wt％、玻璃粉1.2-3.0wt％、稀释剂2.0-15wt％和助剂0.2-5.0wt％，所述玻璃粉包括硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃及重金属氧化物玻璃中的至少一种，所述助剂包括附着力促进剂。
本发明通过添加特定种类的玻璃粉，能够保护钝化膜，提升了电池的开路电压；通过添加附着力促进剂，有助于提升主栅线附着力；通过优选配方组成，本发明的浆料固含量低，成本低，能够通过降低栅线体积电阻率来提高栅线收集电子的能力，可制备低电阻银栅线。
优选地，所述玻璃粉为硅酸盐玻璃，所述硅酸盐玻璃以下述氧化物基准的重量百分含量表示包括：SiO2 40-50wt％、PbO 20-40wt％、Bi2O3 2-18wt％、B2O3 2-8wt％和组分A2-8wt％，所述组分A为ZnO、CuO、MnO2中的至少一种。经过试验发现，与其它种类玻璃相比，硅酸盐玻璃软化点较高，范围在600-690℃，粒度范围0.8-3.5μm，烧结时滞溜于银层中，对钝化膜的破坏性更小，提高少子寿命，提升开路电压，从而提高电性能。通过优化硅酸盐玻璃组成，能够进一步提高最终电池开路电压。
优选地，所述附着力促进剂包括月桂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、磷酸酯中的至少一种，优选为芥酸酰胺，能够增加主栅电极的附着力。更优选地，附着力促进剂的重量占浆料的重量的0.3-2.5wt％。经试验发现，本发明中附着力促进剂含量过高会导致电性能降低，过低则对附着力的促进效果不明显，附着力促进剂的重量占浆料的重量的0.3-2.5wt％时，可确保浆料兼具良好的导电性和附着力。
优选地，所述助剂还包括导电填料，所述导电填料包括纳米银线、石墨烯、碳纳米管中的至少一种，优选为纳米银线，导电性能较好。
优选地，银粉包括球形银粉、类球形银粉、片状银粉、纳米银粉中的至少一种，所述球形银粉的粒径为1.2-3.0μm，类球形银粉的粒径为1.5-3.5μm，片状银粉的粒径为2.5-4.5μm，纳米银粉的粒径为600-900nm。
优选地，所述银粉包括以下重量百分比组分：球形银粉15-40wt％、类球形银粉30-55wt％、片状银粉20-30wt％和纳米银粉10-15wt％，所述银粉表面包覆有活性分散剂，优选地，所述活性分散剂包括脂肪酸类分散剂、醇类分散剂、酯类分散剂中的至少一种。通过优选银粉的组成，能够进一步提升浆料的导电性能。选用活性分散剂包覆的银粉，此活性分散剂在常温下稳定，加热时极易烧灼以增加银粉的烧结活性。
优选地，所述有机载体包括以下重量百分含量的组分：溶剂77-88wt％、增稠剂6-15wt％和添加剂2-8wt％。
优选地，所述溶剂包括醇酯十二、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。
优选地，所述增稠剂包括乙基纤维素、羟乙基纤维素、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、醋酸纤维素中的至少一种，优选为乙基纤维素和环氧树脂，更优选为乙基纤维素和环氧树脂的重量比为1:0.8-1:0.5。乙基纤维素搭配环氧树脂，并控制二者重量比为1:0.8-1:0.5，能够使电阻更小，可能是此种组合能使银粉的排布更有序，以致于烧结后致密度更好。
优选地，所述添加剂包括分散剂、润湿剂、触变剂中的至少一种，所述触变剂包括气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡、聚乙烯蜡中的至少一种，优选为聚乙烯蜡。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的浆料能够通过降低栅线体积电阻率来提高栅线收集电子的能力，导电性能优异；
(2)本发明的浆料固含量低，成本较低；
(2)利用本发明的浆料制备得到的电池开路电压高；
(3)利用本发明的浆料能够提高主栅线的拉力。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中选用的球形银粉的粒径为1.2-3.0μm，类球形银粉的粒径为1.5-3.5μm，片状银粉的粒径为2.5-4.5μm，纳米银粉的粒径为600-900nm。
实施例1
一种适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，包括以下重量百分含量的组分：银粉80wt％、有机载体10wt％、玻璃粉2.0wt％、稀释剂3.0wt％、纳米银线3wt％和芥酸酰胺2.0wt％；
所述银粉包括以下重量百分比组分：球形银粉15wt％、类球形银粉40wt％、片状银粉30wt％和纳米银粉15wt％；所述银粉表面包覆有脂肪酸类分散剂；
所述有机载体包括以下重量百分含量的组分：松油醇80wt％、增稠剂12wt％、分散剂4wt％、润湿剂2wt％和触变剂2wt％；增稠剂为乙基纤维素和环氧树脂的混合物，且乙基纤维素和环氧树脂的重量比为1:0.8，触变剂为聚乙烯蜡。
所述玻璃粉为硅酸盐玻璃，以下述氧化物基准的重量百分含量表示包括：SiO240wt％、PbO 40wt％、Bi2O3 10wt％、B2O3 7wt％、ZnO 1wt％、CuO 1wt％和MnO2 1wt％。
实施例2
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的硅酸盐玻璃以下述氧化物基准的重量百分含量表示包括：SiO2 45wt％、PbO 30wt％、Bi2O315wt％、B2O3 8wt％、CuO 1wt％和MnO2 1wt％。
实施例3
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的硅酸盐玻璃以下述氧化物基准的重量百分含量表示包括：SiO2 50wt％、PbO 20wt％、Bi2O318wt％、B2O3 8wt％、ZnO 2wt、CuO 1wt％和MnO2 1wt％。
实施例4
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的硅酸盐玻璃以下述氧化物基准的重量百分含量表示包括：SiO2 50wt％、PbO 38wt％、Bi2O3 2wt％、B2O3 2wt％、ZnO 2wt、CuO 3wt％和MnO2 3wt％。
实施例5
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例将硅酸盐玻璃替换为硼酸盐玻璃。
实施例6
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例将芥酸酰胺替换为磷酸酯。
实施例7
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例将乙基纤维素和环氧树脂的重量比为1:0.5。
实施例8
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例将乙基纤维素和环氧树脂的重量比为1:1。
实施例9
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例将乙基纤维素和环氧树脂替换为丙烯酸树脂。
实施例10
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例包括以下重量百分含量的组分：银粉78wt％、有机载体5wt％、玻璃粉3.0wt％、稀释剂10wt％、纳米银线3.7wt和芥酸酰胺0.3wt％。
实施例11
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例包括以下重量百分含量的组分：银粉78wt％、有机载体15wt％、玻璃粉1.2wt％、稀释剂2.0wt％、纳米银线1.3wt％和芥酸酰胺2.5wt％。
实施例12
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例包括以下重量百分含量的组分：银粉78wt％、有机载体5.6wt％、玻璃粉1.2wt％、稀释剂15wt％、纳米银线0.1wt％和芥酸酰胺0.1wt％。
实施例13
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的银粉包括以下重量百分比组分球形银粉15wt％、类球形银粉55wt％、片状银粉20wt％和纳米银粉10wt％。
实施例14
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的银粉包括以下重量百分比组分球形银粉40wt％、类球形银粉30wt％、片状银粉20wt％和纳米银粉10wt％。
实施例15
本实施例的主栅正银浆料与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的银粉包括以下重量百分比组分球形银粉50wt％、类球形银粉30wt％、片状银粉10wt％和纳米银粉10wt％。
性能测试
将上述实施例制备的浆料印刷于电池片后，经过烧结得到电池片，采用IV测试仪测量电池片电性能，多片数测量取平均值，结果如表1所示。
表1
| Voc(V) | Isc(A) | Rs(Ω) | Rsh(Ω) | FF(％) | Eff(％) | |
| 实施例1 | 0.6809 | 9.9972 | 0.00369 | 680.70 | 78.48 | 21.866 |
| 实施例2 | 0.6813 | 9.9834 | 0.00372 | 744.83 | 78.54 | 21.864 |
| 实施例3 | 0.6812 | 9.9965 | 0.00370 | 650.54 | 78.41 | 21.856 |
| 实施例4 | 0.6813 | 9.9880 | 0.00362 | 680.36 | 78.44 | 21.849 |
| 实施例5 | 0.6805 | 9.9978 | 0.00378 | 692.80 | 78.36 | 21.823 |
| 实施例6 | 0.6811 | 9.9880 | 0.00370 | 695.23 | 78.41 | 21.835 |
| 实施例7 | 0.6808 | 9.9872 | 0.00360 | 750.23 | 78.50 | 21.849 |
| 实施例8 | 0.6810 | 9.9985 | 0.00380 | 785.12 | 78.35 | 21.836 |
| 实施例9 | 0.6810 | 9.9889 | 0.00389 | 580.23 | 78.36 | 21.820 |
| 实施例10 | 0.6802 | 9.9890 | 0.00365 | 750.56 | 78.40 | 21.806 |
| 实施例11 | 0.6810 | 9.9880 | 0.00385 | 650.67 | 78.26 | 21.790 |
| 实施例12 | 0.6809 | 9.9884 | 0.00381 | 545.57 | 78.25 | 21.781 |
| 实施例13 | 0.6809 | 9.9965 | 0.00362 | 625.14 | 78.46 | 21.860 |
| 实施例14 | 0.6810 | 9.9958 | 0.00364 | 536.25 | 78.45 | 21.858 |
| 实施例15 | 0.6806 | 9.9935 | 0.00360 | 765.35 | 78.41 | 21.830 |
由实施例1-5结果可知，与硼酸盐玻璃相比，本发明采用硅酸盐玻璃制备的浆料印刷于电池片后，经过烧结得到电池片的开路电压略高。这可能是由于硅酸盐玻璃软化点较高，范围在600-690℃，粒度范围0.8-3.5μm，烧结时滞溜于银层中，对钝化膜的破坏性更小，提高少子寿命，提升开路电压，从而提高电性能。由实施例1、7-8结果可知，在增稠剂剂含量相同的情况下，采用乙基纤维素和环氧树脂复配且二者的重量比为1:0.5-0.8时，电池片的串联电阻更小，这可能是由于采用乙基纤维素和环氧树脂复配烧结后致密度更好。由实施例1、10-15结果可知，通过控制有机载体、玻璃粉、稀释剂、纳米银线和芥酸酰胺的比例，优选球形银粉15-40wt％、类球形银粉30-55wt％、片状银粉20-30wt％和纳米银粉10-15wt％的搭配，制备得到的浆料电性能较好。
将上述实施例制备的浆料印刷于电池片后，经过烧结得到电池片，采用焊接撕拉测试附着力，具体方法为：正面主栅电极朝上，将焊带平铺于正面电极上方，平行紧贴，预热焊咀(使用含铅焊带，温度设置350-380℃)平稳缓慢地滑过焊带完成焊接，采用自动拉力机，反向180℃，缓慢撕拉，记录5cm撕拉距离的最大力，多段测量取平均值，结果如表2所示。
表2
| 1(N) | 2(N) | 3(N) | 4(N) | 5(N) | 均值(N) | |
| 实施例1 | 3.4 | 3.8 | 3.3 | 3.6 | 3.5 | 3.5 |
| 实施例2 | 3.5 | 3.6 | 3.4 | 3.2 | 3.5 | 3.4 |
| 实施例3 | 3.7 | 3.3 | 3.8 | 3.4 | 3.4 | 3.5 |
| 实施例4 | 3.6 | 3.4 | 3.3 | 3.5 | 3.2 | 3.4 |
| 实施例5 | 2.6 | 2.7 | 2.8 | 2.8 | 2.9 | 2.8 |
| 实施例6 | 2.4 | 2.4 | 2.3 | 2.0 | 2.1 | 2.2 |
| 实施例7 | 3.2 | 2.9 | 3.0 | 3.4 | 3.3 | 3.2 |
| 实施例8 | 3.5 | 3.6 | 3.6 | 3.8 | 3.8 | 3.7 |
| 实施例9 | 3.1 | 2.9 | 3.3 | 2.9 | 2.8 | 3.0 |
| 实施例10 | 3.2 | 3.3 | 3.2 | 2.9 | 3.0 | 3.1 |
| 实施例11 | 3.5 | 3.4 | 3.2 | 2.9 | 3.3 | 3.3 |
| 实施例12 | 2.2 | 2.5 | 2.3 | 1.8 | 1.9 | 2.1 |
| 实施例13 | 3.5 | 3.4 | 3.3 | 3.4 | 3.2 | 3.4 |
| 实施例14 | 3.0 | 3.2 | 3.3 | 3.2 | 3.2 | 3.2 |
| 实施例15 | 2.8 | 3.0 | 3.1 | 3.2 | 3.1 | 3.0 |
由实施例1-4结果可知，在一定范围内调整硅酸盐玻璃体系的组成对于浆料的附着力影响不大。由实施例1和5的结果可知，与硼酸盐玻璃相比，选用硅酸盐玻璃有助于提高浆料附着力。由实施例1和6的结果可知，与磷酸酯相比，本发明选用芥酸酰胺作为附着力促进剂，更有助于提高电极的附着力。由实施例1、7-9结果可知，与丙烯酸树脂相比，采用乙基纤维素和环氧树脂复配，有助于提高电极的附着力。由实施例1、10-15结果可知，本发明通过控制有机载体、玻璃粉、稀释剂、纳米银线和芥酸酰胺的比例，可以调整浆料的附着力。
综上，根据本发明配方制备的浆料固含量低，成本低，导电性能好，同时附着力强，适用于分步丝网印刷主栅部分。
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 (9)
1.一种适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：银粉78-89wt％、有机载体5-15wt％、玻璃粉1.2-3.0wt％、稀释剂2.0-15wt％和助剂0.2-5.0wt％，所述助剂包括附着力促进剂；所述玻璃粉为硅酸盐玻璃，所述硅酸盐玻璃以下述氧化物基准的重量百分含量表示包括：SiO2 40-50wt％、PbO 20-40wt％、Bi2O3 2-18wt％、B2O3 2-8wt％和组分A 2-8wt％，所述组分A为ZnO、CuO、MnO2中的至少一种；所述有机载体包括以下重量百分含量的组分：溶剂77-88wt％、增稠剂6-15wt％和添加剂2-8wt％；所述增稠剂为乙基纤维素和环氧树脂，且乙基纤维素和环氧树脂的重量比为1:0.8-1:0.5；所述附着力促进剂为芥酸酰胺。
2.根据权利要求1所述的适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，其特征在于，所述助剂还包括导电填料，所述导电填料包括纳米银线、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，其特征在于，所述助剂为纳米银线。
4.根据权利要求1所述的适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，其特征在于，银粉包括球形银粉、类球形银粉、片状银粉、纳米银粉中的至少一种，所述球形银粉的粒径为1.2-3.0μm，类球形银粉的粒径为1.5-3.5μm，片状银粉的粒径为2.5-4.5μm，纳米银粉的粒径为600-900nm。
5.根据权利要求4所述的适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，其特征在于，所述银粉包括以下重量百分比组分：球形银粉15-40wt％、类球形银粉30-55wt％、片状银粉20-30wt％和纳米银粉10-15wt％；
所述银粉表面包覆有活性分散剂。
6.根据权利要求5所述的适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，其特征在于，所述活性分散剂包括脂肪酸类分散剂、醇类分散剂、酯类分散剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，其特征在于，所述溶剂包括醇酯十二、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。
8.根据权利要求1所述的适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，其特征在于，所述添加剂包括分散剂、润湿剂、触变剂中的至少一种，所述触变剂包括气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡、聚乙烯蜡中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的适用于分步丝网印刷的主栅正银浆料，其特征在于，所述触变剂为聚乙烯蜡。
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