CN111028979A - 一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法。其中石墨烯太阳能电池银膏包括0.1‑5份改性石墨烯、88‑91份银粉、5‑15份有机粘合剂、1‑5份有机溶剂、1‑3份玻璃粉，其中石墨烯是表面改性石墨烯；本发明研制的太阳能电池银膏是在结晶硅片上丝网印刷的，并在高温下烧结，再穿透结晶硅片中的氮化硅钝化层，从而能形成良好的欧姆接触。
Description
技术领域
本发明提供了一种太阳能电池银膏，具体地说，本发明提供了一种改性石墨烯的太阳电池银膏及其制备方法。
背景技术
目前，提高太阳能电池效率是竞争激烈的光伏产业追求的目标。提高太阳电池效率的主要商业化方法是浅结法和密栅法。这就是说，一般都是通过提高扩散片的电阻率和增加印刷栅电极的数量来提高太阳能电池的效率，为了将晶体硅太阳能电池产生的光敏电流提取到外部负载上，需要在单晶硅两侧分别制作金属电极，并建立金属连接，所以制作电极是太阳能电池的重要组成部分。硅太阳能电池表面的电极主要是包含背面电极和前侧银电极，这些电极通常是通过使用导电银浆料在硅片表面印刷的，采用高分辨率丝网印刷法印刷电池银膏，形成高宽比良好的栅线，从而减小太阳能电池表面的面积，减少太阳能电池内部的串联电阻和光电二极管的内部功耗。引出电流，最终，有效地提高太阳能电池的光电转换效率，由此可以得到，对电池银浆的可印刷性要求越来越高。
另外，为了使得前侧的电池银膏有较好的穿透的能力，使用锡酸抗反射膜烧结后与硅片形成良好的欧姆接触是提高太阳电池效率的关键因素。
一般情况下，减小栅极线宽和提高栅极线高宽比是当前研究和开发的热点问题，印刷线列阵已经到了瓶颈阶段。但是，我国对银浆添加剂的研究甚少。因此，本发明使用了具有二维平面结构、高电导率和热导率的石墨烯，改善了浆料与硅衬底的欧姆接触性能，降低了浆料的串联电阻，提高了太阳电池的光电转换效率。
发明内容
本发明提供了一种改性石墨烯的太阳能电池银膏。通过掺杂改性石墨烯，降低了银膏与硅衬底的接触电阻，从而降低了栅线电阻，提高了太阳电池的效率。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：用改性石墨烯备制太阳能电池银膏，本发明的方法包括：0.1~5份改性石墨烯，88-91份银粉，5-15份有机粘合剂，1-5份有机溶剂，1-3份玻璃粉，其中改性石墨烯为表面改性石墨烯。
优选的，表面改性石墨烯包括石墨烯和表面改性剂，包括85-99份石墨烯和1-15份表面改性剂。
优选的，该表面改性剂是由一种或多种钛酸盐偶联剂、铝酸盐偶联剂、硅烷偶联剂和锆铝酸盐偶联剂组成。
优选的，银粉由85-99份微米球形银粉和1-15份纳米银粉组成，其中微米级球形银粉的平均粒径为1.0~2.0μm，纳米银粉的平均粒径为20~100 nm。
优选的，有机粘合剂由10-20份的聚合物和80-90份的有机溶剂组成，其中聚合物是由一种或多种乙基纤维素、丙烯酸树脂和聚乙烯树脂组成，而有机溶剂是由一种或多种丁基卡比妥、松油醇、柠檬酸三丁酯和丙二醇丁基醚组成的。
优选地，玻璃粉包括1-10份氧化硼、0-5份三氧化二铬、20-60份氧化铅、0-5份二氧化硅、50-80份二氧化碲和0-20份三氧化二铋混合组成的；将玻璃粉末加工为后粒度D50为0.5-2μM的玻璃粉末后添加粘结剂，玻璃粉末熔点控制在250-450°C内。
本发明公开了一种关于制备改性石墨烯的太阳电池银膏的方法，包括以下步骤：
(1)改性石墨烯的制备：将85-99份石墨烯和1-15份表面改性剂进行称重混合在一起，用超声分散机将混合物超声分散20-60分钟，通过滤干燥后就可以得到改性的石墨烯；
(2)有机粘结剂的制备：将10-20份聚合物和80-90份有机溶剂进行混合，再用分散机分散50~70 分钟，等聚合物溶解后，就可以得到透明均匀的有机粘结剂；
(3)玻璃粉末的制备：将1-10份氧化硼、0-5份三氧化二铬、20-60份氧化铅、0-5份二氧化硅、50-80份二氧化碲和0-20份三氧化二铋混合在一起，混合物在高温马弗中加热，在800～1200℃下加热40～60分钟，用去离子水淬火熔化后，再球磨2.5～10小时，再过300目筛网筛分，得到粒径D50小于2μm的玻璃粉；
（4）太阳能电池正面银浆的制备：将0.1-5份改性石墨烯、5-15份有机粘合剂和1-3份玻璃粉混合起来，用分散机以500~800转/分的速度分散10~30 分钟，加入88-91份银粉后，再用分散机以800-1000 转/分的速度分散30-50分钟，得到混合物后用三辊磨床磨15次；再添加1-3份有机溶剂，再加入有机粘合剂，在高速分散机上分散5~20 分钟，制得改性石墨烯的太阳能电池银膏浆料，供进一步使用。
用上述改性石墨烯制备得到的糊状物可用作制作太阳能电池银浆，将太阳能电池正面银浆用360目筛网印刷在125mm×125mm单晶硅片上，形成电极膜，然后在马弗炉中烧结，烧结峰值温度为780℃。在本发明中，由于添加了改性石墨烯，晶体硅太阳电池的接触电阻明显降低。晶体硅太阳电池的接触电阻可达0.0018Ω。本发明主要针对太阳能电池的应用，研制的一种太阳能电池正面银膏，其丝网印刷在晶态硅片上高温烧结，穿透晶体硅片中的氮化硅钝化层，形成良好的欧姆接触。降低了银硅接触电阻和线电阻，提高了光电转换效率。因此，本发明前端银膏的市场前景将是广阔的。
具体实施方式
下面是对本发明施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法包括： 0.1份改性石墨烯、88份银粉、5份有机粘合剂、2份有机溶剂和1份玻璃粉，其中改性石墨烯为表面改性石墨烯。
所述的表面改性石墨烯包括石墨烯和表面改性剂，特别是，改性石墨烯是由85份石墨烯和1份表面改性剂的组成。
所述的表面改性剂是由一种或多种钛酸盐偶联剂、铝酸盐偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸盐偶联剂或其混合物组成。
所述的银粉由平均粒径为1.0μm的微米级球形银粉和平均粒径为20 nm的纳米银粉组成。
所述的有机结合剂的聚合物是由10份和80份有机溶剂组成，其中聚合物是由一种或多种乙基纤维素、丙烯酸树脂和聚乙烯树脂组成。
所述有机溶剂是由一种或多种丁基卡比醇、松油醇、柠檬酸三丁酯和丙二醇丁醚组成。
所述的玻璃粉末按1份氧化硼、20份氧化铅、50份按二氧化碲组成，所述玻璃粉末被加工成粒度D50为0.5μm的玻璃粘结剂。
本发明公开了一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，包括以下步骤：
(1)改性石墨烯的制备：将85份石墨烯和1份表面改性剂进行称重混合，在超声分散机上超声分散20 分钟，过滤干燥得到改性石墨烯；
(2)有机粘结剂的制备：将10份聚合物和80份有机溶剂进行称重混合，用分散机分散50分钟溶解聚合物，混合物溶解后制备得透明均匀的有机粘结剂；
(3)玻璃粉末的制备：1份氧化硼，20份氧化铅，50份二氧化碲，在800℃高温马弗炉中加热40分钟，熔化后用去离子水淬火，球磨2.5小时，过300目筛进行过筛，获得粒径D50小于2μm的玻璃粉；
(4)太阳能电侧银浆的制备：按改性石墨烯计0.1份，有机粘结剂5份，玻璃粉重1份，然后以500转/分的速度在分散机上分散10 分钟；加入88份银粉后，在分散机上分散得到混合物；混合物以800 转/分的转速磨30分钟，用三辊磨床磨15次，再加入1份有机溶剂，其中有机溶剂由一种或多种丁基卡比醇、松油醇、柠檬酸三丁酯和丙二醇丁醚组成，加入有机溶剂后再用高速分散机分散5分钟，制得改性石墨烯的太阳能电池银膏浆料，并包装成成品供进一步使用。
在125 mm×125 mm单晶硅片上用360目筛网印刷得到的浆料形成电极膜，然后在马弗炉中烧结，烧结峰值温度为780°C。
实施例2：一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法包括：改性石墨烯5份，银粉91份，有机粘结剂15份，有机溶剂2份，玻璃粉3份，其中改性石墨烯为表面改性石墨烯。
所述表面改性石墨烯包括：石墨烯99份，表面改性剂15份。
所述的表面改性剂是一种或多种钛酸盐偶联剂、铝酸盐偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸盐偶联剂或其混合物组成。
所述银粉由平均粒径为2.0μm的微米级球形银粉和平均粒径为100 nm的15份纳米银粉组成。
所述有机结合剂按聚合物的由20份聚合物和90份有机溶剂组成，其中聚合物是由一种或多种乙基纤维素、丙烯酸树脂和聚乙烯树脂组成，所述有机溶剂是由一种或多种丁基卡比醇、松油醇、柠檬酸三丁酯和丙二醇丁醚组成。
所述玻璃粉末由 10份氧化硼、 5份三氧化二铬、60份氧化铅、5份二氧化硅、 80份二氧化碲、20份三氧化二铋组成，制得粒度D50为2μm的玻璃粘结剂。玻璃粉末的熔点控制在450°C左右。
本发明公开了一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，包括以下步骤：
(1)改性石墨烯的制备：将99份石墨烯和15份表面改性剂称重混合，用超声波分散机超声分散60 分钟，过滤干燥后制备得改性石墨烯；
(2)有机粘结剂的制备：将20份聚合物和90份有机溶剂称重混合，用分散机将混合物分散70 分钟，混合物溶解后制备得透明均匀的有机粘结剂；
(3)玻璃粉的制备：称重将10份氧化硼、5份三氧化二铬、60份氧化铅、5份二氧化硅、80份二氧化碲和20份三氧化二铋，混合物在1200℃高温马弗炉中加热60 分钟，再用去离子水淬火，熔融后球磨10小时，再过300目筛，制得粒径D50小于2μm的玻璃粉，玻璃粉熔点控制在250°C左右；
(4)太阳能电池银浆的制备：将5份改性石墨烯，15份有机粘结剂，3份玻璃粉，然后以800 转/分的速度在分散机上分散30分钟；加入91份银粉后，再在分散机上分散。混合物以1000转/分的速度磨50分钟，然后用三辊磨床磨15次，再加入3份有机溶剂，有机溶剂由丁基卡比醇、松油醇、柠檬酸三丁酯和丙二醇丁醚组成，然后再用高速分散机分散20分钟，制得改性石墨烯的太阳能电池银膏浆料，并进行包装，供进一步使用。
将上述得到的浆料用360目筛网印刷在125mm×125mm单晶硅片上，形成电极膜，然后在马弗炉中烧结，烧结峰值温度为780℃。
实施例3：一种改性石墨烯的太阳电池银膏包括： 3份改性石墨烯、89份银粉、10份有机粘结剂、3份有机溶剂和2份玻璃粉，其中改性石墨烯是表面改性石墨烯。
所述表面改性石墨烯由90份石墨烯和7份表面改性剂混合组成。
所述表面改性剂是由一种或多种钛酸盐偶联剂、铝酸盐偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸盐偶联剂组成或其混合物组成。
所述银粉由87份的平均粒径为1.4μm的微米级球形银粉和7份的平均粒径为70nm的纳米银粉组成。
所述有机粘合剂由15份聚合物和85有机溶剂组成，其中聚合物是由一种或多种乙基纤维素、丙烯酸树脂和聚乙烯树脂组成，而有机溶剂是由一种或多种正丁醇、松油醇、柠檬酸三丁酯和丙二醇丁基醚组成。
所述玻璃粉由6份氧化硼、3份三氧化二铬、40份氧化铅、3份二氧化硅、60份二氧化碲和10份三氧化二铋组成，和有机粘合剂加工后制得到粒径D50为1μm的玻璃粘结剂；玻璃粉控制在350°C左右。
本发明公开了令一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，包括以下步骤：
(1)改性石墨烯的制备：将90份石墨烯和7份表面改性剂称重混合，用超声分散机将混合物超声分散40分钟，过滤干燥得到改性石墨烯；
(2)有机粘结剂的制备：将15份聚合物和85份有机溶剂称重混合，用分散机分散60 分钟，聚合物溶解后得到透明均匀的有机粘结剂；
(3)玻璃粉末的制备：将氧化硼 6份，三氧化二铬3份，氧化铅 40份，二氧化硅 3份，二氧化碲60份，三氧化二铋10份混合在一起，将上述混合物在1100℃高温马弗炉中加热50 分钟，用去离子水淬火熔融后，再使用球磨6小时，再过300目筛，就可以制得粒径D50小于2μm的玻璃粉；
(4)一种制备太阳电池银浆：将3份改性石墨烯，10份有机粘结剂，2份玻璃粉，先以700转/分的速度在分散机上分散20分钟；加入89份银粉后再在分散机上分散，以900转/分的转速分散40 分钟，再用三辊磨床磨15次，再加入2份有机溶剂，机溶剂由丁基卡比醇、松油醇、柠檬酸三丁酯和丙二醇丁醚组成，加入机溶剂后用高速分散机分散12 分钟后，制得改性石墨烯的太阳能电池银膏浆料，对其进行了包装，以供进一步使用。
将上述得到的浆料用360目筛网印刷在125mm×125mm单晶硅片上，形成电极膜，然后在马弗炉中烧结，烧结峰值温度为780℃。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，其中包含改性石墨烯为0.1~5份，银粉为88-91份，有机粘结剂为5-15份，有机溶剂为1-5份，按玻璃粉为1-3份，其中改性石墨烯为表面改性石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，其中表面改性石墨烯包括石墨烯和表面改性剂，即85-99份石墨烯和1-15份表面改性剂。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，其中表面改性剂由钛酸盐偶联剂、铝酸盐偶联剂、硅烷偶联剂和锆铝酸盐偶联剂组成。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，其中银粉由85-99份微米球形银粉和1-15份纳米银粉组成，其中微米级球形银粉的平均粒径为1.0~2.0μm，纳米银粉的平均粒径为20~100 nm。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，其中有机粘合剂由10-20份聚合物和80-90份有机溶剂，而聚合物是由一种或多种基纤维素、丙烯酸树脂和聚乙烯树脂组成，有机溶剂是由一种或多种的丁二醇，松油醇，柠檬酸三丁酯和丙二醇丁醚组成。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，其中玻璃粉包括1-10份氧化硼、0-5份三氧化二铬、20-60份氧化铅、0-5份二氧化硅、50-80份二氧化碲和0-20份的三氧化二铋，其中将玻璃粉加工成粒径D50小于2μm的玻璃粉，玻璃粉的熔点控制在250～450℃之间。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，包括：
(1)改性石墨烯的制备，用85-99份石墨烯，加入1-15份表面改性剂和混合剂，用超声波分散机将混合物分散20-60分钟，过滤干燥得到改性石墨烯；
（2）有机粘结剂的备制，将10-20份聚合物、80～90份有机溶剂混合，在分散机上将上面两种混合物分散50~70 min，使聚合物溶解，得到透明均匀的有机粘结剂；
(3)玻璃粉的制备，包括使用1-10份氧化硼、0-5份三氧化二铬、0-60份氧化铅、0-5份二氧化硅、50-80份二氧化碲和0-20份三氧化二铋混合组成的玻璃粉末，并在800~1200℃高温马弗炉中加热40~60分钟，熔融后用去离子水淬火，再球磨2.5-10小时，过300目的筛网筛分开来，就可以得到粒径D50小于2μm的玻璃粉；
(4)石墨烯太阳能电池银浆的制备，以0.1~5份改性石墨烯、5~15份有机粘结剂、1~3份玻璃粉混合，然后以500~800转/分的速度分散10~30 分钟；加入88-91份银粉后，再分散机以800~1000转/分的速度分散30~50 分钟，用三辊磨床磨15次；然后再添加1~3份有机溶剂，其中有机溶剂是由一种或多种的丁基卡比醇、松油醇、柠檬酸三丁酯和丙二醇丁醚组成，在高速分散机上分散5~20 分钟后，制得改性石墨烯的太阳能电池银膏浆料，供进一步使用。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯太阳能电池银膏及其制备方法，在125 mm×125mm单晶硅晶片上用360目丝网印刷太阳电池银膏，然后在马弗炉中烧结印刷后的单晶硅片，烧结峰值温度为780°C。
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| CN113744930A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-12-03 | 赵庆亮 | 太阳能正面银浆用球形银粉制备方法 |
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