CN111292869A - 透明导电浆料、透明栅线、太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种透明导电浆料、透明栅线、太阳能电池。本发明的透明导电浆料，包括：1‑3重量份的纳米银线、1‑4重量份的纳米氧化锌、1‑2重量份的纳米氧化锡、2‑6重量份的纳米氧化铟、5‑10重量份的表面润湿剂、5‑10重量份的分散剂、0.5‑1.5重量份的高分子树脂、1‑2重量份的增稠剂、15‑40重量份的有机溶剂、5‑50重量份的水。以本发明的透明导电浆料得到的太阳能电池的栅线为透明的，不遮挡电池的光线，从而能够提高太阳能电池的效率；相比于传统的银栅线，本发明的透明栅线的成本有所降低。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种透明导电浆料、透明栅线、太阳能电池。
背景技术
目前，太阳能电池尤其是硅太阳能电池的电流收集主要靠印刷的栅线完成。通常地，以丝网印刷的银浆作为正面栅线材料，以丝网印刷的铝浆作为背面栅线材料。然而，银浆与铝浆均不透明，在印刷的栅线区域光线会被遮挡，造成太阳能电池效率的降低。为减少栅线电极遮光面积，要求栅线尽可能细，然而这会导致太阳能电池串联电阻的增加，大大降低了太阳能电池的转换效率。此外，由于银浆的价格较贵，是太阳能电池制作成本的重要组成部分，不利于太阳能电池发电的成本降低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种透明导电浆料、透明栅线、太阳能电池。
根据本发明的一方面，提供了一种透明导电浆料，包括：1-3重量份的纳米银线、1-4重量份的纳米氧化锌、1-2重量份的纳米氧化锡、2-6重量份的纳米氧化铟、5-10重量份的表面润湿剂、5-10重量份的分散剂、0.5-1.5重量份的高分子树脂、1-2重量份的增稠剂、15-40重量份的有机溶剂、5-50重量份的水。
根据本发明的一个实施方式，纳米银线的直径为50-100nm，长度为60-120μm。
根据本发明的一个实施方式，纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟的粒径为10-40nm。
根据本发明的一个实施方式，表面润湿剂选自烷基硫酸盐、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯烷基酚醚、炔二醇改性非离子表面活性剂中的一种或一种以上；
根据本发明的一个实施方式，分散剂选自聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基硫酸钠中的一种或一种以上。
根据本发明的一个实施方式，高分子树脂选自水溶性聚酯树脂、聚丙烯酰胺树脂、聚乙烯醇、水分散型丙烯酸乳液、碱溶性丙烯酸乳液、非离子聚氨酯树脂、水溶性酚醛树脂中的一种或一种以上。
根据本发明的一个实施方式，增稠剂选自气相二氧化硅、纤维素、纤维素醚、非离子聚氨酯增稠剂、碱溶胀增稠剂、碱溶性疏水改性的丙烯酸乳液增稠剂、聚甲基吡咯烷酮和聚氧乙烯醚中的一种或一种以上。
根据本发明的一个实施方式，有机溶剂选自醇类或醇醚类中的一种或一种以上，例如可以是戊醇、己醇、庚醇、辛醇、十二醇、二丙酮醇、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚等中的一种或一种以上。
根据本发明的一个实施方式，包括：1-3重量份的纳米银线、1-4重量份的纳米氧化锌、1-2重量份的纳米氧化锡、2-6重量份的纳米氧化铟、5-10重量份的聚氧乙烯脂肪醇醚、5-10重量份的十六烷基三甲基溴化铵、0.5-1.5重量份的水溶性酚醛树脂、1-2重量份的纤维素、15-40重量份的二乙二醇单丁醚、5-50重量份的水。
根据本发明的另一方面，提供了如上所述的透明导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
将制备透明导电浆料的原料按配比混合，分散，过滤，得到透明导电浆料。
根据本发明的另一方面，提供了一种透明栅线，该透明栅线由本发明的透明导电浆料经固化得到。
根据本发明的一个实施方式，该透明栅线的宽度为大于1mm至不大于3mm，厚度为大于0.2mm至不大于0.5mm。
根据本发明的另一方面，提供了透明栅线的制备方法，包括以下步骤：
S101：将透明导电浆料印刷在太阳能电池基材表面；
S102：烘干定型；
S103：加热至700-900℃，加热时间为1-1.5min；
S104：冷却降温至室温，形成透明栅线。
根据本发明的又一方面，提供了一种太阳能电池，包括如上所述的透明栅线。
根据本发明的一个实施方式，该透明栅线用作太阳能电池中的正面栅线材料。
本发明具有以下有益效果：
以本发明的透明导电浆料得到的太阳能电池的栅线为透明的，不遮挡电池的光线，从而能够提高太阳能电池的效率；
相比于传统的银栅线，本发明的透明栅线的成本有所降低；
本发明的栅线为透明的，不存在栅线区域光线被遮挡的问题，因此可以具有较大的宽度和厚度，收集电流通过的截面积更大，拥有更好的电流收集效果，大大提高了太阳能电池的转换效率。
具体实施方式
本发明提供了一种透明导电浆料、透明栅线、太阳能电池。
根据本发明的一方面，提供了一种透明导电浆料，包括：1-3重量份的纳米银线、1-4重量份的纳米氧化锌、1-2重量份的纳米氧化锡、2-6重量份的纳米氧化铟、5-10重量份的表面润湿剂、5-10重量份的分散剂、0.5-1.5重量份的高分子树脂、1-2重量份的增稠剂、15-40重量份的有机溶剂、5-50重量份的水。
本发明的透明导电浆料，一方面由于含有纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟，另一方面由于含有纳米银线，因此使得能够获得透明的栅线。
根据本发明的一个实施方式，本发明的透明导电浆料中还可以包括纳米氧化镉、纳米氧化镁等。
根据本发明的一个实施方式，纳米银线的直径为50-100nm，长度为60-120μm。
根据本发明的一个实施方式，纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟的粒径为10-40nm。
根据本发明的一个实施方式，表面润湿剂选自烷基硫酸盐、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯烷基酚醚、炔二醇改性非离子表面活性剂中的一种或一种以上。
根据本发明的一个实施方式，分散剂选自聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基硫酸钠中的一种或一种以上。
根据本发明的一个实施方式，高分子树脂选自水溶性聚酯树脂、聚丙烯酰胺树脂、聚乙烯醇、水分散型丙烯酸乳液、碱溶性丙烯酸乳液、非离子聚氨酯树脂、水溶性酚醛树脂中的一种或一种以上。
根据本发明的一个实施方式，增稠剂选自气相二氧化硅、纤维素、纤维素醚、非离子聚氨酯增稠剂、碱溶胀增稠剂、碱溶性疏水改性的丙烯酸乳液增稠剂、聚甲基吡咯烷酮和聚氧乙烯醚中的一种或一种以上。
根据本发明的一个实施方式，有机溶剂选自醇类或醇醚类中的一种或一种以上，例如可以是戊醇、己醇、庚醇、辛醇、十二醇、二丙酮醇、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚等中的一种或一种以上。
表面润湿剂的主要作用是提高透明导电浆料对太阳能电池基材的润湿性能；分散剂的主要作用是提高纳米银线、纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟在透明导电浆料中的分散性；高分子树脂的主要作用是提高透明导电浆料对太阳能电池基材的粘合能力；增稠剂的主要作用是提高透明导电浆料的粘度；有机溶剂主要是用于溶解各组分。
根据本发明的一个实施方式，包括：1-3重量份的纳米银线、1-4重量份的纳米氧化锌、1-2重量份的纳米氧化锡、2-6重量份的纳米氧化铟、5-10重量份的聚氧乙烯脂肪醇醚、5-10重量份的十六烷基三甲基溴化铵、0.5-1.5重量份的水溶性酚醛树脂、1-2重量份的纤维素、15-40重量份的二乙二醇单丁醚、5-50重量份的水。
根据本发明的另一方面，提供了如上所述的透明导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
将制备透明导电浆料的原料按配比混合，分散，过滤，得到透明导电浆料。
分散例如可以是在20-30℃范围内进行、例如是在室温下进行，分散时间可以是10min、15min、20min等。过滤例如可以是用滤网进行，滤网可以是100目的、200目的、300目的。
根据本发明的另一方面，提供了一种透明栅线，该透明栅线由本发明的透明导电浆料经固化得到。
本发明中的“固化”指的是将透明导电浆料由非固态转变为固态的过程，固化可以通过加热、烘干等方法进行，只要能够使透明导电浆料转化为透明栅线即可。
经测试得到的透明栅线的电阻为1-25Ω、光透过率为90％以上。
根据本发明的一个实施方式，该透明栅线用作太阳能电池中的正面栅线材料。
根据本发明的一个实施方式，该透明栅线的宽度为大于1mm至不大于3mm，厚度为大于0.2mm至不大于0.5mm。例如，宽度可以是1.05mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.3mm、2.5mm、2.7mm、3mm等。厚度可以是0.25mm、0.3mm、0.33mm、0.36mm、0.4mm、0.42mm、0.45mm、0.47mm、0.5mm。
现有技术中的栅线由于不透明，因此要求尽可能细，一般地，栅线的宽度为1mm，厚度为0.2mm。本发明的透明栅线具有较大的宽度和厚度，收集电流通过的截面积更大，拥有更好的电流收集效果，大大提高了太阳能电池的转换效率。
根据本发明的另一方面，提供了一种透明栅线的制备方法，包括以下步骤：
S101：将透明导电浆料印刷在太阳能电池基材表面；
S102：烘干定型；
S103：加热至700-900℃，加热时间为1-1.5min；
S104：冷却降温至室温，形成透明栅线。
具体地，S101：用丝网印刷机将透明导电浆料印刷在太阳能电池基材表面；
S102：将印刷有浆料的基材在惰性气氛(例如氮气、氦气、氩气等)中由室温缓慢升温至40-60℃，保持5-15min(例如5min、8min、10min、15min)，去除水分定型。
S103：在高温炉内充入含有10vt％H2的惰性气体(例如氮气、氦气、氩气等)，加热至700-900℃，加热时间为1-1.5min。
S104：以5-10℃/min的冷却速度降温到室温，形成透明栅线。
本发明中，通过步骤S103的加热和步骤S104的降温，可以使得透明导热浆料中的纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟形成复合体，从而得到掺杂了氧化锌的氧化铟锡(ITO)，该材料使得最终获得的栅线为透明栅线。
根据本发明的又一方面，提供了一种太阳能电池，包括如上所述的透明栅线。
太阳能电池可以是硅基光伏电池，也可以是CIGS电池。
根据本发明的一个实施方式，太阳能电池为太阳能电池片。
以下结合具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
实施例1～6透明导电浆料
实施例1～6的各组分及其含量如表1所示。
制备方法如下：
将各组分按表1中列出的含量混合，在室温下分散10min，用200目的滤网过滤，得到各实施例的透明导电浆料。
表1实施例中各组分及其含量(重量份数)
比较例1～3
比较例1中纳米银线为7.2重量份，不含纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟，其他均与实施例1相同。
比较例2中纳米银线为5.7重量份，不含纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟，其他均与实施例2相同。
比较例3中纳米银线为10重量份，不含纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟，其他均与实施例3相同。
实施例A～F、比较例A～C为分别利用实施例1～6、比较例1～3的透明导电浆料制备的太阳能电池片的正面栅线。
实施例A～C、比较例A～C的正面栅线的制备方法为：
S101：用丝网印刷机将透明导电浆料印刷在太阳能电池基材表面；
S102：将印刷有浆料的基材在氩气中由室温缓慢升温至40℃，保持15min，去除水分定型。
S103：在高温炉内充入含有10vt％H2的氩气，加热至700℃，加热时间为1.5min。
S104：以5℃/min的冷却速度降温到室温，形成太阳能电池片的正面栅线。
实施例D中，步骤S102中由室温缓慢升温至60℃，保持5min，步骤S103中加热至800℃，加热时间为1.2min，其他均与实施例A相同。
实施例E中，步骤S103中加热至800℃，加热时间为1.2min，步骤S104中以8℃/min的冷却速度降温到室温，其他均与实施例A相同。
实施例F中，步骤S102中由室温缓慢升温至50℃，保持10min，S103中加热至900℃，加热时间为1min，步骤S104中以10℃/min的冷却速度降温到室温，其他均与实施例A相同。
实施例A～F以及比较例A～C的太阳能电池片的性能参数结果如表2所示。
表2各实施例和比较例的性能参数结果
| 栅线宽度(mm) | 栅线厚度(mm) | 电阻/Ω | 透光率 | |
| 实施例A | 1.5 | 0.25 | 25 | 90％ |
| 实施例B | 2.3 | 0.3 | 20 | 92％ |
| 实施例C | 2.0 | 0.3 | 22 | 92％ |
| 实施例D | 2.5 | 0.35 | 13 | 94％ |
| 实施例E | 2.8 | 0.45 | 10 | 93％ |
| 实施例F | 1.8 | 0.4 | 18 | 88％ |
| 比较例A | 1 | 0.2 | 42 | 70％ |
| 比较例B | 1 | 0.2 | 53 | 72％ |
| 比较例C | 1 | 0.2 | 45 | 65％ |
由表2可以看出，与不含纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟的比较例相比，本发明的实施例获得的太阳能电池片具有更大的栅线宽度和厚度，因此电阻更低，且透光率更高，大大地提高了太阳能电池片的转换效率。
以上所述，以上实施例仅用以对本申请的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法，不应理解为对本发明实施例的限制。本技术领域的技术人员可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种透明导电浆料，其特征在于，包括：1-3重量份的纳米银线、1-4重量份的纳米氧化锌、1-2重量份的纳米氧化锡、2-6重量份的纳米氧化铟、5-10重量份的表面润湿剂、5-10重量份的分散剂、0.5-1.5重量份的高分子树脂、1-2重量份的增稠剂、15-40重量份的有机溶剂、5-50重量份的水。
2.根据权利要求1所述的透明导电浆料，其特征在于，所述纳米银线的直径为50-100nm，长度为60-120μm。
3.根据权利要求1所述的透明导电浆料，其特征在于，所述纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铟的粒径为10-40nm。
4.根据权利要求1所述的透明导电浆料，其特征在于，所述表面润湿剂选自烷基硫酸盐、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯烷基酚醚、炔二醇改性非离子表面活性剂中的一种或一种以上；所述分散剂选自聚乙二醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基硫酸钠中的一种或一种以上；所述高分子树脂选自水溶性聚酯树脂、聚丙烯酰胺树脂、聚乙烯醇、水分散型丙烯酸乳液、碱溶性丙烯酸乳液、非离子聚氨酯树脂、水溶性酚醛树脂中的一种或一种以上；所述增稠剂选自气相二氧化硅、纤维素、纤维素醚、非离子聚氨酯增稠剂、碱溶胀增稠剂、碱溶性疏水改性的丙烯酸乳液增稠剂、聚甲基吡咯烷酮和聚氧乙烯醚中的一种或一种以上；所述有机溶剂选自醇类或醇醚类中的一种或一种以上。
5.如权利要求1所述的透明导电浆料，其特征在于，包括：1-3重量份的纳米银线、1-4重量份的纳米氧化锌、1-2重量份的纳米氧化锡、2-6重量份的纳米氧化铟、5-10重量份的聚氧乙烯脂肪醇醚、5-10重量份的十六烷基三甲基溴化铵、0.5-1.5重量份的水溶性酚醛树脂、1-2重量份的纤维素、15-40重量份的二乙二醇单丁醚、5-50重量份的水。
6.权利要求1～5任一项所述的透明导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将制备透明导电浆料的原料按配比混合，分散，过滤，得到所述透明导电浆料。
7.一种透明栅线，其特征在于，所述透明栅线由所述透明导电浆料经固化得到。
8.根据权利要求7所述的透明栅线，其特征在于，所述透明栅线的宽度为大于1mm至不大于3mm，厚度为大于0.2mm至不大于0.5mm。
9.如权利要求7或8所述的透明栅线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：将所述透明导电浆料印刷在太阳能电池基材表面；
S102：烘干定型；
S103：加热至700-900℃，加热时间为1-1.5min；
S104：冷却降温至室温，形成所述透明栅线。
10.一种太阳能电池，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的透明栅线。
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