CN111326273A - 太阳能电池用低温透明导电银浆及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了太阳能电池用低温透明导电银浆及其应用，涉及导电银浆技术领域，其中导电银浆包括纳米银浆、有机载体、分散剂和固化剂，所述纳米银浆包括纳米银线和用于分散纳米银线的有机分散液；所述纳米银线在所述导电银浆中的质量分数不超过10%。本发明还公开了将本发明公开的导电银浆引用在硅片上制备的太阳能电池的透明电极。本发明公开的太阳能电池用低温透明导电银浆采用超低添加量的纳米银线作为导体浆料的中导电材料，并不添加任何玻璃粉，得到可低温固化的导电银浆，让太阳光可以穿过导电材料，避免了当前银浆材料的阴影效果。
Description
技术领域
本发明涉及导电银浆技术领域，具体涉及一种太阳能电池用低温透明导电浆料及其应用。
背景技术
光伏发电作为一种绿色能源将在未来能源产业起到重要作用，目前光伏发电成本已接近火力发电的成本。晶体硅太阳能电池技术广泛用于光伏产业，目前，中国是全球领先的太阳能电池制造商和最终用户。将太阳能转换为电能的太阳能电池效率已逐年提高，以进一步降低发电成本。晶硅太阳能电池是由丝网印刷银浆在硅片的正面和背面形成电极。电极银浆的性能对电池的光电转化效率起到关键的作用。
目前用于光伏发电的晶硅太阳能电池技术主要有p型perc背钝化电池，n型TopCon电池，和n型异质结（HJT）电池。其中perc和TopCon电池的导电浆料是通过高温烧结（750℃以上）在相应的硅片上形成的电池电极，而异质结电池的电极是通过低温导电浆料在200~300℃以下固化形成的。用于高温烧结的太阳能电池浆料一般含有玻璃相，电极与晶硅的接触是通过浆料中的玻璃，金属相，和基体晶硅相互作用，通过高温烧结形成的，而低温固化浆料不需要含有玻璃相，低温导电浆料直接印刷在透明导体氧化物TCO（transparentconductive oxide）上。
为了进一步提高太阳能电池的光电转化效率，目前的技术之一是使银导体栅线越来越细，并越来越高，即高宽比越来越高。银导体栅线，尤其是在正面，宽度的减少可以减少栅线的遮挡效应，让更多的阳光穿过，因此，提高太阳能电池的光电转化效率。最先进的印刷技术已达到30~40μm的栅线线宽。然而，进一步降低栅线的线宽对丝网印刷技术带来了极大的挑战，其印刷成本也迅速提高。同时，印刷即高又细的栅线对于浆料的要求很高，常用的浆料对于高宽比的栅线印刷常常会出现断栅、虚印，导致印刷不良。
发明内容
本发明针对现有技术，提供了一种太阳能电池用低温透明导电银浆，添加低含量的纳米银线作为导电材料，提高导电银浆的透明度，提高太阳光与晶硅的接触面，减少导电银浆的阴影效应，提高光转化率。
本发明还针对现有技术提供了一种太阳能电池的透明电极，将本发明公开的导电银浆应用在太阳能电池的硅片上。
本发明通过下述技术方案实现：所述太阳能电池用低温透明导电银浆，该导电银浆包括纳米银浆、有机载体、分散剂和固化剂，所述纳米银浆包括纳米银线和用于分散纳米银线的有机分散液；所述纳米银线在所述导电银浆中的质量分数不超过5%。
上述技术方案中，由于纳米银线的比表面积很高，且其长径比可达到几十到几百，甚至更高，因此高浓度的纳米银线不利于纳米银线的分散，同时也会影响导电浆料的透明度，使其印刷而成的银导体栅线或者银导体膜透明度降低，甚至不能实现银浆透明的效果。同时，纳米银线的添加量低还可以降低导电银浆的成本，节约太阳能电池的成本。
进一步地，所述导电银浆不添加玻璃粉，使其在印刷烧结时可采用低温烧结，无需达到玻璃粉烧结所需的熔融温度，降低烧结耗能；还能最大限度的保留纳米银线的活性和稳定性。
进一步地，所述纳米银线的直径不超过500nm；所述纳米银线的长度为不低于5μm；所述纳米银线的长径比不低于20。
进一步地，所述有机分散液为丁基卡必醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、醇酯十二、二元酸酯中的任一中或几种，所述有机分散液在所述纳米银浆中的质量分数不低于30%。
由于纳米银线的直径小、长径比大，当其浓度较高时，纳米银线容易缠绕、团聚成团，不利于分散、印刷，影响导电浆料的透明性。因此，本申请文件中，导电银浆采用在制备纳米银线过程中未经烘干而直接分散在有机溶剂中的纳米银浆作为原料，使其分散效果好，不易团聚；且在导电银浆中加入的有机载体、分散剂会进一步分散纳米银线，避免纳米银线的缠绕团聚，使其不会因为缠绕团聚而造成较多的局部遮挡，影响硅片的光接收率。
进一步地，所述有机载体包括乙基纤维素体系和低温固化树脂体系；所述乙基纤维素体系和低温固化树脂体系的重量比为1:1~9。
本申请文件中的有机载体采用双载体体系，分别加入乙基纤维素和低温固化树脂共同作为有机载体，可以通过乙基纤维素改性树脂，提高浆料的成膜性能，进而提高印刷性；同时乙基纤维素改性后树脂还可以降低树脂的固化温度，使其导电浆料的固化温度更低。此外，由于乙基纤维素的结构稳定，使烧结后的导电浆料印刷而成的银导体栅线或者银导体膜均具有更好的耐候性能，使太阳能电池板寿命更长。
进一步地，所述乙基纤维素体系包括乙基纤维素和有机溶剂；所述乙基纤维素为长链乙基改性纤维素，如陶氏化学STD200；所述有机溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十二，一种或多种；
乙基纤维素体系中采用丁基卡必醇和丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十二作为乙基纤维素的溶剂之一，提高乙基纤维素的溶解度，同时其中的丁基卡必醇作为溶剂之一，还可以降低加入的脂类的粘度，使其制备的导电浆料流动性更好，在印刷时不易产生断栅、虚印等问题。
进一步地，所述低温固化树脂体系为环氧树脂体系、丙烯酸树脂体系、聚酰胺树脂体系、酚醛树脂体系、聚乙烯缩丁醛树脂体系、松香树脂体系或有机硅树脂体系中的任一种或者其衍生物中的任一种。
进一步地，所述低温固化树脂体系包括树脂单体和树脂溶剂；所述树脂单体为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、酚醛树脂、聚乙烯缩丁醛树脂、松香树脂或有机硅树脂中的任一种或者其衍生物中的任一种；优选地，所述树脂溶剂为质量比为1:1的丁基卡必醇和二元酸酯；所述树脂体系中树脂溶剂的含量为0~70%。
进一步地，所述导电银浆中纳米银浆、有机载体、分散剂和固化剂的质量分数分别为： 10-60%纳米银浆、20-80%有机载体、2~5%固化剂和0.01~0.5%分散剂。
本申请文件中的固化剂可以为双氰胺、二元酸脂、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺，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。
本申请文件还公开了应用有上述导电银浆的太阳能电池的透明电极，其具体是将导电银浆呈丝网印刷在硅片的TCO膜上或者其他镀膜技术沉积在硅片上，低温固化成透明的电极。
所述导电银浆通过丝网印刷工艺被印刷在硅片的TCO膜上，然后再通过低温烧结得到太阳能电池的透明电极；所述导电浆料也可以直接在硅片上通过印刷无穷密集的银导电栅线进而成膜，替代TCO膜，然后低温烧结等得到太阳能电池的透明正面电极。导电银浆的导电性能比TCO膜的导电性能高出十倍以上，而且透明导电浆料形成的膜呈透明，在满足硅片导电的情况下，也不会出现阴影效应，使太阳能可以穿过导电银浆形成的银导电膜，达到硅片表面。
进一步地，所述导电银浆呈栅状印刷在TCO膜上时，印刷而成的银导体栅线的高宽比为0.1~0.5。由于本申请文件中公开的导电银浆为透明浆料，其印刷而成的银导体栅线不会存在挡遮太阳光线穿过的问题，因此其银导体栅线可印刷得更宽，其高宽比值也无需控制到很高，即可满足印刷性能；相邻银导体栅线之间的间距可以做到无限小，当其等于零时，即为银导体膜，可以减少导体之间的电阻，提高太阳能电池效率。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明所提供的太阳能电池用低温透明导电银浆，采用低添加量的纳米银线作为导体浆料中的导电材料，并不添加任何玻璃粉，得到可低温固化的导电银浆，让太阳光可以穿过导电材料，避免了当前银浆材料的阴影效果。
（2）本发明所提供的太阳能电池用低温透明导电银浆采用双体系有机载体，加入乙基纤维素载体以提高导电银浆的印刷性和烧结温度，使其印刷而成的栅线不易出现断栅、虚印等问题。
（3）本发明所公开的太阳能电池的透明正面电极，将本申请文件所公开的导电银浆印刷或沉积在硅片上，当其丝网印刷在硅片上时其印刷而成的银导电栅线也可以达到无穷密集，减少导体于硅之间的电阻；还可以降低印刷技术要求，采用低高宽比的印刷工艺即可满足光电转化效率的要求。透明银导体还可以直接沉积到硅片的整个面形成银导电膜，无需再在硅片表面加工TCO膜；同时银导电膜由于完全覆盖硅片正面，可以进一步降低导体电阻。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
现有技术中采用的导电浆料大多采用高添加量的微米银粉或者纳米银粉，使其印刷在硅片正面时有阴影效应，需要将银导电栅线印刷为非常细才能实现较高的光电转化效率。同时，常见的导电银浆中均添加有玻璃粉，用于烧结固化导电银浆，但由于玻璃粉的软化温度较高，使导电银浆在较高的温度下才能实现烧结，耗能高。
基于上述问题，本申请公开了一种太阳能电池用低温透明导电银浆，包括纳米银浆、有机载体、分散剂和固化剂，所述纳米银浆包括纳米银线和用于分散纳米银线的有机分散液；所述纳米银线在所述导电银浆中的质量分数不超过5%。其中，不添加玻璃粉。
在一些实施例中，所述导电银浆中纳米银浆、有机载体、分散剂和固化剂的质量分数分别为：38~40%纳米银浆、53~55.5%有机载体、2~5%固化剂和0.01~0.5%分散剂。
在一些实施例中，所述纳米银线的直径不超过250nm；所述纳米银线的长度为不低于5μm；所述纳米银线的长径比不低于20。
在一些实施例中，所述有机分散液为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、醇酯十二、二元酸酯中的任一中或几种，以及其他常用的电极印刷用溶剂，所述有机分散液在所述纳米银浆中的质量分数不低于30%，使纳米银浆可以充分的分散在有机分散液中，使其不易缠绕团聚，使在制备而成导电银浆和烧结而成的导电材料均为透明状，使太阳光可以穿过。
在一些实施例中，所述有机载体为双体系载体，其分别包括乙基纤维素体系和树脂体系；所述乙基纤维素体系和树脂体系的重量比为2:7~9。
需要说明的是，所述乙基纤维素载体包括乙基纤维素及其有机溶剂；其中二者的质量比可选择为：1:3；所述有机溶剂包括醇和酯的混合溶剂；有机溶剂可选用：丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十二；所述丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十二的质量比为：1~9:1~9:1~9。优选地，丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十二的质量比为1:1:1。
在一些实施例中，所述树脂体系可选择环氧树脂体系、丙烯酸树脂体系、聚酰胺树脂体系、酚醛树脂体系、聚乙烯缩丁醛树脂体系、松香树脂体系或有机硅树脂体系中的任一种或者其衍生物中的任一种。
需要说明的是，所述树脂体系包括树脂单体和树脂溶剂；所述树脂单体可选择环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、酚醛树脂、聚乙烯缩丁醛树脂、松香树脂或有机硅树脂中的任一种或者其衍生物中的任一种；所述树脂溶剂可选择质量比为1:1的丁基卡必醇和二元酸酯；所述树脂体系中树脂溶剂的含量可选择0~70%。
在一些实施例中，固化剂可以选择双氰胺、二元酸脂、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺，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。
以下通过具体的应用例来对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例中所采用的导电浆料采用以下配方：40%纳米银浆、54.5%有机载体、5%双氰胺和0.5%分散剂。其中，纳米银浆中纳米银线与有机分散液的质量比为1:9；有机分散液为丁基卡必醇；所述有机载体包括占导电银浆总质量11.5%的乙基纤维素体系和45%的环氧树脂；其中乙基纤维素体系中乙基纤维素和有机溶剂的质量比为：1:3；有机溶剂包括质量比为1:1:1的丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十二。乙基纤维素树脂是陶氏化学STD200。
将按照上述配方的各成分搅拌混合均匀，然后使用三辊压机制成导电浆料，并在在已经制备好 TCO 膜，但未金属化的异质结“蓝膜”片上，分别在上下两面印刷一层上述导电浆料，150℃干燥20分钟， 220℃固化20分钟。 测试电池光电转化效率，为15%。
实施例2
本实施例中所采用的导电浆料采用以下配方：本实施例中所采用的导电浆料采用以下配方：40%纳米银浆、55%有机载体、4.7%二元酸酯和0.3%分散剂。其中，纳米银浆中纳米银线与有机分散液的质量比为1:9；有机分散液为丁基卡必醇；所述有机载体包括占导电银浆总质量10%的乙基纤维素体系和45%的树脂体系；其中乙基纤维素体系中乙基纤维素和有机溶剂的质量比为：1:3；有机溶剂包括质量比为1:1:1的丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十二；其中树脂体系中树脂与树脂溶剂的质量比为3:7；其中树脂为丙烯酸树脂；树脂溶剂为质量比为1:1的丁基卡必醇和二元酸酯。
将按照上述配方的各成分搅拌混合均匀，然后使用三辊压机制成导电浆料，并在在已经制备好 TCO 膜，但未金属化的异质结“蓝膜”片上，分别在上下两面印刷一层上述导电浆料，150℃干燥20分钟， 220℃固化20分钟。测试电池光电转化效率，为18%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：该导电银浆包括纳米银浆、有机载体、分散剂和固化剂，所述纳米银浆包括纳米银线和用于分散纳米银线的有机分散液；所述纳米银线在所述导电银浆中的质量分数不超过5%。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：所述导电银浆不添加玻璃粉。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：所述纳米银线的直径不超过500nm；所述纳米银线的长度为不低于5μm；所述纳米银线的长径比不低于20。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：所述有机分散液为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、醇酯十二、二元酸酯、苯，甲苯，二甲苯等烃类化合物，或月桂酸，十二醇等脂肪醇，脂肪酸中的任一中或几种；所述有机分散液在所述纳米银浆中的质量分数不低于30%。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：所述有机载体包括乙基纤维素体系和低温固化树脂体系；所述乙基纤维素体系和低温固化树脂体系的重量比为1:1~9。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：所述乙基纤维素体系包括乙基纤维素和有机溶剂；所述有机溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十二一种或多种。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：所述有机溶剂为质量比为：1~9:1~9:1~9的丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯和醇酯十二。
8.根据权利要求5所述的太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：所述低温固化树脂体系为环氧树脂体系、丙烯酸树脂体系、聚酰胺树脂体系、酚醛树脂体系、聚乙烯缩丁醛树脂体系、松香树脂体系或有机硅树脂体系中的任一种或者其衍生物中的任一种。
9.根据权利要求5所述的太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：所述树脂体系包括树脂单体和树脂溶剂；所述树脂单体为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、酚醛树脂、聚乙烯缩丁醛树脂、松香树脂或有机硅树脂中的任一种或者其衍生物中的任一种；所述树脂溶剂为质量比为1:1的丁基卡必醇和二元酸酯；所述树脂体系中树脂溶剂的含量为0~70%。
10.根据权利要求1~9任一项所述的太阳能电池用低温透明导电银浆，其特征在于：所述导电银浆中纳米银浆、有机载体、分散剂和固化剂的质量分数分别为：10-60%纳米银浆、20-80%有机载体、2~5%固化剂和0.01~0.5%分散剂。
11.一种太阳能电池的透明电极，其特征在于：将权利要求1~8任一项所述的导电银浆呈丝网状印刷在硅片的TCO膜上或者呈膜状印刷在硅片上，固化烧结成透明的电极。
12.根据权利要求11所述的透明电极，其特征在于：所述导电银浆呈丝网状印刷在硅片的TOC膜上时，印刷而成的银导体栅线的高宽比为0.1~0.5。
13.根据权利要求11所述的透明电极，其特征在于：所述导电银浆呈膜状印刷在硅片上是通过印刷无穷密集的银导体栅线，形成透明导电膜。
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|---|---|---|---|---|
| CN113488223A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-08 | 苏州晶银新材料科技有限公司 | 不含硅油的太阳能电池导电银浆及其应用 |
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