CN111899912B - 一种超高速细线印刷用正面银浆的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超高速细线印刷用正面银浆的制备方法，所述制备方法主要特点在于对正面银浆配方中所含玻璃粉进行预处理，再制成最终浆料。玻璃粉的预处理根据使用分散剂的种类可分为以下两种：固体分散剂溶解后超声分散直接包覆玻璃粉；液体分散剂加入树脂和溶剂混合制成玻璃浆。通过此方法能够有效的提高正面银浆分散体系在超高速细线印刷过程中的稳定性，从而增加晶硅太阳能生产效率，最终达到降低生产成本的目的。

Description

一种超高速细线印刷用正面银浆的制备方法
技术领域
本发明涉及一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，具体涉及玻璃粉预处理及其对应的超高速细线印刷用正面银浆和太阳能电池电极制备方法。
背景技术
晶硅太阳能电池作为发展速度最快、成本最低、产业化程度最高的新能源技术，已成为太阳能利用开发的绝对主流。在晶硅太阳能电池生产制造过程中，形成电池正面电极的正面银浆是晶硅太阳能电池的重要组成部分，对实现电池的光电转化起着至关重要的作用。近年来，市场对太阳能电池成本控制要求越来越高，正面银浆作为晶硅太阳能电池制造的重要一环，是降低成本的关键。
在晶硅太阳能电池的生产中，丝网印刷是晶硅太阳能电池实现超高生产效率和低成本的关键。正面银浆作为丝网印刷的直接原料，其印刷性能直接影响电池性能和生产效率。根据晶硅太阳能电池的光电转化理论，正面银浆经丝网印刷和高温烧结后所得到的银电极横截面高宽比越高，电池的转化效率越高。使用窄开孔的丝印网版是得到高高宽比电极的最直接的方式。且由于使用窄开孔丝印可以有效降低印刷过程中的下墨量，可以直接降低电池片浆料的单耗，从而降低生产成本。
然而，更窄开孔的网版的大规模应用必然会对浆料的印刷性能提出更高的要求。正面银浆的印刷性能从原理上可理解为浆料多分散体系在长期交变剪切速率下的稳定性。传统方法制备的浆料在应对更窄开孔的网版场景下，因浆料所受剪切速率的峰值大大增加，分散体系的稳定性变差，使得电极印刷断线增加，严重影响最终太阳能电池品质。而为减少断线，降低印刷速度，又会降低生产效率，使得电池最终成本增加。因此开发适用于超高速细线印刷正面银浆就显的尤为迫切。
经检索，申请号CN201310143921.9、名称为一种用于晶体硅太阳能电池片的正面银浆及其制备方法的技术方案，解决的技术问题是可适用于更大目数的丝网印刷，从而得到细密程度更高的电极涂层；具有良好的印刷性、导电性、抗氧化性，可与背电极浆料共烧结，烧结后附着力好，与硅片的接触电阻低；同时，由于纳米银粉的熔点较低，制得的银浆料烧结温度降低，还可以减少银用量，降低生产成本。采用的技术方案是该正面银浆包括以下组分及含量：微米纳米复合银粉78～82wt％、无铅玻璃粉3～4wt％、有机溶剂12～20wt％、增稠剂0.7～1.2wt％、添加剂0～2wt％。综上，本申请方案不论解决技术问题还是具体技术方案与上述检索文件显著不同。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，该方法制备的正面银浆，可在使用窄开孔网板条件下进行超高速印刷，在确保电池产品质量的同时，提高生产效率，降低生产成本。
其中，具体技术方案为：
在正面银浆制备前对玻璃粉进行预处理，对玻璃粉进行预处理的方式为玻璃粉包覆或者玻璃浆制备。
上述的一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中：玻璃粉包覆的工艺为将固体分散剂溶解于低沸点溶剂后加入玻璃粉行星搅浑混合，并超声分散，最后真空干燥。
上述的一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中：所使用的固体分散剂为ANS-TDO、硬脂酸、固体脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种。
上述的一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中：所述固体分散剂为玻璃粉重量的10-20％。
上述的一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中：所述低沸点溶剂为乙醇、异丙醇、环己烷中的一种或多种。
上述的一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中：所述低沸点溶剂用量与分散剂重量比为1:1-1:4。
上述的一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中：所述玻璃浆的制备工艺为将液体分散剂、树脂、溶剂与玻璃粉行星搅拌混合，并三辊研磨轧制。
上述的一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中：所述液体分散剂为楠本化成ED120、卵磷脂、油酸、液体脂肪醇聚氧乙烯醚，所述液体分散剂在玻璃浆中的含量为玻璃粉含量的10-20％。
上述的一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中：所述玻璃浆中所使用树脂为乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚乙烯缩丁醛树脂、丙烯酸树脂中的一种或多种。
上述的一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中：所述玻璃浆中所使用的溶剂为二乙二醇二丁醚、己二酸二甲酯、醇酯十二、醇酯十六、丙二醇苯醚、丁基卡必醇醋酸酯中的一种或多种。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
通过此方法能够有效的提高正面银浆分散体系在超高速细线印刷过程中的稳定性，从而增加晶硅太阳能生产效率，最终达到降低生产成本的目的。
附图说明
图1为比较例1、实施例1、实施例2的对比示意图。
图2为比较例2、实施例3、实施例4的对比示意图。
图3为比较例3、实施例5、实施例6、实施例7的对比示意图。
具体实施方式
下文描述了一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其中包含玻璃粉的预处理方法和对应浆料的制备。
本发明不限于以下实施方案。
玻璃粉的预处理：
玻璃粉的预处理根据选用分散剂的不同分为玻璃粉的包覆和玻璃浆的制备两种方式，以下分别做具体说明。
玻璃粉的包覆：
在具体实施方案中玻璃粉包覆原料配比为：玻璃粉20-50％、ANS-TDO 2-10％、无水乙醇50-80％。
将所用的原料称量后加入双行星搅拌釜中，公转速度1000转/min，自传速度350转/min，在室温下(≤35℃)搅拌45-60min；混合物取出后在40KHz频率下超声分散45-60min，超声过程中确保温度低于35℃；最后将混合物在真空条件下烘干(真空度133Pa，温度70℃)备用。
玻璃浆的制备：
在具体实施方案中玻璃浆的原料配比为：玻璃粉40-60％，ANS-TDO 4-6％,乙基纤维素3-5％，PVB 3-5％，丁基卡必醇醋酸酯40-60％。
首先将乙基纤维素和PVB分别在丁基卡必醇醋酸酯溶解制成20％的浓溶液备用。具体制备方法如下：将20％树脂搅拌下(300转/min)分批加入到含80％溶剂不锈钢加热搅拌釜中，开启加热，以10℃/min的速度，升温至60℃，保温60min后冷却至室温备用。
接下来将称量好的玻璃粉、分散剂、上述树脂溶液、剩余的溶剂加入双行星搅拌釜中，室温搅拌30-40min，公转速度100转/min，自转速度30转/min。最后将混合料在三辊机上进行研磨，控制研磨间隙逐渐减小，保证最终所得正面银浆的细度在5μm以内，细度由刮板细度计测得。
有机载体：
在具体实施方案中有机载体原料配比为：醋酸丁酸纤维素1.5-2.0％、PVB 2.0-2.5％、氢化松香酯树脂6-12％、聚酰胺蜡3.0-7.0％、ANS-TDO 1.5-2％、楠本化成ED120 3-4％、二乙二醇二丁醚6-12％、己二酸二甲酯6-12％、醇酯十二15-25％、丁基卡必醇醋酸酯50-60％。
将有机载体所用的原料称量好并放置在带有高速剪切搅拌头的不锈钢加热釜中，将加热釜进行密封，启动不锈钢加热釜中的高速剪切搅拌头，使剪切速率为1000转/min；同时启动加热按钮，按照2℃/min的加热速度，将有机混合物加热到60℃，并保温45-60min；关闭加热，再搅拌冷却至室温备用。
需要注意的是，配合玻璃浆使用的有机载体，在配方上应将与玻璃浆重复使用的原料按比例扣除，以确保一致性。
正面银浆：
在具体实施方案中将一定配比的银粉、以包覆的玻璃粉或玻璃浆、添加剂等加入有机载体中，在双行星重力混合机中混合均匀，再将混合料在三辊机上进行研磨；控制研磨间隙逐渐减小，保证最终所得正面银浆的细度在5μm以内，细度由刮板细度计测得。所得正面银浆粘度控制在70-130Pa·s之间，粘度由Brookfield粘度计100rad/min条件下测得。
在比较例中，所制备正面银浆使用未经预处理的常规玻璃粉。在一个实施例中，浆料使用包覆分散剂的玻璃粉制备，在另一个实施例中，浆料使用玻璃浆为原料制备。
以下描述了丝网印刷工艺制造太阳能电池电极过程。
在具体实施方案中，电池电极的制造遵循以下流程：银浆丝网印刷—烘干—烧结—冷却至室温。
丝网印刷使用BACCINI银浆专用印刷机，印刷速度450-500mm/s；在一个比较例中，印刷速度设定为450mm/s，在另一个比较例中，印刷速度设定为500mm/s。在一个实施例中，印刷速度设定为450mm/s，在另一个实施例中，印刷速度设定为500mm/s。
为验证浆料的极限条件下的印刷效果，印刷使用网板经过特殊设计的变栅网板，硅基板被分为沿垂直于印刷方向的5个开孔宽度逐渐减小的区域，开孔宽度依次为：25μm、23μm、21μm、19μm、17μm。该网版可以高效的检测浆料在不同开孔宽度下的印刷性能。
烘干和烧结使用Despatch带式炉，带速为240IPM，干燥温度350℃，烧结峰值温度为915℃。
印刷测试使用ASICCN太阳能电池片电致发光检测仪测试，检测电流为5.5-6.5A。
实施例：
本发明通过下列实施来说明，但不限于下列实施例。
比较例1和实施例1至2。
正面银浆由下列原材料制成，具体比例见表1。
银粉：球形，D(50)为2.0-2.2。
玻璃粉：玻璃化转变温度Tg为250-280℃。
包覆玻璃粉：玻璃粉经分散剂包覆处理。
玻璃浆：玻璃粉与分散剂、树脂、溶剂混合研磨制备。
硅油：运动粘度5000cSt。
印刷速度450mm/s。
预处理中使用的玻璃粉种类与常规玻璃粉相同。
表1
Figure BDA0002604278680000061
Figure BDA0002604278680000071
需要说明的是，表1中的印刷测试结果由如下方法得出：银浆样品各印刷20片，经干燥烧结后，取最后一片放入太阳能电池片电致发光检测仪中，电池片上未发光区域即视为电极栅线断开，整片硅片断栅少于5根视为正常，断栅多于20根是为虚印。
比较例1在窄开孔区域出现的明显虚印。而实施例1和实施例2在均未出现印刷断栅情况，详见附图1。
比较例2和实施例3至4。
检查预处理玻璃粉制备浆料在500mm/s印刷速度下印刷断栅情况。
表2
Figure BDA0002604278680000072
比较例2虚印区域扩大，实施例3和4仅在开孔宽度17μm区域出现少量断栅，详见附图2。
比较例3和实施例5至7。
检查使用不同分散剂预处理玻璃粉制备正面银浆的印刷性能。
制备玻璃浆A使用的分散剂为卵磷脂；
玻璃浆B使用的分散剂为楠本化成ED120；
玻璃浆C使用的分散剂为聚氧乙烯月桂醚；
印刷速度为450mm/s。
表3
Figure BDA0002604278680000081
实施例5至7均未出现明显断栅，详见附图3。
附图1中，左上为比较例1、右上为实施例1、左下为实施例2。附图2中，左上为比较例2、右上为实施例3、左下为实施例4。附图3中，左上为比较例3、右上为实施例5、左下为实施例6、右下为实施例7。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (1)

1.一种超高速细线印刷用正面银浆制备方法，其特征在于：在正面银浆制备前对玻璃粉进行预处理，对玻璃粉进行预处理的方式为玻璃粉包覆或者玻璃浆制备；
玻璃粉包覆的工艺为将固体分散剂溶解于低沸点溶剂后加入玻璃粉行星搅浑混合，并超声分散，最后真空干燥；
所使用的固体分散剂为ANS-TDO、硬脂酸、固体脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种；
所述固体分散剂为玻璃粉重量的10-20％；
所述低沸点溶剂为乙醇、异丙醇、环己烷中的一种或多种；
所述低沸点溶剂用量与分散剂重量比为1:1-1:4；
所述玻璃浆的制备工艺为将液体分散剂、树脂、溶剂与玻璃粉行星搅拌混合，并三辊研磨轧制；
所述液体分散剂为楠本化成ED120、卵磷脂、油酸、液体脂肪醇聚氧乙烯醚，所述液体分散剂在玻璃浆中的含量为玻璃粉含量的10-20％；
所述玻璃浆中所使用树脂为乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚乙烯缩丁醛树脂、丙烯酸树脂中的一种或多种；
所述玻璃浆中所使用的溶剂为二乙二醇二丁醚、己二酸二甲酯、醇酯十二、醇酯十六、丙二醇苯醚、丁基卡必醇醋酸酯中的一种或多种。
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Denomination of invention: A Preparation Method of Front Silver Paste for Ultra High Speed Fine Line Printing

Effective date of registration: 20230914

Granted publication date: 20220712

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Minhang sub branch

Pledgor: SHANGHAI YINJIANG TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2023310000548