CN112562885A - 一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆及其制备方法，目的是解决目前该领域主栅银浆固化后焊接拉力偏低、可焊性较差、体积电阻率相对较高或印刷性较差、在一定条件下的老化拉力几乎为零的相关技术缺陷，本发明包括低熔点片状银粉、高烧结活性球状银粉、低熔点合金粉、有机粘接相、无机粘接相、有机溶剂、流平剂，通过预混、控温、搅拌、研磨进行制备，从而得到固化后基本焊接拉力高、老化拉力好、可焊性强，特别适合用于制备异质结电池的主栅电极的低温银浆，大大增加异质结电池组件的焊接可靠性。

Description

一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种异质结低温银浆，具体涉及一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆及其制备方法。
背景技术
异质结电池HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin-layer的缩写，意为本征薄膜异质结。在异质结电池结构中，中间衬底为N型晶体硅，通过PECVD方法在P型a-Si和c-Si之间插入一层10nm厚的i-a-Si本征非晶硅，形成PN结；电池背面为20nm厚的本征a-Si：H和N型a-Si：H层，在钝化表面的同时形成背表面场；最后在电池两侧利用磁控溅射技术溅射ITO导电氧化膜进行横向导电，最后制备电极。相比于同质结(即晶体硅)，异质结具有更好的钝化接触、最佳的开路电压和最低的温度系数。同时，与传统P型晶硅电池相比，其具备更高的光电转换效率和双面性，工艺流程简单、提效潜力高、降本空间大。目前，光伏组件已进入600W+高效时代，对于具有高效潜力的异质结电池也是一次机遇和挑战。
丝网印刷是异质结电池制备电极的常见工艺，结合目前晶硅电极丝网印刷工艺，异质结电池的电极制备多采用分步印刷来满足电池对电性能和焊接拉力的需求。分步丝网印刷中即存在主栅和细栅之分，主栅主要用于提供焊接拉力和收集电流，同时制备主栅电极时可适当降低固含量，降低成本。
目前国产异质结主栅银浆主要存在以下问题：1、所使用的主栅银浆固化后焊接拉力偏低、可焊性差；2、部分高拉力的主栅电极由于仅通过树脂含量或片状银粉占比的提高来提升焊接拉力，其体积电阻率相对较高或印刷性较差；3、所使用的主栅银浆固化后在一定条件下的老化拉力几乎为零。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆及其制备方法，以克服现有技术存在的技术缺陷，在提高电极焊接拉力同时也能确保其具有良好的体积电阻率和印刷性。
本发明提供的技术方案如下：
一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，包括以下组分：低熔点片状银粉20～65wt％，高烧结活性球状银粉20～65wt％，低熔点合金粉3～7wt％，有机粘接相2～3wt％，无机粘接相0.5～1.2wt％，有机溶剂2～4wt％，流平剂0.5～1wt％。
优选地，太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆包括以下组分：低熔点片状银粉24.8wt％，高烧结活性球状银粉65wt％，低熔点合金粉3wt％，有机粘接相2.1wt％，无机粘接相1.1wt％，有机溶剂3wt％，流平剂1wt％。
优选地，高烧结活性球状银粉粒径分布为D100≤600nm，D50≤400nm，D10≥200nm，振实密度5～6g/cm3，比表面积0.5～1.0m2/g，银粉活性温度MP≤160℃。
更优选地，高烧结活性球状银粉粒径分布为D100≤500nm，D50≤300nm，D10≥200nm，振实密度5～5.5g/cm3，比表面积0.6～0.8m2/g，银粉活性温度MP≤140℃。
优选地，低熔点合金粉为铋、锡、铅、铟中的两种或两种以上。
优选地，有机粘接相为有机树脂和潜伏性固化剂的混合物，有机树脂和潜伏性固化剂的比例按重量比计为97∶3～50∶50；其中，有机树脂优选热固性树脂和热塑性树脂，优选缩水甘油醚型环氧树脂、改性环氧树脂、热固性丙烯酸树脂、热塑性丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氯醋树脂、聚氨酯树脂中的一种或几种；潜伏性固化剂优选咪唑类潜伏性固化剂、改性聚酰胺、双氰胺、液体酚醛树脂、聚硫化合物中的一种或几种。
优选地，无机粘接相为低熔点纳米玻璃粉，其粒径分布为D100≤800nm，D50≤400nm，D10≥100nm，玻璃软化温度Tg≤200℃。
优选地，有机溶剂为乙酸乙酯、石脑油、丙二醇甲醚醋酸酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、柠檬酸正三丁酯、乙二醇二丁醚、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、硬酯酸丁酯、油酸、油酸丁酯、松油醇中的一种或几种。
优选地，流平剂为甲基硅油、油酸酰胺、有机硅流平剂、丙烯酸流平剂中的一种或几种。
本发明提供的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备有机粘接相预混体系：取潜伏性固化剂加入到有机树脂中，然后倒入玻璃反应釜中搅拌，玻璃反应釜控温35℃，搅拌速度1000r/min，公转速度搅拌4～5小时直至固化剂完全溶解在树脂中，无明显颗粒，20℃静置2小时，再用250目不锈钢丝网进行过滤除杂，得到有机粘接相预混体系；
(2)银浆预混：取有机粘接相、无机粘接相、有机溶剂、流平剂，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度为65r/min，搅拌速度30r/min，搅拌30min，再取低熔点片状银粉、高烧结活性球状银粉、低熔点合金粉，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度80r/min，搅拌速度50r/min，搅拌4～8小时，得搅拌均匀的浆料；
(3)银浆研磨及过滤：将搅拌均匀的浆料倒入三辊研磨机中进行研磨，研磨间隙由大至小依次调节为120μm～30μm，每个间隙扎辊6～8遍达到充分研磨效果，直至浆料的细度达到10μm以下，即得。
本发明的有益效果：
本发明提供的低温银浆，固化后，焊接拉力高在保证良好体积电阻率的情况下，焊接拉力高且具有老化拉力好、可焊性强，特别适合用于制备异质结电池的主栅电极，大大增加异质结电池组件的焊接可靠性。
具体实施方式
实施例1
一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，包括以下组分：低熔点片状银粉43wt％，高烧结活性球状银粉46.8wt％，低熔点合金粉3wt％，有机粘接相为2wt％，无机粘结相1.2wt％，有机溶剂3wt％，流平剂1wt％。其中，低熔点合金粉为锡粉2wt％、铟粉1wt％；有机粘结相中有机树脂为双酚A型环氧树脂1wt％、潜伏性固化剂为封闭异氰酸酯1wt％；有机溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯2wt％、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯1wt％；流平剂为有机硅流平剂；高烧结活性球状银粉粒径分布为D100≤600nm，D50≤400nm，D10≥200nm，振实密度5～6g/cm3，比表面积0.5～1.0m2/g，银粉活性温度MP≤160℃；无机粘接相为低熔点纳米玻璃粉，其粒径分布为D100≤800nm，D50≤400nm，D10≥100nm，玻璃软化温度Tg≤200℃。
上述太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备有机粘接相预混体系：取潜伏性固化剂加入到有机树脂中，然后倒入玻璃反应釜中搅拌，玻璃反应釜控温35℃，搅拌速度1000r/min，公转速度搅拌4～5小时直至固化剂完全溶解在树脂中，无明显颗粒，20℃静置2小时，再用250目不锈钢丝网进行过滤除杂，得到有机粘接相预混体系；
(2)银浆预混：取有机粘接相、无机粘接相、有机溶剂、流平剂，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度为65r/min，搅拌速度30r/min，搅拌30min，再取低熔点片状银粉、高烧结活性球状银粉、低熔点合金粉，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度80r/min，搅拌速度50r/min，搅拌4～8小时；
(3)银浆研磨及过滤：将均匀浆料倒入三辊研磨机中进行研磨，研磨间隙由大至小依次调节为120μm～30μm，每个间隙扎辊6～8遍达到充分研磨效果，直至浆料的细度达到10μm以下，即得。
实施例2
一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，包括以下组分：低熔点片状银粉65wt％，高烧结活性球状银粉24.8wt％，低熔点合金粉3wt％，有机粘接相为2.1wt％，无机粘结相1.1wt％，有机溶剂3wt％，流平剂1wt％。其中，低熔点合金粉为锡粉2wt％、铟粉1wt％；有机粘结相中有机树脂为双酚A型环氧树脂1.1wt％、潜伏性固化剂为封闭异氰酸酯1.0wt％；有机溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯2wt％、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯1wt％；流平剂为有机硅流平剂；高烧结活性球状银粉粒径分布为D100≤600nm，D50≤400nm，D10≥200nm，振实密度5～6g/cm3，比表面积0.5～1.0m2/g，银粉活性温度MP≤160℃；无机粘接相为低熔点纳米玻璃粉，其粒径分布为D100≤800nm，D50≤400nm，D10≥100nm，玻璃软化温度Tg≤200℃。
上述太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆的制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，包括以下组分：低熔点片状银粉24.8wt％，高烧结活性球状银粉65wt％，低熔点合金粉3wt％，有机粘接相为2.7wt％，无机粘结相0.5wt％，有机溶剂3wt％，流平剂1wt％。其中，低熔点合金粉为锡粉2wt％、铟粉1wt％；有机粘结相中有机树脂为双酚A型环氧树脂1.4wt％、潜伏性固化剂为封闭异氰酸酯1.3wt％；有机溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯2wt％、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯1wt％；流平剂为有机硅流平剂；高烧结活性球状银粉粒径分布为D100≤600nm，D50≤400nm，D10≥200nm，振实密度5～6g/cm3，比表面积0.5～1.0m2/g，银粉活性温度MP≤160℃；无机粘接相为低熔点纳米玻璃粉，其粒径分布为D100≤800nm，D50≤400nm，D10≥100nm，玻璃软化温度Tg≤200℃。
上述太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆的制备方法与实施例1相同。
对比例1
一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，包括以下材料：低熔点片状银粉46.4wt％，低烧结活性球状银粉(MP:400～500℃)46.4wt％，有机粘接相为3.2wt％，有机溶剂3wt％，流平剂1wt％。其中，有机粘结相中有机树脂为双酚A型环氧树脂1.6wt％、潜伏性固化剂为封闭异氰酸酯1.6wt％；有机溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯2wt％、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯1wt％；流平剂为有机硅流平剂。
上述太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备有机粘接相预混体系：取潜伏性固化剂加入到有机树脂中，然后倒入玻璃反应釜中搅拌，玻璃反应釜控温35℃，搅拌速度1000r/min，公转速度搅拌4～5小时直至固化剂完全溶解在树脂中，无明显颗粒，20℃静置2小时，再用250目不锈钢丝网进行过滤除杂，得到有机粘接相预混体系；
(2)银浆预混：取有机粘接相、有机溶剂、流平剂，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度为65r/min，搅拌速度30r/min，搅拌30min，再取低熔点片状银粉、低烧结活性球状银粉，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度80r/min，搅拌速度50r/min，搅拌4～8小时；
(3)银浆研磨及过滤：将均匀浆料倒入三辊研磨机中进行研磨，研磨间隙由大至小依次调节为120μm～30μm，每个间隙扎辊6～8遍达到充分研磨效果，直至浆料的细度达到10μm以下，即得。
对比例2
一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，包括以下材料：低熔点片状银粉46.4wt％，低熔点合金粉46.4wt％，有机粘接相3.2wt％，有机溶剂3wt％，流平剂1wt％。其中，低熔点合金粉为锡粉30wt％、铟粉16.4wt％；有机粘结相中有机树脂为双酚A型环氧树脂1.6wt％、潜伏性固化剂为封闭异氰酸酯1.6wt％；有机溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯2wt％、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯1wt％；流平剂为有机硅流平剂。
上述太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备有机粘接相预混体系：取潜伏性固化剂加入到有机树脂中，然后倒入玻璃反应釜中搅拌，玻璃反应釜控温35℃，搅拌速度1000r/min，公转速度搅拌4～5小时直至固化剂完全溶解在树脂中，无明显颗粒，20℃静置2小时，再用250目不锈钢丝网进行过滤除杂，得到有机粘接相预混体系；
(2)银浆预混：取有机粘接相、有机溶剂、流平剂，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度为65r/min，搅拌速度30r/min，搅拌30min，再取低熔点片状银粉、低熔点合金粉，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度80r/min，搅拌速度50r/min，搅拌4～8小时；
(3)银浆研磨及过滤：将均匀浆料倒入三辊研磨机中进行研磨，研磨间隙由大至小依次调节为120μm～30μm，每个间隙扎辊6～8遍达到充分研磨效果，直至浆料的细度达到10μm以下，即得。
对比例3
一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，包括以下材料：低熔点片状银粉92.8wt％，有机粘接相为1.6wt％，无机粘结相1.6wt％，有机溶剂3wt％，流平剂1wt％。其中，有机粘结相中有机树脂为双酚A型环氧树脂0.8wt％、潜伏性固化剂为封闭异氰酸酯0.8wt％；有机溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯2wt％、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯1wt％；流平剂为有机硅流平剂；无机粘接相为低熔点纳米玻璃粉，其粒径分布为D100≤800nm，D50≤400nm，D10≥100nm，玻璃软化温度Tg≤200℃。
上述太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备有机粘接相预混体系：取潜伏性固化剂加入到有机树脂中，然后倒入玻璃反应釜中搅拌，玻璃反应釜控温35℃，搅拌速度1000r/min，公转速度搅拌4～5小时直至固化剂完全溶解在树脂中，无明显颗粒，20℃静置2小时，再用250目不锈钢丝网进行过滤除杂，得到有机粘接相预混体系；
(2)银浆预混：取有机粘接相、无机粘接相、有机溶剂、流平剂，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度为65r/min，搅拌速度30r/min，搅拌30min，再取低熔点片状银粉，倒入双行星高速分散机内，温控30℃，分散盘速度80r/min，搅拌速度50r/min，搅拌4～8小时；
(3)银浆研磨及过滤：将均匀浆料倒入三辊研磨机中进行研磨，研磨间隙由大至小依次调节为120μm～30μm，每个间隙扎辊6～8遍达到充分研磨效果，直至浆料的细度达到10μm以下，即得。
本发明对实施例1～3和对比例1～3所制备的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆各性能进行测试：浆料粘度、固化后体积电阻率、附着力、老化附着力。
具体测试方法如下：
浆料粘度：旋转粘度计(博勒飞粘度计)在室温25℃下测试。
固化后体积电阻率：印刷固定图案(长25cm、宽1mm蛇形图案)，固化后测电阻值，按照公式R＝ρ·L/S换算出体积电阻率。
附着力：印刷固定图案(长20cm，宽0.8mm矩形图案)，固化后250℃下焊接测试焊接拉力。
老化附着力：固化后250℃下焊接，焊接后放入老化箱中，湿度75％，温度180℃，1个小时后取出测试焊接拉力。
测试结果如表1所示：
表1实施例1～3和对比例1～3所制备的银浆各性能测试结果
Figure BDA0002868538510000091
由表1可知，实施例1～3采用本发明制备的低温银浆具有固化后焊接拉力高、可焊性强且具有良好的老化焊接拉力，同时，在提高电极焊接拉力同时也确保其具有良好的体积电阻率和印刷性特别适合用于制备异质结电池的主栅电极。对比例1的低温主栅正面银浆不含低熔点合金粉末和无机粘接相，且球状银粉采用低烧结活性球状银粉，其余组分均在本发明范围之内，其固化后的主栅电极焊接拉力低，老化焊接拉力有，但是较低，且体积电阻率更高，导电性差，对比例2采用的不含球状银粉和无机粘接相，其余组分均在本发明范围之内，其固化后的主栅电极焊接拉力较对比例1有略微提高，但老化拉力没有，且浆料粘度增大，具有一定的印刷和湿重风险，对比例3采用的不含球状银粉和低熔点合金粉末，其余组分均在本发明范围之内，其固化后的主栅电极焊接拉力与对比例2相当，但体积电阻率略高且老化焊接拉力没有。
本发明所提供的高焊接拉力异质结电池用低温主栅正面银浆及其制备方法，有效提高了异质结电池用主栅银浆的焊接拉力和老化拉力，同时保证了优良的体积电阻率和印刷性。

Claims (9)

1.一种太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，其特征在于：所述低温银浆包括以下组分：低熔点片状银粉20～65wt％，高烧结活性球状银粉20～65wt％，低熔点合金粉3～7wt％，有机粘接相2～3wt%，无机粘接相0.5～1.2wt%，有机溶剂2～4wt%，流平剂0.5～1wt%；所述有机粘接相为有机树脂和潜伏性固化剂；所述有机树脂和潜伏性固化剂的比例按重量比计为97∶3～50∶50。
2.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，其特征在于：所述高烧结活性球状银粉粒径分布为D100≤600nm，D50≤400nm，D10≥200nm，振实密度5～6g/cm3，比表面积0.5～1.0m2/g，银粉活性温度MP≤160℃。
3.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，其特征在于：所述高烧结活性球状银粉粒径分布为D100≤500nm，D50≤300nm，D10≥200nm，振实密度5~5.5g/cm3，比表面积0.6~0.8m2/g，银粉活性温度MP≤140℃。
4.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，其特征在于：所述低熔点合金粉为铋、锡、铅、铟中的两种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，其特征在于：所述有机粘接相中的有机树脂为缩水甘油醚型环氧树脂、改性环氧树脂、热固性丙烯酸树脂、热塑性丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氯醋树脂、聚氨酯树脂中的一种或几种；
根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，其特征在于：所述有机粘接相中的潜伏性固化剂为咪唑类潜伏性固化剂、改性聚酰胺、双氰胺、液体酚醛树脂、聚硫化合物中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，其特征在于：所述无机粘接相为低熔点纳米玻璃粉，所述低熔点纳米玻璃粉的粒径分布为D100≤800nm，D50≤400nm，D10≥100nm，玻璃软化温度Tg≤200℃。
7.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，其特征在于：所述有机溶剂为乙酸乙酯、石脑油、丙二醇甲醚醋酸酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、己二酸二甲酯、柠檬酸正三丁酯、乙二醇二丁醚、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、硬酯酸丁酯、油酸、油酸丁酯、松油醇中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆，其特征在于：所述流平剂为甲基硅油、油酸酰胺、有机硅流平剂、丙烯酸流平剂中的一种或几种。
9.一种如权利要求1至9中任一项所述的太阳能异质结电池用高焊接拉力主栅低温银浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
（1）制备有机粘接相预混体系：取潜伏性固化剂加入到有机树脂中，然后倒入反应釜中搅拌，反应釜控温35℃，搅拌速度1000r/min，搅拌4～5小时直至固化剂完全溶解在树脂中无明显颗粒，然后20℃静置2小时，再用250目滤网过滤除杂，得有机粘接相；
（2）银浆预混：将步骤（1）中所述的有机粘接相和无机粘接相、有机溶剂、流平剂，倒入分散机，温控30℃，分散盘速度65r/min，搅拌速度30r/min，搅拌30min，再取低熔点片状银粉、高烧结活性球状银粉、低熔点合金粉，倒入分散机内，温控30℃，分散盘速度80r/min，搅拌速度50r/min，搅拌4～8小时，得搅拌均匀的浆料；
（3）银浆研磨及过滤：将步骤（2）中所述的搅拌均匀的浆料进行研磨，研磨间隙由大至小依次调节为120μm～30μm，每个间隙扎辊6～8遍达到充分研磨效果，直至浆料的细度达到10μm以下，即得。
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