CN112837844B - 一种有双重固化性能的hjt低温固化银浆及其制备方法 - Google Patents

一种有双重固化性能的hjt低温固化银浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有双重固化性能的HJT低温固化银浆及其制备方法，按照重量份数计算，原料的组成包括：主体导电银粉70‑90份、辅助导电银粉1‑10份、丙烯酸酯类树脂1‑10份、环氧树脂1‑10份、溶剂1‑5份、引发剂0.1‑1份和固化剂0.1‑2份；所述主体导电银粉为微米级银粉；所述辅助导电银粉为纳米级银粉，固化后形成的银电极具有良好的导电性和附着力。本发明还提供了一种有双重固化性能的HJT低温固化银浆的制备方法，工艺简单有效，具有较好的制造成本优势。

Description

一种有双重固化性能的HJT低温固化银浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种有双重固化性能的HJT低温固化银浆及其制备方法。
背景技术
HJT太阳能光伏电池是一种基于薄硅衬底的新型太阳能电池，其光电转换效率记录已经达到约25％，远高于传统的晶硅太阳能电池的转换效率，具有良好的市场前景。
异质结型HJT太阳能光伏电池的金属银电极制作过程是将HJT低温固化银浆通过丝网印刷或电镀技术固化在电池两侧的顶层，并且银电极的结构具有对称性。当固化温度超过250℃时容易破坏其内部的电池结构，因此HJT低温固化银浆的固化温度要求低于250℃，现有技术的HJT低温固化银浆的固化温度一般控制在200-220℃。
现有技术的HJT低温固化银浆含有的银粉颗粒之间、以及银粉颗粒与基体之间依靠环氧树脂或丙烯酸树脂固化结合，树脂含量高时，银电极的附着力相对较好但电阻率会高；而树脂含量低时，电阻率低但附着效果变差。
因此，现有技术的HJT低温固化银浆存在银电极导电膜的附着力和电阻率难于平衡的缺陷。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种有双重固化性能的HJT低温固化银浆，固化后形成的银电极具有良好的导电性和附着力。
本发明的另一目的为提供一种工艺简单有效的HJT低温固化银浆的制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种有双重固化性能的HJT低温固化银浆，按照重量份数计算，原料的组成包括：
主体导电银粉70-90份、辅助导电银粉1-10份、丙烯酸酯类树脂1-10份、环氧树脂1-10份、溶剂1-5份、引发剂0.1-1份和固化剂0.1-2份；
所述主体导电银粉为微米级银粉；所述辅助导电银粉为纳米级银粉。
在本发明的一些实施例中，按照重量份数计算，其原料的组成还包括：环氧丙烯酸树脂0.2-1份；
所述环氧丙烯酸树脂是以丙烯酸酯类树脂为基体改性的环氧树脂，含有环氧基团和乙烯基官能团；
固化过程分为两步：第一步固化的温度为50-100℃，时间为5-8分钟；第二步固化的温度为100-180℃，时间为15-20分钟。
优选的，所述主体导电银粉包括粒径为1-2微米的片状的第一银粉和粒径为1-4微米的颗粒状的第二银粉；
所述辅助导电银粉包括粒径为50-300纳米的片状的第三银粉和粒径为5-400纳米的球状的第四银粉；
所述第一银粉和第二银粉的重量比为1-10:1-10；所述第一银粉和第二银粉的振实密度为4.5-6.5g/cm-3；
所述第三银粉和第四银粉的重量比为1-10:1-10。
优选的，所述丙烯酸酯类树脂包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸硬脂酸酯中的一种或多种单体的丙烯酸酯树脂。
优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、脂环族环氧树脂或缩水甘油型环氧树脂。
优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰和过氧化月桂酰中的一种或几种。
优选的，所述固化剂为异氰酸酯固化剂和/或聚氨酯固化剂。
优选的，所述溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、DBE、十二醇酯和松油醇中的一种或多种。
进一步的，本发明还提出了一种以上所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆的制备方法，包括以下步骤：
S1)按照重量份数计算，分别称取所述主体导电银粉、辅助导电银粉、丙烯酸酯类树脂、环氧树脂、溶剂、引发剂和固化剂，混合搅拌均匀，制得混合物；
S2)将S1)中所得混合物送入三辊机中轧制分散均匀，即制得所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆。
具体的，步骤S2)中，制得所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的黏度为200-260Pa·s。
本发明的有益效果：本发明的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆，同时采用自由基聚合固化和环氧缩合固化的双重固化方式，将丙烯酸酯类树脂脂和环氧树脂固化整合为一体，提供了一种新型的HJT银浆固化方式，本发明的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的固化温度低于200℃，能耗低、生产效率高，并且固化后的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的附着力更强，焊接拉力高，并且使用的环氧树脂中不含苯环结构，耐光解性和耐老化性好。
纳米级的所述辅助导电银粉填充于所述主体导电银粉之间的间隙，可提高HJT导电银浆固化后的致密性，从而提高所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的导电性。
进一步的，本发明还提出了一种有双重固化性能的HJT低温固化银浆的制备方法，工艺简单，具有较好的制造成本优势。
本发明的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆有效解决了现有技术的HJT低温固化银浆存在银电极导电膜的附着力和电阻率难于平衡的技术缺陷。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
一种有双重固化性能的HJT低温固化银浆，按照重量份数计算，原料的组成包括：
主体导电银粉70-90份、辅助导电银粉1-10份、丙烯酸酯类树脂1-10份、环氧树脂1-10份、溶剂1-5份、引发剂0.1-1份和固化剂0.1-2份；
所述主体导电银粉为微米级银粉；所述辅助导电银粉为纳米级银粉。
本发明的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆，包括丙烯酸酯类树脂、环氧树脂、引发剂和和固化剂，固化过程分为两步进行，第一步在50-100℃通过引发剂引发丙烯酸酯类树脂发生自由基聚合反应，使所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆得到第一次固化，第二步在100-180℃通过固化剂使环氧树脂含有的环氧基团发生缩合反应而使所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆得到第二次固化。
丙烯酸类树脂的导电性强于环氧树脂，但是其耐温性、附着力和硬度比环氧树脂要差，加入的环氧树脂可以有效弥补丙烯酸类树脂的耐温性差、附着力和硬度不足的缺陷，从而提高所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆固化后形成的银电极的硬度和附着力。
本发明的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆同时采用自由基聚合固化和环氧缩合固化的双重固化方式，提供了一种新型的HJT银浆固化方式，本发明的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的固化温度低于200℃，能耗低生产效率高，并且固化后的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆形成的银电极具有更强的附着力，焊接拉力高。
纳米级的所述辅助导电银粉填充于所述主体导电银粉之间的间隙，可提高HJT导电银浆固化后的致密性，从而提高所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的导电性。
在本发明的一些实施例中，按照重量份数计算，其原料的组成还包括：环氧丙烯酸树脂0.2-1份；
所述环氧丙烯酸树脂是以丙烯酸酯类树脂为基体改性的环氧树脂，含有环氧基团和乙烯基官能团；
固化过程分为两步：第一步固化的温度为50-100℃，时间为5-8分钟；第二步固化的温度为100-180℃，时间为15-20分钟。
含有环氧基团和乙烯基基团的环氧丙烯酸树脂作为丙烯酸酯单体树脂及环氧树脂树脂的连接树脂，可通过上述两步固化的过程分别与丙烯酸树脂和环氧树脂固化在一起，从而进一步提高所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆固化后的硬度和附着力。
优选的，所述主体导电银粉包括粒径为1-2微米的片状的第一银粉和粒径为1-4微米的颗粒状的第二银粉；
所述辅助导电银粉包括粒径为50-300纳米的片状的第三银粉和粒径为5-400纳米的球状的第四银粉；
所述第一银粉和第二银粉的重量比为1-10:1-10；所述第一银粉和第二银粉的振实密度为4.5-6.5g/cm-3；
所述第三银粉和第四银粉的重量比为1-10:1-10。
相对而言，粒径为5-400纳米球状的第四银粉比粒径为50-300纳米片状的第三银粉，对细微间隙的填充有效率略高，所述第三银粉和第四银粉的组合可以更加有效的提高固化后的所述主体导电银粉的致密性，因此含有所述第三银粉和第四银粉的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的过网性和印刷后的线形清晰度具有更好的效果，并且体积电阻更低、导电性更佳。
通过调整所述第一银粉、第二银粉、第三银粉和第四银粉的比例，可较好地平衡所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的导电性、焊接性能和印刷性能之间的矛盾关系,提供一种附着力好、电阻率低、过网性好的用于HJT电池的低温固化银浆。
片状的第一银粉和球状的第二银粉组合可获得比第一银粉或第二银粉单独使用更好的致密性，因而具有更好的导电性。
振实密度为4.5-6.5g/cm-3的HJT低温固化银浆的膜厚均匀致密,可有效提高电池的最大光电转化效率。
优选的，所述丙烯酸酯类树脂包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸硬脂酸酯中的一种或多种单体的丙烯酸酯树脂。
所述丙烯酸酯类树脂含有甲基官能团，具有较强的自由基聚合反应活性，自由基聚合反应的引发温度较低，具有更好的节能减排环保效果。
优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、脂环族环氧树脂或缩水甘油型环氧树脂。
双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、脂环族环氧树脂或缩水甘油型环氧树脂在150-200℃的条件下的抗剪切强度保持率较高，可有效保持所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆固化后的稳定性，并且不含苯环结构，耐光解和耐老化性能好。
优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰和过氧化月桂酰中的一种或几种。
偶氮类和过氧型的引发剂的热引发反应效率高，具有更优的耐光解和耐老化性能。
优选的，所述固化剂为异氰酸酯固化剂和/或聚氨酯固化剂。
采用异氰酸酯固化剂和/或聚氨酯固化剂作为固化剂，具有易干、耐磨、硬度高、丰满性高、柔韧性高和与溶剂相容性强的特点。
优选的，所述溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、DBE、十二醇酯和松油醇中的一种或多种。
以上溶剂的作用是调整所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的流变性和黏度，以方便印刷。
进一步的，本发明还提出了一种以上所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆的制备方法，包括以下步骤：
S1)按照重量份数计算，分别称取所述主体导电银粉、辅助导电银粉、丙烯酸酯类树脂、环氧树脂、溶剂、引发剂和固化剂，混合搅拌均匀，制得混合物；
S2)将S1)中所得混合物送入三辊机中轧制分散均匀，即制得所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆。
制备工艺简单，生产成本低。
具体的，步骤S2)中，制得所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的黏度为200-260Pa·s。
控制本发明的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆具有合适的流动性，可提高过网性能和印刷后的表面质量高。
所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的存储温度为-20℃至4℃。
实施例和对比例
根据以下步骤制备各实施例和对比例的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆：
S1)按照重量份数计算，分别称取主体导电银粉、辅助导电银粉、丙烯酸酯类树脂、环氧树脂、溶剂、引发剂和固化剂，混合搅拌均匀，制得混合物；
S2)将S1)中所得混合物送入三辊机中轧制分散均匀，即制得所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆。
将各实施例或对比例制得的固化于HJT电池表面，形成银电极，固化过程分为两步：第一步固化的温度为50-100℃，时间为5-8分钟；第二步固化的温度为100-180℃，时间为15-20分钟。
各实施例和对比例的性能检测项目、检测方法如表1，各实施例的原料成分和检测结果见表2，各对比例的原料成分和检验结果见表3。
表1性能检测项目、检测方法
Figure BDA0002956667020000081
Figure BDA0002956667020000091
表2各实施例的原料成分和检测结果
Figure BDA0002956667020000092
表3各对比例的原料成分和检测结果
Figure BDA0002956667020000093
Figure BDA0002956667020000101
根据以上各实施例和对比例的数据信息和检测结果分析说明下面：
1、分析实施例1和实施例2，实施例2相比实施例1添加了0.2份的环氧丙烯酸树脂，实施例2的焊接拉力比实施例1的焊接拉力有明显改善，并且体积电阻也有所下降；说明环氧丙烯酸树脂含有的乙烯基的C＝C双键和环氧基团通过过氧化苯甲酰热引发剂和异氰酸酯固化剂将丙烯酸酯类树脂和环氧树脂固化在一起后，对提升改善附着力(体现在焊接拉力)和导电性具有较好的效果。
2、比对分析实施例2与实施例3、4、5、6和7，实施例3、4、5、6和7相对实施例2环氧丙烯酸树脂均有所增加，第三银粉、第四银粉、羟基丙烯酸甲酯和双酚A型环氧树脂均有一定比例的增加，实施例3、4、5、6和7的附着力(体现在焊接拉力)和导电性相对实施例2的附着力(体现在焊接拉力)和导电性也都略有改善，说明通过调整辅助导电银粉、丙烯酸酯类树脂和环氧树脂与主体导电银粉的比例可以协调平衡所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的附着力和导电性的矛盾，获得较好的附着力和较强的导电性。
3、比对分析对比例1和2以及实施例2，对比例1和对比例2与实施例2的不同在于：对比例1和对比例2分别只含有羟基丙烯酸甲酯或双酚A型环氧树脂，添加了引发剂或固化剂，对比例1和对比例2分别只采用自由基聚合固化或环氧树脂固化的工艺，由对比例1和对比例2的焊接拉力比实施例2的焊接拉力均发生明显的下降，并且体积电阻率也均有所增大可知，本发明的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆采用双重固化工艺的效果是明显的，可以有效提升HJT低温固化银浆的固化强度和焊接拉力。
4、比对分析对比例3-7与实施例2的区别：对比例3和4分别只含有一种主体导电银粉，对比例5含有两种主体导电银粉，对比例6和7分别含有两种主体导线银粉以及一种不同的辅助导电银粉；分析对比例3-7和实施例2的检测结果可知，体积电阻率由大到小的排序为：对比例3和4＞对比例5＞对比例6和7＞实施例2，含有两种主体导线银粉和两种辅助导电银粉的实施例2比对比例3-7具有更优的导电性能，说明本发明的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆含有第一银粉、第二银粉、第三银粉和第四银粉技术方案比现有技术的HJT低温固化银浆具有更优的导电性，并且仍保持有较好的附着力。
综上所述，本发明的所述具有双重固化性能的HJT低温固化银同时含有自由基聚合固化和环氧基团缩合固化的双重固化性能，提供了一种新型有效的HJT银浆固化方式。含有的环氧丙烯酸树脂作为丙烯酸酯类树脂和环氧树脂固化的连接树脂，将丙烯酸酯类树脂和环氧树脂整合在一起，较好地平衡了导电性、焊接性能和印刷性能矛盾,提供了一种附着力好、电阻率低、过网性好的HJT低温固化银浆。采用的含有第一银粉、第二银粉、第三银粉和第四银粉作为主体导电银粉和辅助导电银粉，使得主体导电银粉之间的空隙得到了较充分的填充，提高了固化后的HJT低温固化银浆致密性，从而进一步提高了导电性。
本发明所提出的所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的制备方法，工艺简单，制造成本低。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种有双重固化性能的HJT低温固化银浆，其特征在于，按照重量份数计算，原料的组成包括：
主体导电银粉70-90份、辅助导电银粉1-10份、丙烯酸酯类树脂1-10份、环氧树脂1-10份、溶剂1-5份、引发剂0.1-1份和固化剂0.1-2份；
所述主体导电银粉为微米级银粉；所述辅助导电银粉为纳米级银粉，所述辅助导电银粉填充于所述主体导电银粉之间的间隙；
固化过程分为两步：第一步固化的温度为50-100℃，时间为5-8分钟；第二步固化的温度为100-180℃，时间为15-20分钟。
2.根据权利要求1所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆，其特征在于，按照重量份数计算，其原料的组成还包括：环氧丙烯酸树脂0.2-1份；
所述环氧丙烯酸树脂是以丙烯酸酯类树脂为基体改性的环氧树脂，含有环氧基团和乙烯基官能团。
3.根据权利要求1所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆，其特征在于，所述主体导电银粉包括粒径为1-2微米的片状的第一银粉和粒径为1-4微米的颗粒状的第二银粉；
所述辅助导电银粉包括粒径为50-300纳米的片状的第三银粉和粒径为5-400纳米的球状的第四银粉；
所述第一银粉和第二银粉的重量比为1-10:1-10；所述第一银粉和第二银粉的振实密度为4.5-6.5g/cm-3；
所述第三银粉和第四银粉的重量比为1-10:1-10。
4.根据权利要求1所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆，其特征在于，所述丙烯酸酯类树脂包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸硬脂酸酯中的一种或多种单体的丙烯酸酯树脂。
5.根据权利要求1所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、脂环族环氧树脂或缩水甘油型环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰和过氧化月桂酰中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆，其特征在于，所述固化剂为异氰酸酯固化剂和/或聚氨酯固化剂。
8.根据权利要求1所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆，其特征在于，所述溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、DBE、十二醇酯和松油醇中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆的制备方法，包括以下步骤：
S1）按照重量份数计算，分别称取所述主体导电银粉、辅助导电银粉、丙烯酸酯类树脂、环氧树脂、溶剂、引发剂和固化剂，混合搅拌均匀，制得混合物；
S2）将S1)中所得混合物送入三辊机中轧制分散均匀，即制得所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆。
10.根据权利要求9所述的有双重固化性能的HJT低温固化银浆的制备方法，其特征在于，步骤S2）中，制得所述有双重固化性能的HJT低温固化银浆的黏度为200-260 Pa·s。
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