CN114093552A - 一种用于钙钛矿与hjt叠层太阳能电池的正面银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：亚微米级球形银粉75‑85%、纳米级球形银粉7‑17%、树脂2‑4%、溶剂3‑5%、偶联剂0.1‑0.2%、分散剂0.1‑0.2%、固化剂0.2‑0.6%、促进剂0.1‑0.2%、润湿剂0.08‑0.24%。本发明不仅导电性、印刷性、转换效率等各项性能优越，能满足市场主流钙钛矿与HJT叠层太阳能电池丝印栅极要求，而且通过采用亚微米级和纳米级球状银粉，能够形成更小的电阻率，实现更高的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池金属化技术领域，尤其涉及一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆及其制备方法。
背景技术
随着光伏电池技术不断进步，2021年将开启P型向N型迭代的趋势，迈向更高效率台阶，以TOPCon（Tunnel Oxide Passivating Contacts）隧穿氧化层钝化接触电池、HJT(Heterojunction with Intrinsic Thinfilm)异质结电池为代表的N型技术路线陆续取得突破，产业化进程有望提速。而下一代的钙钛矿与TOPcon叠层、钙钛矿与HJT叠层、钙钛矿与钙钛矿叠层电池方兴未艾，各种制备工艺层出不穷。其中钙钛矿与HJT叠层的双面N型电池，拥有接触电阻和钝化效果更好，更适合薄片化，光电转换效率更高等优势，是最有可能实现叠层电池高效率（光电转换效率30%以上，理论效率高达45%以上）的技术。目前钙钛矿与HJT叠层电池的电极主要仍采用丝网印刷工艺，使用低温固化导电浆料。由于钙钛矿层有更加复杂的叠层工艺，且所用空穴和电子导电层的材料对于高温更加敏感，因此需要更加低的固化温度（160℃以下），更低的体电阻和接触电阻，高的附着力、高宽比和优异的耐候性，以及出色的印刷性。
目前，现有技术的缺陷和不足：1.所用的导电材料，比如碳粉、石墨烯粉等，体电阻仍然很高，使得转换效率降低；2.所用的树脂和固化剂的固化温度较高（170℃及以上），不能满足钙钛矿层的工艺要求；3.由于使用的纳米球粉的大小、比表面积和偶联剂、分散剂不合适，导致接触电阻和附着力较差，且分散不均匀，浆料的粘度较大，降低了树脂的固化反应活性；4.为了保证印刷高宽比，所用的触变剂在低温固化时不能挥发，残留在电极内成为杂质，提高了电阻率。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆及其制备方法，不仅导电性、印刷性、转换效率等各项性能优越，能满足市场主流钙钛矿与HJT叠层太阳能电池丝印栅极要求，而且通过采用亚微米级和纳米级球状银粉，能够形成更小的电阻率，实现更高的转换效率。
具体方案如下：
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：按照质量百分比，由以下组分制备而成：亚微米级球形银粉75-85%、纳米级球形银粉7-17%、树脂2-4%、溶剂3-5%、偶联剂0.1-0.2%、分散剂0.1-0.2%、固化剂0.2-0.6%、促进剂0.1-0.2%、润湿剂0.08-0.24%。
作为本发明的进一步改进，所述亚微米级球形银粉为D50：0.2-0.5um，所述纳米级球形银粉D50：10-50nm，能够形成更小的电阻率，实现更高的转换效率。
作为本发明的进一步改进，所述树脂为羧基封端聚酯树脂和羧基丙烯酸树脂中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，所述溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、醇酯十二、柠檬酸三丁酯、二乙二醇丁醚中的一种或多种；所述固化剂为异氰尿酸三缩水甘油酯、β-羟烷基酰胺、丙烯酸改性羟烷基酰胺、油酸改性羟烷基酰胺中的一种或多种；所述促进剂为羧酸酯、甲肼、氨基亚胺中的一种或多种，可以实现快速低温固化（130~160℃）。
作为本发明的进一步改进，所述偶联剂为钛酸正丁酯、钛酸四异丙酯、亚焦磷酸酯钛酸酯、焦磷酸单烷氧基钛酸酯、磷酸单烷氧基钛酸酯中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，所述分散剂为聚乙二醇油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、聚酯酸氨基胺盐中的一种或多种，可有效降低体系粘度和提升了树脂固化反应活性；此外，所选用树脂和分散剂搭配使用所制成的银浆具有一定触变性，从而可不采用触变剂，防止由于采用触变剂而增加电阻。
作为本发明的进一步改进，所述润湿剂为2.4.7.9-四甲基-5-癸炔-4.7-二醇、油酰胺丙基二甲胺、三甲基丁烯二醇、油醇聚氧乙烯醚、氟素表面活性剂FC-4430中的一种或多种。
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为550-650rpm，常温，搅拌不小于1小时，然后使用离心机混合，转速1150-1250rpm，常温，时间不小于30min，混合均匀，获得第一混合物；
步骤（2）常温下采用恒温搅拌器，在第一混合物中依次缓慢加入树脂、偶联剂、分散剂、润湿剂、固化剂、促进剂，转速设定为550-650rpm，常温，搅拌不小于1小时后，使用离心机转速1150-1250rpm，常温，时间不小于30min，混合均匀，获得第二混合物；
步骤（3）在第二混合物中加入亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm；第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍，使得分散均匀，得到成品银浆。
本发明的有益效果在于：
1、可以实现快速低温固化（130~160℃，30min）；
2、不采用触变剂，所选用树脂和分散剂搭配使用所制成的银浆具有一定触变性；
3、采用合适的分散剂，不仅有效降低体系粘度，还提升了树脂固化反应活性和印刷性；
4、采用亚微米级和纳米级球状银粉，能够形成更小的电阻率，实现更高的转换效率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：
亚微米级球形银粉（D50：0.2）：75%；
纳米级球形银粉（D50：10nm）：17%；
树脂：羧基封端聚酯树脂 2%；
溶剂：丁基卡必醇 5%；
偶联剂：钛酸正丁酯 0.1%；
分散剂：聚乙二醇油酸酯 0.1%；
固化剂：异氰尿酸三缩水甘油酯 0.6%；
促进剂：羧酸酯 0.1%；
润湿剂：2.4.7.9-四甲基-5-癸炔-4.7-二醇 0.1%。
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆的制备方法，具体步骤如下：
步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时，然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min。混合均匀，获得第一混合物；
步骤（2）常温下采用恒温搅拌器，在第一混合物中依次缓慢加入树脂、偶联剂、分散剂、润湿剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第二混合物；
步骤（3）在第二混合物中加入亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm；第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍，使得分散均匀，得到成品银浆。
实施例2
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：
亚微米级球形银粉（D50：0.5um）：85%；
纳米级球形银粉（D50：50nm）：7%；
树脂：羧基丙烯酸树脂 4%；
溶剂：丁基卡必醇醋酸酯 3%；
偶联剂：钛酸四异丙酯 0.12%；
分散剂：聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯 0.12%；
固化剂：β-羟烷基酰胺 0.5%；
促进剂：甲肼 0.18%；
润湿剂：油酰胺丙基二甲胺 0.08%；
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆的制备方法，具体步骤如下：
步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时，然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第一混合物；
步骤（2）常温下采用恒温搅拌器在第一混合物中依次缓慢加入树脂、偶联剂、分散剂、润湿剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第二混合物；
步骤（3）在第二混合物中加入亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm；第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍，使得分散均匀，得到成品银浆。
实施例3
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：
亚微米级球形银粉（D50：0.3um）：80%；
纳米级球形银粉（D50：30nm）：12%；
树脂：羧基封端聚酯树脂3%；
溶剂：松油醇 4%；
偶联剂：亚焦磷酸酯钛酸酯 0.15%；
分散剂：聚酯酸氨基胺盐 0.15%；
固化剂：丙烯酸改性羟烷基酰胺0.4%；
促进剂：氨基亚胺 0.15%；
润湿剂：三甲基丁烯二醇 0.15%。
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆的制备方法，具体步骤如下：
步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时，然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第一混合物；
步骤（2）常温下采用恒温搅拌器，在第一混合物中依次缓慢加入树脂、偶联剂、分散剂、润湿剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第二混合物；
步骤（3）在第二混合物中加入亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm；第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍，使得分散均匀，得到成品银浆。
实施例4
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：
亚微米级球形银粉（D50：0.4um）：78%；
纳米级球形银粉（D50：20nm）：14%；
树脂：羧基丙烯酸树脂 2.5%；
溶剂：醇酯十二 4.5%；
偶联剂：焦磷酸单烷氧基钛酸酯 0.17%；
分散剂：聚乙二醇油酸酯 0.1%、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯 0.07%；
固化剂：油酸改性羟烷基酰胺 0.3%；
促进剂：羧酸酯 0.06%、甲肼 0.06%；
润湿剂：油醇聚氧乙烯醚 0.24%。
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆的制备方法，具体步骤如下：
步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时，然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第一混合物；
步骤（2）常温下采用恒温搅拌器，在第一混合物中依次缓慢加入树脂、偶联剂、分散剂、润湿剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第二混合物；
步骤（3）在第二混合物中加入亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm；第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍，使得分散均匀，得到成品银浆。
实施例5
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：
亚微米级球形银粉（D50：0.3um）：82%；
纳米级球形银粉（D50：40nm）：10%；
树脂：羧基封端聚酯树脂 2%、羧基丙烯酸树脂: 1.5%；
溶剂：柠檬酸三丁酯 1.5%、二乙二醇丁醚 2%；
偶联剂：磷酸单烷氧基钛酸酯 0.2%；
分散剂：聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯 0.1%、聚酯酸氨基胺盐 0.1%；
固化剂：β-羟烷基酰胺 0.1%、丙烯酸改性羟烷基酰胺 0.1%；
促进剂：羧酸酯 0.1%、氨基亚胺 0.1%；
润湿剂：氟素表面活性剂FC-4430 0.2%；
一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆的制备方法，具体步骤如下：
步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时，然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第一混合物；
步骤（2）常温下采用恒温搅拌器，在第一混合物中依次缓慢加入树脂、偶联剂、分散剂、润湿剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第二混合物；
步骤（3）在第二混合物中加入亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm；第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍，使得分散均匀，得到成品银浆。
对比结果
1、上述实施例制备得到的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆的固化温度和时间对比；将树脂和固化剂、促进剂等按比例混合，将所得样品置于不同温度的铜板上，不断地搅动，从开始加入到产生凝胶的时间即为树脂固化的反应性。对比例适合的固化温度在160~190℃，且160℃以下固化效果很差，几乎不固化；而实施例1~5均可在130~160℃固化，且固化速度也优于对比例。
2、上述实施例制备得到的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆的浆料粘度对比（见表1）。
表1
如上表所示实施例的粘度均小于对比例，且触变值更大，拥有更好的印刷性。
3、上述实施例制备得到的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆应用于太阳能电池的性能对比（见表2）。
表2
通过上表，可以得到上述实施例的用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池浆料，不仅导电性、印刷性、转换效率等各项性能优越，能满足市场主流钙钛矿与HJT叠层太阳能电池丝印栅极要求，而且通过亚微米级和纳米级球状银粉，能够形成更小的电阻率，实现更高的转换效率。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：按照质量百分比，由以下组分制备而成：亚微米级球形银粉75-85%、纳米级球形银粉7-17%、树脂2-4%、溶剂3-5%、偶联剂0.1-0.2%、分散剂0.1-0.2%、固化剂0.2-0.6%、促进剂0.1-0.2%、润湿剂0.08-0.24%。
2.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：所述亚微米级球形银粉为D50：0.2-0.5um，所述纳米级球形银粉D50：10-50nm。
3.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：所述树脂为羧基封端聚酯树脂和羧基丙烯酸树脂中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：所述溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、醇酯十二、柠檬酸三丁酯、二乙二醇丁醚中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：所述偶联剂为钛酸正丁酯、钛酸四异丙酯、亚焦磷酸酯钛酸酯、焦磷酸单烷氧基钛酸酯、磷酸单烷氧基钛酸酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：所述分散剂为聚乙二醇油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、聚酯酸氨基胺盐中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：所述固化剂为异氰尿酸三缩水甘油酯、β-羟烷基酰胺、丙烯酸改性羟烷基酰胺、油酸改性羟烷基酰胺中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：所述促进剂为羧酸酯、甲肼、氨基亚胺中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆，其特征在于：所述润湿剂为2.4.7.9-四甲基-5-癸炔-4.7-二醇、油酰胺丙基二甲胺、三甲基丁烯二醇、油醇聚氧乙烯醚、氟素表面活性剂FC-4430中的一种或多种。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种用于钙钛矿与HJT叠层太阳能电池的正面银浆的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为550-650rpm，常温，搅拌不小于1小时，然后使用离心机混合，转速1150-1250rpm，常温，时间不小于30min，混合均匀，获得第一混合物；
步骤（2）常温下采用恒温搅拌器，在第一混合物中依次缓慢加入树脂、偶联剂、分散剂、润湿剂、固化剂、促进剂，转速设定为550-650rpm，常温，搅拌不小于1小时后，使用离心机转速1150-1250rpm，常温，时间不小于30min，混合均匀，获得第二混合物；
步骤（3）在第二混合物中加入亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm；第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍，使得分散均匀，得到成品银浆。
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