CN114220587A - 一种用于低温银浆的助剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于低温银浆的助剂，包括银盐、添加剂和溶剂，银盐包括有机银盐和/或无机银盐，将用于低温银浆的助剂作为添加剂加入至低温银浆中，可大大提升低温银浆的导电性大幅提升，低温银浆浆料和TCO层的欧姆接触电阻更低、导电性更高；或，保持目标导电性不变的同时，在低温银浆中添加低温银浆的助剂，可使银含量降低20％～50％，成本亦大幅度降低；本申请的用于低温银浆的助剂为液态流体，可改善低温银浆浆料的流变性，提升印刷效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池低温银浆技术领域，尤其涉及一种用于低温银浆的助剂及其制备方法和应用。
背景技术
HIT太阳能电池由于其高的转换效率，高的稳定性，可双面发电等优势成为了最有前景的太阳能电池。然而，由于高温会损伤TCO层(透明导电层，如ITO)因此必须使用低温烧结(＜250摄氏度)的银浆。为了满足导电性的要求，用于HIT太阳能电池的低温银浆的银含量都很高，这导致其成本非常高。
现有技术公开了一种HIT太阳能电池低温银浆及其制备方法，该低温银浆包括电极石墨、氧化锡、银粉、有机载体。然而它们的银含量依然较高(＞85％)，因为HJT适配的工艺制程要求的低温特点使得银浆无法充分融合焊接而最大程度发挥其导电性，仅靠不同形貌、不同粒径的导电颗粒(一维、二维或三维)堆积，尽可能实现最大搭接面积，同时依靠树脂在固化过程中的收缩特性，使得颗粒之间的距离尽可能小。但这种方式形成的导电线路中导电颗粒之间的“搭接”阻抗是线路导电性的最大制约因素，仅仅物理空间上的接触无法实现导电性最大化。
因此怎样实现类似高温银浆的“融合焊接”效果，实现电子、原子级别的“化学”接触，才能从根本上实现相同导电颗粒含量时，更高的导电性(为电池片实现更高的光伏转换效率)；或者，在相同导电性需求时，需要的导电颗粒(例如银颗粒)含量更低，以降低材料成本，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种用于低温银浆的助剂及其制备方法、低温银浆，以解决或至少部分解决现有技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种用于低温银浆的助剂，包括以下重量份原料：10～70份的银盐、0.5～25份的溶剂、0～10份的添加剂；
其中，所述银盐包括有机银盐和/或无机银盐。
优选的是，所述的用于低温银浆的助剂，所述有机银盐包括柠檬酸银、苹果酸银、脂肪酸银、乙酸银中的至少一种；所述无机银盐包括硝酸银、卤化银中的至少一种。
优选的是，所述的用于低温银浆的助剂，所述溶剂包括醚类溶剂、醇类溶剂、有机酸类溶剂、酯类溶剂、胺类溶剂中的至少一种。
优选的是，所述的用于低温银浆的助剂，所述添加剂包括表面张力调节剂、流变调节剂、固化剂、分散剂中的至少一种。
优选的是，所述的用于低温银浆的助剂，所述醚类溶剂包括二乙二醇单丁基醚、甲基叔丁醚、乙基叔丁醚中的至少一种；
所述醇类溶剂包括正丁醇、松油醇、异丙醇中的至少一种；
所述有机酸类溶剂包括乙二酸、脂肪酸、癸酸中的至少一种；
所述酯类溶剂包括十二碳醇酯、邻苯二甲酸二甲酯中的至少一种；
所述胺类溶剂包括氨水、乙二胺、丁二胺中的至少一种。
优选的是，所述的用于低温银浆的助剂，所述表面张力调节剂包括氟碳表面活性剂、氟硅表面活性剂中的至少一种；
所述流变调节剂包括纤维素、PVP、金属氧化物纳米颗粒中的至少一种；
所述固化剂包括硅烷偶联剂。
第二方面，本发明还提供了一种所述的用于低温银浆的助剂的制备方法，包括以下步骤：
将银盐、溶剂混合后搅拌，再加入添加剂，继续搅拌后即得用于低温银浆的助剂。
优选的是，所述的用于低温银浆的助剂的制备方法，将银盐、溶剂混合后搅拌具体为：将银盐、溶剂混合后于1～10℃下、以300～500r/min，搅拌10～200min，然后再于40～80℃下、以300～500r/min继续搅拌40～330min。
优选的是，所述的用于低温银浆的助剂的制备方法，加入添加剂，继续搅拌后即得用于低温银浆的助剂，其中，搅拌具体为：于40～80℃下、以300～1500r/min，搅拌30～60min。
第三方面，本发明还提供了一种所述的用于低温银浆的助剂或所述的制备方法制备得到的用于低温银浆在低温银浆中的应用。
本发明的一种用于低温银浆的助剂及其制备方法和应用，相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的用于低温银浆的助剂，包括银盐、添加剂和溶剂，银盐包括有机银盐和/或无机银盐，将用于低温银浆的助剂作为添加剂加入至低温银浆中，可大大提升低温银浆的导电性大幅提升，低温银浆浆料和TCO层的欧姆接触电阻更低、导电性更高；或，保持目标导电性不变的同时，在低温银浆中添加低温银浆的助剂，可使银含量降低20％～50％，成本亦大幅度降低；本申请的用于低温银浆的助剂为液态流体，可改善低温银浆浆料的流变性，提升印刷效率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种用于低温银浆的助剂，包括以下重量份原料：10～70份的银盐、0.5～25份的溶剂、0～10份的添加剂；
其中，银盐包括有机银盐和/或无机银盐。
在一些实施例中，有机银盐包括柠檬酸银、苹果酸银、脂肪酸银、乙酸银中的至少一种；无机银盐包括硝酸银、卤化银中的至少一种。
具体的，卤化银包括氟化银、氯化银，溴化银，碘化银。
在一些实施例中，溶剂包括醚类溶剂、醇类溶剂、有机酸类溶剂、酯类溶剂、胺类溶剂中的至少一种。
在一些实施例中，添加剂包括表面张力调节剂、流变调节剂、固化剂、分散剂中的至少一种。
在一些实施例中，醚类溶剂包括二乙二醇单丁基醚、甲基叔丁醚、乙基叔丁醚中的至少一种；
醇类溶剂包括正丁醇、松油醇、异丙醇中的至少一种；
有机酸类溶剂包括乙二酸、脂肪酸、癸酸中的至少一种；
酯类溶剂包括十二碳醇酯、邻苯二甲酸二甲酯中的至少一种；
胺类溶剂包括氨水、乙二胺、丁二胺中的至少一种。
具体的，分散剂可采用阳离子型润湿分散剂，例如胺盐、季胺盐、吡啶鎓盐等。
在一些实施例中，表面张力调节剂包括氟碳表面活性剂、氟硅表面活性剂中的至少一种；
流变调节剂包括纤维素、PVP、金属氧化物纳米颗粒中的至少一种；
固化剂包括硅烷偶联剂。
具体的，氟碳表面活性剂是特种表面活性剂中最重要的品种，指碳氢表面活性剂的碳氢链中的氢原子全部或部分被氟原子取代，即氟碳链代替了碳氢链，因此表面活性剂中的非极性基不仅有疏水性质而且独具疏油的性能；氟碳表面活性剂可采用Dupont的Zonyl系列产品、全氟己基聚乙烯醚磺酸盐；氟硅表面活性剂采用N-二甲氨基丙基-N-三乙氧基硅烷等；金属氧化物纳米颗粒可采用纳米氧化铝、纳米氧化铜等；纤维素具体可采用甲基纤维素、乙基纤维素等。
本申请的用于低温银浆的助剂，包括银盐、添加剂和溶剂，银盐包括有机银盐和/或无机银盐，将用于低温银浆的助剂作为添加剂加入至低温银浆中，可大大提升低温银浆的导电性大幅提升；或，保持目标导电性不变的同时，在低温银浆中添加低温银浆的助剂，可使银含量降低20％～50％，成本亦大幅度降低；本申请的用于低温银浆的助剂为液态流体，可改善低温银浆浆料的流变性，提升印刷效率。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述用于低温银浆的助剂的制备方法，包括以下步骤：
将银盐、溶剂混合后搅拌，再加入添加剂，继续搅拌后即得用于低温银浆的助剂。
在一些实施例中，将银盐、溶剂混合后搅拌具体为：将银盐、溶剂混合后于1～10℃下、以300～500r/min，搅拌10～200min，然后再于40～80℃下、以300～500r/min继续搅拌40～330min。
在一些实施例中，加入添加剂，继续搅拌后即得用于低温银浆的助剂，其中，搅拌具体为：于40～80℃下、以300～1500r/min，搅拌30～60min。
本申请的用于低温银浆的助剂的制备方法，工艺简单，条件较为温和，对环境的要求低。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种上述制备得到的用于低温银浆的助剂在低温银浆中的应用。
具体的，在使用时，将本申请制备得到的用于低温银浆的助剂作为添加剂加入至低温银浆中，所用的低温银浆为市场上常规的低温银浆，加入量为低温银浆质量的1～10％。将本申请的用于低温银浆的助剂加入至低温银浆中，低温银浆浆料和TCO层的欧姆接触电阻更低、导电性更高，从而更大改善整个器件导电回路系统的导电性；根据添加量不同，本申请的用于低温银浆的助剂可以将低温银浆的导电性提升1～8倍；或，导电性要求相同时，可使银含量降低20％～50％，因此成本大幅度降低。
以下进一步以具体实施例说明本申请的用于低温银浆的助剂的制备方法和应用。
实施例1
本申请实施例提供了一种用于低温银浆的助剂，包括以下重量份原料：65份的柠檬酸银、2份的氟化银、10份的松油醇、8份的癸酸、10份的乙基纤维素、5份的丁二胺；
上述用于低温银浆的助剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将柠檬酸银、氟化银、松油醇、癸酸、丁二胺混合后，于5℃下、以400r/min，搅拌60min，然后再于60℃下、以400r/min继续搅拌100min；
S2、再向S1中搅拌得到的混合物中加入乙基纤维素，继续于60℃下、以800r/min，搅拌40min，即得用于低温银浆的助剂。
实施例2
本申请实施例提供了一种用于低温银浆的助剂的使用方法，包括以下步骤：将实施例1中制备得到的用于低温银浆的助剂加入至低温银浆中，然后丝印2um厚度的银浆线路，并在180℃烘干固化30min；其中，用于低温银浆的助剂的加入量为低温银浆质量的3％；
所用的低温银浆包括以下质量分数原料：1％的纳米球状银粉、1％的纳米银线、1％的片状银粉、62％的球状银粉、5％的树脂、28％的有机溶剂、0.3％的表面活性剂、0.5％的偶联剂、0.5％的流平剂、0.7％的分散剂；树脂为丙烯酸树脂、有机溶剂为松油醇、表面活性剂为十二烷基酸钠、偶联剂为有机硅偶联剂kh570、流平剂为二丙酮醇、分散剂为聚丙稀酰胺；纳米银粉直径为50nm～200nm；球状银粉D50为1.7μm～2.2μm，比表面积为0.31m2/g～0.49m2/g，振实密度为5.4g/cm3～6.5g/cm3；片状银粉D50为3.5μm～4.0μm，比表面积为0.2m2/g～1m2/g，振实密度为4.3g/cm3～5.2g/cm3。
实施例3
本申请实施例提供了一种用于低温银浆的助剂的使用方法，同实施例2，不同在于，用于低温银浆的助剂的加入量为低温银浆质量的6％，其余均与实施例2相同。
对比例1
一种低温银浆的助剂的使用方法，包括以下步骤：
提供低温银浆，丝印2um厚度的银浆线路，并在180℃烘干固化30min；
其中，所用的低温银浆包括以下质量分数原料：1％的纳米球状银粉、1％的纳米银线、1％的片状银粉、62％的球状银粉、5％的树脂、28％的有机溶剂、0.3％的表面活性剂、0.5％的偶联剂、0.5％的流平剂、0.7％的分散剂；树脂为丙烯酸树脂、有机溶剂为松油醇、表面活性剂为十二烷基酸钠、偶联剂为有机硅偶联剂kh570、流平剂为二丙酮醇、分散剂为聚丙稀酰胺；纳米银粉直径为50nm～200nm；球状银粉D50为1.7μm～2.2μm，比表面积为0.31m2/g～0.49m2/g，振实密度为5.4g/cm3～6.5g/cm3；片状银粉D50为3.5μm～4.0μm，比表面积为0.2m2/g～1m2/g，振实密度为4.3g/cm3～5.2g/cm3。
测试实施例2～3、以及对比例1中的银浆线路的方阻，结果如下表1所示。
表1-不同实施例中银浆线路的方阻
| 实施例 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 方阻(mΩ) | 100 | 30 | 150 |
从表1中可以看出，通过向低温银浆中加入本申请的用于低温银浆的助剂，可极大降低银浆线路的方阻，进而大大提高低温银浆的导电性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于低温银浆的助剂，其特征在于，包括以下重量份原料：10～70份的银盐、0.5～25份的溶剂、0～10份的添加剂；
其中，所述银盐包括有机银盐和/或无机银盐。
2.如权利要求1中所述的用于低温银浆的助剂，其特征在于，所述有机银盐包括柠檬酸银、苹果酸银、脂肪酸银、乙酸银中的至少一种；所述无机银盐包括硝酸银、卤化银中的至少一种。
3.如权利要求1中所述的用于低温银浆的助剂，其特征在于，所述溶剂包括醚类溶剂、醇类溶剂、有机酸类溶剂、酯类溶剂、胺类溶剂中的至少一种。
4.如权利要求1中所述的用于低温银浆的助剂，其特征在于，所述添加剂包括表面张力调节剂、流变调节剂、固化剂、分散剂中的至少一种。
5.如权利要求3中所述的用于低温银浆的助剂，其特征在于，所述醚类溶剂包括二乙二醇单丁基醚、甲基叔丁醚、乙基叔丁醚中的至少一种；
所述醇类溶剂包括正丁醇、松油醇、异丙醇中的至少一种；
所述有机酸类溶剂包括乙二酸、脂肪酸、癸酸中的至少一种；
所述酯类溶剂包括十二碳醇酯、邻苯二甲酸二甲酯中的至少一种；
所述胺类溶剂包括氨水、乙二胺、丁二胺中的至少一种。
6.如权利要求4所述的用于低温银浆的助剂，其特征在于，所述表面张力调节剂包括氟碳表面活性剂、氟硅表面活性剂中的至少一种；
所述流变调节剂包括纤维素、PVP、金属氧化物纳米颗粒中的至少一种；
所述固化剂包括硅烷偶联剂。
7.一种如权利要求1～6任一所述的用于低温银浆的助剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将银盐、溶剂混合后搅拌，再加入添加剂，继续搅拌后即得用于低温银浆的助剂。
8.如权利要求7中所述的用于低温银浆的助剂的制备方法，其特征在于，将银盐、溶剂混合后搅拌具体为：将银盐、溶剂混合后于1～10℃下、以300～500r/min，搅拌10～200min，然后再于40～80℃下、以300～500r/min继续搅拌40～330min。
9.如权利要求7中所述的用于低温银浆的助剂的制备方法，其特征在于，加入添加剂，继续搅拌后即得用于低温银浆的助剂，其中，搅拌具体为：于40～80℃下、以300～1500r/min，搅拌30～60min。
10.一种如权利要求1～6任一所述的用于低温银浆的助剂或包括权利要求7～9任一所述的制备方法制备得到的用于低温银浆在低温银浆中的应用。
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