CN114283995A - 一种局部背钝化电池银浆及其制备方法 - Google Patents

一种局部背钝化电池银浆及其制备方法 Download PDF

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石轶尔
陈德
刘飞全
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Abstract

本发明涉及一种局部背钝化电池银浆及其制备方法,包括如下步骤:S1、将球形银粉用油酸分散后,加入CTAB溶液,调节pH至碱性,在搅拌下进行反应,过滤干燥后得到CTAB修饰银粉;S2、将乙基纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸树脂和溶剂混合得到有机载体;S3、将制备的CTAB修饰银粉、片状银粉、有机载体、玻璃粉和助剂混合搅拌均匀,轧至10μm以下,得到银浆;其中:CTAB修饰银粉40‑60%,片状银粉5‑10%,有机载体30‑50%,玻璃粉1‑10%,助剂0‑3%。本发明通过CTAB表面活性剂改性银粉,利用改性后银粉表面的CTAB配体,提高银粉亲水性,在烧结过程中能更好的被熔融玻璃粉浸润,从而提高烧结拉力,能有效防止硅片隐裂,具有操作简单、成本低等优点,适用于电池浆料的大批量生产。

Description

一种局部背钝化电池银浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池光伏材料技术领域,具体涉及一种局部背钝化电池银浆及其制备方法。
背景技术
太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源,也是清洁、不产生任何环境污染的能源。欧盟联合研究中心研究结果显示,太阳能光伏发电在未来世界能源结构中将占有越来越大的比重,2030年太阳能发电将占全球能源结构的10%,到2050年将占到25%,2100年将达64%。
太阳能电池背银浆料,作为背面电极起着汇集电流,导出电流的重要作用,其性能好坏影响电池最终的效率。而高振实密度、高分散性的银粉,作为背面导电浆料浆料的导电功能相,直接决定浆料导电性能的优劣。
随着多晶硅价格逐年下降,导电浆料在太阳能电池的制造成本中占比相对提高。降低度电成本有三个关键因素:输出电力、总体成本和使用年限,近十年来太阳能电池平均效率提升了25%,而导电浆料的平均用量却减少了近七成。就太阳能电池结构及p型和n型硅片使用的发展趋势而言,局部背钝化PERC(passivated emitter rear cell)结构电池将逐渐取代目前主流的全面铝背场BSF(back surface field)结构电池,成为下一代高效电池的主流结构。
钝化发射极及背局域接触电池(PERC)最早是由新南威尔士大学研发的,由于对电池进行了双面钝化,背面电极采用局域接触的形式,有效地降低了表面复合,减少了电池的翘曲断裂。另外,对电池背面进行了抛光处理,提高了对长波的吸收。PERC电池浆料的烧结温度为850~880℃,低于常规电池银浆的烧结温度,在此烧结温度下,背电极对钝化层的破坏较大,常规背银接触电阻变大,并导致光电转化效率降低。
现有技术一般通过改变玻璃粉的用量和类型来提升银浆烧结后的拉力,在一定程度上能减小烧结后背电极对钝化层的损伤。针对改善背银浆料烧结拉力的问题,本申请提出一种不同于上述方案的技术。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种高拉力的局部背钝化电池银浆的制备方法,具体包括如下步骤:
S1、将球形银粉用油酸分散后,加入CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶液,再调节pH至碱性,在搅拌下进行反应,反应完成后过滤,干燥后得到CTAB修饰银粉;
S2、将乙基纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸树脂和溶剂混合得到有机载体;
S3、将制备的CTAB修饰银粉、片状银粉、有机载体、玻璃粉和助剂混合搅拌均匀,轧至粒度10μm以下,得到银浆;
其中各组分含量以质量百分比计为:
CTAB修饰银粉40-60%,
片状银粉5-10%,
有机载体30-50%,
玻璃粉1-10%,
助剂0-3%。
进一步地,所述步骤S1中,球形银粉粒径为3-5微米。
进一步地,所述步骤S1中,球形银粉:油酸:CTAB溶液为1g:5ml:(1-3)ml,所述十六烷基三甲基溴化铵溶液浓度为0.1-0.3mol/L。
进一步地,所述步骤S1中,pH值调至9.8-11。
进一步地,所述步骤S1中,反应温度为60-80℃,反应时间为1-3h。
进一步地,所述步骤S2中,有机载体各成分质量百分比为:乙基纤维素3-5%,醋酸纤维素1-3%,丙烯酸树脂2-6%,其余为溶剂。
进一步地,所述步骤S2中,溶剂为醇酯十二和松油醇的混合溶剂。
进一步地,所述玻璃粉以质量百分比计包含
15-20%Al2O3
20-30%SiO2
10-20%Bi2O3
15-18%SrCO3
15-20%CaCO3
进一步地,所述助剂包括硅烷偶联剂,优选硅烷偶联剂KH-550或KH-570中至少一种。
本发明还提供一种局部背钝化电池银浆,是由上述的PERC银浆的制备方法所制得。
与现有技术相比,本发明通过CTAB表面活性剂改性银粉,利用改性后银粉表面的CTAB配体,提高银粉亲水性,在烧结过程中能更好的被熔融玻璃粉浸润,从而提高烧结拉力。
本发明中还可以采用硅烷偶联剂作为助剂,能进一步提升黏结强度,从而提高烧结拉力。
总的来说,采用本发明制备的局部背钝化电池银浆,烧结后拉力能得到大幅提升,能有效防止硅片隐裂,提高电池的使用寿命,且具有操作简单、成本低、效率高等优点,适用于电池浆料的大批量生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐述本发明,不是对本发明的限制,本发明的保护范围并不仅限于以下实例。本领域技术领域人员依据以上本发明公开的内容和方法,均可到达本发明的目的。
本发明提供的局部背钝化电池银浆的制备方法,具体包括如下步骤:
S1、将粒径为3-5微米的球形银粉用油酸分散后,加入0.1-0.3mol/L的CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶液,再调节pH至9.8-11,在60-80℃下搅拌进行反应,反应时间为1-3h,反应完成后过滤,干燥后得到CTAB修饰银粉;其中球形银粉:油酸:CTAB溶液为1g:5ml:(1-3)ml;
S2、将乙基纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸树脂和溶剂混合得到有机载体;其中按质量百分比计,乙基纤维素3-5%,醋酸纤维素1-3%,丙烯酸树脂2-6%,其余为溶剂;选择的溶剂为醇酯十二和松油醇的混合溶剂;
S3、将制备的CTAB修饰银粉、片状银粉、有机载体、玻璃粉和助剂混合搅拌均匀,轧至粒度10μm以下,得到银浆;
其中各组分含量以质量百分比计为:
CTAB修饰银粉40-60%,
片状银粉5-10%,
有机载体30-50%,
玻璃粉1-10%,
助剂0-3%。
具体的,所述玻璃粉包含:
15-20%Al2O3
20-30%SiO2
10-20%Bi2O3
15-18%SrCO3
15-20%CaCO3
具体的,助剂选择硅烷偶联剂KH-550或KH-570中至少一种。
实施例1
S1、将100g粒径为3-5微米的球形银粉用500ml油酸分散后,加入0.2mol/L的CTAB溶液100ml,再调节pH至10.5,在60℃下搅拌进行反应3h,反应完成后过滤,冷冻干燥后得到CTAB修饰银粉;
S2、将乙基纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸树脂和溶剂混合得到有机载体;其中溶剂为醇酯十二和松油醇的混合溶剂;
S3、将制备的CTAB修饰银粉、片状银粉、有机载体、玻璃粉和硅烷偶联剂KH550混合搅拌均匀,用三辊机轧至10μm以下,得到银浆;
其中CTAB修饰银粉50%,
片状银粉5%,
有机载体43%,
玻璃粉2%;
其中有机载体各成分百分比为:乙基纤维素5%,醋酸纤维素1%,丙烯酸树脂6%,其余为溶剂。
玻璃粉包含
20%Al2O3
30%SiO2
20%Bi2O3
15%SrCO3
15%CaCO3
实施例2
S1、将100g粒径为3-5微米的球形银粉用500ml油酸分散后,加入0.1mol/L的CTAB溶液200ml,再调节pH至11,在70℃下搅拌进行反应2h,反应完成后过滤,冷冻干燥后得到CTAB修饰银粉;
S2、将乙基纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸树脂和溶剂混合得到有机载体;其中溶剂为醇酯十二和松油醇的混合溶剂;
S3、将制备的CTAB修饰银粉、片状银粉、有机载体、玻璃粉和硅烷偶联剂KH550混合搅拌均匀,用三辊机轧至10μm以下,得到银浆;
其中CTAB修饰银粉50%,
片状银粉5%,
有机载体43%,
玻璃粉2%;
其中有机载体各成分百分比为:乙基纤维素5%,醋酸纤维素1%,丙烯酸树脂4%,其余为溶剂。
玻璃粉包含
20%Al2O3
30%SiO2
20%Bi2O3
15%SrCO3
15%CaCO3
实施例3
S1、将100g粒径为3-5微米的球形银粉用500ml油酸分散后,加入0.3mol/L的CTAB溶液300ml,再调节pH至9.8,在80℃下搅拌进行反应1h,反应完成后过滤,冷冻干燥后得到CTAB修饰银粉;
S2、将乙基纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸树脂和溶剂混合得到有机载体;其中溶剂为醇酯十二和松油醇的混合溶剂;
S3、将制备的CTAB修饰银粉、片状银粉、有机载体、玻璃粉和硅烷偶联剂KH550混合搅拌均匀,用三辊机轧至10μm以下,得到银浆;
其中CTAB修饰银粉50%,
片状银粉5%,
有机载体43%,
玻璃粉2%;
其中有机载体各成分百分比为:乙基纤维素3%,醋酸纤维素3%,丙烯酸树脂2%,其余为溶剂。
玻璃粉包含
20%Al2O3
30%SiO2
20%Bi2O3
15%SrCO3
15%CaCO3
实施例4
S1、将100g粒径为3-5微米的球形银粉用500ml油酸分散后,加入0.1mol/L的CTAB溶液100ml,再调节pH至10.5,在60℃下搅拌进行反应3h,反应完成后过滤,冷冻干燥后得到CTAB修饰银粉;
S2、将乙基纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸树脂和溶剂混合得到有机载体;其中溶剂为醇酯十二和松油醇的混合溶剂;
S3、将制备的CTAB修饰银粉、片状银粉、有机载体、玻璃粉和硅烷偶联剂KH-550混合搅拌均匀,用三辊机轧至10μm以下,得到银浆;
其中CTAB修饰银粉50%,
片状银粉5%,
有机载体42%,
玻璃粉2%;
硅烷偶联剂KH-5501%。
其中有机载体各成分百分比为:乙基纤维素5%,醋酸纤维素1%,丙烯酸树脂4%,其余为溶剂。
玻璃粉包含
20%Al2O3
30%SiO2
20%Bi2O3
15%SrCO3
15%CaCO3
对比例1
S1、准备粒径为3-5微米的球形银粉;
S2、将乙基纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸树脂和溶剂混合得到有机载体;其中溶剂为醇酯十二和松油醇的混合溶剂;
S3、将制备的CTAB修饰银粉、片状银粉、有机载体、玻璃粉和硅烷偶联剂KH550混合搅拌均匀,用三辊机轧至10μm以下,得到银浆;
其中球形银粉50%,
片状银粉5%,
有机载体43%,
玻璃粉2%;
其中有机载体各成分百分比为:乙基纤维素5%,醋酸纤维素1%,丙烯酸树脂4%,其余为溶剂。
玻璃粉包含
20%Al2O3
30%SiO2
20%Bi2O3
15%SrCO3
15%CaCO3
将实施例1-4及对比例1所制得的银浆采用印刷后烧结测试拉力和电性能,拉力用万能试验机进行测试,电阻用低电阻测试仪测试,得到性能数据如表1所示:
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
拉力(N) 3.2 3.5 3.8 4.2 2.5
Uoc(V) 0.6755 0.6772 0.6734 0.6783 0.6768
Isc(A) 11.3012 11.2935 11.3011 11.3014 11.3004
Eta 22.434 22.436 22.433 22.435 22.435
由表1可以看出,对比例1采用未经修饰的球形银粉,最终制得的银浆烧结后拉力低于实施例1-4,证明本发明通过对球形银粉的修饰,可以有效提高银浆产品的烧结拉力,能防止硅片隐裂,提高电池的使用寿命。相较于实施例2,实施例4中添加了硅烷偶联剂,使银浆产品拉力得到了进一步提高。本发明制备的背银电性能和现有技术所制备的产品相近,满足电池使用要求。

Claims (10)

1.一种局部背钝化电池银浆的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将球形银粉用油酸分散后,加入十六烷基三甲基溴化铵溶液,再调节pH至碱性,在搅拌下进行反应,反应完成后过滤,干燥后得到十六烷基三甲基溴化铵修饰银粉;
S2、将乙基纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸树脂和溶剂混合得到有机载体;
S3、将制备的十六烷基三甲基溴化铵修饰银粉、片状银粉、有机载体、玻璃粉和助剂混合搅拌均匀,轧至粒度10μm以下,得到银浆;
其中各组分含量以质量百分比计为:
十六烷基三甲基溴化铵修饰银粉40-60%,
片状银粉5-10%,
有机载体30-50%,
玻璃粉1-10%,
助剂0-3%。
2.根据权利要求1所述的一种局部背钝化电池银浆的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,球形银粉粒径为3-5微米。
3.根据权利要求1所述的一种局部背钝化电池银浆的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,球形银粉:油酸:十六烷基三甲基溴化铵溶液为1g:5ml:(1-3)ml,所述十六烷基三甲基溴化铵溶液浓度为0.1-0.3mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种局部背钝化电池银浆的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,pH值调至9.8-11。
5.根据权利要求1所述的一种局部背钝化电池银浆的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,反应温度为60-80℃,反应时间为1-3h。
6.根据权利要求1所述的一种局部背钝化电池银浆的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,有机载体各成分质量百分比为:乙基纤维素3-5%,醋酸纤维素1-3%,丙烯酸树脂2-6%,其余为溶剂。
7.根据权利要求1所述的一种局部背钝化电池银浆的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,溶剂为醇酯十二和松油醇的混合溶剂。
8.根据权利要求1所述的一种局部背钝化电池银浆的制备方法,其特征在于,所述玻璃粉以质量百分比计包含:
15-20%Al2O3
20-35%SiO2
10-25%Bi2O3
15-20%SrCO3
15-24%CaCO3
9.根据权利要求1所述的一种局部背钝化电池银浆的制备方法,其特征在于,所述助剂包括硅烷偶联剂。
10.一种局部背钝化电池银浆,其特征在于,是由权利要求1-9任一项所述的PERC银浆的制备方法所制得。
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