CN114360767B - 一种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，制备原料以重量份计包括：有机载体4‑10份，硅油0.1‑1份，银粉80‑95份，玻璃粉1‑5份，添加剂0.1‑1份。本发明通过引入粒径为30‑200nm的球形二氧化硅可以改善银粉在银浆料中的分散效果，提高银浆的流动性和润滑性，改善印刷性能。并且采用粒径为1‑15μm的片状银粉和粒径为0.2‑6μm的球状银粉协同作用，可以使银粉具有良好的分散效果，降低烧结后的接触电阻，提高电池片的工作效率。同时采用粘度为50cps和粘度为100cps的硅油协同作用，增加银粉和二氧化硅微球在浆料中的分散性，减少浆料在印刷过程中气泡，开裂，提高印刷的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，涉及H01B，具体涉及导电材料的选择。
背景技术
随着社会的发展，能源消耗量越来越大，探索可再生的新能源技术至关重要，光伏能源是新能源发展的重要方向，目前的太阳能电池片主要以丝网印刷为主，获得光电转化效率高，印刷性能优异的太阳能电池板是实现大规模光伏产业化的重要目标，印刷浆料的稳定性，高效性和过网性极大的影响太阳能电池的印刷性能。
中国发明专利CN201611147267.9公开了一种晶体硅太阳能电池印刷用银浆，通过采用双层银浆复合受光结构，不同的玻璃粉体系使印刷后的栅线具有良好的致密性，降低电流传输过程中的损耗，提升电池的光电转换效率，但是需要印刷两次，操作步骤较繁琐，中国发明专利CN201911064593.7公开了一种高接触高附着力PERC单晶太阳能电池用正面银浆，通过将银浆印刷到太阳能电池钝化膜上，烘干后进行共烧结，提高了浆料与太阳能电池的附着力，但是采用纳米级的银粉，表面能较大容易团聚中，在银浆中的分散效果不好，影响印刷性能。
发明内容
为了提高银粉在银浆中的分散效果，改善印刷性能，本发明的第一个方面提供了一种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，制备原料以重量份计包括：有机载体4-10份，硅油0.1-1份，银粉80-95份，玻璃粉1-5份，添加剂0.1-1份。
作为一种优选的实施方式，制备原料以重量份计包括：有机载体4.4-9份，硅油0.2-0.6份，银粉88-92份，玻璃粉1-4份，添加剂0.3-1份。
作为一种优选的实施方式，制备原料以重量份计包括：有机载体8.1份，硅油0.4份，银粉89份，玻璃粉2份，添加剂0.5份。
作为一种优选的实施方式，所述有机载体包括有机溶剂和树脂，优选的，所述有机溶剂和树脂的重量比为(4-8)：(0.4-1)。
作为一种优选的实施方式，所述有机载体包括有机溶剂和树脂，优选的，所述有机溶剂和树脂的重量比为7.3：0.8。
作为一种优选的实施方式，所述有机溶剂选自酸酯类溶剂、醇酯类溶剂、醇醚类溶剂中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述有机溶剂选自丁基卡必醇醋酸酯、丁基卡必醇、二乙二醇二丁醚、醇酯十二、二元酸酯混合物(DBE)、己二酸二甲酯、松油醇酯、邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述有机溶剂为丁基卡必醇醋酸酯，醇酯十二和二元酸酯混合物(DBE)的组合，优选的，所述丁基卡必醇醋酸酯，醇酯十二和二元酸酯混合物(DBE)的重量比为(1-5)：1：1，进一步优选，所述丁基卡必醇醋酸酯，醇酯十二和二元酸酯混合物(DBE)的重量比为3：1：1。
申请人在实验过程中发现采用丁基卡必醇醋酸酯，醇酯十二和二元酸酯混合物(DBE)有机溶剂的组合，可以使银层在烧结过程中不起泡，不龟裂，烧结后无残留，并且所述有机溶剂的组合与硅基板之间具有良好的润湿性，在硅基板表面容易流平，成膜性较好。
作为一种优选的实施方式，所述树脂包括纤维素树脂和合成高分子树脂，优选的，所述纤维素树脂选自乙基纤维素、醋酸纤维素、甲基纤维素、醋酸丁酸纤维素、羟乙基纤维素，羧甲基纤维素中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述合成高分子树脂选自聚乙烯缩丁醛、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯树脂中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述树脂为乙基纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚乙烯缩丁醛，聚丙烯酸酯的组合。
作为一种优选的实施方式，所述乙基纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚乙烯缩丁醛，聚丙烯酸酯的重量比为(1-5)：(1-5)：1：1。
作为一种优选的实施方式，所述乙基纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚乙烯缩丁醛，聚丙烯酸酯的重量比为3：3：1：1。
申请人在实验中发现采用乙基纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚乙烯缩丁醛，聚丙烯酸酯的组合作为树脂与有机溶剂结合形成有机载体，可以使银粉和玻璃份在有机载体中具有良好的分散效果，使银浆具有良好的丝网印刷性能，制备得到的太阳能电池片电极栅线线宽增大量小，印刷图案清晰。并且与硅基板的结合性能优良，电池片经过烧结后光电转化效率提高，并且印刷层在硅基板的表面不易脱落，延长了太阳能电池片的使用寿命。
作为一种优选的实施方式，所述硅油为烷基聚二甲基硅氧烷，优选的，所述硅油的粘度在25℃下为50-100cps。
作为一种优选的实施方式，所述烷基聚二甲基硅氧烷选自二甲基聚二甲基硅氧烷、二乙基聚二甲基硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷、二氨基聚二甲基硅氧烷、二乙烯基聚二甲基硅氧烷中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述硅油为二甲基聚二甲基硅氧烷。优选的，所述二甲基聚二甲基硅氧烷的粘度在25℃下为50cps和100cps的组合。
作为一种优选的实施方式，所述在25℃下粘度为50cps的二甲基聚二甲基硅氧烷和100cps的二甲基聚二甲基硅氧烷的重量比为1：(0.5-1.5)。
作为一种优选的实施方式，所述在25℃下粘度为50cps的二甲基聚二甲基硅氧烷和粘度为100cps的二甲基聚二甲基硅氧烷的重量比为1：1。
申请人在实验过程中发现，采用不同粘度重量比为1：1的二甲基聚二甲基硅氧烷可以增加二氧化硅微球在有机载体中的分散效果，提高印刷质量，增加有机载体与硅基板之间的结合力，猜测可能的原因是：硅油具有良好的润湿分散性，可以使银浆料在硅基板的表面更容易铺展成膜，并且减少浆料在印刷过程中产生气泡，开裂，进一步改善印刷质量。
作为一种优选的实施方式，所述银粉包括片状银粉和球状银粉，优选的，所述片状银粉和球状银粉的重量比为(1-8)：(2-9)。
作为一种优选的实施方式，所述片状银粉的粒径为1-15μm，比表面积≥ 1.5m2/g，球状银粉的粒径为0.2-6μm，比表面积≥1m2/g。
申请人发现采用粒径较大的银粉，在印刷过程中容易堵住网版，浆料不容易漏过网版形成图案，当银粉的粒径较小时，银粉的表面能较大，容易在浆料中团聚形成较大的颗粒，增大电极的接触电阻，采用不同粒径的银粉复配可以抑制接触电阻的变大，减少电流传输过程中电流的损耗，提高光电转化效率。
作为一种优选的实施方式，所述添加剂为二氧化硅微球，优选的，所述二氧化硅微球的粒径为30-200nm。
申请人在实验过程中发现加入粒径为30-200nm的球形二氧化硅可以增加银粉组合的分散性，使银浆具有更好的流动性和润滑性，实现优异的印刷效果。猜测可能的原因是：片状银粉与球状银粉(1-8)：(2-9)的重量比可以产生更高的发电效率，片状银粉形成类似于网络的结构，抑制电子在纵向的振动，提高电学转化效率。但是片状银粉在银浆中的分散性不好，容易堆叠团聚，申请人通过引入球状二氧化硅可以增加片状银粉的流动分散性，在银硅界面玻璃处球形纳米二氧化硅可以包裹大量片状银粉，降低界面电阻，有利于产生电子隧道效应，从而提高电流转化效率。
作为一种优选的实施方式，所述玻璃粉的玻璃化转变温度为250-450℃。
申请人在实验过程中发现，采用250-450℃玻璃化转变温度的玻璃粉，具有良好的润湿能力，能够改善浆料对Si-N减反射膜的侵蚀，降低印刷层的接触电阻，有利于银粉烧结，获得致密的电极结构，从而提高电池片的效率。
本发明的第二个方面提供了一种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机溶剂升温加热至60-80℃，然后在搅拌下缓慢加入树脂，反应1-3h，冷却过滤，得有机载体；
(2)将有机载体，硅油，银粉，玻璃粉，添加剂混合搅拌，得银浆半成品；
(3)将银浆半成品使用三辊研磨机进行研磨，得银浆成品。
作为一种优选的实施方式，研磨后的银浆粒径≤20μm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述太阳能电池正极银浆，通过引入粒径为30-200nm的球形二氧化硅可以改善银粉在银浆料中的分散效果，提高银浆的流动性和润滑性，改善印刷性能。
(2)本发明所述太阳能电池正极银浆，采用粒径为1-15μm的片状银粉和粒径为0.2-6μm的球状银粉协同作用，可以使银粉具有良好的分散效果，降低烧结后的接触电阻，提高电池片的工作效率。
(3)本发明所述太阳能电池正极银浆，采用粘度为50cps和粘度为100cps的硅油协同作用，增加银粉和二氧化硅微球在浆料中的分散性，减少浆料在印刷过程中气泡，开裂，提高印刷的质量。
附图说明
图1为使用安东帕流变仪测试成品浆料流变粘度数据曲线。
图中：1.实施例3的样品对应的流变粘度曲线；2.实施例1的样品对应的流变粘度曲线；3.实施例2的样品对应的流变粘度曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例1
一种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，制备原料以重量份计包括：有机载体8.1份，硅油0.4份，银粉89份，玻璃粉2份，添加剂0.5份。
所述有机载体包括有机溶剂和树脂，重量比为7.3：0.8；
所述有机溶剂为丁基卡必醇醋酸酯，醇酯十二和二元酸酯混合物(DBE)的组合，重量比为3：1：1；所述树脂为乙基纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚乙烯缩丁醛，聚丙烯酸酯的组合，重量比为3：3：1：1；所述硅油为二甲基聚二甲基硅氧烷，在25℃下粘度为50cps的二甲基聚二甲基硅氧烷和25℃下粘度为100cps 的二甲基聚二甲基硅氧烷的重量比为1：1。
所述乙基纤维素购自美国陶氏，型号为STD-4；所述醋酸丁酸纤维素购自美国伊士曼，型号为CAB381-0.5；所述聚乙烯缩丁醛购自日本可乐丽，型号为B30H；所述聚丙烯酸酯购自美国陶氏，型号为DM-55。
所述银粉为片状银粉和球状银粉，重量比为3：7，所述片状银粉的粒径为 10μm，比表面积为1.8m2/g，球状银粉的粒径为3μm，比表面积为1.5m2/g。
所述添加剂为二氧化硅微球，粒径为100nm。
所述玻璃粉的玻璃化转变温度为350℃。
种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机溶剂升温加热至70℃，然后在搅拌下缓慢加入树脂，反应2h，冷却过滤，得有机载体；
(2)将有机载体，硅油，银粉，玻璃粉，添加剂混合搅拌，得银浆半成品；
(3)将银浆半成品使用三辊研磨机进行研磨，研磨至粒径小于20μm，出料得银浆成品。
流变粘度曲线图对应曲线2。
实施例2
一种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，制备原料以重量份计包括：有机载体8.1份，硅油0.4份，银粉89份，玻璃粉2份，添加剂0.5份。
所述有机载体包括有机溶剂和树脂，重量比为7.3：0.8；
所述有机溶剂为丁基卡必醇醋酸酯，醇酯十二和二元酸酯混合物(DBE)的组合，重量比为3：1：1；所述树脂为乙基纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚乙烯缩丁醛，聚丙烯酸酯的组合，重量比为3：3：1：1；所述硅油为二甲基聚二甲基硅氧烷，在25℃下粘度为50cps的二甲基聚二甲基硅氧烷和在25℃下粘度为 100cps的二甲基聚二甲基硅氧烷的重量比为1：1。
所述乙基纤维素购自美国陶氏，型号为STD-4；所述醋酸丁酸纤维素购自美国伊士曼，型号为CAB381-0.5；所述聚乙烯缩丁醛购自日本可乐丽，型号为B30H；所述聚丙烯酸酯购自美国陶氏，型号为DM-55。
所述银粉为片状银粉和球状银粉，重量比为3：7，所述片状银粉的粒径为 10μm，比表面积为1.8m2/g，球状银粉的粒径为3μm，比表面积为1.5m2/g。
所述添加剂为二氧化硅微球，粒径为30nm。
所述玻璃粉的玻璃化转变温度为350℃。
(1)将有机溶剂升温加热至70℃，然后在搅拌下缓慢加入树脂，反应2h，冷却过滤，得有机载体；
(2)将有机载体，硅油，银粉，玻璃粉，添加剂混合搅拌，得银浆半成品；
(3)将银浆半成品使用三辊研磨机进行研磨，研磨至粒径小于20μm，出料得银浆成品。
流变粘度曲线图对应曲线3。
实施例3
一种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，制备原料以重量份计包括：有机载体8.1份，硅油0.4份，银粉89份，玻璃粉2份。
所述有机载体包括有机溶剂和树脂，重量比为7.3：0.8；
所述有机溶剂为丁基卡必醇醋酸酯，醇酯十二和二元酸酯混合物(DBE)的组合，重量比为3：1：1；所述树脂为乙基纤维素，醋酸丁酸纤维素，聚乙烯缩丁醛，聚丙烯酸酯的组合，重量比为3：3：1：1；所述硅油为二甲基聚二甲基硅氧烷，在25℃下粘度为50cps的二甲基聚二甲基硅氧烷和在25℃下粘度为 100cps的二甲基聚二甲基硅氧烷的重量比为1：1。
所述乙基纤维素购自美国陶氏，型号为STD-4；所述醋酸丁酸纤维素购自美国伊士曼，型号为CAB381-0.5；所述聚乙烯缩丁醛购自日本可乐丽，型号为B30H；所述聚丙烯酸酯购自美国陶氏，型号为DM-55。
所述银粉为片状银粉和球状银粉，重量比为3：7，所述片状银粉的粒径为 10μm，比表面积为1.8m2/g，球状银粉的粒径为3μm，比表面积为1.5m2/g。
所述玻璃粉的玻璃化转变温度为350℃。
(1)将有机溶剂升温加热至70℃，然后在搅拌下缓慢加入树脂，反应2h，冷却过滤，得有机载体；
(2)将有机载体，硅油，银粉，玻璃粉混合搅拌，得银浆半成品；
(3)将银浆半成品使用三辊研磨机进行研磨，研磨至粒径小于20μm，出料得银浆成品。
流变粘度曲线图对应曲线1。
性能测试
将制备得到的银浆成品采用安东帕流变仪测试成品浆料粘度，并将成品银浆按照现有工艺进行印刷烧结，测试性能。
1.粘度：采用安东帕流变仪测试成品浆料粘度，测试结果见图1。实施例3的浆料粘度远大于实施例1和实施例2，添加二氧化硅纳米微球能够显著改善浆料的流动性。
2.回料：将成品银浆按照现有工艺进行印刷，回料刀对浆料进行刮涂时，若浆料铺展均匀，则记为优；若有部分区域没有浆料刷涂，浆料铺展不均匀，则记为差。
3.断栅数量：将成品银浆按照现有工艺进行印刷烧结，观察断栅的数量，断栅数量多导致电流收集效果差，电池片效率降低。
4.细栅线宽：将成品银浆按照现有工艺进行印刷烧结，测试细栅线宽，细栅线宽越小，遮光面积就小，光电转化率高。
5.电池片效率：采用太阳能电池测试仪，测试得到开路电压，短路电流，填充因子，测试条件：156cm2硅片，AM1.5，25℃，1.0kW.m-2，电池片效率＝开路电压 *短路电流*填充因子/电池面积*光照幅度*100％。
依据上述2-5测试标准进行测试，测试结果见表1。
表1
| 回料 | 断栅数量/根 | 细栅线宽/μm | 电池片效率/％ | |
| 实施例1 | 优 | 2 | 32.4 | 0.2157 |
| 实施例2 | 优 | 2 | 33.0 | 0.2161 |
| 实施例3 | 差 | ＞20 | 32.1 | 0.201 |
Claims (6)
1.一种优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，其特征在于，制备原料以重量份计包括：有机载体4-10份，硅油0.1-1份，银粉80-95份，玻璃粉1-5份，添加剂0.1-1份；
所述银粉包括片状银粉和球状银粉，所述片状银粉和球状银粉的重量比为1/9~4；
所述片状银粉的粒径为1-15μm，比表面积≥1.5m2/g，球状银粉的粒径为0.2-6μm，比表面积≥1m2/g；
所述添加剂为二氧化硅微球，所述二氧化硅微球的粒径为30-200nm，可以改善银粉在银浆料中的分散效果，提高银浆的流动性和润滑性，改善印刷性能；
所述硅油为二甲基聚二甲基硅氧烷，所述二甲基聚二甲基硅氧烷的粘度在25℃下为50cps和100cps的组合。
2.根据权利要求1所述优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述有机载体包括有机溶剂和树脂，所述有机溶剂和树脂的重量比为4~20。
3.根据权利要求2所述优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述有机溶剂选自酸酯类溶剂、醇酯类溶剂、醇醚类溶剂中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求2所述优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述树脂包括纤维素树脂和合成高分子树脂，所述纤维素树脂选自乙基纤维素、醋酸纤维素、甲基纤维素、醋酸丁酸纤维素、羟乙基纤维素，羧甲基纤维素中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1或2所述优异印刷性能的太阳能电池正极银浆，其特征在于，所述玻璃粉的玻璃化转变温度为250-450℃。
6.一种根据权利要求2-5任一项所述优异印刷性能的太阳能电池正极银浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将有机溶剂升温加热至60-80℃，然后在搅拌下缓慢加入树脂，反应1-3h，冷却过滤，得有机载体；
（2）将有机载体，硅油，银粉，玻璃粉，添加剂混合搅拌，得银浆半成品；
（3）将银浆半成品使用三辊研磨机进行研磨，得银浆成品。
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