CN114999707A - 一种hjt银浆及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种HJT银浆及其应用，属于太阳能电池技术领域本发明采用振实密度为5.8g/cm3～7.0g/cm3的球型银粉，或者球型银粉与非球形银粉的组合，或者球型银粉和片状银粉组合使用，控制银粉振实密度在5.6g/cm3～7.0g/cm3，得到种HJT银浆用银粉。本发明银粉能够在较高的银含量下保持较低的粘度，保证浆料固化后银层的致密性。同时本发明引入了粒度级匹配技术，进一步提升浆料的致密性，通过大小颗粒相互交错，充分提升银粉之间的接触，提升浆料的固化活性，满足HJT银浆低温烧结的需求。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种HJT银浆及其应用。
背景技术
HJT(Heterojunction Technology，高效异质结)太阳能电池是N型单晶硅片(c-si)的正面沉积很薄的本征非晶硅薄膜(i-a[J3]-si:H)的P型非晶硅薄膜(p-a-Si：H)，然后在硅片的背面沉积很薄的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和n型非晶硅薄膜(n-a-Si:H)形成背表面场；再在电池的两侧沉积透明氧化物导电薄膜TCO薄膜，TCO薄膜不仅可以减少收集电流时的串联电阻，还能起到像晶硅电池上氮化硅层那样的减反作用；最后在TCO上制作金属电极。
在电池正表面，由于能带弯曲，阻挡了电子向正面的移动，空穴则由于本征层很薄而可以隧穿后通过高掺杂的p+型非晶硅，构成空穴传输层。同样，在背表面，由于能带弯曲阻挡了空穴向背面的移动，而电子可以隧穿后通过高掺杂的n+型非晶硅，构成电子传输层。通过在电池正反两面沉积选择性传输层，使得光生载流子只能在吸收材料中产生富集然后从电池的一个表面流出，从而实现两者的分离。
HJT电池的生产工艺与PERC电池类似，采用银浆丝网印刷工艺，因此银浆在HJT工业生产中至关重要。现市场上的银粉多针对PERC电池制作并选用，HJT银粉的生产及选用至今较少。由于银浆中多数配方银粉占比高达90％以上，且银粉的各项参数对银浆性能影响巨大，因此银粉的选用尤为重要。由于目前市场上太阳能银浆用银粉多为高温烧结银粉，而HJT低温固化，传统太阳能银粉低温固化后孔隙度大，堆积密度低，导致银浆固化后线电阻严重增大，转换效率过低，无法达到预期。
发明内容
针对上述HJT用低温烧结银浆，本发明通过采用振实密度在的球形银粉有效降低固化后HJT的线电阻。本发明操作简单，效率高，可以最快速度从现有银粉中筛选出适合HJT银浆的银粉。本发明采用的银粉为高振实银粉，高振实银粉的吸油量较低，因此能够在较高的银含量下保持较低的粘度，保证浆料固化后银层的致密性。同时本发明引入了粒度级匹配技术，进一步提升浆料的致密性，通过大小颗粒相互交错，充分提升银粉之间的接触，提升浆料的固化活性，满足HJT银浆低温烧结的需求。
本发明提供一种HJT银浆，其包含如下配方的银粉：
配方一：振实密度为5.8g/cm3～7.0g/cm3的球型银粉；
或者，配方二：球型银粉与非球形银粉的组合，且组合后银粉振实密度为5.8g/cm3～7.0g/cm3；
或者，配方三：球型银粉和片状银粉组合使用，且组合后银粉振实密度在5.6g/cm3～7.0g/cm3。
在本发明的一种实施方式中，银粉粒径范围在0.5μm～3.5μm的球形银粉、类球形银粉、非球形银粉(例如树枝状银粉线型银粉等)、及片状银粉。优选0.5μm～3.0μm的球形银粉、类球形银粉、非球形银粉(例如树枝状银粉线型银粉等)、及片状银粉。更优选0.5μm～2.8μm的球形银粉、类球形银粉、非球形银粉(例如树枝状银粉线型银粉等)、及片状银粉。
在本发明的一种实施方式中，片状银粉纵横比优选5～21范围的粒径范围在0～2μm和2μm～7μm两种粒径范围银粉。进一步地，片状银粉的粒径范围在0～1.8μm和2μm～6μm。更进一步地，片状银粉的粒径范围在0～1.6μm和2μm～4μm。
在本发明的一种实施方式中，球型银粉的粒径范围在0～2μm和2μm～7μm；其中，0～2μm粒径球形银粉作为辅助银粉配粉使用，2μm～7μm球形银粉作为主银粉使用。
在本发明的一种实施方式中，所述银粉在使用(3)或者(4)所述的配粉情况时，配粉前使用的球形银粉的振实密度小于5g/cm3；配粉后银粉的振实密度为5.8g/cm3～7.0g/cm3。
在本发明的一种实施方式中，配方中球形银粉使用比例为5％～100％。优选所述球形银粉使用比例10％～95％。更优选的球形银粉使用比例10％～90％。
在本发明的一种实施方式中，配方一中，球型银粉最优选如下球形银粉中任意一种或两种以上复配：
D50为0.8μm、振实密度为3.2g/cm3球形银粉，D50为2μm、振实密度为5.3g/cm3球形银粉，D50为2.3μm、振实密度为6.5g/cm3的球形银粉。
在本发明的一种实施方式中，配方一中，更优选其中两种球形银粉进行复配；复配的质量比为1:3。
在本发明的一种实施方式中，配方二中，非球形银粉为树枝状银粉、线型银粉；可选将D50为0.3μm、振实密度为4.0g/cm3非球形银粉，D50为1.4μm、振实密度为5.3g/cm3非球形银粉。
在本发明的一种实施方式中，配方二中，球形银粉可选D50为1.2μm、振实密度为4.3g/cm3球形银粉，D50为2μm、振实密度为5.3g/cm3球形银粉。
在本发明的一种实施方式中，配方二中，非球形银粉与球形银粉的质量比为1：(1-4)。
在本发明的一种实施方式中，配方三中，片状银粉选自如下任意一种或多种：D50为0.8μm、振实密度为3.5g/cm3片状银粉，D50为3μm，振实密度为4.0g/cm3片状银粉。
在本发明的一种实施方式中，配方三中，球型银粉优选D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球形银粉。
在本发明的一种实施方式中，配方三中，D50为0.8μm、振实密度为3.5g/cm3片状银粉与球形银粉的质量比为1：5。
在本发明的一种实施方式中，配方三中，D50为3μm，振实密度为4.0g/cm3片状银粉的质量比为1：1。
本发明还提供了一种HJT银浆，按照质量分数计，包含：60％～95％上述银粉，7％～20％有机载体。
本发明还提供了一种上述银粉或者上述HJT银浆在太阳能电池制备领域中的应用。
有益效果：
本发明提供了一种快速筛选HJT银浆用银粉的配方，操作简单，效率高，可以最快速度从现有银粉中筛选出适合HJT银浆的银粉。本发明采用的银粉为高振实银粉，高振实银粉的吸油量较低，因此能够在较高的银含量下保持较低的粘度，保证浆料固化后银层的致密性。同时本发明引入了粒度级匹配技术，进一步提升浆料的致密性，通过大小颗粒相互交错，充分提升银粉之间的接触，提升浆料的固化活性。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
本发明中的片状银粉，片状银粉的纵横比优选为5～11的范围内。片状银粉的纵横比小于5时，片状化不充分导致片状银粉相互间的接触面积变小，得不到充分导电性。纵横比超过1，难以高填充化，得不到充分导电性。故在选择片状银粉时纵横比需在5～11范围的银粉。其中片状银粉的制造方法没有特别限定，可以采用公知的方法。
由于实验需求我们分别选取了不同形貌、粒径、振实密度的10款银粉分别进行试验，通过不同形貌银粉的单独或搭配使用，测试其在HJT银浆中的使用性能。以下为选取的几款银粉的数据情况。
银粉情况：
本发明涉及的物质来源说明：
球银1：诺曼电子GF-A，D50为0.8的球型银粉；球银2：诺曼电子GF-A，D50为1.2的球型银粉；球银3：诺曼电子GF-A，D50为2的球型银粉；球银4：诺曼电子GF-A，D50为2.3的球型银粉。
非球银1：宁夏中色AgS-2D50为0.3的非球型银粉；非球银2：宁夏中色AgS-2D50为2.5的非球型银粉；非球银3：宁夏中色AgS-2D50为1.4的非球型银粉。
片银1：宁夏中色AgF-3C D50为0.8的片状银粉；片银2：宁夏中色AgF-2D D50为2.3的片状银粉；片银3：宁夏中色AgF-2E D50为3.0的片状银粉；片银4：宁夏中色AgF-2D D50为2.4的片状银粉；片银5：宁夏中色AgF-1D50为2.0的片状银粉。
实施例1：
一种HJT银浆用银粉的制备方法：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的球形银粉4(D50为2.3μm，振实密度为6.5g/cm3)；将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到HJT用导电银浆。
实施例2：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为0.8μm，振实密度为3.2g/cm3的球形银粉1；和D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球形银粉2；以1:4的配比将两种银粉进行配粉，得到复合银粉A，测试配粉后复合银粉A的振实密度为5.8g/cm3。
取7％机载体中加入1％固化剂，1％助剂，91％的复合银粉A，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到HJT用导电银浆。
实施例3：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为0.8μm，振实密度为3.2g/cm3球银1；D50为2μm，振实密度为5.3g/cm3球银3，将两种银粉以1:3的配比进行配粉，得到复合银粉B，测试配粉后复合银粉B的振实密度为6.3g/cm3。
取7％机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉B，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
实施例4:
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球银2；D50为2.0μm，振实密度为5.3g/cm3球银3，将两种银粉以2:3的配比进行配粉，得到复合银粉C，测试配粉后复合银粉C的振实密度为5.4g/cm3。
取7％机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉C，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
对比例1：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的D50为2.0μm，振实密度为5.3g/cm3的球形银粉3。
将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到HJT用导电银浆。
测试实施例1-4和对比例1所得的HJT用导电银浆的性能，结果如表1所示。
表1
对比实施例1～4和对比例1，普通高温烧结银粉在HJT银浆中使用时由于振实密度偏低，固化后银粉间孔隙度过大，导致银粉电阻率偏高。而振实密度高的球形银粉以及配粉后振实密度高的银粉由于固化有银粉间孔隙度低，线电阻降低，电阻率提高。
此外，参照实施例3，保持配粉比例1：3不变，仅改变球银组分的种类，相应得到的银浆的性能结果如表2所示。
表2
实施例5:
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为0.3μm，振实密度为4.0g/cm3非球银1；D50为2μm，振实密度为5.3g/cm3球银3，将两种银粉以1:4的配比进行配粉，得到复合银粉D，测试配粉后复合银粉D的振实密度为6.7g/cm3。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉D，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
实施例6：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为2.5μm，振实密度为5.0g/cm3非球银2；D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球银2，将两种银粉以1:3的配比进行配粉，得到复合银粉E，测试配粉后复合银粉E的振实密度为5.3g/cm3。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉E，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
实施例7：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为1.4μm，振实密度为5.3g/cm3非球银3；D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球银2，将两种银粉以1:1的配比进行配粉进行配粉，得到复合银粉F，测试配粉后复合银粉F的振实密度为6.5g/cm3。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉F，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
对比例2：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的非球形银粉3(D50为1.4μm，振实密度为5.3g/cm3)。
将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到HJT用导电银浆。
实施例5-7和对比例2所得的银浆的性能结果如表3所示。
表3
从表2可以看出，对比例2中的非球形银粉由于其形貌的特殊性，虽然振实密度很高，但在制备银浆三辊时出片严重，导致银浆无法使用印刷困难。而当非球形银粉与合适粒径的球形银粉搭配使用时，由于银粉间空隙度减小的同时银粉间有接触面积增加，线电阻降低，电阻率降低。
此外，参照实施例5，保持配粉比例1：4不变，仅改变球银/非球银的组分种类，相应所得银浆的性能结果如表4所示。
表4
实施例8：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为0.8μm，振实密度为3.5g/cm3片银1；D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球银2，将两种银粉以1：5的配比进行配粉，得到复合银粉G，测试配粉后复合银粉G的振实密度为6.4g/cm3。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉G，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
实施例9：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为2.3μm，振实密度为5.0g/cm3片银2；D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球银2，将两种银粉以2:3的配比进行配粉，得到复合银粉H，测试配粉后复合银粉H的振实密度为5.2g/cm3。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉H，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
实施例10：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为3μm，振实密度为4.0g/cm3片银3；D50为0.8μm，振实密度为3.2g/cm3球银1，将两种银粉以1:5的配比进行配粉，得到复合银粉I，测试配粉后复合银粉I的振实密度为4.3g/cm3。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉I，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
实施例11：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为3μm，振实密度为4.0g/cm3片银3；D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球银2，将两种银粉以1:1的配比进行配粉，得到复合银粉J，测试配粉后复合银粉J的振实密度为6.3g/cm3。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉J，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
对比例3：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为2.4μm，振实密度为5.4g/cm3片银4；D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球银2，将两种银粉以1：1的配比进行配粉，得到复合银粉K，测试配粉后复合银粉K的振实密度为6.4g/cm3。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉K，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
对比例4：
按照质量百分比，称取45％的固体丙烯酸改性环氧树脂加入到55％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌至固体丙烯酸改性环氧树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到有机载体。
将D50为2μm，振实密度为5.5g/cm3片银5；D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球银2，将两种银粉以1:1的配比进行配粉，得到复合银粉L，测试配粉后复合银粉L的振实密度为6.2g/cm3。
取7％有机载体中加入1％固化剂，1％助剂，加入91％的复合银粉L，将上述物料充分搅拌后，使用三辊机进行分散至细度为5μm，得到滤波器用导电银浆。
实施例8-11和对比例3-4所得的银浆的性能结果如表5所示。
表5
由上表可知，由于片银在配制三辊过程中出片严重，无法印刷，无法单独使用，在与合适的球银搭配使用，固化后银粉间有片银的搭接，银浆固化后线电阻减小，电阻率降低，效果较好。片银与合适的球银搭配，振实密度符合实验要求，但纵横比过大时，虽然片状银粉与球形银粉相互间接触面积变大，但可能存在难以高填充化的问题，可能存在得不到充分导电性的问题无法达到降低电阻率的目的。片状银粉的纵横比为3，片状化不充分导致片状银粉相互间的接触面积有变小倾向，可能存在得不到充分导电性的情况亦无法达到降低电阻率的目的。所以须在合适的纵横比的前提下保证片状银粉与球形银粉配粉后有足够高的振实密度的前提下才可有效降低线条的电阻率。
此外，参照实施例11，保持片银3与球银2组分不变，仅调整二者配比，相应所得银浆的性能结果如表6所示。
表6
参照实施例11，保持配比1:1不变，仅改变球银组分选择，相应所得银浆的性能结果如表7所示。
表7
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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HJT银浆，其特征在于，其含有如下配方的银粉：
配方一：振实密度为5.8g/cm3～7.0g/cm3的球型银粉；
或者，配方二：球型银粉与非球形银粉的组合，且组合后银粉振实密度为5.8g/cm3～7.0g/cm3；
或者，配方三：球型银粉和片状银粉组合使用，且组合后银粉振实密度在5.6g/cm3～7.0g/cm3。
2.根据权利要求1所述的HJT银浆，其特征在于，配方一中，球型银粉为如下球形银粉中任意一种或两种以上复配：
D50为0.8μm、振实密度为3.2g/cm3的球形银粉，D50为2μm、振实密度为5.3g/cm3的球形银粉，D50为2.3μm、振实密度为6.5g/cm3的球形银粉。
3.根据权利要求1所述的HJT银浆，其特征在于，配方二中，非球形银粉选自D50为0.3μm、振实密度为4.0g/cm3的非球形银粉，D50为1.4μm、振实密度为5.3g/cm3的非球形银粉。
4.根据权利要求1所述的HJT银浆，其特征在于，配方二中，球形银粉选自D50为1.2μm、振实密度为4.3g/cm3的球形银粉，D50为2μm、振实密度为5.3g/cm3的球形银粉。
5.根据权利要求1所述的HJT银浆，其特征在于，配方二中，非球形银粉与球形银粉的质量比为1：(1-4)。
6.根据权利要求1所述的HJT银浆，其特征在于，配方三中，片状银粉选自如下任意一种或多种：D50为0.8μm、振实密度为3.5g/cm3片状银粉，D50为3μm，振实密度为4.0g/cm3片状银粉。
7.根据权利要求6所述的HJT银浆，其特征在于，配方三中，球型银粉为D50为1.2μm，振实密度为4.3g/cm3球形银粉。
8.根据权利要求7所述的HJT银浆，其特征在于，配方三中，D50为0.8μm、振实密度为3.5g/cm3片状银粉与球形银粉的质量比为1：5；D50为3μm，振实密度为4.0g/cm3片状银粉的质量比为1：1。
9.根据权利要求1-8任一项所述的HJT银浆，其特征在于，按照质量分数计，包含：60％～95％银粉，7％～20％有机载体。
10.权利要求1-9任一项所述HJT银浆在太阳能电池制备领域中的应用。
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