CN115206584A - 一种太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于导电浆料技术领域，尤其涉及一种太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料及其制备方法，该银包铜浆料，包括按质量百分比计的以下原料：5％‑60％的银粉，30％‑85％的银包铜粉，1.8％‑4％的树脂，1％‑3％的稀释剂，2.5％‑4％的固化剂以及0.1％‑2％的防锈剂。该制备方法包括以下步骤：1)制备高分子树脂载体；2)制备有机载体混合物；3)制备太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料。该太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料通过使用耐高温、抗氧化性能优异的银包铜粉代替纯银做导电浆料，大大的降低了浆料成本，同时性能方面已经接近纯银的水平，适合太阳能异质结电池的金属化要求。

Description

一种太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于导电浆料技术领域，尤其涉及一种太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料及其制备方法。
背景技术
异质结HIT(Hereto-junction with Intrinsic Thin-layer)太阳能电池(同时也简称HJT，SHJ，SJT等)，通常以n型晶体硅作衬底，宽带隙的非晶硅作发射极，该电池具有双面对称结构，n型硅衬底两侧两层薄本征非晶硅层，正面一层P型非晶硅发射极层，背面一层n型非晶硅膜背表面场；在两侧非晶硅薄层上用溅射法沉积透明导电氧化物薄膜，最后制备导电栅极。
传统采用溅射法制备导电栅极有成本高、工艺复杂、效率低下等缺点，而又由于HIT电池使用a-si构成PN结，HIT电池能在200℃以下的低温完成，所以现在HIT电池的导电栅极能够采用银浆经丝网印刷工艺制备，具体做法是把银浆倒入丝网印版的一端，用刮板对丝网印版上的银浆部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端匀速移动，银浆在移动中被刮板从的网孔中挤压到晶体硅上形成特定形状的导电栅极。然而，这种银浆中银的价格较为昂贵，应用成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料及其制备方法，旨在解决现有技术中的银浆中银的价格较为昂贵，应用成本较高的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供的一种太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，包括按质量百分比计的以下原料：5％-60％的银粉，30％-85％的银包铜粉，1.8％-4％的树脂，1％-3％的稀释剂，2.5％-4％的固化剂以及0.1％-2％的防锈剂。
较优地，所述树脂为聚酯树脂和/或丙烯酸树脂；所述聚酯树脂的分子量为5000-20000g/mol；所述丙烯酸树脂的羟值小于30mgKOH/g。
较优地，所述防锈剂选自3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰肼、(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸草酰(二亚氨基-2,1-亚乙基酯)、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯或3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯中的任意一种或至少两种的组合。
较优地，所述银粉的中位径D50为0.4μm-2μm，比表面积小于2m2/g，振实密度为4.0-6.5g/ml。
较优地，所述银粉选自球形银粉、非规则状银粉或片状银粉中的任意一种或至少两种的组合。
较优地，所述银包铜粉的中位径D50为0.4μm-2μm，比表面积小于2m2/g，振实密度为3.0-6.5g/ml，银包铜粉中银含量为15％-40％。
较优地，所述银包铜粉选自球形银包铜粉、非规则状银包铜粉或片状银包铜粉中的任意一种或至少两种的组合。
较优地，所述固化剂为封闭型异氰酸酯固化剂，所述封闭型异氰酸酯固化剂选自封闭型六亚甲基二异氰酸酯均聚物、封闭型氢化苯二甲基二异氰酸酯聚合物或封闭型异佛尔酮二异氰酸酯聚合物中的任意一种或至少两种的组合。
较优地，所述稀释剂选自二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二价酸酯、乙二醇乙酸醋酸酯、乙二醇丁醚、丙二醇苯醚或乙二醇苯醚中的任意一种或至少两种的组合。
为实现上述目的，本发明实施例提供的所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)制备高分子树脂载体：取树脂加入到稀释剂中，加热至75～85℃后进行恒温搅拌，至所述树脂完全溶解后，用380-420目网纱过滤除杂，得到高分子树脂载体，所述高分子树脂载体中所述树脂的质量百分比为60％-65％，所述稀释剂的质量百分比为35％-40％；
2)制备有机载体混合物：将所述高分子树脂载体和固化剂混合搅拌均匀，得到有机载体混合物；
3)制备太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料：将所述有机载体混合物与防锈剂、银粉、银包铜粉混合，搅拌，经三辊研磨分散至细度5μm以下，用有机溶剂调整粘度为450dPa·S-520dPa·S，然后经325-600目筛网中过滤，最后抽真空除去气泡即得所述太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料。
本发明实施例提供的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料及其制备方法中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：该太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料通过使用耐高温、抗氧化性能优异的银包铜粉代替纯银做导电浆料，大大的降低了浆料成本，同时性能方面已经接近纯银的水平，适合太阳能异质结电池的金属化要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的实施例中，提供一种太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，包括按质量百分比计的以下原料：5％-60％的银粉，30％-85％的银包铜粉，1.8％-4％的树脂，1％-3％的稀释剂，2.5％-4％的固化剂以及0.1％-2％的防锈剂。
该太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料通过使用耐高温、抗氧化性能优异的银包铜粉代替纯银做导电浆料，大大的降低了浆料成本，同时性能方面已经接近纯银的水平，适合太阳能异质结电池的金属化要求。
本发明还通过加入防锈剂，使该银包铜浆料具有良好的抗氧化性能，在高温下也不变色。
在本发明的实施例中，所述树脂为聚酯树脂和/或丙烯酸树脂。所述聚酯树脂的分子量为5000-20000g/mol。所述丙烯酸树脂的羟值小于30mgKOH/g。
在本发明的实施例中，所述防锈剂选自3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰肼、(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸草酰(二亚氨基-2,1-亚乙基酯)、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯或3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明的实施例中，所述银粉的中位径D50为0.4μm-2μm，比表面积小于2m2/g，振实密度为4.0-6.5g/ml。
在本发明的实施例中，所述银粉选自球形银粉、非规则状银粉或片状银粉中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明的实施例中，所述银包铜粉的中位径D50为0.4μm-2μm，比表面积小于2m2/g，振实密度为3.0-6.5g/ml，银包铜粉中银含量为15％-40％。
在本发明的实施例中，所述银包铜粉选自球形银包铜粉、非规则状银包铜粉或片状银包铜粉中的任意一种或至少两种的组合。具体地，所述银包铜粉的含银量包括但不限于15％、18％、20％、25％、30％和40％。上述含银量的所述银包铜粉具有成本低，且性能方面已经接近纯银的水平。
在本发明的实施例中，所述固化剂为封闭型异氰酸酯固化剂，所述封闭型异氰酸酯固化剂选自封闭型六亚甲基二异氰酸酯均聚物、封闭型氢化苯二甲基二异氰酸酯聚合物或封闭型异佛尔酮二异氰酸酯聚合物中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明的实施例中，所述稀释剂选自二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二价酸酯、乙二醇乙酸醋酸酯、乙二醇丁醚、丙二醇苯醚或乙二醇苯醚中的任意一种或至少两种的组合。
本发明实施例提供的所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)制备高分子树脂载体：取树脂加入到稀释剂中，加热至75～85℃后进行恒温搅拌，至所述树脂完全溶解后，用380-420目网纱过滤除杂，得到高分子树脂载体，所述高分子树脂载体中所述树脂的质量百分比为60％-65％，所述稀释剂的质量百分比为35％-40％。
2)制备有机载体混合物：将所述高分子树脂载体和固化剂混合搅拌均匀，得到有机载体混合物。
3)制备太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料：将所述有机载体混合物与防锈剂、银粉、银包铜粉混合，搅拌，经三辊研磨分散至细度5μm以下，用有机溶剂调整粘度为450dPa·S-520dPa·S，具体地，所述有机溶剂可以是上述稀释剂。然后经325-600目筛网中过滤，最后抽真空除去气泡即得所述太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1-6所用原料的名称和用量请参阅表1。
表1
Figure BDA0002995582640000051
Figure BDA0002995582640000061
Figure BDA0002995582640000071
实施例1
实施例1提供的所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，包括以下原料：5重量份的球形银粉、40重量份的片状银包铜粉(银含量40％)、45重量份球状银包铜粉(银含量30％)、6.3重量份的丙烯酸树脂载体(高分子树脂载体)、3.2重量份的封闭型六亚甲基二异氰酸酯均聚物(固化剂)以及0.5重量份的3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰肼(防锈剂)。
实施例1提供的所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)制备高分子树脂载体：取丙烯酸树脂加入到二乙二醇丁醚醋酸酯(稀释剂)中，加热至80℃后进行恒温搅拌，至所述树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到丙烯酸树脂载体，所述丙烯酸树脂载体中所述丙烯酸树脂的质量百分比为60％，所述二乙二醇丁醚醋酸酯稀释剂的质量百分比为40％；
2)制备有机载体混合物：将所述丙烯酸树脂载体和固化剂混合搅拌均匀，得到有机载体混合物；
3)制备太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料：将所述有机载体混合物与防锈剂、银粉、银包铜粉混合，搅拌，经三辊研磨分散至细度5μm以下，用有机溶剂调整粘度为450dPa·S-520dPa·S，然后经325-600目筛网中过滤，最后抽真空除去气泡即得所述太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于：15重量份的片状银粉、75重量份的球形银包铜粉(银含量25％)、5.2重量份的丙烯酸树脂载体、4.0重量份的封闭型六亚甲基二异氰酸酯均聚物(固化剂)、0.8重量份的3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯(防锈剂)。
本实施例的其余部分与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例1的解释，这里不再进行赘述。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于：10重量份的球形银粉、20重量份的片状银粉、30重量份的球形银包铜粉(银含量20％)、30重量份的非规则状银包铜粉(银含量18％)、6.2重量份的丙烯酸树脂载体、2.8重量份的封闭型氢化苯二甲基二异氰酸酯聚合物(固化剂)、1.0重量份的四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯(防锈剂)。
本实施例的其余部分与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例1的解释，这里不再进行赘述。
实施例4
实施例4与实施例1的不同之处在于：30重量份的球形银粉、20重量份的非规则状银粉、23重量份的球形银包铜粉(银含量15％)、20重量份的球形银包铜粉(银含量30％)、4.3重量份的聚酯树脂载体、2.5重量份的封闭型氢化苯二甲基二异氰酸酯聚合物(固化剂)、0.2重量份的(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸草酰(二亚氨基-2,1-亚乙基酯)(防锈剂)。
本实施例的其余部分与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例1的解释，这里不再进行赘述。
实施例5
实施例5与实施例1的不同之处在于：30重量份的球形银粉、30重量份的片状银粉、34重量份的球形银包铜粉(银含量20％)、3.3重量份的聚酯树脂、2.5重量份的封闭型氢化苯二甲基二异氰酸酯聚合物(固化剂)、0.2重量份的N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(防锈剂)。
本实施例的其余部分与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例1的解释，这里不再进行赘述。
实施例6
实施例6与实施例1的不同之处在于：30重量份的球形银粉、30重量份的片状银粉、34重量份的球形银包铜粉(银含量20％)、2.3重量份的丙烯酸树脂载体、1.0重量份的聚酯树脂载体、2.5重量份的封闭型氢化苯二甲基二异氰酸酯聚合物(固化剂)、0.2重量份的N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(防锈剂)。
本实施例的其余部分与实施例1相同，在本实施例中未解释的特征，均采用实施例1的解释，这里不再进行赘述。
对比例1
对比例1提供的低温导电浆料，包括以下原料：5重量份的球形银粉、40重量份的片状银包铜粉(银含量40％)、45重量份的球状银包铜粉(银含量30％)、6.3重量份的丙烯酸树脂载体、3.2重量份的封闭型六亚甲基二异氰酸酯均聚物(固化剂)。
对比例1提供的低温导电浆料的制备方法，包括以下步骤：
1)制备高分子树脂载体：取质量百分比为60％的固体丙烯酸树脂加入到40％的二乙二醇丁醚醋酸酯溶剂中，加热至80℃后进行恒温搅拌，至固体树脂完全溶解后，用400目网纱过滤除杂，得到高分子树脂载体；
2)制备有机载体混合物：将上述丙烯酸树脂载体、稀释剂、封闭型六亚甲基二异氰酸酯均聚物、混合搅拌均匀，得到有机载体混合物；
3)制备低温导电浆料：将银粉、银包铜粉、防锈剂与有机载混合物混合，搅拌，经三辊研磨之后得到细度5μm以下，粘度为450dPa·S-520dPa·S的低温导电浆料。
对比例2
对比例2与对比例1的不同之处在于：15重量份的片状银粉、75重量份的球形银包铜粉(银含量25％)、5.2重量份的丙烯酸树脂载体、4.0重量份的封闭型六亚甲基二异氰酸酯均聚物(固化剂)。
本对比例的其余部分与对比例1相同，在本实施例中未解释的特征，均采用对比例1的解释，这里不再进行赘述。
实施例7
本实施例对实施例1-6制得的所述太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料以及对比例1、2提供的浆料的粘度、电阻率、焊接拉力、印刷速度和30μm开口印刷线宽进行测试，测试结果见表2。
表2
Figure BDA0002995582640000101
从表2可知，本发明通过使用耐高温、抗氧化性能优异的银包铜粉代替纯银做导电浆料，大大的降低了浆料成本，同时性能方面已经接近纯银的水平。此外，通过比较实施例1和对比例1以及实施例2和对比例2的电阻率，可知，加入防锈剂后，浆料不但具有防氧化作用，其电阻率也大大降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，其特征在于，包括按质量百分比计的以下原料：5％-60％的银粉，30％-85％的银包铜粉，1.8％-4％的树脂，1％-3％的稀释剂，2.5％-4％的固化剂以及0.1％-2％的防锈剂。
2.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，其特征在于，所述树脂为聚酯树脂和/或丙烯酸树脂；所述聚酯树脂的分子量为5000-20000g/mol；所述丙烯酸树脂的羟值小于30mgKOH/g。
3.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，其特征在于，所述防锈剂选自3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰肼、(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸草酰(二亚氨基-2,1-亚乙基酯)、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯或3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，其特征在于，所述银粉的中位径D50为0.4μm-2μm，比表面积小于2m2/g，振实密度为4.0-6.5g/ml。
5.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，其特征在于，所述银粉选自球形银粉、非规则状银粉或片状银粉中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，其特征在于，所述银包铜粉的中位径D50为0.4μm-2μm，比表面积小于2m2/g，振实密度为3.0-6.5g/ml，银包铜粉中银含量为15％-40％。
7.根据权利要求1所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，其特征在于，所述银包铜粉选自球形银包铜粉、非规则状银包铜粉或片状银包铜粉中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求1-7任一项所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，其特征在于，所述固化剂为封闭型异氰酸酯固化剂，所述封闭型异氰酸酯固化剂选自封闭型六亚甲基二异氰酸酯均聚物、封闭型氢化苯二甲基二异氰酸酯聚合物或封闭型异佛尔酮二异氰酸酯聚合物中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求1-7任一项所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料，其特征在于，所述稀释剂选自二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二价酸酯、乙二醇乙酸醋酸酯、乙二醇丁醚、丙二醇苯醚或乙二醇苯醚中的任意一种或至少两种的组合。
10.根据权利要求1-9任一项所述的太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备高分子树脂载体：取树脂加入到稀释剂中，加热至75～85℃后进行恒温搅拌，至所述树脂完全溶解后，用380-420目网纱过滤除杂，得到高分子树脂载体，所述高分子树脂载体中所述树脂的质量百分比为60％-65％，所述稀释剂的质量百分比为35％-40％；
2)制备有机载体混合物：将所述高分子树脂载体和固化剂混合搅拌均匀，得到有机载体混合物；
3)制备太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料：将所述有机载体混合物与防锈剂、银粉、银包铜粉混合，搅拌，经三辊研磨分散至细度5μm以下，用有机溶剂调整粘度为450dPa·S-520dPa·S，然后经325-600目筛网中过滤，最后抽真空除去气泡即得所述太阳能异质结电池用低成本银包铜浆料。
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