CN115410751B - 一种正极银浆及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正极银浆及其制备方法与应用。正极银浆，包括以下组分：银粉；玻璃粉；第一溶液；第二溶液；所述第一溶液包括酯类化合物和第一醇溶液；所述第二溶液包括第二醇溶液；所述酯类化合物和所述第一醇溶液互溶；所述第一溶液与所述第二溶液不完全互溶。本发明制备得到的正极银浆，不含高分子粘结剂和添加剂，在印刷后的烧结过程中无需进行排胶步骤，简化生产流程，降低生产成本，减少废气排放，具有低碳、环保、高效的特点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池相关技术领域，尤其是涉及一种正极银浆及其制备方法与应用。
背景技术
太阳能是地球的一种重要可再生能源，光伏发电系统就是一种直接把太阳能转化成电能的装置。目前主流光伏发电技术是晶硅太阳能电池技术，作为新一代太阳能电池，其输出电极的制作工艺和材料都非常重要。
常规的金属电极制作工艺有多种，常规太阳能电池导电银浆主要由高纯度银粉、玻璃体系、有机载体、添加剂等组成。银粉为导电相，在烧结成膜后提供优良的导电性；玻璃粉为高温烧结时呈熔融状烧穿硅片表面，从而使银与硅片形成良好的欧姆接触；有机载体和添加剂作为临时粘接相，使浆料具有一定的流变性能以满足丝网印刷的要求。但添加剂会增加排胶步骤，一方面排胶无法做到彻底排出，影响太阳能电池的光电转化效率和稳定性，另一方面排胶过程中还会产生废气，不利于环保。
通常情况下，太阳能电池的正常工作寿命可以达到25年以上，稳定和高效地把太阳能转化成电能输出是个关键问题。为了提高太阳能电池的光电转化效率和稳定性，有必要研发一种高光电转化率、工艺简单且环保的新型太阳能正极银浆。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：
提供一种正极银浆。
本发明所要解决的第二个技术问题是：
提供一种所述正极银浆的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：
所述正极银浆的应用。
为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种正极银浆，包括以下组分：
银粉；
玻璃粉；
第一溶液；
第二溶液；
所述第一溶液包括酯类化合物和第一醇溶液；
所述第二溶液包括第二醇溶液；
所述酯类化合物和所述第一醇溶液互溶；
所述第一溶液与所述第二溶液不完全互溶。
根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
1.银粉与玻璃粉组分的固体颗粒，被分散在第一溶液和第二溶液中，由于第一溶液与第二溶液之间不完全互溶，这使得固体颗粒之间形成了毛细管桥，该毛细管桥的产生使得正极银浆中的悬浮体能够保持长期稳定。此外，本发明中利用毛细管结构产生毛细力，代替了传统浆料中添加剂等成分的粘结作用，在烧结后无杂质残留，栅线更致密，导电性等更优，从而实现性能不下降甚至略有提高。
2.所述酯类化合物和所述第一醇溶液互溶，使得所述第一溶液是稳定均匀的溶液，固体颗粒可以分散在所述第一溶液中；所述第一溶液与所述第二溶液不完全互溶，使得体系中可以产生毛细力。
3.本发明的正极银浆，无需粘接剂和添加剂，银浆的杂质非常少，使得银浆具有高导电性的优点，进一步提高电池的光电转化效率和稳定性。
4.本发明正极银浆可作为丝网印刷产品，印刷工艺简单高效、成本低且可进行工业化大规模生产。
5.本发明制备得到的正极银浆，不含高分子粘结剂和添加剂，在印刷后的烧结过程中无需进行排胶步骤，简化生产流程，降低生产成本，减少废气排放，具有低碳、环保、高效的特点。
根据本发明的一种实施方式，所述第二溶液在所述正极银浆中，体积占比小于等于10％，在此条件下，可实现正极银浆的丝网印刷工艺，若不在此比例，制备得到的浆料流变性能会变差，印刷时容易发生堵塞甚至完全不能过网的情况，亦或是过网后无法保持良好的栅线形状等，致使浆料无法正常使用。
根据本发明的一种实施方式，所述银粉与所述玻璃粉的质量比为60-88：1-3。
根据本发明的一种实施方式，所述银粉的D50粒径为1-2μm。
根据本发明的一种实施方式，所述第一溶液与所述第二溶液的体积比为80-96：1-4。
所述正极银浆中产生了毛细管结构，使得所述正极银浆的流变性能因所述第二溶液的浓度的极小变化而发生显著的改变，基于此，毛细管桥现象可以用来稳定颗粒悬浮液，并精确调整其流变特性。
根据本发明的一种实施方式，所述酯类化合物包括邻苯二甲酸二丁酯和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，所述酯类化合物和所述第一醇溶液的体积比为40-60：30-40。
根据本发明的一种实施方式，所述第一醇溶液包括松油醇；所述第二醇溶液包括丙三醇。
为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种制备所述正极银浆的方法，包括以下步骤：
S1混合所述银粉和所述玻璃粉，得到固体混合物；
S2混合所述固体混合物、所述第一溶液和所述第二溶液，得到所述正极银浆。
优选的，本发明的所述第一溶液与所述第二溶液相比之下，第一溶液能够更好的湿润所述固体颗粒，基于悬浊液理论，液体与固体颗粒间会形成液桥，不同的液桥形态会产生不同的网络结构，当所述第一溶液比所述第二溶液更好的浸润固体颗粒时候，产生的网络结构为毛细管状结构。
本发明的另一个方面，还涉及所述正极银浆在太阳能电池中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的正极银浆。由于该应用采用了上述实施例的正极银浆的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为实施例1制备正极银浆的流程图。
图2为对实施例1-5制备得到的正极银浆进行合格性检测的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，上述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明的范围。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例中，松油醇购自阿拉丁-北京伊诺凯科技有限公司，生产批号为：Lot#K2016102。
实施例中，邻苯二甲酸二丁酯购自阿拉丁-北京伊诺凯科技有限公司，生产批号为：Lot#F2028065。
实施例中，玻璃粉购自柯尚(广州)新材料科技有限公司。
实施例1
一种正极银浆，包括以下组分：
质量比为88：3的银粉和玻璃粉；
体积比为38.4：57.6：4的松油醇、邻苯二甲酸二丁酯和丙三醇。
制备上述正极银浆，流程图如图1所示，具体包括以下步骤：
S1、取银粉和玻璃粉于容器内；
S2、向已放好银粉和玻璃粉的容器内滴加丙三醇、松油醇和邻苯二甲酸二丁酯。
S3、将容器密封后放入匀胶机中，在手动真空以及1200转速下旋转1500s使容器内各组分充分混合均匀即得到正极银浆。
实施例1中银粉为三井银粉。
实施例1中玻璃粉为正面银栅线玻璃粉。
实施例2
一种正极银浆，包括以下组分：
质量比为88：3的银粉和玻璃粉；
体积比为38.4：57.6：4的松油醇、邻苯二甲酸二丁酯和丙三醇。
制备上述正极银浆，包括以下步骤：
S1、取银粉和玻璃粉于容器内；
S2、向已放好银粉和玻璃粉的容器内滴加丙三醇、松油醇和邻苯二甲酸二丁酯。
S3、将容器密封后放入匀胶机中，在手动真空以及1200转速下旋转1500s使容器内各组分充分混合均匀即得到正极银浆。
实施例2中银粉为YFY银粉，购自宁波晶鑫电子材料有限公司，型号为YFY408。
实施例2中玻璃粉为正面银栅线玻璃粉。
实施例3
一种正极银浆，包括以下组分：
质量比为88：3的银粉和玻璃粉；
体积比为38.4：57.6：4的松油醇、邻苯二甲酸二丁酯和丙三醇。
制备上述正极银浆，包括以下步骤：
S1、取银粉和玻璃粉于容器内；
S2、向已放好银粉和玻璃粉的容器内滴加丙三醇、松油醇和邻苯二甲酸二丁酯。
S3、将容器密封后放入匀胶机中，在手动真空以及1200转速下旋转1500s使容器内各组分充分混合均匀即得到正极银浆。
实施例3中银粉为日本DOWA银粉。
实施例3中玻璃粉为正面银栅线玻璃粉。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：实施例1的酯类化合物为邻苯二甲酸二丁酯，实施例4的酯类化合物为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。
一种正极银浆，包括以下组分：
质量比为88：3的银粉和玻璃粉；
体积比为38.4：57.6：4的松油醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯和丙三醇。
制备上述正极银浆，包括以下步骤：
S1、取银粉和玻璃粉于容器内；
S2、向已放好银粉和玻璃粉的容器内滴加丙三醇、松油醇和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。
S3、将容器密封后放入匀胶机中，在手动真空以及1200转速下旋转1500s使容器内各组分充分混合均匀即得到正极银浆。
实施例4中银粉为三井银粉。
实施例4中玻璃粉为正面银栅线玻璃粉。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于：松油醇和邻苯二甲酸二丁酯的体积比不同。实施例1的体积比为38.4：57.6，实施例5的体积比为30：40。
一种正极银浆，包括以下组分：
质量比为88：3的银粉和玻璃粉；
体积比为30：40：4的松油醇、邻苯二甲酸二丁酯和丙三醇。
制备上述正极银浆，包括以下步骤：
S1、取银粉和玻璃粉于容器内；
S2、向已放好银粉和玻璃粉的容器内滴加丙三醇、松油醇和邻苯二甲酸二丁酯。
S3、将容器密封后放入匀胶机中，在手动真空以及1200转速下旋转1500s使容器内各组分充分混合均匀即得到正极银浆。
实施例5中银粉为三井银粉。
实施例5中玻璃粉为正面银栅线玻璃粉。
对实施例1-5制备得到的正极银浆进行合格性检测，检测流程如图2所示。
性能测试：
将实施例制备得到的正极银浆，用于丝网印刷，印刷步骤如下，印刷结果如表1-2：
丝网印刷：在印刷前，首先调好印刷网版和硅片之间的距离，印刷速度等适配参数，然后在网版面上加入性能良好的银浆，通过刮刀将压力施加于银浆上，在刮刀的运动下，挤压银浆使其通过网版到达硅片形成具有合适形貌的栅线电极。
高温烧结：将形成栅线电极后的硅片放置高温烧结炉完成烧结工艺，使得栅线电极和硅片形成欧姆接触。
表1
表2
由上表1和表2可知，本发明的正极银浆组合物的宽度、高度均在商业银浆标准范围内。结合制作过程以及配方设计，本发明银浆的成分简单，无高分子长链结构的粘结剂和添加剂，而且本发明银浆制作过程简单，采用丝网印刷使其印刷在太阳能硅片上，可大批量且高效印刷生产。
银浆性能测试：利用流变仪测量银浆的粘度、屈服应力以及剪切变稀等流变性能；利用拉伸计测试浆料的拉伸断裂系数。测试结果如表3。
表3
应用性能测试：通过电学检测设备测试接触电阻率、光电转换效率等参数，结果如表4-5；通过SEM观察其形貌如线宽、高宽比等；以及检测其附着力，可焊性等。
表4
表5
其中，ETA为光电效率；Voc为开路电压；Isc为短路电流；Jsc为电流密度；FF为填充因子；Rs为串联电阻值；Rsh为并联电阻值；Jo1为金属区复合电流；Measured_Resistivity为硅片电阻率。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种正极银浆，其特征在于：包括以下组分：
银粉；
玻璃粉；
第一溶液；
第二溶液；
所述第一溶液包括酯类化合物和第一醇溶液；
所述第二溶液包括第二醇溶液；
所述酯类化合物和所述第一醇溶液互溶；
所述第一溶液与所述第二溶液不完全互溶；
所述第一溶液与所述第二溶液的体积比为80-96：1-4。
2.根据权利要求1所述的一种正极银浆，其特征在于：所述银粉与所述玻璃粉的质量比为60-88：1-3。
3.根据权利要求2所述的一种正极银浆，其特征在于：所述银粉的D50粒径为1-2μm。
4.根据权利要求1所述的一种正极银浆，其特征在于：所述酯类化合物包括邻苯二甲酸二丁酯和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种正极银浆，其特征在于：所述酯类化合物和所述第一醇溶液的体积比为40-60：30-40。
6.根据权利要求1所述的一种正极银浆，其特征在于：所述第一醇溶液包括松油醇；所述第二醇溶液包括丙三醇。
7.一种制备如权利要求1至6任一项所述的一种正极银浆的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1混合所述银粉和所述玻璃粉，得到固体混合物；
S2混合所述固体混合物、所述第一溶液和所述第二溶液，得到所述正极银浆。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S2还包括将所述正极银浆在真空条件下搅拌以混匀所述正极银浆的步骤。
9.如权利要求1至6任一项所述的一种正极银浆在太阳能电池中的应用。
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