CN115579189A - 一种高焊接拉力太阳能电池低温银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高焊接拉力太阳能电池低温银浆及其制备方法，高焊接拉力太阳能电池低温银浆包含如下质量百分数的组分：银粉75％‑90％，纳米铋粉1％‑5％，树脂3％‑8％，有机溶剂3％‑8％，固化剂0.1％‑1％，分散剂0.2％‑1％，附着力促进剂0.5％‑2％。本发明通过在低温银浆中添加一定量的纳米铋粉改变银浆的性能，熔融后的纳米铋粉与基材和银都有优异的粘接性，银浆的焊接拉力能得到大幅提高，由此，本发明创新性地研发了一种高焊接拉力太阳能电池用低温导电银浆，经试验检测证明了本发明提供的低温银浆的焊接拉力达到领先水平，对HJT电池片的焊接具有更广泛的适用性，提升了HJT电池组件的寿命。
Description
技术领域
本发明属于导电银浆技术领域，具体涉及一种高焊接拉力太阳能电池低温银浆及其制备方法。
背景技术
能源是世界经济和社会发展的基础，随着传统化石能源的消耗以及人类生存环境的恶化，发展清洁可再生能源引起世界各国政府的高度重视。我国光伏产量、装机容量均为世界第一，但仍然不能满足需求，目前主流PERC电池量产效率达到23％，接近理论极限24％，而HJT电池以更高的效率(26.5％)、更简单的工艺流程、低衰减、低温度系数等优点备受青睐。
HJT银浆作为异质结电池光伏发电中重要的一环，因其具有较高的技术壁垒，市场长期被国外垄断。国内HJT银浆发展主要的问题是焊接拉力偏低和电阻率偏高，其中焊接拉力问题会严重影响光伏组件焊接，因此有必要研发一款具有高焊接拉力的HJT低温固化太阳能电池银浆。
发明内容
本发明是为了解决常规HJT电池用低温银浆不易焊接、焊接拉力偏小的问题，研制了一种有高焊接拉力的太阳能电池低温银浆，具体方案如下：
一种高焊接拉力太阳能电池低温银浆，包含如下质量百分数的组分：
银粉75％-90％，
纳米铋粉1％-5％，
树脂3％-8％，
有机溶剂3％-8％，
固化剂0.1％-1％，
分散剂0.2％-1％，
附着力促进剂0.5％-2％。
进一步地，所述纳米铋粉为球形粉末，平均粒径为20-100nm，振实密度为4-12g/mL。本发明中铋粉的量占总组分的1％-5％，铋粉过量会导致电阻升高，量太少则改善焊接拉力效果不明显。
进一步地，所述银粉包括片状银粉、球状银粉两种银粉，所述片状银粉粒径分布D50为1.0-2.0μm，振实密度为4-7g/mL；所述球状银粉粒径分布D50为1.5-3μm，振实密度为5-8g/mL。
进一步地，所述树脂包括双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂中的一种或多种。
进一步地，所述有机溶剂包括二价酸酯、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、己二酸二甲酯、松油醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的一种或多种。
进一步地，所述固化剂包括双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂、改性胺类固化剂、酸酐类固化剂中的一种或多种。
进一步地，所述分散剂选自羧酸盐、磺酸盐、铵盐、聚酯、聚氨酯中的一种或多种。
进一步地，所述附着力促进剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅钛复合偶联剂、中的一种或多种。
本发明还提供上述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆的制备方法，包括如下步骤：
S1、取树脂、有机溶剂、分散剂、附着力促进剂混合，放入离心分散机中分散，转速为800-1000r/min，时间1-3min，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与固化剂混合，低速搅拌，搅拌速度为100-200r/min，得到有机载体；
S3、分批次向有机载体中加入银粉、纳米铋粉，边加入边搅拌，搅拌速度为100-200r/min，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料放入三辊轧机轧浆多遍，一般6-8遍，得到细度＜8μm、粘度为50-150Pa·s的导电银浆。
进一步地，步骤S2和S3中，搅拌时控制温度小于20℃。
研究人员在试验中意外发现，在低温银浆中添加一定量的纳米铋粉可以改变银浆的性能，熔融后的纳米铋粉与基材和银都有优异的粘接性，银浆的焊接拉力能得到大幅提高，由此，本发明创新性地研发了一种高焊接拉力太阳能电池用低温导电银浆，经试验检测证明了本发明提供的低温银浆的焊接拉力达到领先水平，对HJT电池片的焊接具有更广泛的适用性，提升了HJT电池组件的寿命。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。如无特殊说明，本发明中的原料均为市售。
以下实施例中采用的银粉为粒度分布D50为1.0-2.0μm，振实密度为4-7g/mL；纳米铋粉为球形粉末，平均粒径为50nm，振实密度为4-12g/mL。
D50：颗粒累积分布为50％的粒径。也叫中位径或中值粒径，这是一个表示粒度大小的典型值，该值准确地将总体划分为二等份，也就是说有50％的颗粒超过此值，有50％的颗粒低于此值。如果一个样品的D50＝5μm，说明在组成该样品的所有粒径的颗粒中，大于5μm的颗粒占50％，小于5μm的颗粒也占50％。
实施例1
一种本发明的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，包含如下质量的组分：
银粉82g，
纳米铋粉5g，
双酚A环氧树脂5g，
二乙二醇丁醚5g，
双氰胺潜伏型固化剂1g，
聚酯分散剂STA-1648A 1g，
硅烷偶联剂KH550 1g；
其中，纳米铋粉为球形粉末，平均粒径为27nm，振实密度为4.5g/mL；银粉包括片状银粉和球状银粉两种银粉，片状银粉粒度分布D50为1.7μm，振实密度为5.8g/mL；球状银粉粒径分布D50为2.1μm，振实密度为6.3g/mL。
本实施例的高焊接拉力太阳能电池低温银浆的制备方法，包括如下步骤：
S1、取5g双酚A环氧树脂、5g二乙二醇丁醚、1g聚酯分散剂STA-1648A、1g硅烷偶联剂KH550混合，放入离心分散机中分散，转速为1000r/min，时间1min，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与1g双氰胺潜伏型固化剂混合，低速搅拌，搅拌速度为100r/min，控制温度15℃，得到有机载体；
S3、分4次向有机载体中加入82g银粉、5g纳米铋粉，边加入边搅拌，搅拌速度为100-200r/min，控制温度15℃，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料放入三辊轧机轧浆6遍，得到本发明的低温导电银浆。
实施例2
一种本发明的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，包含如下质量的组分：
银粉80g，
纳米铋粉3g，
丙烯酸改性环氧树脂8g，
松油醇6g，
改性胺类潜伏型固化剂T31 0.5g，
聚氨酯S85 0.5g，
硅烷偶联剂KH560 2g；
其中，纳米铋粉为球形粉末，平均粒径为48nm，振实密度为6.1g/mL；银粉包括片状银粉和球状银粉两种银粉，片状银粉粒度分布D50为1.2μm，振实密度为4.3g/mL；球状银粉粒径分布D50为1.8μm，振实密度为6.1g/mL。
本实施例的高焊接拉力太阳能电池低温银浆的制备方法，包括如下步骤：
S1、取8g丙烯酸改性环氧树脂、6g松油醇、0.5g聚氨酯S85、2g硅烷偶联剂KH560混合，放入离心分散机中分散，转速为1000r/min，时间1min，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与0.5g改性胺类潜伏型固化剂T31混合，低速搅拌，搅拌速度为100r/min，控制温度15℃，得到有机载体；
S3、分5次向有机载体中加入80g银粉、3g纳米铋粉，边加入边搅拌，搅拌速度为100-200r/min，控制温度15℃，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料放入三辊轧机轧浆6遍，得到本发明的低温导电银浆。
实施例3
一种本发明的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，包含如下质量的组分：
银粉90g，
纳米铋粉2g，
聚酯树脂3g，
双酚F环氧树脂1g，
DBE有机溶剂3.2g，
2-乙基-4-甲基咪唑0.1g，
羧酸盐类分散剂BP5040 0.2g，
钛酸酯偶联剂GR105 0.5g；
纳米铋粉为球形粉末，平均粒径为79nm，振实密度为7.3g/mL；银粉包括片状银粉和球状银粉两种银粉，片状银粉粒度分布D50为2.0μm，振实密度为6.7g/mL；球状银粉粒径分布D50为2.3μm，振实密度为6.4g/mL。
本实施例的高焊接拉力太阳能电池低温银浆的制备方法，包括如下步骤：
S1、取3g聚酯树脂、1g双酚F环氧树脂、3.2gDBE有机溶剂、0.2g羧酸盐类分散剂BP5040、0.5g钛酸酯偶联剂GR105混合，放入离心分散机中分散，转速为1000r/min，时间1min，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与0.1g咪唑类固化剂2-乙基-4-甲基咪唑混合，低速搅拌，搅拌速度为100r/min，控制温度15℃，得到有机载体；
S3、分3次向有机载体中加入90g银粉、2g纳米铋粉，边加入边搅拌，搅拌速度为200r/min，控制温度15℃，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料放入三辊轧机轧浆8遍，得到本发明的低温导电银浆。
实施例4
一种高焊接拉力太阳能电池低温银浆，包含如下质量的组分：
银粉75g，
纳米铋粉5g，
丙烯酸树脂5g，
双酚A环氧树脂3g，
己二酸二甲酯8g，
双氰胺潜伏型固化剂1g，
铵盐Dispersant 5029分散剂1g，
铝酸酯偶联剂2g；
纳米铋粉为球形粉末，平均粒径为92nm，振实密度为10.8g/mL；银粉包括片状银粉和球状银粉两种银粉，片状银粉粒度分布D50为1.4μm，振实密度为5.1g/mL；所述球状银粉粒径分布D50为2.8μm，振实密度为7.7g/mL。
本实施例的高焊接拉力太阳能电池低温银浆的制备方法，包括如下步骤：
S1、取5g丙烯酸树脂、3g双酚A环氧树脂、8g己二酸二甲酯、1g铵盐Dispersant5029分散剂、2g铝酸酯偶联剂混合，放入离心分散机中分散，转速为1000r/min，时间1min，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与1g双氰胺潜伏型固化剂混合，低速搅拌，搅拌速度为100r/min，控制温度15℃，得到有机载体；
S3、分5次向有机载体中加入75g银粉、5g纳米铋粉，边加入边搅拌，搅拌速度为150r/min，控制温度15℃，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料放入三辊轧机轧浆6遍，得到本发明的低温导电银浆。
对比例1
一种太阳能电池低温银浆，包括以下质量的组分：
银粉87g，
双酚A环氧树脂5g，
二乙二醇丁醚5g，
双氰胺潜伏型固化剂1g，
聚酯分散剂STA-1648A 1g，
硅烷偶联剂KH550 1g；
其中，银粉包括片状银粉和球状银粉两种银粉，片状银粉粒度分布D50为1.7μm，振实密度为5.8g/mL球状银粉粒径分布D50为2.1μm，振实密度为6.3g/mL。
本对比例制备太阳能电池低温银浆的方法，包括如下步骤：
S1、取5g双酚A环氧树脂、5g二乙二醇丁醚、1g聚酯分散剂STA-1648A、1g硅烷偶联剂KH550混合，放入离心分散机中分散，转速为1000r/min，时间1min，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与1g双氰胺潜伏型固化剂混合，低速搅拌，搅拌速度为100r/min，控制温度15℃，得到有机载体；
S3、分4次向有机载体中加入87g银粉，边加入边搅拌，搅拌速度为100-200r/min，控制温度15℃，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料放入三辊轧机轧浆6遍，得到低温导电银浆。
对比例2
一种太阳能电池低温银浆，包括以下质量的组分：
银粉83g，
丙烯酸改性环氧树脂8g，
松油醇6g，
聚氨酯S850.5g，
硅烷偶联剂KH560 2g，
改性胺类潜伏型固化剂T31 0.5g；
其中，银粉包括片状银粉和球状银粉两种银粉，片状银粉粒度分布D50为1.2μm，振实密度为4.3g/mL；球状银粉粒径分布D50为1.8μm，振实密度为6.1g/mL。
本对比例制备太阳能电池低温银浆的方法，包括如下步骤：
S1、取8g丙烯酸改性环氧树脂、6g松油醇、0.5g聚氨酯S85、2g硅烷偶联剂KH560混合，放入离心分散机中分散，转速为1000r/min，时间1min，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与0.5g改性胺类潜伏型固化剂T31混合，低速搅拌，搅拌速度为100r/min，控制温度15℃，得到有机载体；
S3、分5次向有机载体中加入83g银粉，边加入边搅拌，搅拌速度为100-200r/min，控制温度15℃，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料放入三辊轧机轧浆6遍，得到低温导电银浆。
对比例3
一种太阳能电池低温银浆，包含如下质量的组分：
银粉92g，
聚酯树脂3g，
双酚F环氧树脂1g，
DBE有机溶剂3.2g，
羧酸盐类分散剂BP5040 0.2g，
钛酸酯偶联剂GR105 0.5g，
2-乙基-4-甲基咪唑0.1g；
其中，银粉包括片状银粉和球状银粉两种银粉，片状银粉粒度分布D50为2.0μm，振实密度为6.7g/mL；球状银粉粒径分布D50为2.3μm，振实密度为6.4g/mL。
本对比例制备太阳能电池低温银浆的方法，包括如下步骤：
S1、取3g聚酯树脂、1g双酚F环氧树脂、3.2gDBE有机溶剂、0.2g羧酸盐类分散剂BP5040、0.5g钛酸酯偶联剂GR105混合，放入离心分散机中分散，转速为1000r/min，时间1min，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与0.1g咪唑类固化剂2-乙基-4-甲基咪唑混合，低速搅拌，搅拌速度为100r/min，控制温度15℃，得到有机载体；
S3、分3次向有机载体中加入92g银粉，边加入边搅拌，搅拌速度为200r/min，控制温度15℃，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料放入三辊轧机轧浆8遍，得到低温导电银浆。
对比例4
一种太阳能电池低温银浆，包含如下质量的组分：
银粉80g，
丙烯酸树脂5g，
双酚A环氧树脂3g，
己二酸二甲酯8g，
Dispersant 5029分散剂(铵盐)1g，
铝酸酯偶联剂2g，
双氰胺潜伏型固化剂1g；
银粉包括片状银粉和球状银粉两种银粉，片状银粉粒度分布D50为1.4μm，振实密度为5.1g/mL；球状银粉粒径分布D50为2.8μm，振实密度为7.7g/mL。
本对比例的制备太阳能电池低温银浆的方法，包括如下步骤：
S1、取5g丙烯酸树脂、3g双酚A环氧树脂、8g己二酸二甲酯、1gDispersant5029分散剂(铵盐)、2g铝酸酯偶联剂混合，放入离心分散机中分散，转速为1000r/min，时间1min，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与1g双氰胺潜伏型固化剂混合，低速搅拌，搅拌速度为100r/min，控制温度15℃，得到有机载体；
S3、分5次向有机载体中加入80g银粉，边加入边搅拌，搅拌速度为150r/min，控制温度15℃，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料放入三辊轧机轧浆6遍，得到低温导电银浆。
对上述实施例1-4和对比例1-4制得的银浆进行焊接拉力性能测试，测试方法如下：
将焊带浸泡在助焊剂中1min，烙铁温度设定240℃；
银浆使用丝网印刷在ITO硅片表面印刷线条图案；
将焊带取出，将焊带与线条重合对齐；
使用烙铁蘸取少量焊锡，沿着焊带推动，使焊带焊接在银浆上；
将多余的焊带弯折，固定在手持式拉力机上，将仪表数据归零后匀速拉动，读取每一次拉动后的测试峰值数据；
将一系列数据去除最大值和最小值，剩余数据取平均值，得到焊接拉力测试数据，实施例1-4和对比例1-4中制得的低温银浆的焊接拉力性能测试结果如表1所示。
表1
| 项目 | 焊接拉力 | 项目 | 焊接拉力 |
| 实施例1 | 2.5 | 对比例1 | 0.8 |
| 实施例2 | 2.0 | 对比例2 | 0.6 |
| 实施例3 | 1.6 | 对比例3 | 0.5 |
| 实施例4 | 2.2 | 对比例4 | 0.6 |
通过表1中的测试结果可以看出，本发明通过在银浆中添加适量纳米铋粉，使银浆的焊接拉力得到提高，相比普通低温银浆，焊接拉力提高了3倍以上，将该银浆应用于HJT电池，能大幅提升电池的使用寿命。
Claims (10)
1.一种高焊接拉力太阳能电池低温银浆，其特征在于，包含如下质量百分数的组分：
银粉75％-90％，
纳米铋粉1％-5％，
树脂3％-8％，
有机溶剂3％-8％，
固化剂0.1％-1％，
分散剂0.2％-1％，
附着力促进剂0.5％-2％。
2.根据权利要求1所述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，其特征在于，所述纳米铋粉为球形粉末，平均粒径为20-100nm，振实密度为4-12g/mL。
3.根据权利要求1所述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，其特征在于，所述银粉包括片状银粉和球状银粉两种银粉，所述片状银粉粒度分布D50为1.0-2.0μm，振实密度为4-7g/mL；所述球状银粉粒径分布D50为1.5-3μm，振实密度为5-8g/mL。
4.根据权利要求1所述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，其特征在于，所述树脂包括双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，其特征在于，所述有机溶剂包括二价酸酯、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、己二酸二甲酯、松油醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，其特征在于，所述固化剂包括双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂、改性胺类固化剂、酸酐类固化剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，其特征在于，所述分散剂选自羧酸盐、磺酸盐、铵盐、聚酯、聚氨酯中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆，其特征在于，所述附着力促进剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯、硅钛复合偶联剂中的一种或多种。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、取树脂、有机溶剂、分散剂、附着力促进剂混合，放入离心分散机中分散，得到混合浆料；
S2、将混合浆料与固化剂混合，低速搅拌，得到有机载体；
S3、分批次向有机载体中加入银粉和纳米铋粉，边加入边搅拌，得到初步分散的导电银浆浆料；
S4、将导电银浆浆料进行轧浆，得到导电银浆。
10.根据权利要求9所述的高焊接拉力太阳能电池低温银浆的制备方法，其特征在于，步骤S2和S3中，搅拌时控制温度小于20℃。
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| CN116580870A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-08-11 | 苏州思尔维纳米科技有限公司 | 一种光伏银浆及其制备方法和应用 |
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