CN115714034A - 一种导电银铝浆用有机载体、含有该有机载体的导电银铝浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种导电银铝浆用有机载体、含有该有机载体的导电银铝浆及其制备方法，所述有机载体为以甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物为粘结树脂，丙烯酸酯改性聚硅氧烷为润滑剂，乙撑双脂肪酸酰胺为触变剂，具体重量组分为：粘结树脂含量为5‑10%，润滑剂含量为6‑9%，触变剂含量为2‑4%，有机溶剂含量为75‑85%。使用该有机载体制备的银铝浆能够同时满足丝网印刷和电极高宽比的要求，提升太阳能电池生产良率和光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于晶硅太阳能电池技术领域，涉及一种导电银铝浆用有机载体，具体涉及该有机载体的制备方法及其导电银铝浆和太阳能电池电极制备。
背景技术
晶硅太阳能电池是目前发展速度最快、成本最低、产业化程度最高的新能源技术。近年来，随着新能源补贴的减少，竞争的加剧，太阳能发电成本压力加大，市场对太阳能电池光电转化效率的要求越来越高。
N型topcon电池相对目前主流P型perc不仅在光电转化效率上有着巨大的优势，且设备投入及改造成本也较其他电池技术要低得多。因此，topcon电池极有可能在短时间内取代perc电池成为市场主流电池技术。
太阳能电池的电极浆料作为影响太阳能电池光电转换效率和成本的重要环节，也需要完成快速转换以适应新技术的要求。不同于perc电池，topcon电池的正面电极使用的是导电银铝浆印刷并烧结制成。银铝浆配方中较高的玻璃粉含量（相当于perc电池用银浆2-2.5倍）以及铝粉的引入使得其印刷性能和电极高宽比相对perc电池都有了不同程度的弱化。因此，开发一种适用于银铝浆的有机载体以提升电池生产良率和电性能显得十分必要。
发明内容
针对上述问题情况，本发明提供了一种导电银铝浆用有机载体、含有该有机载体的导电银铝浆及其制备方法，使得制得的导电银铝浆料的电极高宽比满足要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种导电银铝浆用有机载体，所述有机载体包含以下成分：粘结树脂、润滑剂、触变剂、有机溶剂；所述有机载体中各组分的重量百分含量为：粘结树脂含量为5-10%，润滑剂含量为6-9%，触变剂含量为2-4%，有机溶剂含量为75-85%。
进一步的，所述粘结树脂为甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物；所述甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物的玻璃化转变温度Tg为50-80℃，重均分子量Mw为40000-150000，酸值mgKOH为6-18,共聚树脂中聚苯乙烯含量为20-40%。
进一步的，所述润滑剂为丙烯酸酯改性聚硅氧烷；所述丙烯酸酯改性聚硅氧烷为甲基丙烯酸甲酯改性聚硅氧烷、甲基丙烯酸乙酯改性聚硅氧烷、甲基丙烯酸丁酯改性聚硅氧烷中的一种或多种。
进一步的，所述触变剂为乙撑双脂肪酸酰胺，所述双脂肪酸酰胺选自乙撑双月桂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双-12-羟基硬脂酰胺中的一种或多种。
进一步的，所述有机溶剂为乙二醇苯醚醋酸酯、丙二醇苯醚、邻苯二甲酸二甲酯、苯甲酸苄酯的混合物。
本发明还提出了上述有机载体各组分的制备方法，分别如下：
粘结树脂溶液的制备工艺为：原料配比为：甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物（Mw：150000）6%、甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物（Mw：45000）14%、乙二醇苯醚醋酸酯80%；将所用的溶剂称量好并加入带有溶解式搅拌桨的不锈钢搅拌釜中，启动搅拌桨，分批逐步加入共聚物粉体；待粉体在溶剂中充分浸润后，将搅拌釜进行密封，通氮气保护；启动控温装置，将混合物升温度并控制在70℃，保温90min；关闭控温装置，低速搅拌冷却至室温待用；
触变膏体的的制备工艺为：原料配比为：触变剂为：乙撑双月桂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺或乙撑双-12-羟基硬脂酰胺20%，丙二醇苯醚80%；将所用的原料称量好并加入在带有高速分散盘的不锈钢搅拌釜中，将搅拌釜进行密封，通氮气保护；启动不锈钢搅拌釜中的高速分散盘，分散盘边缘线速度10m/s；启动控温装置，混合物温度控制在60℃，保温60min；关闭高速分散盘和控温装置，冷却至室温待用；
润滑剂丙烯酸酯改性聚硅氧烷的制备工艺为：合成原料为：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、低含氢硅油、卡斯特催化剂质量分数为1%异丙醇溶液；在配有通氮、搅拌器、温度计及回流冷凝装置的四口烧瓶中，按摩尔比为1.1﹕1.0（C=C﹕Si-H）加入丙烯酸酯和低含氢硅油，缓慢升温至100℃，加入反应物总质量1.5%的质量分数为1%卡斯特催化剂的异丙醇的溶液，控制温度在100-110℃，反应6h后，减压蒸去低沸物得到丙烯酸酯改性聚硅氧烷。
本发明还提出了一种导电银铝浆料，包括银粉、铝粉、玻璃粉以及如上所述导电银铝浆用有机载体，所述银粉为球形，D50为1.3-1.6μm；铝粉为球形，D50为2.0-3.0μm；玻璃粉的玻璃化转变温度Tg为400-450℃。
进一步的，所述的导电银铝浆料的制备方法，其特征在于，包括如下工艺：将一定配比的银粉、铝粉、玻璃粉、粘结树脂溶液、触变膏体、润滑剂在双行星重力混合机中混合均匀，再将混合料在三辊机上进行研磨；控制研磨间隙逐渐减小，最终制得细度在5μm以内的银铝浆料。
通过本发明技术方案，使用该有机载体制备的银铝浆能够同时满足丝网印刷和电极高宽比的要求，提升太阳能电池生产良率和光电转换效率。
附图说明
图1为本发明比较例典型电极高度及宽度示意图；
图2为本发明实施例典型电极高度及宽度示意图；
图 3为本发明比较例典型印刷EL示意图；
图4为本发明实施例典型印刷EL示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明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，都属于本发明保护的范围。
一种导电银铝浆用有机载体，所述有机载体包含以下成分：粘结树脂、润滑剂、触变剂、有机溶剂；所述有机载体中各组分的重量百分含量为：粘结树脂含量为5-10%，润滑剂含量为6-9%，触变剂含量为2-4%，有机溶剂含量为75-85%。
粘结树脂溶液
在具体实施方案中原料配比为：甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物（Mw：150000）6%、甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物（Mw：45000）14%、乙二醇苯醚醋酸酯80%。
将所用的溶剂称量好并加入带有溶解式搅拌桨的不锈钢搅拌釜中，启动搅拌桨，分批逐步加入共聚物粉体；待粉体在溶剂中充分浸润后，将搅拌釜进行密封，通氮气保护；启动控温装置，将混合物升温度并控制在70℃，保温90min；关闭控温装置，低速搅拌冷却至室温待用。
触变膏体
在具体实施方案中原料配比为：触变剂：乙撑双月桂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺或乙撑双-12-羟基硬脂酰胺20%，丙二醇苯醚80%。
将所用的原料称量好并加入在带有高速分散盘的不锈钢搅拌釜中，将搅拌釜进行密封，通氮气保护；启动不锈钢搅拌釜中的高速分散盘，分散盘边缘线速度10m/s；启动控温装置，混合物温度控制在60℃，保温60min；关闭高速分散盘和控温装置，冷却至室温待用。
丙烯酸酯改性聚硅氧烷润滑剂
合成原料为：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、低含氢硅油（含氢量：0.1-0.2%；粘度30-50cs）、卡斯特催化剂（质量分数为1%异丙醇溶液）。
在配有通氮、搅拌器、温度计及回流冷凝装置的四口烧瓶中，按摩尔比为1.1﹕1.0（C=C﹕Si-H）加入丙烯酸酯和低含氢硅油，缓慢升温至100℃，加入反应物总质量1.5%的质量分数为1%卡斯特催化剂的异丙醇的溶液，控制温度在100-110℃，反应6h后，减压蒸去低沸物得到丙烯酸酯改性聚硅氧烷。
混合溶剂
乙二醇苯醚醋酸酯、丙二醇苯醚、邻苯二甲酸二甲酯、苯甲酸苄酯和混合物。
在比较例中，粘结树脂溶液原料配比为：乙基纤维素（Std-100）5%、乙基纤维素（Std-10）15%、二乙二醇丁醚醋酸酯80%；触变膏体的原料配比为：聚酰胺蜡20%、醇酯十二80%；润滑剂为二甲基硅油；混合溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯、醇酯十二、己二酸二甲酯和二乙二醇二丁醚的混合物。
在一个实施例中，润滑剂为甲基丙烯酸甲酯改性聚硅氧烷，在另一个实施例中，润滑剂为甲基丙烯酸乙酯改性聚硅氧烷，在另一个实施例中，润滑剂为甲基丙烯酸丁酯改性聚硅氧烷。
在一个实施例中，触变剂为乙撑双月桂酸酰胺；在另一个实施例中，触变剂为乙撑双油酸酰胺；在另一个实施例中，触变剂为乙撑双硬脂酸酰胺；另一个实施例中，触变剂为乙撑双-12-羟基硬脂酰胺。
导电银铝浆
在具体实施方案中将一定配比的银粉、铝粉、玻璃粉、粘结树脂溶液、触变膏体、润滑剂在双行星重力混合机中混合均匀，再将混合料在三辊机上进行研磨；控制研磨间隙逐渐减小，保证最终所得银铝浆的细度在5μm以内，细度由刮板细度计测得。所得导电银铝浆粘度控制在70-110Pa·s之间，粘度由Brookfield粘度计50rad/min条件下测得。
以下描述了丝网印刷工艺制造太阳能电池电极过程。
在具体实施方案中，电池电极的制造遵循以下流程：银铝浆丝网印刷—烘干—烧结—冷却至室温。
丝网印刷使用Maxwell太阳能电池专用印刷机，印刷速度450mm/s。
印刷网板参数：目数520，线径11μm，纱厚18μm，膜厚6μm，线宽15μm。
印刷使用的硅片尺寸为182mm。
烘干和烧结使用Maxwell带式炉，带速为10m/min，干燥温度150℃，烧结峰值温度为770℃。
烧结后的电极的高度和宽度使用3D显微镜（KEYENCE VH-Z250R）测量。宽度和高度为硅片上沿刮刀运动方向分为前中后三个区域内电极各取10个点测量的平均值。
印刷EL测试使用ASICCN太阳能电池片电致发光检测仪测试，检测电流为5.5-6.5A。
实施例：
本发明通过下列实施来说明，但不限于下列实施例。
比较例1和实施例1
银铝浆由下列原材料制成，具体配比见表1。需要指出的是，以下本文中所有表格所示重量百分比（重量%）是指基于导电浆料的总重量计的重量百分比。
银粉：球形，D（50）为1.3-1.6μm；
铝粉：球形，D（50）为2.0-3.0μm；
玻璃粉：玻璃化转变温度Tg为400-450℃；
粘结树脂溶液：比较例1为乙基纤维素溶液，实施例1为甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚树脂溶液；
触变膏体：比较例1为聚酰胺蜡膏体，实施例1为乙撑双脂肪酸酰胺膏体；
润滑剂：比较例1为二甲基硅油，实施例1为甲基丙烯酸酯改性聚硅氧烷；
混合溶剂：比较例1为二乙二醇丁醚醋酸酯、醇酯十二、己二酸二甲酯和二乙二醇二丁醚的混合物，实施例1为乙二醇苯醚醋酸酯、丙二醇苯醚、邻苯二甲酸二甲酯、苯甲酸苄酯和混合物。
表1（重量%）
| 比较例1 | 实施例1 | |
| 银粉 | 86 | 86 |
| 铝粉 | 1.5 | 1.5 |
| 玻璃粉 | 4.5 | 4.5 |
| 树脂溶液 | 1.5 | 2.0 |
| 触变膏体 | 1.0 | 1.2 |
| 润滑剂 | 0.5 | 0.6 |
| 混合溶剂 | 5.0 | 4.2 |
| 电极宽度（μm） | 24.1 | 22.2 |
| 电极高度（μm） | 11.0 | 11.7 |
| 印刷 | 虚印 | 正常 |
需要说明的是，表1中的印刷测试结果由如下方法得出：银浆样品各印刷20片，经干燥烧结后，取最后一片放入太阳能电池片电致发光检测仪中，电池片上未发光区域即视为电极栅线断开，整片硅片断栅少于5根视为正常，断栅多于20根是为虚印。
相较比较例1，实施例1的电极宽度收窄，高度也有提高；比较例1出现虚印，实施例1印刷正常。
比较例2和实施例2至4
检查不同丙烯酸酯改性聚硅氧烷
实施例2选用的润滑剂为甲基丙烯酸甲酯改性聚硅氧烷，实施例3为甲基丙烯酸乙酯改性聚硅氧烷，实施例4为甲基丙烯酸丁酯改性聚硅氧烷。比较例2的组成成分同比较例1，详细配比见表2
表2（重量%）
| 比较例2 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 银粉 | 85.8 | 85.8 | 85.8 | 85.8 |
| 铝粉 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 玻璃粉 | 4.2 | 4.2 | 4.2 | 4.2 |
| 树脂溶液 | 1.4 | 1.9 | 1.9 | 1.9 |
| 触变膏体 | 1.1 | 1.3 | 1.3 | 1.3 |
| 润滑剂 | 0.5 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| 混合溶剂 | 5.5 | 4.7 | 4.7 | 4.7 |
| 电极宽度（μm） | 24.4 | 22.3 | 22.0 | 21.6 |
| 电极高度（μm） | 11.1 | 12.1 | 12.2 | 12.8 |
| 印刷 | 虚印 | 正常 | 正常 | 正常 |
相较比较例2，实施例2-4的电极宽度均有不同程度的降低，且高度也均有提高。其中实施例4的电极高宽比最为优异；比较例2出现虚印，实施例2至4均未出现断栅情况。
比较例3和实施例5至8
检查不同乙撑双脂肪酸酰胺
实施例5选用的触变膏体为乙撑双月桂酸酰胺、实施例6为乙撑双油酸酰胺、实施例7为乙撑双硬脂酸酰胺、实施例8为乙撑双-12-羟基硬脂酰胺。比较例3的组成成分同比较例1，详细配比见表3
表3（重量%）
| 比较例3 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | |
| 银粉 | 86.2 | 86.2 | 86.2 | 86.2 | 86.2 |
| 铝粉 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 玻璃粉 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 |
| 树脂溶液 | 1.6 | 2.1 | 2.1 | 2.1 | 2.1 |
| 触变膏体 | 1.0 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 |
| 润滑剂 | 0.5 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| 混合溶液 | 5.2 | 4.5 | 4.5 | 4.5 | 4.5 |
| 润滑剂 | 24.4 | 22.8 | 22.4 | 22.6 | 21.3 |
| 混合溶剂 | 10.9 | 12.4 | 12.5 | 12.4 | 12.9 |
| 印刷 | 断栅 | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
相较比较例3，实施例5-8的电极均呈现出宽度收窄，高度增加的特点。其中实施例8的电极高宽比最为优异；比较例3出现虚印，实施例5至6均未出现断栅情况。
实施例与比较例的典型电极形貌及印刷情况示例参见附图1、2、3、4，对比图3和图4，比较例典型印刷EL中灰色条纹表示印刷烧结后的栅线是断开的，电流不能通过，会严重影响电池的光电转换效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种导电银铝浆用有机载体，其特征在于，所述有机载体包含以下成分：粘结树脂、润滑剂、触变剂、有机溶剂；所述有机载体中各组分的重量百分含量为：粘结树脂含量为5-10%，润滑剂含量为6-9%，触变剂含量为2-4%，有机溶剂含量为75-85%。
2.根据权利要求1所述的一种导电银铝浆用有机载体，其特征在于，所述粘结树脂为甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物。
3.根据权利要求2所述的一种导电银铝浆用有机载体，其特征在于，所述甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物玻璃化转变温度Tg为50-80℃，重均分子量Mw为40000-150000，酸值mgKOH为6-18,共聚树脂中聚苯乙烯含量为20-40%。
4.根据权利要求1所述的一种导电银铝浆用有机载体，其特征在于，所述润滑剂为丙烯酸酯改性聚硅氧烷；所述丙烯酸酯改性聚硅氧烷为甲基丙烯酸甲酯改性聚硅氧烷、甲基丙烯酸乙酯改性聚硅氧烷、甲基丙烯酸丁酯改性聚硅氧烷中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种导电银铝浆用有机载体，其特征在于，所述触变剂为乙撑双脂肪酸酰胺，所述双脂肪酸酰胺选自乙撑双月桂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双-12-羟基硬脂酰胺中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种导电银铝浆用有机载体，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇苯醚醋酸酯、丙二醇苯醚、邻苯二甲酸二甲酯、苯甲酸苄酯的混合物。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述导电银铝浆用有机载体的制备方法，其特征在于，各组分的制备方法如下：
粘结树脂溶液的制备工艺为：原料配比为：甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物（Mw：150000）6%、甲基丙烯酸丁酯/苯乙烯共聚物（Mw：45000）14%、乙二醇苯醚醋酸酯80%；将所用的溶剂称量好并加入带有溶解式搅拌桨的不锈钢搅拌釜中，启动搅拌桨，分批逐步加入共聚物粉体；待粉体在溶剂中充分浸润后，将搅拌釜进行密封，通氮气保护；启动控温装置，将混合物升温度并控制在70℃，保温90min；关闭控温装置，低速搅拌冷却至室温待用；
触变膏体的的制备工艺为：原料配比为：触变剂：乙撑双月桂酸酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺或乙撑双-12-羟基硬脂酰胺20%，丙二醇苯醚80%；将所用的原料称量好并加入在带有高速分散盘的不锈钢搅拌釜中，将搅拌釜进行密封，通氮气保护；启动不锈钢搅拌釜中的高速分散盘，分散盘边缘线速度10m/s；启动控温装置，混合物温度控制在60℃，保温60min；关闭高速分散盘和控温装置，冷却至室温待用；
润滑剂丙烯酸酯改性聚硅氧烷的制备工艺为：合成原料为：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、低含氢硅油、卡斯特催化剂质量分数为1%异丙醇溶液；在配有通氮、搅拌器、温度计及回流冷凝装置的四口烧瓶中，按摩尔比为1.1﹕1.0（C=C﹕Si-H）加入丙烯酸酯和低含氢硅油，缓慢升温至100℃，加入反应物总质量1.5%的质量分数为1%卡斯特催化剂的异丙醇的溶液，控制温度在100-110℃，反应6h后，减压蒸去低沸物得到丙烯酸酯改性聚硅氧烷。
8.一种导电银铝浆料，其特征在于，所述导电银铝浆料包括银粉、铝粉、玻璃粉以及权利要求1-6任意一项所述导电银铝浆用有机载体，所述银粉为球形，D50为1.3-1.6μm；铝粉为球形，D50为2.0-3.0μm；玻璃粉的玻璃化转变温度Tg为400-450℃。
9.一种如权利要求8所述的导电银铝浆料的制备方法，其特征在于，包括如下工艺：将一定配比的银粉、铝粉、玻璃粉、粘结树脂溶液、触变膏体、润滑剂在双行星重力混合机中混合均匀，再将混合料在三辊机上进行研磨；控制研磨间隙逐渐减小，最终制得细度在5μm以内的银铝浆料。
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