CN116072350A - 一种原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，包括取硝酸银溶液于雾化瓶A中，并取一定比例的分散剂、阳离子表面活性剂和还原剂配置成还原溶液，放置于雾化瓶B中；取一定量的乙基纤维素溶于有机溶剂DBE或者NME中，以配置出有机相溶液，并将有机相溶液加入至雾化瓶B中；将雾化瓶A和雾化瓶B并联到打印喷头上，并使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入雾化通道中；设置气溶胶喷射打印机的基板加热温度为70℃‑80℃，并将打印完毕后的样品加热10min，以使原位合成的银浆快速成型。通过上述方式能够提升印刷效率以及太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法。
背景技术
太阳能是一种重要的可再生清洁能源之一，由于具有无污染、可再生以及存储量大的特点，从而具有广阔的发展前景。现有的太阳能的利用有发电、发热方式等，其中，太阳能电池是利用光电效应将光能转化为电能的电子器件，是各种电源中最具有发展前景的新型电源之一。其中，导电银浆料是制造太阳能电池的关键原材料，因此，利用先进的印刷技术原位制备出优质的银浆料是制造高效、低成本太阳能电池的关键。
目前工业上应用最广泛的印刷技术是丝网印刷技术，现有的丝网印刷过程是一个动态过程，并且浆料的粘度、触变指数、流变性能对印刷过程有很大的影响。相比于丝网印刷技术，气溶胶喷射打印技术具有以下优点：气溶胶喷射打印是一种非接触式印刷，喷头与硅片之间没有直接接触，不会使硅片破裂，适合于印刷更薄易碎的硅晶片。喷头与基底的距离可调，对硅片厚度不敏感，因而可以使用厚度较小的硅片，有利于降低硅片成本。
气溶胶打印技术的基本原理是将墨水雾化成气溶胶再进行喷印，具有以下优点：第一，气溶胶喷射打印机可作为微通道反应器，通过调节载气、基板温度等参数原位按需制备材料；第二，工艺性能优良，气溶胶打印技术不容易堵塞喷嘴，适合长时间工作，其设备自动化程度高，有利产业化应用；第三，打印精度可高至10μm，分辨率高，由于气溶胶的形成对墨水的粘度要求较低，因而打印分辨率可以通过调整墨水的粘度、雾化方式、雾化气体和束缚气体的流量以及喷墨嘴的孔径等参数。
因此，针对现有技术的不足，提供一种能够基于气溶胶喷射打印的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法很有必要。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，以制备出具有粘度高、致密性高以及附着力强的导电银浆。
本发明实施例一方面提出了一种原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，包括以下步骤：
取4ml的硝酸银溶液于雾化瓶A中，并取4ml的一定比例的分散剂、阳离子表面活性剂和还原剂配置成还原溶液，放置于雾化瓶B中；
取一定量的乙基纤维素溶于有机溶剂DBE或者NME中，以配置出对应的有机相溶液，并将所述有机相溶液加入至所述雾化瓶B中，且混合均匀；
将所述雾化瓶A和所述雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头上，并同时启动所述雾化瓶A和所述雾化瓶B，以使所述雾化瓶A和所述雾化瓶B中雾化的液体同时进入所述气溶胶喷射打印机的雾化通道中；
设置所述气溶胶喷射打印机的基板加热温度为70℃-80℃，并将打印完毕后的样品加热10min，以使原位合成的银浆快速成型。
本发明的有益效果是：通过分别在雾化瓶A以及雾化瓶B中分别配制出对应的溶液，并基于气溶胶喷射打印技术能够有效的原位制备出太阳能电池电极用的导电银浆，对应提升了印刷效率以及太阳能电池的转换效率，同时降低了太阳能电池的生产成本，有利于太阳能电池大规模的生产与使用。
优选的，所述硝酸银的浓度为3mol/L~5mol/L。
优选的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、氧化聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺中的一种或者多种。
优选的，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基溴化吡啶、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的一种或者多种。
优选的，所述还原剂为柠檬酸、葡萄糖、抗坏血酸、硼氢化钠、硼氢化钾中的一种或者多种。
优选的，所述分散剂、阳离子表面活性剂和还原剂配置质量比为：0.25-0.35：0.35-0.5：0.15-0.45。
优选的，当所述有机溶剂为所述DBE时，所述乙基纤维素与所述DBE的质量比为2.5~3：7~7.5，配置溶液为2ml。
优选的，所述雾化瓶A和所述雾化瓶B的载气速率比为1：1。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的效果图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
气溶胶打印技术的基本原理是将墨水雾化成气溶胶再进行喷印，具有以下优点：第一，气溶胶喷射打印机可作为微通道反应器，通过调节载气、基板温度等参数原位按需制备材料；第二，工艺性能优良，气溶胶打印技术不容易堵塞喷嘴，适合长时间工作，其设备自动化程度高，有利产业化应用；第三，打印精度可高至10μm，分辨率高，由于气溶胶的形成对墨水的粘度要求较低，因而打印分辨率可以通过调整墨水的粘度、雾化方式、雾化气体和束缚气体的流量以及喷墨嘴的孔径等参数。
因此，针对现有技术的不足，提供一种能够基于气溶胶喷射打印的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法很有必要。
请参阅图1，所示为本发明实施例中的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，本实施例提供的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法能够有效的原位制备出太阳能电池电极用的导电银浆，对应提升了印刷效率以及太阳能电池的转换效率，同时降低了太阳能电池的生产成本，有利于太阳能电池大规模的生产与使用。
具体的，本实施例提供的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法包括以下步骤：
取4ml的硝酸银溶液于雾化瓶A中，并取4ml的一定比例的分散剂、阳离子表面活性剂和还原剂配置成还原溶液，放置于雾化瓶B中；
取一定量的乙基纤维素溶于有机溶剂DBE或者NME中，以配置出对应的有机相溶液，并将所述有机相溶液加入至所述雾化瓶B中，且混合均匀；
将所述雾化瓶A和所述雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头上，并同时启动所述雾化瓶A和所述雾化瓶B，以使所述雾化瓶A和所述雾化瓶B中雾化的液体同时进入所述气溶胶喷射打印机的雾化通道中；
设置所述气溶胶喷射打印机的基板加热温度为70℃-80℃，并将打印完毕后的样品加热10min，以使原位合成的银浆快速成型。
其中，在本实施例中，需要指出的是，上述硝酸银的浓度为3mol/L~5mol/L，优选的，在本实施例中，优先采用3.5 mol/L -4.5 mol/L。
进一步的，上述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、氧化聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺中的一种或者多种，优选的，在本实施例中，优先采用聚乙烯吡咯烷酮。
进一步的，上述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基溴化吡啶、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的一种或者多种，优选的，在本实施例中，优先采用十六烷基三甲基溴化铵。
进一步的，上述还原剂为柠檬酸、葡萄糖、抗坏血酸、硼氢化钠、硼氢化钾中的一种或者多种，优选的，在本实施例中，优先采用柠檬酸。
进一步的，上述分散剂、阳离子表面活性剂和还原剂配置质量比为：0.25-0.35：0.35-0.5：0.15-0.45。
其中，需要说明的是，当所述有机溶剂为所述DBE时，所述乙基纤维素与所述DBE的质量比为2.5~3：7~7.5，配置溶液为2ml。
另外，本实施例将上述雾化瓶A和上述雾化瓶B的载气速率比设置为1：1。
进一步的，还需要说明的是，为了便于理解，本发明还具体包括以下具体实施方式。
实施例一
步骤一、取4ml具有3mol/L的硝酸银溶液于雾化瓶A中；
步骤二、取分散剂聚乙烯吡咯烷酮、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴铵、还原剂柠檬酸，按质量比0.3：0.4：0.3配置成均匀的还原溶液4ml，放置于雾化瓶B中；
步骤三、按照乙基纤维素/DBE质量比2.5：7.5，配置成2ml的有机相溶液；
步骤四、将步骤三配置的溶液加入雾化瓶B中，并混合均匀；
步骤五、将雾化瓶A和雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头，同时启动雾化瓶A和雾化瓶B，使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入打印机雾化通道；
步骤六、设置打印机基板加热温度70℃，打印完毕后加热样品10min，使原位合成的银浆快速成型。
实施例二
步骤一、取4ml具有5mol/L的硝酸银溶液于雾化瓶A中；
步骤二、取分散剂聚乙烯吡咯烷酮、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴铵、还原剂柠檬酸，按质量比0.35：0.5：0.15配置成均匀的还原溶液4ml，放置于雾化瓶B中；
步骤三、按照乙基纤维素/DBE质量比3：7，配置成2ml的有机相溶液；
步骤四、将步骤三配置的溶液加入雾化瓶B中，并混合均匀；
步骤五、将雾化瓶A和雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头，同时启动雾化瓶A和雾化瓶B，使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入打印机雾化通道；
步骤六、设置打印机基板加热温度80℃，打印完毕后加热样品10min，使原位合成的银浆快速成型。
实施例三
步骤一、取4ml具有3.5mol/L的硝酸银溶液于雾化瓶A中；
步骤二、取分散剂聚乙二醇、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵、还原剂抗坏血酸，按质量比0.3：0.4：0.3配置成均匀的还原溶液4ml，放置于雾化瓶B中；
步骤三、按照乙基纤维素/NME质量比3：7，配置成2ml的有机相溶液；
步骤四、将步骤三配置的溶液加入雾化瓶B中，并混合均匀；
步骤五、将雾化瓶A和雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头，同时启动雾化瓶A和雾化瓶B，使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入打印机雾化通道；
步骤六、设置打印机基板加热温度73℃，打印完毕后加热样品10min，使原位合成的银浆快速成型。
实施例四
步骤一、取4ml具有3.9mol/L的硝酸银溶液于雾化瓶A中；
步骤二、取分散剂聚乙烯吡咯烷酮、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴铵、还原剂柠檬酸，按质量比0.25：0.35：0.15配置成均匀的还原溶液4ml，放置于雾化瓶B中；
步骤三、按照乙基纤维素/DBE质量比2.5：7，配置成2ml的有机相溶液；
步骤四、将步骤三配置的溶液加入雾化瓶B中，并混合均匀；
步骤五、将雾化瓶A和雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头，同时启动雾化瓶A和雾化瓶B，使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入打印机雾化通道；
步骤六、设置打印机基板加热温度70℃，打印完毕后加热样品10min，使原位合成的银浆快速成型。
实施例五
步骤一、取4ml具有4.5mol/L的硝酸银溶液于雾化瓶A中；
步骤二、取分散剂聚乙烯吡咯烷酮、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴铵、还原剂柠檬酸，按质量比0.35：0.5：0.45配置成均匀的还原溶液4ml，放置于雾化瓶B中；
步骤三、按照乙基纤维素/DBE质量比3：7.5，配置成2ml的有机相溶液；
步骤四、将步骤三配置的溶液加入雾化瓶B中，并混合均匀；
步骤五、将雾化瓶A和雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头，同时启动雾化瓶A和雾化瓶B，使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入打印机雾化通道；
步骤六、设置打印机基板加热温度80℃，打印完毕后加热样品10min，使原位合成的银浆快速成型。
实施例六
步骤一、取4ml具有4.2mol/L的硝酸银溶液于雾化瓶A中；
步骤二、取分散剂聚乙烯吡咯烷酮、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴铵、还原剂柠檬酸，按质量比0.3：0.45：0.35配置成均匀的还原溶液4ml，放置于雾化瓶B中；
步骤三、按照乙基纤维素/DBE质量比2.8：7.3，配置成2ml的有机相溶液；
步骤四、将步骤三配置的溶液加入雾化瓶B中，并混合均匀；
步骤五、将雾化瓶A和雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头，同时启动雾化瓶A和雾化瓶B，使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入打印机雾化通道；
步骤六、设置打印机基板加热温度75℃，打印完毕后加热样品10min，使原位合成的银浆快速成型。
另外，本发明还设置了对应的对照例一、对照例二以及对照例三进行比对，具体如下：
对照例一
步骤一、取4ml具有2mol/L的硝酸银溶液于雾化瓶A中；
步骤二、取分散剂聚乙烯吡咯烷酮、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴铵、还原剂柠檬酸，按质量比0.2：0.3：0.1配置成均匀的还原溶液4ml，放置于雾化瓶B中；
步骤三、按照乙基纤维素/DBE质量比2：6，配置成2ml的有机相溶液；
步骤四、将步骤三配置的溶液加入雾化瓶B中，并混合均匀；
步骤五、将雾化瓶A和雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头，同时启动雾化瓶A和雾化瓶B，使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入打印机雾化通道；
步骤六、设置打印机基板加热温度50℃，打印完毕后加热样品10min，使原位合成的银浆快速成型。
对照例二
步骤一、取4ml具有6mol/L的硝酸银溶液于雾化瓶A中；
步骤二、取分散剂聚乙烯吡咯烷酮、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴铵、还原剂柠檬酸，按质量比0.4：0.6：0.5配置成均匀的还原溶液4ml，放置于雾化瓶B中；
步骤三、按照乙基纤维素/DBE质量比4：9，配置成2ml的有机相溶液；
步骤四、将步骤三配置的溶液加入雾化瓶B中，并混合均匀；
步骤五、将雾化瓶A和雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头，同时启动雾化瓶A和雾化瓶B，使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入打印机雾化通道；
步骤六、设置打印机基板加热温度60℃，打印完毕后加热样品10min，使原位合成的银浆快速成型。
对照例三
步骤一、取4ml具有1mol/L的硝酸银溶液于雾化瓶A中；
步骤二、取分散剂聚乙烯吡咯烷酮、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴铵、还原剂柠檬酸，按质量比0.6：0.7：0.6配置成均匀的还原溶液4ml，放置于雾化瓶B中；
步骤三、按照乙基纤维素/DBE质量比1：5，配置成2ml的有机相溶液；
步骤四、将步骤三配置的溶液加入雾化瓶B中，并混合均匀；
步骤五、将雾化瓶A和雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头，同时启动雾化瓶A和雾化瓶B，使雾化瓶A和雾化瓶B中雾化的液体同时进入打印机雾化通道；
步骤六、设置打印机基板加热温度100℃，打印完毕后加热样品10min，使原位合成的银浆快速成型。
进一步，本发明上述实施例与对照例之间的制备结果如下表1所示：
表1
本发明上述实施例中提供了一种原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，在经过单层喷涂后，该导电银浆的导电性和附着力良好，其表面呈现致密状态，可以降低银栅对太阳能电池的遮挡，提高太阳能电池的转换效率，具有较高的实际应用价值。
需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要能够将本申请的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。
综上所述，本发明上述实施例当中的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法能够有效的原位制备出太阳能电池电极用的导电银浆，对应提升了印刷效率以及太阳能电池的转换效率，同时降低了太阳能电池的生产成本，有利于太阳能电池大规模的生产与使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
取4ml的硝酸银溶液于雾化瓶A中，并取4ml的一定比例的分散剂、阳离子表面活性剂和还原剂配置成还原溶液，放置于雾化瓶B中；
取一定量的乙基纤维素溶于有机溶剂DBE或者NME中，以配置出对应的有机相溶液，并将所述有机相溶液加入至所述雾化瓶B中，且混合均匀；
将所述雾化瓶A和所述雾化瓶B并联到气溶胶喷射打印机的打印喷头上，并同时启动所述雾化瓶A和所述雾化瓶B，以使所述雾化瓶A和所述雾化瓶B中雾化的液体同时进入所述气溶胶喷射打印机的雾化通道中；
设置所述气溶胶喷射打印机的基板加热温度为70℃-80℃，并将打印完毕后的样品加热10min，以使原位合成的银浆快速成型。
2.根据权利要求1所述的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，其特征在于：所述硝酸银的浓度为3mol/L-5mol/L。
3.根据权利要求1所述的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、氧化聚乙烯蜡、乙烯基双硬脂酰胺中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，其特征在于：所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基溴化吡啶、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，其特征在于：所述还原剂为柠檬酸、葡萄糖、抗坏血酸、硼氢化钠、硼氢化钾中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，其特征在于：所述分散剂、阳离子表面活性剂和还原剂配置质量比为：0.25-0.35：0.35-0.5：0.15-0.45。
7.根据权利要求1所述的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，其特征在于：当所述有机溶剂为所述DBE时，所述乙基纤维素与所述DBE的质量比为2.5-3：7-7.5，配置溶液为2ml。
8.根据权利要求1所述的原位制备太阳能电池电极用导电银浆的方法，其特征在于：所述雾化瓶A和所述雾化瓶B的载气速率比为1：1。
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