CN116504436A - 一种用于n型晶体硅太阳能电池的背面银浆及其制备方法 - Google Patents

一种用于n型晶体硅太阳能电池的背面银浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆及其制备方法，其包含银粉、有机载体、玻璃粉和共价功能化石墨烯。共价功能化石墨烯通过氧化石墨烯与双(4‑氨基苯氧基)二甲基硅烷反应制得。银粉选自球状银粉、片状银粉和树枝状银粉中的一种或几种；有机载体包含高分子聚合物、分散剂和有机溶剂。本发明提供的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，浆料分散性好、附着能力强，印刷于电极表面后可以降低电池电阻、提高光电转化效率，并且可以提高栅线耐候性。

Description

一种用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆及其制备方法。
背景技术
太阳能是地球能量的来源，分布广泛且获取容易，是一种取之不尽，用之不竭的清洁型能源。在如今煤炭、石油等不可再生能源的日益枯竭的大背景下，对太阳能的开发迫在眉睫。太阳能电池应运而生，成为开发利用太阳能最直接有效的手段，其中，硅基太阳能已经成为发展最成熟，商业化最广泛的太阳能电池方案。
按基材的掺杂类型，硅基太阳能电池分为P型晶体硅太阳能电池和N型晶体硅太阳能电池。与P型晶体硅太阳能电池相比，N型晶体硅太阳能电池具有更高的转换效率和杂质容忍度，且基本上无光致衰减。由于N型晶体硅比P型晶体硅具有更长的少子寿命，所以N型晶硅电池通常可以做成双面PERC电池以增加电池的输出功率，增加值一般在20％以上。
双面PERC太阳能电池是一类特殊的硅基太阳电池，它的主要特征是在太阳电池的正面和背面上在银浆的基础上都额外镀了一层或多层的钝化膜结构。印刷在电池背面的背面银浆烧结后所形成的背面电极起到了收集电流的作用。太阳能电池背面用导电银浆通常由银粉、玻璃粉、有机载体三部分组成。银粉主要起导电作用；有机载体主要起分散银粉的作用，其组成中部分物质还具有改善银浆印刷性能的作用；玻璃粉主要是刻蚀硅片表面反光膜，并促使银粉与硅片形成欧姆接触。因此，导电银浆的组成和性状直接影响了太阳能电池的光电转化效率等性能。而要获得高性能稳定的导电银浆，其关键在于银粉和玻璃粉的制备以及两者在有机载体中的混合。
但随着太阳能电池的需求量持续增长，现有技术中的背面银浆由于其分散性不足、附着能力较差、电阻率难以降低和耐候性较差等问题，逐渐无法满足太阳能电池的光电转化效率等性能的需求。
因此，亟需一种浆料分散性好、附着能力强，印刷于电极表面后可以降低电池电阻、提高光电转化效率，并且可以提高栅线耐候性的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆。
发明内容
发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种浆料分散性好、附着能力强，印刷于电极表面后可以降低电池电阻、提高光电转化效率，并且可以提高栅线耐候性的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆及其制备方法。
技术方案：
一种用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，包含银粉、有机载体、玻璃粉和共价功能化石墨烯；
所述共价功能化石墨烯通过氧化石墨烯与双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷反应制得。
本发明中添加共价功能化石墨烯可以有效降低电池的电阻，进而提高电池的光电转化效率。当银浆印刷于电极表面时，共价功能化石墨烯可以沉积于玻璃层中，形成除Ag-Si之外的导电通道，使N型硅表面更多的电子经导电通道被有效分离出来；共价功能化石墨烯可以使N型硅中的电子以极快的速度迁移到银栅表面，有利于减少电子-空穴的复合；共价功能化石墨烯的片层结构可以很好的填充银粉颗粒之间的空隙，提高银浆的附着能力，使得浆料在印刷、烧结后形成的栅线表面相对光滑且致密。
进一步地，所述银粉选自球状银粉、片状银粉和树枝状银粉中的一种或几种。
进一步地，所述有机载体包含高分子聚合物、分散剂和有机溶剂。
进一步地，所述高分子聚合物、分散剂和有机溶剂的质量比为(5-10)：(3-5)：(80-90)；
所述高分子聚合物选自乙基纤维素、醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、环氧树脂、酚醛环氧树脂或丙烯酸树脂中的一种；
所述分散剂选自失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种；
所述有机溶剂选自丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、苯甲酸苄酯、乙二醇苯醚或丙二醇苯醚中的一种。
进一步地，按重量份数计，所述玻璃粉包含：Bi2O31-10份、TeO25-20份、SiO21-3份、B2O31-5份、ZnO1-5份和Al2O31-3份；所述玻璃粉的粒径为：0.2μm≤D50≤3.0μm；所述玻璃粉的软化温度为200-500℃。
进一步地，所述共价功能化石墨烯的制备，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯超声分散在N,N-二甲基甲酰胺中，制得石墨烯分散液；
(2)在反应器中加入石墨烯分散液和双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷，超声处理0.5-1小时后加入水合肼，搅拌均匀后转移到反应釜中；
(3)将反应釜加热至100-110℃反应2-3小时后抽滤、洗涤、干燥制得所述共价功能化石墨烯。
进一步地，所述氧化石墨烯和双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷的质量比为1：3-5。
本发明通过氧化石墨烯表面的含氧官能团与双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷的氨基反应，生成共价功能化石墨烯，取代氧化石墨烯表面的含氧官能团，进而增强石墨烯片层间的作用力，并通过苯环扩大石墨烯片层间的空间位阻，增强了石墨烯的分散性，一方面缓解了石墨烯易团聚的问题，另一方面可以使石墨烯均匀分散于银浆中，减少电池电阻。
本发明的银浆中添加的共价功能化石墨烯中含有硅氧键和硅甲基可以提高栅线的耐候性。
进一步地，所述各组分的重量份数为银粉80-95份、有机载体5-15份、玻璃粉1-5份和共价功能化石墨烯0.1-1份。
进一步地，所述导电银浆的平均细度≤10μm。
上述任意一项用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)按比例称取银粉、有机载体、玻璃粉和共价功能化石墨烯加入至双行星搅拌机中，在100-150rpm的转速下搅拌30-50分钟，制得浆料；
(2)将浆料置于三辊研磨机，以300-500rpm研磨速度和0.8-1Mpa压力，研磨10-15道，使浆料平均细度≤10μm后制得所述用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆。
有益效果：
(1)本发明提供的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆中添加共价功能化石墨烯可以有效降低电池的电阻，进而提高电池的光电转化效率。当银浆印刷于电极表面时，共价功能化石墨烯可以沉积于玻璃层中，形成除Ag-Si之外的导电通道，使N型硅表面更多的电子经导电通道被有效分离出来；共价功能化石墨烯可以使N型硅中的电子以极快的速度迁移到银栅表面，有利于减少电子-空穴的复合；共价功能化石墨烯的片层结构可以很好的填充银粉颗粒之间的空隙，提高银浆的附着能力，使得浆料在印刷、烧结后形成的栅线表面相对光滑且致密。
(2)本发明提供的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆中添加共价功能化石墨烯，通过氧化石墨烯表面的含氧官能团与双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷的氨基反应，生成共价功能化石墨烯，取代氧化石墨烯表面的含氧官能团，进而增强石墨烯片层间的作用力，并通过苯环扩大石墨烯片层间的空间位阻，增强了石墨烯的分散性，一方面缓解了石墨烯易团聚的问题，另一方面可以使石墨烯均匀分散于银浆中，减少电池电阻。
(3)本发明提供的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆中添加的共价功能化石墨烯中含有硅氧键和硅甲基可以提高栅线的耐候性。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
氧化石墨烯是从默克购买的796034；市售银浆是从杭州正银电子材料有限公司购买的RS8900背面银浆；其余试剂、设备为本技术领域常规试剂和设备。
共价功能化石墨烯-1制备
通过以下步骤制备共价功能化石墨烯-1：
(1)将100mg的氧化石墨烯超声分散在100mL的N,N-二甲基甲酰胺中，制得石墨烯分散液；
(2)在反应器中加入100mL石墨烯分散液和400mg双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷，150W超声处理1小时后加入1mL水合肼，搅拌均匀后转移到反应釜中；
(3)将反应釜加热至110℃反应2小时后抽滤、洗涤、干燥制得所述共价功能化石墨烯-1。
共价功能化石墨烯-2制备
基本同共价功能化石墨烯-1制备，所不同的是双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷改为等量的3,3'-二氨基联苯胺。
共价功能化石墨烯-3制备
基本同共价功能化石墨烯-1制备，所不同的是双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷改为等量十二烷基伯胺。
有机载体制备
通过以下步骤制备有机载体：
按重量份数计，称取10份乙基纤维素、5份失水山梨醇酯和90份失水山梨醇酯混合后，在分散剂上分散1小时，制得所述有机载体。
玻璃粉制备
通过以下步骤制备玻璃粉：
按重量份数计，称取5份Bi2O3、10份TeO2、2份SiO2、3份B2O3、3份ZnO和2份Al2O3，混合均匀后置于高温马弗炉加热，温度控制1000℃，保温1小时，将熔化后的玻璃粉末颗粒使用离子水淬火后，球磨5小时，制得粒径为0.2μm≤D50≤3.0μm的玻璃粉。
实施例1
通过以下步骤制备用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆：
(1)按重量份数计，称取80份球状银粉、10份有机载体、3份玻璃粉和0.5份共价功能化石墨烯-1加入至双行星搅拌机中，在120rpm的转速下搅拌40分钟，制得浆料；
(2)将浆料置于三辊研磨机，以300rpm研磨速度和0.8Mpa压力，研磨15道，使浆料平均细度≤10μm后制得所述用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆。
实施例2
基本同实施例1，所不同的是原料改为85份片状银粉、5份有机载体、1份玻璃粉和0.5份共价功能化石墨烯-1。
实施例3
基本同实施例1，所不同的是原料改为90份树枝状银粉、15份有机载体、5份玻璃粉和0.5份共价功能化石墨烯-1。
对比例1
市售银浆。
对比例2
基本同实施例1，所不同的是不添加共价功能化石墨烯-1。
对比例3
基本同实施例1，所不同的是共价功能化石墨烯-1改为等量氧化石墨烯。
对比例4
基本同实施例1，所不同的是共价功能化石墨烯-1改为等量共价功能化石墨烯-2。
对比例5
基本同实施例1，所不同的是共价功能化石墨烯-1改为等量共价功能化石墨烯-3。
性能测试
电阻和光电转化效率检测：将实施例1-3和对比例1-5制得的背面银浆分别印刷在N型PERC电池片前表面进行测试，使用TMC-PV1A太阳能电池测试仪检测I-V曲线，测试电池栅线电阻和光电转化效率。
栅线电阻(Ω) 光电转化效率(％)
实施例1 0.413 25.4
实施例2 0.411 25.5
实施例3 0.413 25.5
对比例1 0.651 23.3
对比例2 0.617 23.5
对比例3 0.531 24.3
对比例4 0.445 24.6
对比例5 0.493 24.5
根据实施例1-3与对比例1、2的检测结果对比可知，本发明提供的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆较现有技术中的背面银浆具有更好的分散性可以有效降低栅线电阻，进而使电池具有更高的光电转化效率。
根据实施例1-3与对比例3-5的检测结果对比可知，本发明提供的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆中添加通过氧化石墨烯与双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷反应制得的共价功能化石墨烯，可以有效提高银浆的分散性，降低电池电阻，提高光电转化效率；并且其结构中的苯环和硅氧键、硅甲基结构，提高石墨烯的分散性，进而降低电池电池，提高电池光电转化效率。
可靠性检测：通过双85实验来验证太阳能电池的可靠性。具体为：将已焊好背电极的电池片置于85℃温度和85％湿度的潮湿试验箱中1000小时后，测试其光电转换效率的衰减。
衰减(％)
实施例1 0.7
实施例2 0.6
实施例3 0.7
对比例1 4.6
对比例2 3.9
对比例3 2.7
对比例4 1.9
对比例5 2.2
根据实施例1-3与对比例1、2的检测结果对比可知，本发明提供的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆较现有技术中的银浆具有更强的耐候性。
根据实施例1-3与对比例3-5的检测结果对比可知，本发明提供的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆中添加的共价功能化石墨烯可以提高银浆的附着能力，并且其结构中的硅氧键和硅甲基结构可以显著提高银浆的耐候性。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，其特征在于，包含银粉、有机载体、玻璃粉和共价功能化石墨烯；
所述共价功能化石墨烯通过氧化石墨烯与双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷反应制得。
2.根据权利要求1所述的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，其特征在于，所述银粉选自球状银粉、片状银粉和树枝状银粉中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，其特征在于，所述有机载体包含高分子聚合物、分散剂和有机溶剂。
4.根据权利要求3所述的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，其特征在于，所述高分子聚合物、分散剂和有机溶剂的质量比为（5-10）：（3-5）：（80-90）；
所述高分子聚合物选自乙基纤维素、醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、环氧树脂、酚醛环氧树脂或丙烯酸树脂中的一种；
所述分散剂选自失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种；
所述有机溶剂选自丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、苯甲酸苄酯、乙二醇苯醚或丙二醇苯醚中的一种。
5.根据权利要求1所述的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，其特征在于，按重量份数计，所述玻璃粉包含：Bi2O31-10份、TeO25-20份、SiO21-3份、B2O31-5份、ZnO1-5份和Al2O31-3份。
6.根据权利要求1所述的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，其特征在于，所述共价功能化石墨烯的制备，包括以下步骤：
（1）将氧化石墨烯超声分散在N,N-二甲基甲酰胺中，制得石墨烯分散液；
（2）在反应器中加入石墨烯分散液和双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷，超声处理0.5-1小时后加入水合肼，搅拌均匀后转移到反应釜中；
（3）将反应釜加热至100-110℃反应2-3小时后抽滤、洗涤、干燥制得所述共价功能化石墨烯。
7.根据权利要求6所述的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，其特征在于，所述氧化石墨烯和双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷的质量比为1：3-5。
8.根据权利要求1所述的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，其特征在于，所述各组分的重量份数为银粉80-95份、有机载体5-15份、玻璃粉1-5份和共价功能化石墨烯0.1-1份。
9.根据权利要求1所述的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆，其特征在于，所述导电银浆的平均细度≤10μm。
10.权利要求1-9任意一项所述的用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按比例称取银粉、有机载体、玻璃粉和共价功能化石墨烯加入至双行星搅拌机中，在100-150rpm的转速下搅拌30-50分钟，制得浆料；
（2）将浆料置于三辊研磨机，以300-500rpm研磨速度和0.8-1Mpa压力，研磨10-15道，使浆料平均细度≤10μm后制得所述用于N型晶体硅太阳能电池的背面银浆。
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