CN116936159A - 一种银含量低的太阳能电池低温烧结型hjt银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆及其制备方法，按重量份数计，包含50‑70份的改性银包铜粉、11‑25份的有机载体、1‑3份的改性石墨烯、0.1‑0.3份的分散剂和0.1‑0.3份的触变剂；所述改性石墨烯通过月桂酰胺丙基氧化胺对氧化石墨烯改性制得；所述改性银包铜粉通过酚羟基硅烷偶联剂对银包铜粉表面改性制得；所述酚羟基硅烷偶联剂具有如下式A所示结构。本发明提供的HJT银浆可以减少银浆中银含量并且可以降低太阳能电池的接触电阻，提高光电转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及高分子基导电材料领域，具体涉及一种银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆及其制备方法。
背景技术
随着化石能源的极度消耗，产生的能源枯竭以及日益严重的温室效应，使人类对新型清洁能源的需求变得越来越迫切。作为最理想的可再生能源，太阳能具有“取之不尽，用之不竭”的特点，而利用太阳能发电具有环保、低成本、效率高等优点，而且不必考虑其安全性问题。目前，晶体硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的有效器件之一，它的应用范围正从航天，军事，扩展到人们的日常生活，在不产生新污染的同时，成本的降低将使太阳能电池得到更为广泛的应用。
太阳能电池是一种能将光能转化为电能的半导体器件，借助太阳能电池电子浆料烧结形成的金属化电极，可以将产生的电能传导出来。其中，HJT(异质结)太阳能电池是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜而制备成的新型太阳能电池，其钝化效果好、能够实现低温烧结，降低工艺成本，同时光电转换效率较高，是目前高效硅基太阳能电池的研究热点。
太阳能电池银浆是太阳能电池电子浆料的主要组成部分，它在太阳能电池片的生产过程中主要用来制作电极。随着新能源产业的发展，市场竞争日益激烈，光伏组件价格持续下跌，造成光伏组件制造商成本压力日益增大，减少材料成本是降低光伏组件制造成本的关键点之一。其中，银粉是HJT银浆料的主要成本来源，降低HJT银浆料中的银含量是降低HJT银成本的直接有效的方法。但现有技术中的太阳能电池HJT银浆料中，随着银含量的降低会导致银浆性能的下降，并且较低的银含量会使银浆在烧结过程中银粉收缩，使电极出现裂痕、孔洞，导致电池电阻升高，光电转化效率降低。
因此，目前亟需一种可以减少银浆中银含量并且可以降低太阳能电池电阻，提高光电转化效率的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT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可以减少银浆中银含量并且可以降低太阳能电池电阻，提高光电转化效率的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆及其制备方法。
技术方案：
一种银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆，按重量份数计，包含50-70份的改性银包铜粉、11-25份的有机载体、1-3份的改性石墨烯、0.1-0.3份的分散剂和0.1-0.3份的触变剂；
所述改性石墨烯通过月桂酰胺丙基氧化胺对氧化石墨烯改性制得；
所述改性银包铜粉通过酚羟基硅烷偶联剂对银包铜粉表面改性制得。
进一步地，所述酚羟基硅烷偶联剂具有如下式A所示结构：
本发明中添加改性银包铜粉代替银粉，其中银含量只有常规银粉的20-30wt％，可以在保持银浆性能下，大幅减少银浆中银的含量，进而降低材料成本。
进一步地，所述有机载体包含热固性树脂、固化剂和溶剂；所述热固性树脂为环氧树脂；所述固化剂选自六氢甲基苯酐、三甲基六亚甲基二胺、氨乙基呱嗪中的至少一种；所述溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯中的至少一种。
进一步地，所述分散剂选自二甲基乙酰胺、山梨醇酐三油酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种；所述触变剂选自氢化蓖麻油或聚酰胺蜡中的一种。
进一步地，所述酚羟基硅烷偶联剂通过以下步骤制得：在反应器中，加入4-(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷、2-氨基-1,4-二羟基苯、碳酸钾、催化剂和有机溶剂，在保护气环境下加热至85-95℃，反应18-24小时后抽滤、除去有机溶剂、洗涤、干燥后制得所述酚羟基硅烷偶联剂。
本发明中通过酚羟基硅烷偶联剂对银包铜粉进行表面改性，酚羟基硅烷偶联剂中的酚羟基结构使其与银包铜粉具有优异的结合能力，并通过其结构较大的空间位阻，可以有效控制银包铜粉的比表面积和振实密度，进而使银包铜粉具有优异的分散性，并与电池基板具有优异的结合能力，减少缺陷的产生，烧结后形成均一的膜层，降低电池接触电阻。
进一步地，所述4-(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷与2-氨基-1,4-二羟基苯的质量比为2：1-1.2；所述催化剂为碘化钾。
进一步地，所述改性石墨烯通过以下步骤制得：
(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月桂酰胺丙基氧化胺，超声处理30-50分钟后加入水合肼，搅拌均匀后转移到反应釜中；
(3)将反应釜加热至80-90℃，反应2-3小时后抽滤、洗涤、干燥制得所述改性石墨烯。
本发明中少量掺杂改性石墨烯，改性石墨烯经过月桂酰胺丙基氧化胺非共价表面改性后，可以有效提高石墨烯的分散性和与银浆组分的相容性，使改性石墨烯均匀分散在银浆中，可以降低银浆的孔隙率，增加导电网络，降低电阻，提高导电性和光电转化效率。
进一步地，所述氧化石墨烯和月桂酰胺丙基氧化胺的质量比为1：1.5-2.5。
上述任意一项银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆的制备方法，包含以下步骤：
(1)在反应器中，加入银包铜粉和四氢呋喃，震动分散后加入酚羟基硅烷偶联剂和乙二胺，超声处理15-20分钟后离心、干燥制得改性银包铜粉；
(2)按比例称取改性银包铜粉、有机载体、改性石墨烯、分散剂和触变剂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；
(3)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后制得所述银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆。
本发明中通过酚羟基硅烷偶联剂对银包铜粉进行表面改性和掺杂改性石墨烯，可以减少由于银含量低的浆料烧结时银粉易收缩导致的电极出现裂痕、空洞以及栅线坍塌和栅线断栅的现象，进而降低电极的串联电阻，提高太阳能电池的光电转化效率。
进一步地，所述步骤(1)中银包铜粉的银含量为20-30wt％，所述银包铜粉与酚羟基硅烷偶联剂的质量比为1：0.2-0.3；所述银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆的烧结温度为250-350℃。
有益效果：
(1)本发明提供的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆中添加改性银包铜粉代替银粉，其中银含量只有常规银粉的20-30wt％，可以在保持银浆性能下，大幅减少银浆中银的含量，进而降低材料成本。
(2)本发明提供的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆中通过酚羟基硅烷偶联剂对银包铜粉进行表面改性，酚羟基硅烷偶联剂中的酚羟基结构使其与银包铜粉具有优异的结合能力，并通过其结构较大的空间位阻，可以有效控制银包铜粉的比表面积和振实密度，进而使银包铜粉具有优异的分散性，并与电池基板具有优异的结合能力，减少缺陷的产生，烧结后形成均一的膜层，降低电池电阻。
(3)本发明提供的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆中少量掺杂改性石墨烯，改性石墨烯经过月桂酰胺丙基氧化胺非共价表面改性后，可以有效提高石墨烯的分散性和与银浆组分的相容性，使改性石墨烯均匀分散在银浆中，可以降低银浆的孔隙率，增加导电网络，降低电阻，提高导电性和光电转化效率。
(4)本发明提供的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆中通过酚羟基硅烷偶联剂对银包铜粉进行表面改性和掺杂改性石墨烯，可以减少由于银含量低的浆料烧结时银粉易收缩导致的电极出现裂痕、空洞以及栅线坍塌和栅线断栅的现象，进而降低电极的串联电阻，提高太阳能电池的光电转化效率。
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。
市售HJT银浆是从懿铂锶(广州)纳米科技有限公司购买的YBS-HJT-Ag85；银包铜粉是从深圳市夏特科技有限公司购买的S-U315；氧化石墨烯是从默克购买的796034；市售银粉是从南宫市翔帆合金材料有限公司购买的高纯银粉；其余试剂、设备为本技术领域常规试剂和设备。
酚羟基硅烷偶联剂制备
通过以下步骤制备酚羟基硅烷偶联剂：
在圆底烧瓶中，加入60g的4-(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷、35g的2-氨基-1,4-二羟基苯、90g碳酸钾、3g碘化钾和300mL无水甲苯，在氮气保护下加热至90℃，反应24小时后抽滤、除去有机溶剂、洗涤、干燥后制得所述酚羟基硅烷偶联剂。
产品的质谱数据：采用LC-MS对产物进行分析，产物的m/z为335.12(100.0％)，336.16(24.0％)，337.13(6.2％)。
改性石墨烯制备
通过以下步骤制备改性石墨烯：
(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200mg的月桂酰胺丙基氧化胺，150W超声处理40分钟后加入1mL水合肼，搅拌均匀后转移到反应釜中；
(3)将反应釜加热至90℃，反应3小时后抽滤、洗涤、干燥制得改性石墨烯。
实施例1
通过以下步骤制备银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆：
(1)在离心管中，加入10g银包铜粉和30mL四氢呋喃，震动分散后加入2g酚羟基硅烷偶联剂和20mL乙二胺，100W超声处理20分钟后离心、干燥制得改性银包铜粉；
(2)按比例称取70份的改性银包铜粉、10份的双酚A型环氧树脂、14份的丁基卡必醇、1份的三甲基六亚甲基二胺、3份的改性石墨烯、0.3份的二甲基乙酰胺和0.3份的氢化蓖麻油加入至双行星搅拌机中，在150rpm的转速下搅拌40分钟，制得浆料；
(3)将浆料置于三辊研磨机，以500rpm研磨速度和1Mpa压力，研磨15道，使浆料平均细度≤10μm后制得所述银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆。
实施例2
基本同实施例1，所不同的是按重量份数计，各组分改为60份的改性银包铜粉、6份的双酚A型环氧树脂、8份的松油醇、1份的三甲基六亚甲基二胺、2份的改性石墨烯、0.3份的山梨醇酐三油酸酯和0.3份的聚酰胺蜡；制得的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆的烧结温度为325℃。
实施例3
基本同实施例1，所不同的是按重量份数计，各组分改为50份的改性银包铜粉、5.5份的双酚F型环氧树脂、7份的丁基卡必醇、0.5份的氨乙基呱嗪、1份的改性石墨烯、0.3份的烷基酚聚氧乙烯醚和0.3份的聚酰胺蜡；制得的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆的烧结温度为325℃。
对比例1
市售HJT银浆。
对比例2
基本同实施例1，所不同的是不进行步骤(1)，步骤(2)中改性银包铜粉改为等量市售银粉。
性能测试
银含量检测：检测实施例1-3与对比例1-6制得的银浆中银的含量。
将实施例1-3和对比例1-6制得的HJT银浆分别印刷在N型PERC电池片前表面进行检测。
接触电阻检测：选用常用的TLM(线传输线模型)，检测上述制得的电池接触电阻。
光电转化效率检测：使用TMC-PV1A太阳能电池测试仪检测I-V曲线，检测上述制得的电池光电转化效率。
| 银含量(wt％) | 接触电阻(Ω) | 光电转化效率(％) | |
| 实施例1 | 18.2 | 1.23 | 23.31 |
| 实施例2 | 18.5 | 1.21 | 23.32 |
| 实施例3 | 17.9 | 1.23 | 23.32 |
| 对比例1 | 82.3 | 1.29 | 23.17 |
| 对比例2 | 72.3 | 1.23 | 23.29 |
根据实施例1-3与对比例1、2的检测结果对比可知，本发明提供的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆在减少银含量的情况下，也可以达到与单独使用市售银粉时相近的接触电阻，且太阳能电池仍具有优异的光电转化效率。
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)
1.一种银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆，其特征在于，按重量份数计，包含50-70份的改性银包铜粉、11-25份的有机载体、1-3份的改性石墨烯、0.1-0.3份的分散剂和0.1-0.3份的触变剂；
所述改性石墨烯通过月桂酰胺丙基氧化胺对氧化石墨烯改性制得；
所述改性银包铜粉通过酚羟基硅烷偶联剂对银包铜粉表面改性制得。
2.根据权利要求1所述的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆，其特征在于，所述酚羟基硅烷偶联剂具有如下式A所示结构：
。
3.根据权利要求1所述的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆，其特征在于，所述有机载体包含热固性树脂、固化剂和溶剂；所述热固性树脂为环氧树脂；所述固化剂选自六氢甲基苯酐、三甲基六亚甲基二胺、氨乙基呱嗪中的至少一种；所述溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆，其特征在于，所述分散剂选自二甲基乙酰胺、山梨醇酐三油酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种；所述触变剂选自氢化蓖麻油或聚酰胺蜡中的一种。
5.根据权利要求2所述的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆，其特征在于，所述酚羟基硅烷偶联剂通过以下步骤制得：在反应器中，加入4-（氯甲基）苯基三甲氧基硅烷、2-氨基-1,4-二羟基苯、碳酸钾、催化剂和有机溶剂，在保护气环境下加热至85-95℃，反应18-24小时后抽滤、除去有机溶剂、洗涤、干燥后制得所述酚羟基硅烷偶联剂。
6.根据权利要求5所述的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆，其特征在于，所述4-（氯甲基）苯基三甲氧基硅烷与2-氨基-1,4-二羟基苯的质量比为2：1-1.2；所述催化剂为碘化钾。
7.根据权利要求1所述的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆，其特征在于，所述改性石墨烯通过以下步骤制得：
（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月桂酰胺丙基氧化胺，超声处理30-50分钟后加入水合肼，搅拌均匀后转移到反应釜中；
（3）将反应釜加热至80-90℃，反应2-3小时后抽滤、洗涤、干燥制得所述改性石墨烯。
8.根据权利要求7所述的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆，其特征在于，所述氧化石墨烯和月桂酰胺丙基氧化胺的质量比为1：1.5-2.5。
9.权利要求1-8任意一项所述银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）在反应器中，加入银包铜粉和四氢呋喃，震动分散后加入酚羟基硅烷偶联剂和乙二胺，超声处理15-20分钟后离心、干燥制得改性银包铜粉；
（2）按比例称取改性银包铜粉、有机载体、改性石墨烯、分散剂和触变剂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；
（3）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后制得所述银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆。
10.根据权利要求9所述的银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中银包铜粉的银含量为20-30wt%，所述银包铜粉与酚羟基硅烷偶联剂的质量比为1：0.2-0.3；所述银含量低的太阳能电池低温烧结型HJT银浆的烧结温度为250-350℃。
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