一种含有石墨烯的HJT太阳能电池主细栅通用银浆及其制备方法与流程

一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池金属化技术领域，尤其涉及一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆及其制备方法。


背景技术：

2.随着光伏电池技术不断进步，2021年将开启p型向n型迭代的趋势，迈向更高效率台阶，以topcon（tunnel oxide passivating contacts）隧穿氧化层钝化接触电池、hjt(heterojunction with intrinsic thinfilm)异质结电池为代表的n型技术路线陆续取得突破，产业化进程有望提速。而hjt相较topcon，拥有接触电阻和钝化效果更好，更适合薄片化，光电转换效率更高，能够适应下一代叠层电池的要求等优势。目前hjt电池的电极主要采用丝网印刷工艺，使用低温固化导电银浆，其中用于细栅印刷的低温银浆需要有更低的体电阻和接触电阻，高的附着力、高宽比和优异的耐候性，以及出色的印刷性；而用于主栅印刷的低温银浆需要有良好的导电性、印刷性以及出色的拉力。
3.现有技术的缺陷和不足：1、主细栅分步印刷，降低了生产效率；采用两种主、细栅浆料印刷，有互相匹配的问题，产线出现异常不便于锁定原因；2、主栅要求出色的拉力，就需要适当提高树脂的比例，这样会增加电阻率；3、细栅使用的纳米球粉的大小、比表面积和偶联剂、分散剂不合适，导致接触电阻和附着力较差，且分散不均匀，浆料的粘度较大，降低了树脂的固化反应活性；4、为了保证印刷高宽比，所用的触变剂在低温固化时不能挥发，残留在电极内成为杂质，提高了电阻率；5所使用的环氧树脂和固化剂不合适，导致随着时间的延长，水雾、盐雾对栅线与硅片表面接触位置产生腐蚀，接触电阻显著增大，附着力下降，栅线的耐候性较差。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明公开了一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆及其制备方法，不仅能够实现主、细栅一步印刷，而且能降低总体的电阻率，提升附着力，使得浆料的分散性、触变性和耐候性更好。
5.具体方案如下：一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆，其特征在于：按照质量百分比，由以下组分制备而成：微米级片状银粉15-19%、亚微米级球形银粉68-72%、纳米级球形银粉3-7%、填料0.12-0.16%、树脂2-4%、改性剂0.1-0.2%、溶剂3-5%、偶联剂0.1-0.2%、分散剂0.1-0.2%、固化剂0.1-0.2%、促进剂0.1-0.2%、润湿剂0.08-0.16%。
6.作为本发明的进一步改进，所述微米级片状银粉为d50：1-5um，所述亚微米级球形银粉为d50：0.2-0.5um，所述纳米级球形银粉为d50：10-50nm。
7.作为本发明的进一步改进，所述填料为羟基化石墨烯、羧基化石墨烯中的一种或两种，其中，羧基化石墨烯的片径0.5-5um，厚度0.8-1.2nm。
8.作为本发明的进一步改进，所述树脂为双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、羧基封端聚酯树脂、羧基丙烯酸树脂中的一种或多种。
9.作为本发明的进一步改进，所述改性剂为丙烯酸、没食子酸、脱氢枞酸甲酯、脱氢松香酸、油酸、3,3',5,5'-四甲基联苯二酚的一种或多种。
10.作为本发明的进一步改进，所述溶剂为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、醇酯十二、柠檬酸三丁酯、二乙二醇丁醚中的一种或多种。
11.作为本发明的进一步改进，所述偶联剂为硅烷偶联剂a151，a171，a172中的一种或多种。
12.作为本发明的进一步改进，所述分散剂为辛基苯基聚氧乙烯醚、n-甲基吡咯烷酮、聚乙二醇油酸酯中的一种或多种。
13.作为本发明的进一步改进，所述固化剂为异氰尿酸三缩水甘油酯、β-羟烷基酰胺、丙烯酸改性羟烷基酰胺、油酸改性羟烷基酰胺中的一种或多种。
14.作为本发明的进一步改进，所述促进剂为羧酸酯、甲肼、氨基亚胺中的一种或多种。
15.作为本发明的进一步改进，所述润湿剂为2.4.7.9-四甲基-5-癸炔-4.7-二醇、油酰胺丙基二甲胺、三甲基丁烯二醇、油醇聚氧乙烯醚、氟素表面活性剂fc-4430中的一种或多种。
16.一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时，然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第一混合物；步骤（2）采用恒温搅拌器，转速设定为600rpm，温度设定60℃，加入树脂，并在烧杯底部通入n2气，先将润湿剂、分散剂、偶联剂依次加入烧杯，待搅拌均匀后，缓慢加入填料，搅拌1小时，然后冷却至常温，获得第二混合物；步骤（3）常温下采用恒温搅拌器在第一混合物中依次缓慢加入第二混合物、改性剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第三混合物；步骤（4）最后在第三混合物中加入微米级片状银粉和亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm，第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍，使得分散均匀，得到成品银浆。
17.本发明的有益效果在于：1、羟基化或羧基化石墨烯相比较普通石墨烯，对极性分子有更大的亲和能力，更易于分散于以环氧树脂为主体的载体之中；2、以石墨烯为核心、复合点状球形纳米银粉及片状银粉，添加合适的分散剂，并采用合适的分散方法，利用石墨烯优异的导电性、导热性和柔性薄片结构，可在整个环氧树脂
体系上形成高效的点、线、面接触，构成三维立体导电网络，能够降低体电阻，同时提供较大的拉力；3、石墨烯有很大的径厚比，少量添加即可提高了银浆的触变性，获得更好的高宽比和转换效率；4、从热学性能来看，石墨烯是目前所知具有最高热导率的材料，作为填料加入可提高环氧树脂的耐热性，环氧树脂固化后交联更致密，石墨烯收缩也更紧凑，耐冷热冲击性更好；5、由于石墨烯的小尺寸效应和二维片层结构，可改善环氧树脂涂层中的缺陷，使其可在涂层中形成致密的隔绝层，从而提高隔水效果，降低自腐蚀电流密度，提升耐酸、耐盐等防腐性、耐候性；6、选择合适的分散剂，辛基苯基聚氧乙烯醚、n-甲基吡咯烷酮、聚乙二醇油酸酯，提升分散均匀性；7、选择合适的硅烷偶联剂a151，a171，a172，改善石墨烯和环氧树脂之间的接合性和相容性；8、采用鼓泡和搅拌并用，分散性更好。
具体实施方式
18.下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
19.实施例1一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：微米级片状银粉（d50：1um）：15%亚微米级球形银粉（d50：0.2um）：72%纳米级球形银粉（d50：10nm）：5%填料：羟基化石墨烯（片径0.5~5um，厚度0.8~1.2nm）：0.14%树脂：双酚a环氧树脂:2%改性剂：丙烯酸：0.1%溶剂：丁基卡必醇： 5%偶联剂：硅烷偶联剂a151：0.1%分散剂：辛基苯基聚氧乙烯醚：0.1%固化剂：异氰尿酸三缩水甘油酯：0.2%促进剂：羧酸酯：0.2%润湿剂：2.4.7.9-四甲基-5-癸炔-4.7-二醇：0.16%一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆的制备方法，具体步骤如下：步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时。然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min。混合均匀，获得第一混合物；步骤（2）采用恒温搅拌器，转速设定为600rpm，温度设定60℃，加入树脂，并在烧杯
底部通入n2气，先将润湿剂、分散剂、偶联剂依次加入烧杯，待搅拌均匀后，缓慢加入填料，搅拌1小时，然后冷却至常温，获得第二混合物；步骤（3）常温下采用恒温搅拌器在第一混合物中依次缓慢加入第二混合物、改性剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第三混合物；步骤（4）最后在第三混合物中加入微米级片状银粉和亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm。第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍。使得分散均匀，得到成品银浆。
20.实施例2一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：微米级片状银粉（d50：5um）：16%亚微米级球形银粉（d50：0.5um）：69%纳米级球形银粉（d50：50nm）：7%填料：羧基化石墨烯（片径0.5~5um，厚度0.8~1.2nm）：0.16%树脂：双酚f环氧树脂：2.5%改性剂：没食子酸：0.12%溶剂：丁基卡必醇醋酸酯： 4.5%偶联剂：硅烷偶联剂a171：0.12%分散剂：n-甲基吡咯烷酮：0.12%固化剂：β-羟烷基酰胺：0.17%促进剂：甲肼：0.17%润湿剂：油酰胺丙基二甲胺：0.14%一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆的制备方法，具体步骤如下：步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时。然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min。混合均匀，获得第一混合物；步骤（2）采用恒温搅拌器，转速设定为600rpm，温度设定60℃，加入树脂，并在烧杯底部通入n2气，先将润湿剂、分散剂、偶联剂依次加入烧杯，待搅拌均匀后，缓慢加入填料，搅拌1小时，然后冷却至常温，获得第二混合物；步骤（3）常温下采用恒温搅拌器在第一混合物中依次缓慢加入第二混合物、改性剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第三混合物；步骤（4）最后在第三混合物中加入微米级片状银粉和亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm。第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍。使得分散均匀，得到成品银浆。
21.实施例3
一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：微米级片状银粉（d50：3um）：17%亚微米级球形银粉（d50：0.3um）：71%纳米级球形银粉（d50：30nm）：4%填料：羧基化石墨烯（片径0.5~5um，厚度0.8~1.2nm）中的一种或两种：0.13%树脂：羧基封端聚酯树脂：3%改性剂：脱氢枞酸甲酯：0.15%溶剂：松油醇：4%偶联剂：硅烷偶联剂a172中的一种或几种：0.15%分散剂：聚乙二醇油酸酯：0.15%固化剂：丙烯酸改性羟烷基酰胺：0.15%促进剂：氨基亚胺：0.15%润湿剂：三甲基丁烯二醇：0.12%一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆的制备方法，具体步骤如下：步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时。然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min。混合均匀，获得第一混合物；步骤（2）采用恒温搅拌器，转速设定为600rpm，温度设定60℃，加入树脂，并在烧杯底部通入n2气，先将润湿剂、分散剂、偶联剂依次加入烧杯，待搅拌均匀后，缓慢加入填料，搅拌1小时，然后冷却至常温，获得第二混合物；步骤（3）常温下采用恒温搅拌器在第一混合物中依次缓慢加入第二混合物、改性剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第三混合物；步骤（4）最后在第三混合物中加入微米级片状银粉和亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm。第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍。使得分散均匀，得到成品银浆。
22.实施例4一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：微米级片状银粉（d50：2um）：18%亚微米级球形银粉（d50：0.3um）：68%纳米级球形银粉（d50：20nm）：6%填料：羟基化石墨烯（片径0.5~5um，厚度0.8~1.2nm）：0.15%树脂：羧基丙烯酸树脂:3.5%改性剂：脱氢松香酸：0.17%溶剂：醇酯十二：3.5%偶联剂：硅烷偶联剂a151：0.08%，a171：0.09%
分散剂：辛基苯基聚氧乙烯醚0.08%、n-甲基吡咯烷酮0.09%固化剂：油酸改性羟烷基酰胺：0.12%促进剂：羧酸酯0.06%、甲肼0.06%润湿剂：油醇聚氧乙烯醚0.1%一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆的制备方法，具体步骤如下：步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时。然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min。混合均匀，获得第一混合物；步骤（2）采用恒温搅拌器，转速设定为600rpm，温度设定60℃，加入树脂，并在烧杯底部通入n2气，先将润湿剂、分散剂、偶联剂依次加入烧杯，待搅拌均匀后，缓慢加入填料，搅拌1小时，然后冷却至常温，获得第二混合物；步骤（3）常温下采用恒温搅拌器在第一混合物中依次缓慢加入第二混合物、改性剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第三混合物；步骤（4）最后在第三混合物中加入微米级片状银粉和亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm。第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍。使得分散均匀，得到成品银浆。
23.实施例5一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆，按照质量百分比，由以下组分制备而成：微米级片状银粉（d50：4um）：19%亚微米级球形银粉（d50：0.4um）：70%纳米级球形银粉（d50：40nm）：3%填料：羟基化石墨烯0.06%、羧基化石墨烯（片径0.5~5um，厚度0.8~1.2nm）：0.06%树脂：双酚f环氧树脂2%、羧基丙烯酸树脂 2%改性剂：油酸 0.2%溶剂：柠檬酸三丁酯 3%偶联剂：硅烷偶联剂a171：0.1%，a172：0.1%分散剂：n-甲基吡咯烷酮0.1%、聚乙二醇油酸酯0.1%固化剂：β-羟烷基酰胺0.05%、丙烯酸改性羟烷基酰胺 0.05%促进剂：甲肼0.05%、氨基亚胺0.05%润湿剂：氟素表面活性剂fc-4430：0.08%一种含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆的制备方法，具体步骤如下：步骤（1）采用恒温搅拌器，将纳米级球形银粉缓慢沿着烧杯壁缓慢倒入溶剂中，转速设定为600rpm，温度25℃，搅拌时间1小时。然后使用离心机混合，转速1200rpm，温度25℃，时间30min。混合均匀，获得第一混合物；步骤（2）采用恒温搅拌器，转速设定为600rpm，温度设定60℃，加入树脂，并在烧杯底部通入n2气，先将润湿剂、分散剂、偶联剂依次加入烧杯，待搅拌均匀后，缓慢加入填料，
搅拌1小时，然后冷却至常温，获得第二混合物；步骤（3）常温下采用恒温搅拌器在第一混合物中依次缓慢加入第二混合物、改性剂、固化剂、促进剂，转速设定为600rpm，搅拌时间1小时后，使用离心机转速1200rpm，温度25℃，时间30min，混合均匀，获得第三混合物；步骤（4）最后在第三混合物中加入微米级片状银粉和亚微米级球形银粉，使用三辊机混合，设定转速750rpm。第一步，初辊间隙60um和终辊间隙30um，混合3遍；第二步，初辊间隙30um和终辊间隙15um，混合3遍；第三步，初辊间隙15um和终辊间隙7um，混合5遍；第四步，初辊间隙10um和终辊间隙4um，混合6遍。使得分散均匀，得到成品银浆。
24.对比结果1、拉力和耐候性对比，见下表：如上表所示实施例的拉力均大于对比例，耐候性试验的接触电阻变化也小于对比例。
25.2、浆料粘度对比如上表所示实施例的粘度均小于对比例，且触变值、高宽比更大，拥有更好的印刷性。
26.3、电池性能对比上述实施例的制备后的一种含有石墨烯的hjt太阳能电池的性能如下表所示：
通过上表，可以得到上述实施例的含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆的导电性、印刷性、转换效率等各项性能优越，能满足市场主流hjt太阳能电池丝印栅极要求。
27.以上实施例含有石墨烯的hjt太阳能电池主细栅通用银浆，亚微米级、纳米级球状银粉和石墨烯，能够形成更小的电阻率，更高的转换效率和拉力，更优异的耐候性。
28.本发明采用功能化的石墨烯，即羟基化或羧基化石墨烯，增加其在环氧树脂中的相容性；选择合适的分散剂，辛基苯基聚氧乙烯醚、n-甲基吡咯烷酮、聚乙二醇油酸酯，提升分散均匀性；选择合适的硅烷偶联剂a151，a171，a172，改善石墨烯和环氧树脂之间的接合性和相容性；采用鼓泡和搅拌并用，分散性更好。
29.本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。