异质结太阳能电池用低温固化银浆及其制备方法、用途与流程

1.本发明涉及太阳能电池银浆领域，尤其涉及一种异质结太阳能电池用低温固化银浆及其制备方法、用途。


背景技术：

2.异质结太阳能电池是一种高效的晶硅太阳能电池，是目前为止工业化电池中相对效率最高的太阳能电池，效率可高达27％，是最具发展潜力的太阳能电池。异质结太阳能电池采用的是低温固化银浆，该银浆目前一般都以环氧树脂、聚酯树脂以及丙烯酸树脂为主。随着技术的发展，为了提高转换效率与降低表面复合，各电池厂商纷纷采用电池片的细栅密栅技术(细线网版印刷)。细栅密栅是指太阳能电池通过细栅密栅技术以降低栅线宽度，达到高宽比最大化，以最大程度降低电池的遮光面积，以提高电池的整体效率。
3.但现有的银浆中微米级银粉的含量较高，因而导致其粘度较高，浆料的流平、流挂、栅线宽度和栅线高度之间难以达到理想的平衡，印刷性较差，导致无法适应细线网版印刷，容易出现电池栅线断栅、栅线宽度过宽和栅线高度过低等印刷性的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出一种异质结太阳能电池用低温固化银浆及其制备方法、用途，以解决现有银浆印刷性较差而无法适应问题细线网版印刷的问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供了一种异质结太阳能电池用低温固化银浆，按照重量份数计算，原料的组成包括：
[0007][0008][0009]
其中，所述导电银粉包括主体银粉和烧结银粉；所述主体银粉的粒径为0.1～4μm，且主体银粉的振实密度为3.0～5.0g/cm3，比表面为0.2～2.0m2/g；所述烧结银粉的粒径为20～200nm，且烧结银粉的比表面积大于或等于3.0m2/g。
[0010]
所述异质结太阳能电池用低温固化银浆中，所述主体银粉包括片状银粉和微米级球状银粉；
[0011]
所述片状银粉的粒度为0.1～4μm，所述片状银粉的振实密度为3.0～5.0g/cm3；
[0012]
所述微米级球状银粉的粒径为0.4～2μm，所述微米级球状银粉的振实密度为3.5
～5.0g/cm3，所述微米级球状银粉的比表面积为0.2～2.0m2/g。
[0013]
所述异质结太阳能电池用低温固化银浆中，所述主体银粉和烧结银粉的重量比为45：1～9：1。
[0014]
所述异质结太阳能电池用低温固化银浆中，所述有机树脂包括环氧树脂和辅助树脂；所述环氧树脂包括低聚合环氧树脂和高聚合环氧树脂；所述辅助树脂为丙烯酸树脂或聚氨酯树脂中的任意一种；
[0015]
所述低聚合环氧树脂的聚合度为0.5～1.0，所述高聚合环氧树脂的聚合度为2.0～19.0；
[0016]
所述低聚合环氧树脂、高聚合环氧树脂和辅助树脂的重量比为(1～3)：(1～3)：(1～3)。
[0017]
所述异质结太阳能电池用低温固化银浆中，所述低聚合环氧树脂包括双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、氢化双酚a环氧树脂、氢化双酚f环氧树脂和双酚a二缩水甘油醚中的任意一种或多种的组合；
[0018]
所述高聚合环氧树脂包括双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、氢化双酚a环氧树脂、氢化双酚f环氧树脂和双酚a二缩水甘油醚中的任意一种或多种的组合；
[0019]
所述丙烯酸树脂包括聚丙烯酸树脂、丙烯酸类单体树脂和环氧改性丙烯酸树脂中的任意一种或多种的组合；
[0020]
所述聚氨酯树脂包括聚氨酯树脂和聚氨酯改性树脂中的任意一种。
[0021]
所述异质结太阳能电池用低温固化银浆中，所述溶剂包括丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、dbe、十二醇酯、松油醇、异佛尔酮、丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、1-苯氧基-2-丙醇、二乙酸甘油酯中的任意一种或多种的组合。
[0022]
所述异质结太阳能电池用低温固化银浆中，所述固化剂包括主体固化剂和固化促进剂；
[0023]
所述主体固化剂包括胺类固化剂、潜伏型固化剂、酸酐类固化剂、胺类固化剂、阳离子固化剂和改性咪唑固化剂中的任意一种或多种的组合；
[0024]
所述固化促进剂包括三氟化硼单乙胺、dmp-30、苄基二甲胺、咪唑及其衍生物、三乙烯四胺和二乙烯三胺中的任意一种或多种的组合。
[0025]
所述异质结太阳能电池用低温固化银浆中，所述助剂包括硅烷偶联剂和改性纳米二氧化硅。
[0026]
本发明提供了一种异质结太阳能电池用低温固化银浆的制备方法，用于制备上述的异质结太阳能电池用低温固化银浆，包括以下步骤：
[0027]
制备有机载体：按照配比将有机树脂和溶剂混合搅拌，制备成有机载体；
[0028]
混合：按照配比将有机载体、导电银粉、助剂和固化剂进行在75～85℃油浴条件下混合搅拌7.5～8.5h，得到半成品银浆；
[0029]
轧制：对半成品银浆进行轧制，得到异质结太阳能电池用低温固化银浆。
[0030]
本发明提供了一种异质结太阳能电池用低温固化银浆在细线网版印刷的用途，使用上述异质结太阳能电池用低温固化银浆。
[0031]
本发明中的一个技术方案可以具有以下有益效果：
[0032]
所述异质结太阳能电池用低温固化银浆通过主体银粉和烧结银粉配合，降低异质
结太阳能电池用低温固化银浆的粘度和流变特性，从而提高栅线塑型能力，优化高宽比，使其适用于细线网版印刷；而且，由于粘度的降低，还能提升印刷速度，增加异质结太阳能电池的生产效率。
具体实施方式
[0033]
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。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的理解更加透彻全面。
[0034]
实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0035]
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“和/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。
[0036]
本发明提供了一种异质结太阳能电池用低温固化银浆，按照重量份数计算，原料的组成包括：
[0037][0038]
其中，所述导电银粉包括主体银粉和烧结银粉；所述主体银粉的粒径为0.1～4μm，且主体银粉的振实密度为3.0～5.0g/cm3，比表面积为0.2～2.0m2/g；所述烧结银粉的粒径为20～200nm，且烧结银粉的比表面积大于或等于3.0m2/g。
[0039]
所述异质结太阳能电池用低温固化银浆通过主体银粉和烧结银粉配合，降低异质结太阳能电池用低温固化银浆的粘度和流变特性，从而提高栅线塑型能力，优化高宽比，使其适用于细线网版印刷；而且，由于粘度的降低，还能提升印刷速度，增加异质结太阳能电池的生产效率。
[0040]
主体银粉起到导电的作用，相较之下，主体银粉的粒径更小，因此，主体银粉的体积电阻比烧结银粉更低，具有更好的导电效果，从而提升电池转换效率。而且，由于主体银粉具有高振实密度的特点，主体银粉的表面润湿所需更少的树脂和溶剂，为烧结银粉的润湿创造了更大的空间，降低了银浆的粘度。
[0041]
烧结银粉的粒径较大，且比表面积大，在烧结固化过程中，可以令导电银粉和烧结银粉之间形成更紧密的连接，保证了浆料的导电性，从而在银浆内部建立更多的导电通道，
提高异质结太阳能电池用低温固化银浆的导电性、接触电阻以及提高银浆粘结性。
[0042]
具体地，所述主体银粉包括片状银粉和微米级球状银粉；
[0043]
所述片状银粉的粒度为0.1～4μm，所述片状银粉的振实密度为3.0～5.0g/cm3；
[0044]
所述微米级球状银粉的粒径为0.4～2μm，所述微米级球状银粉的振实密度为3.5～5.0g/cm3，所述微米级球状银粉的比表面积为0.2～2.0m2/g。
[0045]
片状银粉属于不规则型，粒度通过激光粒度仪测出，片状银粉的粒度(粒径)为0.1～4μm。
[0046]
片状银粉和微米级球状银粉的形状以及粒径不相同，在混合后比片状银粉或微米级球状银粉单独使用更好的致密性，促进主体银粉和烧结银粉之间致密化，形成良好导电层，因而具有更好的导电性。
[0047]
优选地，所述主体银粉和烧结银粉的重量比为45：1～9：1。
[0048]
随着主体银粉比例逐渐增加，银浆粘度逐步下降，但是当银浆粘度过低的时候，其印刷性容易会变差，主要表现为印刷后栅线宽化，坍塌。当主体银粉比例过低时，由于烧结银粉的振实密度较低，比表面较大，制备的银浆粘度会很大，难以印刷，而且，主体银粉的减少会提高银浆的体电阻，降低银浆的导电性。在本发明的一个较佳实施例中，主体银粉和烧结银粉的重量比为90：2时，银浆的导电性较好，粘度符合细线网版印刷要求。
[0049]
具体地，所述有机树脂包括环氧树脂和辅助树脂；所述环氧树脂包括低聚合环氧树脂和高聚合环氧树脂；所述辅助树脂为丙烯酸树脂或聚氨酯树脂中的任意一种；
[0050]
所述低聚合环氧树脂的聚合度为0.5～1.0，所述高聚合环氧树脂的聚合度为2.0～19.0；
[0051]
所述低聚合环氧树脂、高聚合环氧树脂和辅助树脂的重量比为(1～3)：(1～3)：(1～3)。
[0052]
在本发明的具体实施例中，低聚合环氧树脂和高聚合环氧树脂为同一类环氧树脂，只是聚合程度不同，导致两者的分子量不同。低聚合环氧树脂呈液态或半固态，高聚合环氧树脂呈半固态和固态。不同聚合度环氧树脂的组合能够调整异质结太阳能电池用低温固化银浆的粘度及流变性能。
[0053]
低聚合度的环氧树脂粘度低，锁溶剂能力差，内聚力小；而高聚合度的环氧树脂，锁溶剂能力相比要强，与银粉之间的作用力也比低聚合度的环氧树脂更强，但是其粘度更大，不利于印刷。通过低聚合环氧树脂和高聚合环氧树脂混合使用，改善了异质结太阳能电池用低温固化银浆的粘度及流变性能，能够弥补高聚合环氧树脂高粘特性，从而避免高聚合环氧树脂的含量过多而造成银浆粘度过大，印刷性很差，甚至难以印刷的问题。
[0054]
而辅助树脂能够提高银浆内聚力，提高触变性，对栅线的塑性具有积极意义，而且其本身电阻也相对环氧树脂更低。在本发明的一个较佳实施例中，低聚合环氧树脂、高聚合环氧树脂和辅助树脂的重量比为1：2：2。
[0055]
进一步地，所述低聚合环氧树脂包括双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、氢化双酚a环氧树脂、氢化双酚f环氧树脂和双酚a二缩水甘油醚中的任意一种或多种的组合；
[0056]
所述高聚合环氧树脂包括双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、氢化双酚a环氧树脂、氢化双酚f环氧树脂和双酚a二缩水甘油醚中的任意一种或多种的组合；
[0057]
所述丙烯酸树脂包括聚丙烯酸树脂、丙烯酸类单体树脂和环氧改性丙烯酸树脂中
的任意一种或多种的组合；
[0058]
所述聚氨酯树脂包括聚氨酯树脂和聚氨酯改性树脂中的任意一种。
[0059]
在本发明的一个较佳实施例中，环氧树脂为双酚a环氧树脂，且低聚合环氧树脂和高聚合环氧树脂的聚合度分别为0.8和5，辅助树脂为分子量为5000的聚丙烯酸树脂，低聚合环氧树脂、高聚合环氧树脂和辅助树脂的重量比为1：2：2，所述银浆的粘度(10/s)为80pa
·
s，触变指数为5.0，印刷性良好。
[0060]
丙烯酸酯类单体树脂以及环氧改性丙烯酸树脂属于季戊四醇三丙烯酸酯类，具有多官能度单体，通过丙烯酸树脂分子链上含氧官能团与环氧树脂、导电银粉等形成氢键、范德华力等相互作用力，交联成网络结构，提高银浆的触变剂和印刷性。
[0061]
更进一步地，所述溶剂包括丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、dbe、十二醇酯、松油醇、异佛尔酮、丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、1-苯氧基-2-丙醇、二乙酸甘油酯中的任意一种或多种的组合。
[0062]
采用上述材料作为溶剂，起到溶解树脂、降低浆料粘度、改善印刷性、提高栅线的高宽比的作用，提高导电银粉在银浆中的分散性，导电银粉能够在载体中分散的更好。在本发明的一些较佳实施例中，选用dbe、丁基卡必醇乙酸酯以及松油醇中的一种或多种作为溶剂。
[0063]
具体地，所述固化剂包括主体固化剂和固化促进剂；
[0064]
所述主体固化剂包括胺类固化剂、潜伏型固化剂、酸酐类固化剂、胺类固化剂、阳离子固化剂和改性咪唑固化剂中的任意一种或多种的组合；
[0065]
所述固化促进剂包括三氟化硼单乙胺、dmp-30、苄基二甲胺、咪唑及其衍生物、三乙烯四胺和二乙烯三胺中的任意一种或多种的组合。
[0066]
主体固化剂起到提高异质结太阳能电池用低温固化银浆固化速率的作用。采用上述材料作为固化剂，具有固化速度快、屈服强度强、耐磨、硬度高、可靠性高和与溶剂相容性强的特点。固化促进剂能够促进固化剂与环氧树脂之间的交联速度。在本发明的一些较佳实施例中，选用异氰酸酯固化剂、阳离子型固化剂和胺类固化剂作为固化剂。
[0067]
具体地，所述助剂包括硅烷偶联剂和改性纳米二氧化硅。助剂起到降低主体环氧树脂的粘度的作用，改善导电银粉与有机环氧树脂之间的相容性，从而改善导电银粉的分散度。而且，还能改善附着力和焊带可焊性，提高异质结太阳能电池用低温固化银浆的流平性和润湿性。在本发明的一些较佳实施例中，选用改性纳米二氧化硅作为助剂。
[0068]
本发明还提供了一种异质结太阳能电池用低温固化银浆的制备方法，用于制备上述的异质结太阳能电池用低温固化银浆，包括以下步骤：
[0069]
制备有机载体：按照配比将有机树脂和溶剂混合搅拌，制备成有机载体；
[0070]
混合：按照配比将有机载体、导电银粉、助剂和固化剂进行在75～85℃油浴条件下混合搅拌7.5～8.5h，得到半成品银浆；
[0071]
轧制：对半成品银浆进行轧制，得到异质结太阳能电池用低温固化银浆。
[0072]
在本发明的具体实施例中，半成品银浆在三辊轧机上进行轧制，使所述异质结太阳能电池用低温固化银浆各个组分分散均匀。在本发明的具体实施例中，有机树脂和溶剂在80℃油浴条件下搅拌，采用油浴的方式，可使有机树脂融化，有利于有机树脂充分溶解；经过8h的搅拌，有机树脂和溶剂分散均匀。
[0073]
本发明还提供了一种异质结太阳能电池用低温固化银浆在细线网版印刷的用途，使用上述异质结太阳能电池用低温固化银浆。
[0074]
实施例组a
[0075]
一种异质结太阳能电池用低温固化银浆的制备方法，包括以下步骤：
[0076]
制备有机载体：按照表1将有机树脂和溶剂在80℃油浴条件下混合搅拌8h，制备成有机载体；
[0077]
混合：按照配比将有机载体、导电银粉、助剂和固化剂进行混合，得到半成品银浆；
[0078]
轧制：对半成品银浆进行轧制，得到异质结太阳能电池用低温固化银浆。
[0079]
表1-实施例组a中异质结太阳能电池用低温固化银浆的原料组分
[0080][0081]
其中，烧结银粉的粒径为40nm，且烧结银粉的比表面积为2.5m2/g，片状银粉的粒度为0.1μm，所述片状银粉的振实密度为3.5g/cm3；微米级球状银粉的粒径为0.4μm，微米级球状银粉的振实密度为3.5g/cm3；主体银粉的振实密度为3.5g/cm3；环氧树脂为双酚a环氧树脂，辅助树脂为分子量为5000的聚氨酯丙烯酸酯，固化剂为阳离子型固化剂，溶剂为丁基卡必醇乙酸酯，助剂为改性纳米二氧化硅。
[0082]
实施例组b
[0083]
实施例组b的制备方法与实施例组a相同，实施例组b的原料组分见表2。
[0084]
表2-实施例组b中异质结太阳能电池用低温固化银浆的原料组分
[0085][0086]
其中，烧结银粉的粒径为190nm，且烧结银粉的比表面积为2.0m2/g，片状银粉的粒度为3.5μm，所述片状银粉的振实密度为4.5g/cm3；微米级球状银粉的粒径为1.8μm，微米级球状银粉的振实密度为4.5g/cm3，主体银粉的振实密度为4.5g/cm3；环氧树脂为双酚f环氧树脂，辅助树脂为环氧改性丙烯酸树脂，固化剂为酸酐类固化剂，溶剂为丁基卡必醇，助剂为偶氮类偶联剂。
[0087]
实施例组c
[0088]
实施例组c的制备方法、原料组分中导电银粉、溶剂、固化剂和助剂与实施例组1相同，有机树脂的配比见表3
[0089]
表3-实施例组c中有机树脂的配比
[0090][0091]
其中，环氧树脂为双酚a环氧树脂，辅助树脂为分子量为5000的聚氨酯丙烯酸酯。
[0092]
通过brookfield粘度计检测上述实施例组a、实施例组b和实施例组c制得的异质结太阳能电池用低温固化银浆的粘度，再采用万用表检测体积电阻率，并使用上述银浆进行印刷，通过3d显微镜检测高宽比，并观察印刷性，将测试结果制得表4。
[0093]
表4-测试结果：
[0094][0095]
根据实施例组a可知，随着主体银粉的量逐渐增加，银浆粘度逐步下降，但是当银浆粘度过低的时候，其印刷性会变差，主要表现为印刷后栅线宽化，坍塌，当主体银粉和烧结银粉配比为90：2，印刷性和导电性较好。
[0096]
根据实施例组b可知，当低聚合度环氧树脂、高聚合度环氧树脂和辅助树脂的配比为1：2：2，有效平衡低聚合度环氧树脂和高聚合度环氧树脂特性，提高印刷性，符合细线网版印刷要求。
[0097]
根据实施例组c可知，低聚合环氧树脂和高聚合环氧树脂的聚合度分别为0.8和5，印刷性和导电性较好。
[0098]
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些等同的变型或替换均包括在本技术权利要求所限定的范围内。