一种双面Perc电池铝浆用有机载体及其制备方法与流程

一种双面perc电池铝浆用有机载体及其制备方法
技术领域
1.本发明属于电池浆料用有机载体技术领域，具体涉及一种双面perc电池铝浆用有机载体及其制备方法。


背景技术：

2.当前晶体硅太阳电池领域发展中，钝化发射极背面接触(passivated emitter rear contact，简称perc)已经得到了批量使用，可大批量生产的传统perc电池效率达到21.5-23％，然而，对于传统的perc电池来说，其效率提升的空间相对较小，很难实现工艺上的进一步突破。而双面perc电池具有双面发电、双玻封装组件可靠性高，铝浆耗量低等优点，且与传统电池技术兼容性很高，可以达到24％的转换效率，能更好满足市场现实需求，成为近几年行业研究的热点。
3.双面perc单晶硅太阳电池在背面使用了铝栅线结构替代了常规的单面perc太阳电池中的全铝背场结构。双面perc铝浆烧结后只在局部区域形成铝硅反应和接触。由于双面perc铝浆在印刷时只印在激光开膜的区域且成栅线状，相比传统单面perc太阳电池，双面perc太阳电池栅线结构设计的有限体积铝促进形成良好的bsf层有利于双面perc电池效率的提升，但是双面perc电池的缺点是背面铝栅线结构增加了背面电极的电阻，降低了填充因子。
4.目前大多数的双面铝浆在印刷中易出现印刷缺失、虚印、粗细不均、漏浆粘版，线宽太宽等问题，除了研究印刷工艺和网版参数等因素对以上问题的影响，其中铝浆的印刷性能也是导致出现以上现象的主要原因，而铝浆中除了固体组分铝粉外，更重要的原因为有机载体。铝浆的有机载体在双面perc铝浆中分散固体铝粉和玻璃粉，在高温烘干和烧结过程中逐步挥发燃烧分解，它是由高分子聚合物在一定温度下溶于有机溶剂制成。双面perc铝浆在储存过程中可以保持良好的均匀性和稳定性，无导电颗粒团聚，无沉降；在丝网印刷过程中又可以展现出良好的流变性、触变性和稳定的粘度。这些重要的性能都决定于有机载体的优劣。目前市场主流的有机载体中的有机溶剂多采用丁基卡必醇，丁基卡必醇醋酸酯，松油醇，醇酯十二等，这些溶剂的沸点范围是220-250℃，沸点相对较高，而目前电池厂烘干实际温度200-250℃，烘干时间较短，这样的溶剂体系容易产生烘不干现象，且沸点之间的差值不超过30℃，较为集中，挥发的梯度不足，使铝膜在烘干过程中容易产生孔洞现象，导致铝膜的致密度不足，从而影响电池的电性能。而且市场主流使用的溶剂制备的铝浆印刷过程中对硅片的润湿能力不足，过网性能不好，容易出现大面积的虚印和断栅现象，从而导致铝层的体电阻变大，影响电池的电性能参数。因此在有机溶剂的选择方面需要充分考虑溶剂对硅片的润湿性能，但考虑到铝线塑形的需求，又不能全部采用对硅片润湿性极强的溶剂体系，因为润湿性太好，线形容易垮塌，塑形不好，导致电池的背面效率低，双面率下降。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种双面perc电池铝浆用有机载体及其制备方法。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：30％-60％有机树脂，40％-70％有机溶剂；所述有机溶剂包括溶剂a、溶剂b、溶剂c；所述溶剂a的沸点小于200℃；所述溶剂b的沸点为200-250℃；所述溶剂c的沸点为大于250℃。
7.本发明所述沸点小于200℃的有机溶剂为低沸点有机溶剂；沸点为200-250℃的有机溶剂为中沸点有机溶剂；沸点为大于250℃的有机溶剂为高沸点有机溶剂。
8.本发明采用高中低沸点的有机溶剂进行搭配组合实现挥发梯度，在铝浆烘干过程中，有机溶剂可以逐步挥发使铝层不会出现孔洞现象形成致密结构，使铝层在硅片的附着性能较佳。因此，本技术所述有机载体能够有效的分散铝粉颗粒及其它固体粉末，所制成的铝浆具有以下优势：第一，所述铝浆烘干性能良好，附着力良好，以达到电池片在传送过程中不会沾污皮带，无掉粉现象。第二，所述铝浆粘度适中，印刷性能良好，具有良好的透墨性能以及回墨能力，印刷无缺印断栅问题，印刷后的铝细栅具有较高的高宽比，线宽均匀，无明显的拓宽现象。第三，在铝浆烧结过程中，所述有机载体可以充分的挥发并分解，残留量极低，从而降低了铝细栅线的电阻，有利于提高铝浆料的转换效率。第四，铝浆的粘度稳定性好，铝浆的粘度上升幅度小。
9.作为本发明的优选实施方式，所述溶剂a、溶剂b和溶剂c的质量比为2-3：6-8：0-2。
10.本发明所述高中低沸点有机溶剂的搭配比例对制备的浆料性能影响较大，高中低沸点有机溶剂的搭配比例在本发明限定范围内，随着高沸点有机溶剂比例增加，制备的铝浆触变指数逐渐增加，塑形效果显著变好，线宽逐渐降低；但随着高沸点有机溶剂的比例继续增加，即所述溶剂a、溶剂b和溶剂c的质量比增加到1：6：3，铝浆的烘干性能明显变差，出现烘不干的现象，导致出现皮带沾污的现象。
11.作为本发明的优选实施方式，所述溶剂a、溶剂b和溶剂c的质量比为2：6：2。
12.所述高中低沸点有机溶剂的配比为2：6：2时，有机载体所制备的铝浆致密度高，电阻最低，触变指数高，线宽最低。
13.作为本发明的优选实施方式，所述溶剂a为乙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。
14.作为本发明的优选实施方式，所述溶剂b为丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、醇酯十二、松油醇、丙二醇苯醚中的至少一种。
15.作为本发明的优选实施方式，所述溶剂c为己二酸二丁基二甘酯、二甘醇二苯甲酸酯中的至少一种。
16.作为本发明的优选实施方式，所述有机树脂为醋酸丁酸纤维素改性树脂。
17.本发明还要求保护所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法，包括如下步骤：
18.将有机溶剂和有机树脂置于容器中，搅拌10-20分钟使有机溶剂和有机树脂充分混合，即得到所述双面perc电池铝浆用有机载体。
19.本发明所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法采用直接搅拌，不需要加
热，相比乙基纤维素为主体树脂的载体简便且能耗低，同时不会出现树脂溶不彻底的现象。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用高中低沸点的有机溶剂进行搭配组合实现挥发梯度，在铝浆烘干过程中，有机溶剂可以逐步挥发使铝层不会出现孔洞现象形成致密结构，使铝层在硅片的附着性能较佳，以达到电池片在传送过程中不会沾污皮带，无掉粉现象。且所述有机载体所制备的铝浆粘度适中，印刷性能良好，印刷后的铝细栅具有较高的高宽比，线宽均匀。并且在铝浆烧结过程中，所述有机载体可以充分的挥发并分解，残留量极低，从而降低了铝细栅线的电阻，有利于提高铝浆料的转换效率。
附图说明
21.图1为实施例1、4-5和对比例6所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的致密度局部对比sem图；
22.图2为实施例1、4-5和对比例6所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的致密度对比sem图；
23.图3为实施例1、4-5和对比例6所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的塑形效果和铝线线宽对比图；
24.图4为实施例1、4-5和对比例6所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆在烧结后的附着力对比图。
具体实施方式
25.为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
26.实施例1
27.本实施例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：50％醋酸丁酸纤维素改性树脂，50％有机溶剂；所述有机溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇；丙二醇甲醚醋酸酯和丁基卡必醇的质量比为2：8。
28.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法，包括如下步骤：
29.将有机溶剂和醋酸丁酸纤维素改性树脂置于容器中，搅拌10-20分钟使有机溶剂和醋酸丁酸纤维素改性树脂充分混合，即得到所述双面perc电池铝浆用有机载体。
30.实施例2
31.本实施例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：30％醋酸丁酸纤维素改性树脂，70％有机溶剂；所述有机溶剂包括乙二醇甲醚和醇酯十二；乙二醇甲醚和醇酯十二的质量比为2：8。
32.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法与实施例1相同。
33.实施例3
34.本实施例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：60％醋酸丁酸纤维素改性树脂，40％有机溶剂；所述有机溶剂包括丙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、二甘醇二苯甲酸酯；丙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、二甘醇二苯甲酸酯的质量比为2：6：2。
35.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法与实施例1相同。
36.实施例4
37.本实施例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：50％醋酸丁酸纤维素改性树脂，50％有机溶剂；所述有机溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯；丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯的质量比为3：6：1。
38.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法与实施例1相同。
39.实施例5
40.本实施例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：50％醋酸丁酸纤维素改性树脂，50％有机溶剂；所述有机溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯；丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯的质量比为2：6：2。
41.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法与实施例1相同。
42.对比例1
43.本对比例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：25％乙基纤维素，75％有机溶剂；所述有机溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯；丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯的质量比为2：6：2。
44.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法，包括如下步骤：
45.将有机溶剂和乙基纤维素置于容器中，搅拌加热60-120分钟使有机溶剂和乙基纤维素充分混合，即得到所述双面perc电池铝浆用有机载体。
46.对比例2
47.本对比例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：50％乙基纤维素，50％有机溶剂；所述有机溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯；丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯的质量比为2：6：2。
48.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法与对比例1相同。
49.对比例3
50.本对比例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：50％醋酸丁酸纤维素改性树脂，50％有机溶剂；所述有机溶剂为丁基卡必醇。
51.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法与实施例1相同。
52.对比例4
53.本对比例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：50％醋酸丁酸纤维素改性树脂，50％有机溶剂；所述有机溶剂为己二酸二丁基二甘酯。
54.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法与实施例1相同。
55.对比例5
56.本对比例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：50％醋酸丁酸纤维素改性树脂，50％有机溶剂；所述有机溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。
57.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法与实施例1相同。
58.对比例6
59.本对比例所述双面perc电池铝浆用有机载体，所述有机载体包括如下质量百分含量的原料：50％醋酸丁酸纤维素改性树脂，50％有机溶剂；所述有机溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯；丙二醇甲醚醋酸酯、丁基卡必醇、己二酸二丁基二甘酯的质量比为1：6：3。
60.所述双面perc电池铝浆用有机载体的制备方法与实施例1相同。
61.试验例1
62.所述双面perc电池铝浆的制备方法，包括如下步骤：
63.将铝粉、玻璃粉、有机载体混合均匀，经过三辊研磨机轧浆5遍得到双面perc电池铝浆；所述有机载体为实施例1-5、对比例1-6所制备的有机载体中的一种；所述铝粉为球形铝粉，d50粒径小于10μm；所述玻璃粉为钒铅钡玻璃粉，d50粒径为1.0-3.0μm；所述铝粉、玻璃粉、有机载体的质量比为75：3：22。
64.表1实施例1-5、对比例1-6所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的性能结果
[0065] 铝线线宽/μm触变指数烘干性能电阻/mω实施例11702.02烘干良好258实施例21801.85烘干良好250实施例31383.85烘干良好230实施例41472.80烘干良好245实施例51353.87烘干良好220对比例12101.67烘干良好240对比例21502.73烘干良好262对比例31682.05烘干掉粉250对比例41304.50烘不干260对比例51901.92烘干掉粉320对比例61364.00烘不干228
[0066]
对比例1与本技术实施例相比，对比例1所配置电池铝浆的铝线线宽明显较宽。对比例2和实施例相比，对比例2的电阻较高，而且因乙基纤维素比例过高，导致印刷性能不良。对比例3与本技术实施例相比，对比例3所配置电池铝浆烘干性能明显变差，出现烘干掉粉的现象。对比例4与本技术实施例相比，对比例4所配置电池铝浆的触变指数高、烘不干、电阻较高，并且对比例4的溶剂为纯高沸点溶剂会导致电池铝浆烧结后残留变高。对比例5与本技术实施例相比，对比例5所配置电池铝浆的铝线线宽明显较宽、电阻较高、出现烘干掉粉的现象，并且对比例5的溶剂为纯低沸点溶剂会导致电池铝浆烧结后致密度变差。对比例6与本技术实施例相比，对比例6所配置电池铝浆烘干性能明显变差，出现烘不干的现象，容易导致皮带沾污现象。
[0067]
图1(a)和2(a)为实施例1所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的致密度sem图；图1(b)和2(b)为实施例4所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的致密度sem图；图1(c)和2(c)为实施例5所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的致密度sem图；
图1(d)和2(d)为对比例6所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的致密度sem图。从图1和2中可以看出，随着高沸点有机溶剂比例增加，铝层的致密度逐渐增加，从而降低了铝线的电阻，提升电池的转换效率。
[0068]
图3(a)为实施例1所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的塑形效果和铝线线宽图；图3(b)为实施例4所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的塑形效果和铝线线宽图；图3(c)为实施例5所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的塑形效果和铝线线宽图；图3(d)为对比例6所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆的塑形效果和铝线线宽图。从图3可以看出，随着高沸点有机溶剂的比例增加，铝线的塑形效果逐渐变好，线宽逐渐降低，进而提升双面电池的背面效率，提升背面发电效率。
[0069]
本发明使用3m胶带对烧结之后的铝线进行撕拉，来评估铝线烧结之后的附着力。图4(a)为实施例1所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆在烧结后的附着力图；图4(b)为实施例4所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆在烧结后的附着力图；图4(c)为实施例5所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆在烧结后的附着力图；图4(d)为对比例6所制备的有机载体配制的双面perc电池铝浆在烧结后的附着力图。从图4中可以看到，实施例所制备的铝浆在烧结之后铝线的附着力好，可以减少电池片叠片摩擦后掉粉现象，附着力好进一步说明了铝层的致密度高，铝线电阻低，可以降低电池的串联电阻，从而提升电池的转换效率。
[0070]
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。