匹配無網結網版的太陽能電池正面導電銀漿及製備方法與流程
2023-07-21 20:54:16 2
本發明屬於太陽能導電銀漿技術領域，特別是涉及一種匹配無網結網版的太陽能電池正面導電銀漿及製備方法。
背景技術：
隨著常規能源不斷被消耗、環境問題日益嚴重，尋求清潔、高效、可再生的能源越來越受到人們的重視。太陽能作為一種公認的最清潔的能源，受到廣泛重視。
太陽能電池是通過光電效應把光能轉化成電能的裝置。太陽能電池的工作原理為：當太陽光照射在晶體矽半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，接通電路後就形成電流。太陽能電池的製作，必須在電池板正面和背面引入電極，其中，正面電極是由正面導電銀漿通過絲網印刷成特定圖案，然後通過高溫燒結而成。傳統的正面電極使用的絲印網版副柵線使用有網結的特定的圖案，網結的存在限制副柵線的細柵線化、限制提高細柵線的高寬比，而使用無網結的絲印網版可以減少細柵線的寬度，增加正面的接受光面積，提高電池片的短路電流，從而提高電池片的光電轉換效率；另外，傳統的正面導電銀漿通過絲網印刷於晶體矽上，經過隧道式燒結爐烘乾、燒結時容易坍塌，高寬比保持不住，從而無法達到提高細柵線的高寬比、提高電池片的電流導出能力的目的，而無網結的絲印網版可以提高細柵線的印刷出的圖案的高寬比，減少細柵線的體電阻，提高電池片的電流導出能力，從而增加電池片的光電轉換效率。
有鑑於此，本發明旨在研發一種太陽能電池正面導電銀漿，能夠適用於無網結的絲印工藝，達到減少太陽能電池片正面遮光面積和提高細柵線高寬比的目的。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題是提供一種匹配無網結網版的太陽能電池正面導電銀漿及製備方法，通過銀粉、玻璃粉、兩種玻璃化轉變溫度Tg的樹脂、三種不同沸點的有機溶劑以及助劑的搭配，使太陽能電池正面導電銀漿具有很好的適應低線寬無網結絲網印刷金屬化工藝，相對傳統的絲網印刷金屬化工藝具有更好的印刷性能，更高的高寬比，更好的細柵線平整度，可以提高0.1-0.3％光電轉化效率。
為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是：提供一種匹配無網結網版的太陽能電池正面導電銀漿，按原料總重量百分含量計，包括銀粉85-90％、玻璃粉0.5-3％、有機粘結劑5-11％和助劑0.2-3.5％；其中，
所述銀粉的中位徑D50為0.5-3μm，比表面積為0.1-1.0m2/g，振實密度為4.0-6.5g/cm3；
所述有機粘結劑(以所述有機粘結劑的總重量百分含量計)包括有機樹脂5-20％和有機溶劑80-95％；
所述有機樹脂包括玻璃化轉變溫度Tg低的第一類樹脂和玻璃化轉變溫度Tg高的第二類樹脂；其中，所述第一類樹脂的玻璃化轉變溫度Tg在室溫以下，所述第二類樹脂的玻璃化轉變溫度Tg在80℃以上；所述第一類樹脂和所述第二類樹脂比例為1:9-9:1；
所述有機溶劑包括相對低沸點的第一類有機溶劑、相對中沸點的第二類有機溶劑和相對高沸點的第三類有機溶劑；其中，所述第一類有機溶劑的沸點範圍為150-220℃，所述第二類有機溶劑的沸點範圍為220-270℃，所述第三類有機溶劑的沸點範圍為270℃以上；以所述有機溶劑的總重量百分含量計，所述有機溶劑包括第一類有機溶劑2-20％，第二類有機溶劑60-95％和第三類有機溶劑2-20％。
進一步地說，所述第一類樹脂包括有機矽樹脂、EVA樹脂、PVB樹脂、EVB樹脂、PVA樹脂、PVP樹脂、TPU樹脂、TPV樹脂、TPE樹脂和TPO樹脂中的至少一種；
所述第二類樹脂包括丙烯酸樹脂、乙基纖維素、醋酸纖維素、松香樹脂、聚酯樹脂、氨基樹脂和酚醛樹脂中的至少一種。
進一步地說，所述第一類有機溶劑包括γ-丁內酯、γ-戊內酯、戊二酸二甲酯、糠醛、環己醇、丁二酸二乙酯、戊二酸二乙酯和磷酸三丁酯中的至少一種；
所述第二類有機溶劑包括二乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚醋酸酯、醇酯十二和檸檬酸三丁酯中的至少一種；
所述第三類有機溶劑包括四甘醇單丁醚、四甘醇、PETA和三甘醇中的至少一種。
進一步地說，所述助劑包括觸變劑，以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計，所述觸變劑佔0.1-5％，所述觸變劑包括聚醯胺蠟、改性氫化蓖麻油和聚乙烯蠟中的至少一種。
進一步地說，所述第一類樹脂和所述第二類樹脂比例為1:9-5:1。
進一步地說，所述銀粉的中位徑D50為0.1-1μm，比表面積為1-10m2/g。
進一步地說，所述銀粉包括納米銀粉或者銀的化合物，以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計，所述納米銀粉佔0-5％。
進一步地說，所述助劑還包括其他助劑，所述其他助劑包括潤溼劑、分散劑、消泡劑和流平劑中的至少一種。
所述的匹配無網結網版的太陽能電池正面導電銀漿的製備方法，包括以下步驟：
A、有機溶劑的配製：將第一類有機溶劑、第二類有機溶劑和第三類有機溶劑按照一定配比混合，依次使用分散機、乳化機和攪拌機將混合物混合均勻，得混合有機溶劑；
B、有機粘結劑的配製：將重量百分數為5-20％的有機樹脂加入到80-95％的步驟A得到的混合有機溶劑中，攪拌1-2h，溶解後得到均勻透明的有機粘結劑；
C、將銀粉、玻璃粉、助劑和步驟B所製得的有機粘結劑按照銀粉85-90％、玻璃粉0.5-3％、有機粘結劑5-11％和助劑0.2-3.5％的比例加入離心機或機械攪拌機中，使其混合均勻，然後放入三輥機上研磨2-6次至漿料細度小於10μm，從而得到太陽能正面導電銀漿。
本發明的有益效果至少具有以下幾點：
一、本發明的太陽能電池正面導電銀漿，與傳統正面導電銀漿不同，適用於無網結網版，通過絲網印刷於晶矽電池片正面，經過隧道式燒結爐烘乾、燒結過程中能保持靜態粘度，從而在烘乾、燒結過程中保持細柵線的形貌，得到高寬比好、柵線寬度低的細柵線圖案；
具體的說，一方面，本發明使用玻璃化轉變溫度Tg低、高的兩類樹脂進行合理配比，當製備的漿料通過無網結網版印刷於太陽能電池片時，在烘乾、高溫燒結處理過程中，隨著溫度的升高，漿料中的玻璃化轉變溫度Tg在室溫以下的樹脂使漿料靜態粘度在Tg溫度以下隨溫度變化小，玻璃化轉變溫度Tg在80℃以上的樹脂，在常溫到Tg溫度以上都可以保持漿料靜態粘度變化不大，所以本發明漿料使用兩種樹脂搭配，可以在較低溫度保持細柵線的形貌，同時在較高溫度保持靜態粘度變化不大；另一方面，本發明使用相對低、中、高沸點的三類有機溶劑合理配比，將製備得到的太陽能正面導電銀漿通過無網結網版印刷於太陽能電池片時，在烘乾、高溫燒結處理過程中，隨著溫度的升高，第一類有機溶劑在烘乾時快速揮發，提高漿料靜態粘度，從而保持細柵線的高寬比，同時搭配第二類有機溶劑和第三類有機溶劑可以保證持久的印刷性能；
二、本發明的太陽能電池正面導電銀漿中含有高活性的納米銀粉或者銀的化合物，銀粉的中位徑D50為0.1-1μm，比表面積為1-10m2/g，在燒結過程中有很高的燒結活性，與晶體矽表面能形成更好的接觸，同時銀粉本體燒結的更密實，從而使太陽能電池片具有更低的接觸電阻和線電阻；
三、本發明的太陽能電池正面導電銀漿中含有的助劑包括觸變劑，觸變劑可以有效地防止導電漿料存放過程中出現沉降現象，增加存放時間，從而避免使用前對導電漿料進行長時間混合攪拌的處理；所述觸變劑優選的是聚醯胺蠟，其具有進一步減緩沉降現象，提高導電漿料性能的效果；
四、本發明的太陽能電池正面導電銀漿，可以得到線寬35-42μm，高度15-20μm的細柵線，提高細柵線的高寬比，增加太陽能電池正面的接受光面積，提高短路電流，減少細柵線的體電阻，提高電池片的光電轉化效率0.1-0.3％；
五、本發明的太陽能電池正面導電銀漿的製備方法簡單，操作可控，易於實現產業化。
具體實施方式
下面對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護範圍做出更為清楚明確的界定。
實施例：一種匹配無網結網版的太陽能電池正面導電銀漿，按原料總重量百分含量計，包括銀粉85-90％、玻璃粉0.5-3％、有機粘結劑5-11％和助劑0.2-3.5％；其中，
所述銀粉的中位徑D50為0.5-3μm，比表面積為0.1-1.0m2/g，振實密度為4.0-6.5g/cm3；
所述有機粘結劑(以所述有機粘結劑的總重量百分含量計)包括有機樹脂5-20％和有機溶劑80-95％；
所述有機樹脂包括玻璃化轉變溫度Tg低的第一類樹脂和玻璃化轉變溫度Tg高的第二類樹脂；其中，所述第一類樹脂的玻璃化轉變溫度Tg在室溫以下，所述第二類樹脂的玻璃化轉變溫度Tg在80℃以上；所述第一類樹脂和所述第二類樹脂比例為1:9-9:1；
所述有機溶劑包括相對低沸點的第一類有機溶劑、相對中沸點的第二類有機溶劑和相對高沸點的第三類有機溶劑；其中，所述第一類有機溶劑的沸點範圍為150-220℃，所述第二類有機溶劑的沸點範圍為220-270℃，所述第三類有機溶劑的沸點範圍為270℃以上；以所述有機溶劑的總重量百分含量計，所述有機溶劑包括第一類有機溶劑2-20％，第二類有機溶劑60-95％和第三類有機溶劑2-20％。
所述第一類樹脂包括有機矽樹脂、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)樹脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)樹脂、EVB(乙烯基苯乙烯)樹脂、PVA(聚乙烯醇)樹脂、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)樹脂、TPU(熱塑性聚氨酯)樹脂、TPV(熱塑性硫化橡膠)樹脂、TPE(熱塑性彈性體)樹脂和TPO(熱塑性聚烯烴彈性體)樹脂中的至少一種，所述TPU樹脂優選的是路博潤5703、5707、5714和5715中的至少一種；
所述第二類樹脂包括丙烯酸樹脂、乙基纖維素、醋酸纖維素、松香樹脂、聚酯樹脂、氨基樹脂和酚醛樹脂中的至少一種，所述丙烯酸樹脂優選的是帝斯曼B-890、B-811、B838、三菱MB-2952和BR85中的至少一種，所述乙基纖維素優選的是Dow STD-4，STD-7，STD-20和STD-50中的至少一種，所述醋酸纖維素優選的是EASTMAN CAB-551-0.01、CAB-551-0.2、CAB-381-0.1、CAB-381-2、CAB-381-20和CAP-481-0.5中的至少一種，所述松香樹脂優選的是EASTMAN Foral 90、Foral 105-E、Foral 110、Pinava Pentalyn G、Pentalyn A和Pentalyn H中的至少一種。
所述第一類有機溶劑包括γ-丁內酯、γ-戊內酯、戊二酸二甲酯、糠醛、環己醇、丁二酸二乙酯、戊二酸二乙酯和磷酸三丁酯中的至少一種；
所述第二類有機溶劑包括二乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚醋酸酯、醇酯十二和檸檬酸三丁酯中的至少一種；
所述第三類有機溶劑包括四甘醇單丁醚、四甘醇、PETA(季戊四醇三丙烯酸酯)和三甘醇中的至少一種。
所述助劑包括觸變劑，以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計，所述觸變劑佔0.1-5％，優選的佔0.5-1.5％，所述觸變劑包括聚醯胺蠟、改性氫化蓖麻油和聚乙烯蠟中的至少一種，優選的是聚醯胺蠟、海明斯THIXATROL(改性氫化蓖麻油)ST、THIXATROL MAX和THIXATROL PLUS中的至少一種。
所述第一類樹脂和所述第二類樹脂比例為1:9-5:1。第一類樹脂和第二類樹脂的比例配比，能夠保證第一類樹脂和第二類樹脂功能的發揮，進而得到低線寬、高寬比好、適用於無網結的太陽能電池正面導電銀漿。
所述銀粉的中位徑D50為0.1-1μm，比表面積為1-10m2/g。
所述銀粉包括納米銀粉或者銀的化合物，以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計，所述納米銀粉佔0-5％％，優選的是0.1-2％。
所述助劑還包括其他助劑，所述其他助劑包括潤溼劑、分散劑、消泡劑和流平劑中的至少一種。
所述的匹配無網結網版的太陽能電池正面導電銀漿的製備方法，包括以下步驟：
A、有機溶劑的配製：將第一類有機溶劑、第二類有機溶劑和第三類有機溶劑按照一定配比混合，依次使用分散機、乳化機和攪拌機將混合物混合均勻，得混合有機溶劑；
B、有機粘結劑的配製：將重量百分數為5-20％的有機樹脂加入到80-95％的步驟A得到的混合有機溶劑中，攪拌1-2h，溶解後得到均勻透明的有機粘結劑；
C、將銀粉、玻璃粉、助劑和步驟B所製得的有機粘結劑按照銀粉85-90％、玻璃粉0.5-3％、有機粘結劑5-11％和助劑0.2-3.5％的比例加入離心機或機械攪拌機中，使其混合均勻，然後放入三輥機上研磨2-6次至漿料細度小於10μm，從而得到太陽能正面導電銀漿。
實施例1-9分別列舉了所述太陽能電池正面導電銀漿的組成及其重量百分含量，見下表1：
實施例1中有機粘結劑的組成及其重量百分含量(以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計)：Foral 105-E 0.75％、路博潤5703 0.25％、戊二酸二甲酯0.25％、醇酯十二2.75％、二乙二醇單丁醚醋酸酯2.75％和三甘醇0.25％。
實施例2中有機粘結劑的組成及其重量百分含量(以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計)：Foral 105-E 0.4％、路博潤5703 0.4％、丙烯酸樹脂0.2％、戊二酸二甲酯0.5％、醇酯十二3％、二乙二醇單丁醚醋酸酯3％和三甘醇0.5％。
實施例3中有機粘結劑的組成及其重量百分含量(以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計)：Foral 105-E 0.6％、B-890 0.1％、路博潤5703 0.3％、戊二酸二甲酯1％、醇酯十二2.9％、二乙二醇單丁醚醋酸酯2.9％和三甘醇1％。
實施例4中有機粘結劑的組成及其重量百分含量(以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計)：EVA樹脂0.7％、Foral 105-E 0.5％、B-890 0.5％、戊二酸二甲酯0.5％、二乙二醇單丁醚醋酸酯6.6％和三甘醇0.5％。
實施例5中有機粘結劑的組成及其重量百分含量(以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計)：Foral 105-E 0.5％、B-890 0.5％、路博潤5703 0.5％、戊二酸二甲酯0.5％、醇酯十二6.0％和三甘醇0.8％。
實施例6中有機粘結劑的組成及其重量百分含量(以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計)：TPV樹脂0.125％、氨基樹脂0.725％、酚醛樹脂0.4％、環己醇1.625％、檸檬酸三丁酯5.5％和四甘醇單丁醚1.625％。
實施例7中有機粘結劑的組成及其重量百分含量(以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計)：EVA樹脂0.4％、PVA樹脂0.4％、STD-7 0.3％、CAB-381-20 0.5％、Foral 110 0.4％、γ-丁內酯0.7％、磷酯三丁酯1.1％、醇酯十二5.4％和三甘醇1.8％。
實施例8中有機粘結劑的組成及其重量百分含量(以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計)：TPU樹脂0.4％、TPO樹脂0.5％、聚酯樹脂0.1％、糠醛0.6％、檸檬酸三丁酯2.7％、四甘醇單丁醚0.5％和三甘醇0.2％。
實施例9中有機粘結劑的組成及其重量百分含量(以所述太陽能電池正面導電銀漿的總重量百分含量計)：EVB樹脂1.25％、Foral 110 0.15％、B-811 0.1％、環己醇0.5％、丁二酸二乙酯0.5％、二乙二醇單丁醚2.5％、檸檬酸三丁酯2％和四甘醇單丁醚1％。
將實施例1-9的太陽能電池正面導電銀漿分別編號ENCFP-1、ENCFP-2、ENCFP-3、ENCFP-4、ENCFP-5、ENCFP-6、ENCFP-7、ENCFP-8和ENCFP-9。
對比例：為傳統的太陽能電池正面導電銀漿，為我公司生產的G10A編號為Reference。
將實施例1-9和對比例進行相關性能檢測：
1、將上述實施例1-9以及對比例製備的所述太陽能電池正面導電銀漿通過無網結網版印刷到晶體矽太陽能電池片上，通過相同的高溫燒結，將所得到的電池片進行印刷圖案的形貌測試，具體方法為採用基恩士VK-X 3D顯微鏡觀察所述太陽能電池正面導電銀漿印刷、燒結後印刷圖案的形貌有無虛印、斷柵、印刷圖案模糊等情況，結果顯示：通過觀察，實施例1-9以及對比例製備的所述太陽能電池正面導電銀漿印刷良好，均無虛印，斷柵和印刷圖案模糊等情況出現。
2、將上述實施例1-9以及對比例製備的所述太陽能電池正面導電銀漿進行開路電壓(Voc)、光電轉換效率(EFF)、填充因子(FF)、並聯電阻(Rsh)、串聯電阻(Rs)、短路電流(Isc)、反向電流(Irev2)等指標性能測試，測試結果見下表2，其各項指標的測試方法均為本領域常規方法，，具體測試過程與條件均採用統一測試環境、測試條件。測試方法描述：電性能(包括開路電壓Voc，光電轉換效率EFF，填充因子FF，串聯電阻Rs，並聯電阻Rsh和短路電流Isc)是通過太陽模擬器或I-V測試儀測量所得數據。太陽模擬器或I-V測試儀所用光源光照強度需要通過密封「標片」(密封的電池片)進行校準標定，測量時光照強度需通過「標片」調整為AM1.5G的光照強度(即1000mW/cm2)。電性能測試過程中，待測試電池片放置於光源下的真空吸盤上，且吸盤的溫度會通過冷卻儀控制在24(±1)℃。I-V測試儀通過掃描電壓(-0.2V-+1.2V)和測試電流繪製出明場和暗場條件下的I-V曲線。常規電池片電性能數據如：光電轉換效率EFF、開路電壓Voc、串聯電阻Rs、並聯電阻Rsh、短路電流Isc和反向電流Irev2均可在上述條件下通過I-V測試儀獲得。電池片的光電轉換效率EFF(等同於填充因子FF)是衡量電池片電性能優劣的關鍵參數。填充因子為電池具有最大輸出功率時的電流和電壓的乘積與短路電流和開路電壓乘積的比值。本發明實施例中電性能相關結果均可通過電池片工業上I-V測試儀或相關測量工具獲得。
3、將上述實施例1-9以及對比例製備的所述太陽能電池正面導電銀漿進行細柵線寬度測試和細柵線高度測試，細柵線寬度和細柵線高度採用基恩士VK-X 3D顯微鏡進行測量。測試結果見表3，其各項指標的測試方法均為本領域常規方法。
表2
由表2可見，本發明實施例1-9製備的所述太陽能電池正面導電銀漿，通過無網結網版印刷到晶體矽太陽能電池片上其光電轉換效率、填充因子、並聯電阻、串聯電阻性能均較好，光電轉化效率比傳統漿料高0.1-0.3％；
表3
從表3數據可以看出，採用本發明實施例1-9製備的所述太陽能電池正面導電銀漿，通過無網結網版印刷於晶體矽太陽能電池片上，能夠明顯的減小細柵線的寬度，提高細柵線的高度，從而提高細柵線的高寬比。
以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。