CN118280630A - 一种用于hjt电池的高导电银浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于HJT电池的高导电银浆及其制备方法，属于HJT电池领域，高导电银浆包括如下重量份原料：一种用于HJT电池的高导电银浆，包括如下重量份原料：80‑85份掺杂银粉，5‑8份溶剂，3.2‑5.5份双酚A环氧树脂，0.5‑1.2份固化剂，1.5‑3份触变剂，1.5‑2.5份分散剂；通过液相还原法制备出银粒子，通过氧化石墨烯和银粒子之间的静电作用将氧化石墨烯引入银粒子表面，能够解决单一共混导致相互之间作用力不强的问题，而且引入的氧化石墨烯能够填充银粉之间的空隙，进一步提高导电性能。
Description
技术领域
本发明涉及HJT电池领域，具体涉及一种用于HJT电池的高导电银浆及其制备方法。
背景技术
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。
现有导电银浆中银粉之间以面或线接触，可以提高导电银浆的导电性能，片状银粉所制备的导电银浆的银粉含量可适当降低，即得低含银量高导电率的导电银浆，但是片状银粉制备得到的导电银浆印刷性能和耐弯折能力会相应下降。而球状银粉之间以点接触，可提高银浆流变性，适用于对印刷特性和耐弯折性等机械性能有较高要求的太阳能电池板，缺点是导电性能会相应下降，因此需要更高的银粉含量，同时高银粉含量还会导致导电银浆的粘度上升，从而影响导电银浆的印刷适应性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于HJT电池的高导电银浆及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于HJT电池的高导电银浆，包括如下重量份原料：80-85份掺杂银粉，5-8份溶剂，3.2-5.5份双酚A环氧树脂，0.5-1.2份固化剂，1.5-3份触变剂，1.5-2.5份分散剂；
所述掺杂银粉包括如下步骤制成：
将Hummer’s法制备出的氧化石墨烯加入去离子水中，搅拌均匀后加入硝酸银，搅拌2h后加入去离子水，搅拌均匀，制得溶液a，控制氧化石墨烯、硝酸银和去离子水的用量比为0.1-0.2g∶0.5g∶20mL；55℃水浴下，将质量分数35%硝酸银溶液缓慢滴加至混合液b中，匀速搅拌并反应1h后离心，用去离子水洗涤三次后再次加入去离子水，混合均匀，滴加溶液a，继续反应1h，离心、洗涤、烘干，450℃下煅烧2h，制得掺杂银粉，溶液a、硝酸银溶液和混合液b的体积比为2∶2.5-3∶3。
以硝酸银为原料，通过液相还原法制备出银粒子，而且在银粒子合成过程中加入了氧化石墨烯，通过氧化石墨烯和银粒子之间的静电作用将氧化石墨烯引入银粒子表面，能够解决单一共混导致相互之间作用力不强的问题，通过引入氧化石墨烯一方面能够增加银粒子之间的接触，通过与银粒子之间的紧密接触导致的强相互作用能够提高电子在银粒子界面的转移效率，而且引入的氧化石墨烯能够填充银粉之间的空隙，进一步提高导电性能。
进一步地，所述混合液b为阿拉伯树胶、抗坏血酸和去离子水按照0.12-0.15g∶9-10mmol∶30mL的用量比混合而成。
进一步地，所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯按照1∶1∶1的体积比混合而成。
进一步地，所述触变剂为氢化蓖麻油、气相二氧化硅和聚乙烯蜡中的一种或多种以任意比例混合而成，所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂（Dumeen TDO），所述的双酚A环氧树脂为E44。
所述固化剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将2，6-二氨基嘌呤加入无水甲醇中，超声30min后边搅拌边缓慢加入环氧氯丙烷和氢氧化钠，升温至85℃，回流反应72h，反应结束后冷却至室温，制得中间体，控制2，6-二氨基嘌呤、环氧氯丙烷和无水甲醇的用量比为1-1.2mmol∶5-8mmol∶30mL，氢氧化钠的用量为2，6-二氨基嘌呤重量的10-15%；
步骤S1中2，6-二氨基嘌呤上的氨基与环氧氯丙烷反应，在2，6-二氨基嘌呤结构上引入了环氧基，生成中间体。
步骤S2、将制得的中间体和乙二胺加入无水甲醇中，升温至85℃，保温反应24h，制得固化剂，控制中间体、乙二胺和无水甲醇的用量比为0.8-1mmol∶4-5mmol∶30mL。
步骤S2中中间体上的环氧基与乙二胺上的氨基反应，制备出固化剂，该固化剂以2，6-二氨基嘌呤作为基体，引入多个叔胺官能团，能够促进环氧树脂按阴离子聚合机理进行固化，极大的缩短固化时间，而且结构中的羟基在双酚A型环氧树脂的固化过程也能够参与固化，进一步提高固化效率，此外2，6-二氨基嘌呤分子本身的大共轭平面与石墨烯之间存在的π-π作用而紧密结合，解决了碳材料间存在强烈的π-π相互作用，极易团聚沉降的问题，进而能够提高石墨烯分散性，防止聚集，提高印刷的均匀性。
一种用于HJT电池的高导电银浆的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将双酚A环氧树脂、触变剂和分散剂加入溶剂中，搅拌均匀，制得混合液；
第二步、将掺杂银粉和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制6遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得高导电银浆。
本发明的有益效果：
本发明制备出一种导电银浆，以掺杂银粉作为原料，能够提高导电性能，该掺杂银粉在制备过程中以硝酸银为原料，通过液相还原法制备出银粒子，而且在银粒子合成过程中加入了氧化石墨烯，通过氧化石墨烯和银粒子之间的静电作用将氧化石墨烯引入银粒子表面，能够解决单一共混导致相互之间作用力不强的问题，通过引入氧化石墨烯一方面能够增加银粒子之间的接触，通过与银粒子之间的紧密接触导致的强相互作用能够提高电子在银粒子界面的转移效率，而且引入的氧化石墨烯能够填充银粉之间的空隙，进一步提高导电性能。
本发明还制备出一种固化剂，该固化剂以2，6-二氨基嘌呤作为基体，引入多个叔胺官能团，能够促进环氧树脂按阴离子聚合机理进行固化，极大的缩短固化时间，而且结构中的羟基在双酚A型环氧树脂的固化过程也能够参与固化，进一步提高固化效率，而且2，6-二氨基嘌呤分子本身的大共轭平面与石墨烯之间存在的π-π作用而紧密结合，解决了石墨烯间存在强烈的π-π相互作用，极易团聚沉降的问题，进而能够提高掺杂银粉的分散性，防止聚集，提高印刷性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种用于HJT电池的高导电银浆，包括如下重量份原料：80份掺杂银粉，5份溶剂，3.2份双酚A环氧树脂，0.5份固化剂，1.5份触变剂，1.5份分散剂；
该用于HJT电池的高导电银浆的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将双酚A环氧树脂、触变剂和分散剂加入溶剂中，搅拌均匀，制得混合液；
第二步、将掺杂银粉和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制6遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得高导电银浆。
所述掺杂银粉包括如下步骤制成：
将Hummer’s法制备出的氧化石墨烯加入去离子水中，搅拌均匀后加入硝酸银，搅拌2h后加入去离子水，搅拌均匀，制得溶液a，控制氧化石墨烯、硝酸银和去离子水的用量比为0.1g∶0.5g∶20mL；55℃水浴下，将质量分数35%硝酸银溶液缓慢滴加至混合液b中，匀速搅拌并反应1h后离心，用去离子水洗涤三次后再次加入去离子水，混合均匀，滴加溶液a，继续反应1h，离心、洗涤、烘干，450℃下煅烧2h，制得掺杂银粉，溶液a、硝酸银溶液和混合液b的体积比为2∶2.5∶3。
所述混合液b为阿拉伯树胶、抗坏血酸和去离子水按照0.12g∶9mmol∶30mL的用量比混合而成。
所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯按照1∶1∶1的体积比混合而成，所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂Dumeen TDO，所述触变剂为氢化蓖麻油，所述的双酚A环氧树脂为E44。
所述固化剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将2，6-二氨基嘌呤加入无水甲醇中，超声30min后边搅拌边缓慢加入环氧氯丙烷和氢氧化钠，升温至85℃，回流反应72h，反应结束后冷却至室温，制得中间体，控制2，6-二氨基嘌呤、环氧氯丙烷和无水甲醇的用量比为1mmol∶5mmol∶30mL，氢氧化钠的用量为2，6-二氨基嘌呤重量的10-15%；
步骤S2、将制得的中间体和乙二胺加入无水甲醇中，升温至85℃，保温反应24h，制得固化剂，控制中间体、乙二胺和无水甲醇的用量比为0.8mmol∶4mmol∶30mL。
实施例2：一种用于HJT电池的高导电银浆，包括如下重量份原料：82份掺杂银粉，6份溶剂，4份双酚A环氧树脂，0.8份固化剂，2份触变剂，2份分散剂；
该用于HJT电池的高导电银浆的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将双酚A环氧树脂、触变剂和分散剂加入溶剂中，搅拌均匀，制得混合液；
第二步、将掺杂银粉和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制6遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得高导电银浆。
所述掺杂银粉包括如下步骤制成：
将Hummer’s法制备出的氧化石墨烯加入去离子水中，搅拌均匀后加入硝酸银，搅拌2h后加入去离子水，搅拌均匀，制得溶液a，控制氧化石墨烯、硝酸银和去离子水的用量比为00.2g∶0.5g∶20mL；55℃水浴下，将质量分数35%硝酸银溶液缓慢滴加至混合液b中，匀速搅拌并反应1h后离心，用去离子水洗涤三次后再次加入去离子水，混合均匀，滴加溶液a，继续反应1h，离心、洗涤、烘干，450℃下煅烧2h，制得掺杂银粉，溶液a、硝酸银溶液和混合液b的体积比为2∶2.8∶3。
所述混合液b为阿拉伯树胶、抗坏血酸和去离子水按照0.12g∶9mmol∶30mL的用量比混合而成。
所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯按照1∶1∶1的体积比混合而成，所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂Dumeen TDO，所述触变剂为氢化蓖麻油，所述的双酚A环氧树脂为E44。
所述固化剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将2，6-二氨基嘌呤加入无水甲醇中，超声30min后边搅拌边缓慢加入环氧氯丙烷和氢氧化钠，升温至85℃，回流反应72h，反应结束后冷却至室温，制得中间体，控制2，6-二氨基嘌呤、环氧氯丙烷和无水甲醇的用量比为1.1mmol∶6mmol∶30mL，氢氧化钠的用量为2，6-二氨基嘌呤重量的10-15%；
步骤S2、将制得的中间体和乙二胺加入无水甲醇中，升温至85℃，保温反应24h，制得固化剂，控制中间体、乙二胺和无水甲醇的用量比为0.9mmol∶4.5mmol∶30mL。
实施例3：一种用于HJT电池的高导电银浆，包括如下重量份原料：85份掺杂银粉，8份溶剂，5.5份双酚A环氧树脂，1.2份固化剂，3份触变剂，2.5份分散剂；
该用于HJT电池的高导电银浆的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将双酚A环氧树脂、触变剂和分散剂加入溶剂中，搅拌均匀，制得混合液；
第二步、将掺杂银粉和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制6遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得高导电银浆。
所述掺杂银粉包括如下步骤制成：
将Hummer’s法制备出的氧化石墨烯加入去离子水中，搅拌均匀后加入硝酸银，搅拌2h后加入去离子水，搅拌均匀，制得溶液a，控制氧化石墨烯、硝酸银和去离子水的用量比为0.2g∶0.5g∶20mL；55℃水浴下，将质量分数35%硝酸银溶液缓慢滴加至混合液b中，匀速搅拌并反应1h后离心，用去离子水洗涤三次后再次加入去离子水，混合均匀，滴加溶液a，继续反应1h，离心、洗涤、烘干，450℃下煅烧2h，制得掺杂银粉，溶液a、硝酸银溶液和混合液b的体积比为2∶3∶3。
所述混合液b为阿拉伯树胶、抗坏血酸和去离子水按照0.12g∶9mmol∶30mL的用量比混合而成。
所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯按照1∶1∶1的体积比混合而成，所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂Dumeen TDO，所述触变剂为氢化蓖麻油，所述的双酚A环氧树脂为E44。
所述固化剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将2，6-二氨基嘌呤加入无水甲醇中，超声30min后边搅拌边缓慢加入环氧氯丙烷和氢氧化钠，升温至85℃，回流反应72h，反应结束后冷却至室温，制得中间体，控制2，6-二氨基嘌呤、环氧氯丙烷和无水甲醇的用量比为1.2mmol∶8mmol∶30mL，氢氧化钠的用量为2，6-二氨基嘌呤重量的15%；
步骤S2、将制得的中间体和乙二胺加入无水甲醇中，升温至85℃，保温反应24h，制得固化剂，控制中间体、乙二胺和无水甲醇的用量比为1mmol∶5mmol∶30mL。
对比例1：本对比例与实施例3相比，用市售银粉代替本发明掺杂银粉，其余同实施例3。
对比例2：本对比例与实施例3相比，用银粉和石墨烯按照10∶1的重量比混合后代替掺杂银粉，其余同实施例3。
对比例3：本对比例为市售某公司生产的环氧树脂T-31固化剂代替本发明固化剂，其余同实施例3。
将实施例1-实施例3和对比例1-对比例3制备出的导电浆料通过丝网印刷至HJT电池的TCO表面上，在180℃下烘烤30min，银浆在TCO表面固化形成电极，采用TLM法测试接触电阻率，使用3D显微镜测量线宽，结果如表1所示：
表1
从上表1中能够看出本发明实施例1-实施例3制备出的导电银浆具有更低的接触电阻率，而且细栅宽度更细，印刷性能更好，对光的遮挡少。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于HJT电池的高导电银浆，其特征在于，包括如下重量份原料：80-85份掺杂银粉，5-8份溶剂，3.2-5.5份双酚A环氧树脂，0.5-1.2份固化剂，1.5-3份触变剂，1.5-2.5份分散剂；
所述掺杂银粉包括如下步骤制成：
将Hummer’s法制备出的氧化石墨烯加入去离子水中，搅拌均匀后加入硝酸银，搅拌2h后加入去离子水，搅拌均匀，制得溶液a；55℃水浴下，将质量分数35%硝酸银溶液缓慢滴加至混合液b中，匀速搅拌并反应1h后离心，用去离子水洗涤三次后再次加入去离子水，混合均匀，滴加溶液a，继续反应1h，离心、洗涤、烘干，450℃下煅烧2h，制得掺杂银粉；所述混合液b为阿拉伯树胶、抗坏血酸和去离子水按照0.12-0.15g∶9-10mmol∶30mL的用量比混合而成；
所述固化剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将2，6-二氨基嘌呤加入无水甲醇中，超声30min后边搅拌边缓慢加入环氧氯丙烷和氢氧化钠，升温至85℃，回流反应72h，反应结束后冷却至室温，制得中间体；步骤S2、将制得的中间体和乙二胺加入无水甲醇中，升温至85℃，保温反应24h，制得固化剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于HJT电池的高导电银浆，其特征在于，溶液a中控制氧化石墨烯、硝酸银和去离子水的用量比为0.1-0.2g∶0.5g∶20mL，溶液a、硝酸银溶液和混合液b的体积比为2∶2.5-3∶3。
3.根据权利要求1所述的一种用于HJT电池的高导电银浆，其特征在于，所述溶剂为松油醇、二乙二醇二甲基醚和二乙二醇丁醚醋酸酯按照1∶1∶1的体积比混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种用于HJT电池的高导电银浆，其特征在于，所述触变剂为氢化蓖麻油、气相二氧化硅和聚乙烯蜡中的一种或多种以任意比例混合而成，所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂，所述的双酚A环氧树脂为E44。
5.根据权利要求1所述的一种用于HJT电池的高导电银浆，其特征在于，步骤S1中控制2，6-二氨基嘌呤、环氧氯丙烷和无水甲醇的用量比为1-1.2mmol∶5-8mmol∶30mL，氢氧化钠的用量为2，6-二氨基嘌呤重量的10-15%，步骤S2中控制中间体、乙二胺和无水甲醇的用量比为0.8-1mmol∶4-5mmol∶30mL。
6.一种如权利要求1所述的用于HJT电池的高导电银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、将双酚A环氧树脂、触变剂和分散剂加入溶剂中，搅拌均匀，制得混合液；
第二步、将掺杂银粉和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制6遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得高导电银浆。
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