CN118841206B - 一种低密度导电银浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低密度导电银浆及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域，包括如下重量份原料：80‑90银粉，3‑5份石墨烯，2.5‑3.8份有机树脂，0.5‑1份固化剂，5‑10份溶剂，1.5‑3份触变剂，1.5‑2.5份分散剂；固化剂在结构上不仅具有用于环氧树脂固化用的巯基，而且参与固化后剩余的巯基也能够与纳米银产生巯‑银相互作用进而防止银迁移，此外中间体上的苯并咪唑上仲胺和叔胺提高环氧树脂固化反应速度，从而缩短固化时间，保证体系能够在低温下快速固化，苯并咪唑的大共轭平面与石墨烯之间存在的π‑π作用而紧密结合，进而能够提高石墨烯分散性，防止聚集，提高印刷性能。

Description

一种低密度导电银浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种低密度导电银浆及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是通过光生伏打效应将太阳光能直接转化为电能的光电装置，传统太阳能电池为晶体硅太阳能电池，近年来推出了一种异质结（HeterojunctionwithIntrinsic Thin-layer，简称HIT）太阳能电池，HJT电池具有对称的双面结构，中间为N型单晶硅并经制绒清洗，然后在其正面通过等离子体增强化学气相沉积法依次沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜，形成P-N结，而后在单晶硅背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜，形成背表面场；由于非晶硅的导电性不佳，因此再在电池两侧通过物理气相沉积或反应等离子体沉积法分别沉积透明导电氧化物薄膜（TCO）来进行导电，最后通过丝网印刷技术将导电银浆在TCO薄膜层上印制成“H型”的主栅及细栅格线固化形成双面接触电极，异质结太阳能电池的生产流程相对简单，工艺温度低，可以适应薄片化，因此可以大幅度降低电池片的制造成本，此外异质结太阳能电池还具有双面发电的特性，因此成为太阳能电池的主要发展方向。

由于异质结太阳能电池中含有非晶硅钝化层，因此不能耐受高温，所以不能使用常规太阳能电池片用的太阳能浆料，必须使用在低温下固化的低温固化浆料，目前使用的低温固化浆料主要为环氧基含银的低温浆料，为了降低浆料的体积电阻率其银粉添加量通常需要达到90%，这样就使低温浆料成本过高，不利于异质结太阳能电池的大规模推广。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种低密度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：

一种低密度导电银浆，包括如下重量份原料：80-90银粉，3-5份石墨烯，2.5-3.8份有机树脂，0.5-1份固化剂，5-10份溶剂，1.5-3份触变剂，1.5-2.5份分散剂；

所述固化剂通过如下步骤制成：

步骤S1、将苯并咪唑和环氧氯丙烷加入体积分数30-40%乙醇水溶液中，匀速搅拌并升温至60-80℃，保温反应2-4h，反应结束后滴加质量分数10%的氢氧化钠水溶液，升温至70-90℃，保温反应4-6h，反应结束后分液除去盐水，用去离子水洗涤后旋蒸除去溶剂，制得中间体，控制苯并咪唑、环氧氯丙烷和氢氧化钠的摩尔比为1-2mmol：5-10mmol：3-5mmol，环氧氯丙烷和乙醇水溶液的体积比为1：10；

步骤S1中苯并咪唑先与环氧氯丙烷上的环氧基发生开环反应，之后在碱性条件下重新成环，制备出中间体；

步骤S2、将制得的中间体和季戊四醇四巯基乙酸酯加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌并加入2，4，6-三(二甲氨基甲基)，磁力搅拌并反应4-6h，反应结束后制备的固化剂，控制中间体、季戊四醇四巯基乙酸酯和N，N-二甲基甲酰胺用量比为1-1.5mmol：1-1.5mmol：10mL，N，N-二甲基甲酰胺的用量为中间体1重量的10-15%。

步骤S2中2，4，6-三(二甲氨基甲基)作为促进剂，中间体上的环氧基和季戊四醇四巯基乙酸酯上的巯基反应，进而制备出固化剂，该固化剂在结构上不仅具有用于环氧树脂固化用的巯基，而且参与固化后剩余的巯基也能够与纳米银产生巯-银相互作用进而防止纳米银迁移，此外中间体上的苯并咪唑上仲胺和叔胺提高环氧树脂固化反应速度，从而缩短固化时间，保证体系能够在低温下快速固化，苯并咪唑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。

进一步地，所述有机树脂为双酚A环氧树脂E44。

进一步地，所述溶剂为丁基缩水甘油醚、乙酸乙酯和苯甲醇种的一种或几种按任意比例混合而成。

进一步地，所述触变剂为氢化蓖麻油，所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂。

一种低密度导电银浆的制备方法，包括如下步骤：

第一步、将有机树脂、触变剂和分散剂加入溶剂中，搅拌均匀，制得混合液；

第二步、将银粉、石墨烯和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制5-6遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得低密度导电银浆。

本发明的有益效果：

本发明制备出一种低密度导电银浆，以银粉和石墨烯作为导电粒子，石墨烯一方面能够增加银粉之间的接触，通过与银粉之间的紧密接触导致的强相互作用能够提高电子在银粉界面的转移效率，而且引入的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，苯并咪唑先与环氧氯丙烷上的环氧基发生开环反应，之后在碱性条件下重新成环，制备出中间体，之后通过中间体上的环氧基和季戊四醇四巯基乙酸酯上的巯基反应，进而制备出固化剂，该固化剂在结构上不仅具有用于环氧树脂固化用的巯基，而且参与固化后剩余的巯基也能够与纳米银产生巯-银相互作用进而防止银迁移，此外中间体上的苯并咪唑上仲胺和叔胺提高环氧树脂固化反应速度，从而缩短固化时间，保证体系能够在低温下快速固化，苯并咪唑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，极易团聚的问题，进而能够提高石墨烯分散性，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1：一种低密度导电银浆，包括如下重量份原料：80银粉，3份石墨烯，2.5份双酚A环氧树脂E44，0.5份固化剂，5份丁基缩水甘油醚，1.5份氢化蓖麻油，1.5份分散剂。

所述低密度导电银浆通过如下步骤制成：

第一步、将双酚A环氧树脂E44、氢化蓖麻油和分散剂加入丁基缩水甘油醚中，搅拌均匀，制得混合液；

第二步、将银粉、石墨烯和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制5遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得低密度导电银浆。

所述固化剂通过如下步骤制成：

步骤S1、将苯并咪唑和环氧氯丙烷加入体积分数30%乙醇水溶液中，匀速搅拌并升温至60℃，保温反应2h，反应结束后滴加质量分数10%的氢氧化钠水溶液，升温至70℃，保温反应4h，反应结束后分液除去盐水，用去离子水洗涤后旋蒸除去溶剂，制得中间体，控制苯并咪唑、环氧氯丙烷和氢氧化钠的摩尔比为1mmol：5mmol：3mmol，环氧氯丙烷和乙醇水溶液的体积比为1：10；

步骤S2、将制得的中间体和季戊四醇四巯基乙酸酯加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌并加入2，4，6-三(二甲氨基甲基)，磁力搅拌并反应6h，反应结束后制备的固化剂，控制中间体、季戊四醇四巯基乙酸酯和N，N-二甲基甲酰胺用量比为1mmol：1mmol：10mL，N，N-二甲基甲酰胺的用量为中间体1重量的10%。

所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂Dumeen TDO。

实施例2：一种低密度导电银浆，包括如下重量份原料：85银粉，4份石墨烯，2.8份双酚A环氧树脂E44，0.6份固化剂，6份乙酸乙酯，2份氢化蓖麻油，1.8份分散剂。

所述低密度导电银浆通过如下步骤制成：

第一步、将双酚A环氧树脂E44、氢化蓖麻油和分散剂加入乙酸乙酯中，搅拌均匀，制得混合液；

第二步、将银粉、石墨烯和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制5遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得低密度导电银浆。

所述固化剂通过如下步骤制成：

步骤S1、将苯并咪唑和环氧氯丙烷加入体积分数30%乙醇水溶液中，匀速搅拌并升温至65℃，保温反应2h，反应结束后滴加质量分数10%的氢氧化钠水溶液，升温至75℃，保温反应5h，反应结束后分液除去盐水，用去离子水洗涤后旋蒸除去溶剂，制得中间体，控制苯并咪唑、环氧氯丙烷和氢氧化钠的摩尔比为1.5mmol：6mmol：3mmol，环氧氯丙烷和乙醇水溶液的体积比为1：10；

步骤S2、将制得的中间体和季戊四醇四巯基乙酸酯加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌并加入2，4，6-三(二甲氨基甲基)，磁力搅拌并反应4-6h，反应结束后制备的固化剂，控制中间体、季戊四醇四巯基乙酸酯和N，N-二甲基甲酰胺用量比为1.2mmol：1.2mmol：10mL，N，N-二甲基甲酰胺的用量为中间体1重量的12%。

所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂。

实施例3

一种低密度导电银浆，包括如下重量份原料：88银粉，4份石墨烯，3.5份双酚A环氧树脂E44，0.8份固化剂，8份苯甲醇，2.5份氢化蓖麻油，2份分散剂。

所述低密度导电银浆通过如下步骤制成：

第一步、将双酚A环氧树脂E44、氢化蓖麻油和分散剂加入苯甲醇中，搅拌均匀，制得混合液；

第二步、将银粉、石墨烯和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制5-6遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得低密度导电银浆。

所述固化剂通过如下步骤制成：

步骤S1、将苯并咪唑和环氧氯丙烷加入体积分数40%乙醇水溶液中，匀速搅拌并升温至70℃，保温反应4h，反应结束后滴加质量分数10%的氢氧化钠水溶液，升温至90℃，保温反应6h，反应结束后分液除去盐水，用去离子水洗涤后旋蒸除去溶剂，制得中间体，控制苯并咪唑、环氧氯丙烷和氢氧化钠的摩尔比为1.8mmol：8mmol：5mmol，环氧氯丙烷和乙醇水溶液的体积比为1：10；

步骤S2、将制得的中间体和季戊四醇四巯基乙酸酯加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌并加入2，4，6-三(二甲氨基甲基)，磁力搅拌并反应4-6h，反应结束后制备的固化剂，控制中间体、季戊四醇四巯基乙酸酯和N，N-二甲基甲酰胺用量比为1.4mmol：1.4mmol：10mL，N，N-二甲基甲酰胺的用量为中间体1重量的14%。

所述触变剂为氢化蓖麻油，所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂。

实施例4

一种低密度导电银浆，包括如下重量份原料：90银粉，5份石墨烯，3.8份双酚A环氧树脂E44，1份固化剂，10份丁基缩水甘油醚，3份氢化蓖麻油，2.5份分散剂。

所述低密度导电银浆通过如下步骤制成：

第一步、将双酚A环氧树脂E44、氢化蓖麻油和分散剂加入丁基缩水甘油醚中，搅拌均匀，制得混合液；

第二步、将银粉、石墨烯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，制得低密度导电银浆。

所述固化剂通过如下步骤制成：

步骤S1、将苯并咪唑和环氧氯丙烷加入体积分数40%乙醇水溶液中，匀速搅拌并升温至80℃，保温反应4h，反应结束后滴加质量分数10%的氢氧化钠水溶液，升温至90℃，保温反应6h，反应结束后分液除去盐水，用去离子水洗涤后旋蒸除去溶剂，制得中间体，控制苯并咪唑、环氧氯丙烷和氢氧化钠的摩尔比为2mmol：10mmol：5mmol，环氧氯丙烷和乙醇水溶液的体积比为1：10；

步骤S2、将制得的中间体和季戊四醇四巯基乙酸酯加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌并加入2，4，6-三(二甲氨基甲基)，磁力搅拌并反应4-6h，反应结束后制备的固化剂，控制中间体、季戊四醇四巯基乙酸酯和N，N-二甲基甲酰胺用量比为1.5mmol：1.5mmol：10mL，N，N-二甲基甲酰胺的用量为中间体1重量的15%。

所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂。

对比例1：本对比例与实施例1相比，用聚醚胺D230作为固化剂，其余同实施例1。

对比例2：本对比例与实施例1相比，用季戊四醇四巯基乙酸酯和2，4，6-三(二甲氨基甲基)作为固化剂，制备方法如下所示：

一种低密度导电银浆，包括如下重量份原料：80银粉，3份石墨烯，2.5份双酚A环氧树脂E44，0.4份季戊四醇四巯基乙酸酯，0.1份2，4，6-三(二甲氨基甲基)，5份丁基缩水甘油醚，1.5份氢化蓖麻油，1.5份分散剂。

所述低密度导电银浆通过如下步骤制成：

第一步、将双酚A环氧树脂E44、氢化蓖麻油和分散剂加入丁基缩水甘油醚中，搅拌均匀，制得混合液；

第二步、将银粉、石墨烯、季戊四醇四巯基乙酸酯和2，4，6-三(二甲氨基甲基)加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制5遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得低密度导电银浆。

将实施例1-实施例4和对比例1-对比例2制备出的导电浆料通过丝网印刷至HJT电池的TCO表面上，在110℃下进行固化，记录固化时间，固化后采用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4制备出的导电银浆能够快速固化，而且导电性能优异，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 (7)

1.一种低密度导电银浆，其特征在于，包括如下重量份原料：80-90银粉，3-5份石墨烯，2.5-3.8份有机树脂，0.5-1份固化剂，5-10份溶剂，1.5-3份触变剂，1.5-2.5份分散剂；

所述固化剂通过如下步骤制成：

步骤S1、将苯并咪唑和环氧氯丙烷加入体积分数30-40%乙醇水溶液中，匀速搅拌并升温至60-80℃，保温反应2-4h，反应结束后滴加质量分数10%的氢氧化钠水溶液，升温至70-90℃，保温反应4-6h，制得中间体；

步骤S2、将制得的中间体和季戊四醇四巯基乙酸酯加入N，N-二甲基甲酰胺中，匀速搅拌并加入2，4，6-三(二甲氨基甲基)，磁力搅拌并反应4-6h，反应结束后制备的固化剂。

2.根据权利要求1所述的一种低密度导电银浆，其特征在于，所述有机树脂为双酚A环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的一种低密度导电银浆，其特征在于，所述溶剂为丁基缩水甘油醚、乙酸乙酯和苯甲醇中的一种或几种按任意比例混合而成。

4.根据权利要求1所述的一种低密度导电银浆，其特征在于，所述触变剂为氢化蓖麻油，所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂。

5.根据权利要求1所述的一种低密度导电银浆，其特征在于，步骤S1中控制苯并咪唑、环氧氯丙烷和氢氧化钠的摩尔比为1-2mmol：5-10mmol：3-5mmol，环氧氯丙烷和乙醇水溶液的体积比为1：10。

6.根据权利要求1所述的一种低密度导电银浆，其特征在于，步骤S2中控制中间体、季戊四醇四巯基乙酸酯和N，N-二甲基甲酰胺用量比为1-1.5mmol：1-1.5mmol：10mL，N，N-二甲基甲酰胺的用量为中间体重量的10-15%。

7.一种如权利要求1-6任一项所述低密度导电银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、将有机树脂、触变剂和分散剂加入溶剂中，搅拌均匀，制得混合液；

第二步、将银粉、石墨烯和固化剂加入混合液中搅拌2h，之后放入三辊机上轧制5-6遍，当刮板细度小于10μm时过滤，制得低密度导电银浆。