CN112435773B - 一种异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料及其制备方法 - Google Patents
一种异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种异质结（HIT）太阳能电池用低温导电纳米浆料及其制备方法，属于导电浆料制备技术领域。所述低温导电纳米浆料包括纳米银粉、纳米锡粉、纳米石墨粉、树脂、溶剂、助剂、触变剂和分散剂；各组分的质量百分比如下：纳米银粉：60‑70%；纳米锡粉：1‑20%；纳米石墨粉：1‑10%；树脂：5‑15%；溶剂：5‑15%；助剂：0.3‑0.5%；触变剂：0.1‑0.3%；分散剂：0.1‑0.3%。本发明创新性地使用纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉组合作为导电功能相制备HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料，制备出的HIT太阳能电池用低温纳米浆料，具有良好的性能，可有效提高HIT太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料及其制备方法，属于导电纳米浆料制备技术领域。
背景技术
由于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，同时具有双面发电的特性，因此成为太阳能电池的主流发展方向。但异质结太阳能电池中含有非晶硅钝化层，因此不能像常规太阳能电池一样耐受高温，必须使用在200℃以下固化的低温银浆。目前使用的低温固化银浆主要为环氧基类的低温银浆料，使用的银粉常为微米级且添加量通常需要达到90%，导致固化温度偏高，且由于银粉耗用量较大导致浆料成本高，同时在印刷过程中由于银粉颗粒粒径较大会存在一定的挂网现象。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料及其制备方法，该导电浆料由于采用纳米粒子作为导电功能相，因此固化温度低，且固化后导电性佳，与异质结电池的透明导电层有很好的粘接性，表现出良好的性能。
本发明创新性为：采用纳米银、纳米锡和纳米石墨粉颗粒的组合作为导电功能相制备导电浆料。
本发明提供了一种异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料，包括纳米银粉、纳米锡粉、纳米石墨粉、树脂、溶剂、助剂、触变剂和分散剂；各组分的质量百分比如下：
纳米银粉：60-70%；
纳米锡粉：1-20%；
纳米石墨粉：1-10%；
树脂：5-15%；
溶剂：5-15%；
助剂：0.3 - 0.5%；
触变剂：0.1 - 0.3%；
分散剂：0.1-0.3%。
本发明以纳米颗粒作为浆料的导电功能相，以树脂作为粘结相，与溶剂、助剂、触变剂及分散剂相结合制备异质结太阳能电池用导电浆料。该浆料导电性强，烧结温度低，成本低，不挂网。
上述方案中，所述的纳米银粉的粒径为最大粒径D100<300nm, 中值粒径D50<100nm；
所述的纳米锡粉的粒径为最大粒径D100<300nm, 中值粒径D50<100nm；
所述的纳米石墨粉的粒径最大粒径D100<300nm, 中值粒径D50<100nm。
进一步地，所述树脂为双酚A型环氧树脂和聚氨酯树脂预聚体质量比为1：1-1：3的混合物。
所述的溶剂为松油醇与二乙二醇丁醚醋酸酯或二乙二醇二丁醚质量比为1：1-1：5的混合物。
所述的助剂为三乙胺或二月桂酸二丁基锡。
所述的触变剂为气相二氧化硅或聚酰胺蜡。
所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮与聚乙烯醇或十六烷基三甲基溴化铵质量比为1：1-1：2的混合物。
本发明提供了上述异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将树脂与溶剂混合，加热至60-65℃，保温10分钟-40分钟，得到树脂溶液；
步骤2：取纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉备用，纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉的质量比例为60-70：1-20：1-10；
步骤3：将树脂溶液和分散剂分别按照纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉的质量比例分为第一份、第二份和第三份。
步骤4：将所述纳米银粉、第一份分散剂置于第一份树脂溶液中，搅拌均匀得到第一有机混合物；
步骤5：将所述纳米锡粉、第二份分散剂置于第二份树脂溶液中，搅拌均匀得到第二有机混合物；
步骤6：将所述纳米石墨粉、第三份分散剂置于第三份树脂溶液中，搅拌均匀得到第三有机混合物；
步骤7：依次将步骤4中得到的第一有机混合物、步骤5中得到的第二有机混合物、步骤6中得到的第三有机混合物在30-35℃下进行混合搅拌并加入助剂和触变剂混合均匀得到异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料。
本发明提供了上述异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料在异质结太阳能电池中的应用，所用低温导电纳米浆料固化温度可低至120℃以下，应用于异质结太阳能电池可有效降低电池片生产的工艺温度且导电性佳，可提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
本发明与现有技术相比，具体有益效果体现在：
（1）本发明采用纳米颗粒作为导电功能相，有效降低浆料的固化温度。
（2）本发明采用纳米锡和纳米石墨粉颗粒作为导电功能相的一部分，拓宽了导电功能相的原料范围，降低了银粉的用量，从而降低了浆料的生产成本。
（3）本发明制备出的HIT太阳能电池用低温纳米浆料，具有良好的性能，应用于异质结太阳能电池可低至120℃下固化，且固化后导电性佳，可提高电池的光电转换效率。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
纳米银粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为60%；纳米锡粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为10%；纳米石墨粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为10%；树脂（双酚A型环氧树脂和聚氨酯树脂预聚体质量比为1：1的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为10%，溶剂（松油醇与二乙二醇丁醚醋酸酯质量比为1：1的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为9%，助剂（三乙胺）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.5%，触变剂（气相二氧化硅）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.3%，分散剂（聚乙烯吡咯烷酮与聚乙烯醇质量比为1：1的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.2%。
具体制备过程如下：
将树脂与溶剂混合，加热至60℃，保温10分钟，得到树脂溶液。将树脂溶液和分散剂分别按照6:1:1的质量比例分为三份。将三份树脂溶液和分散剂分别与上述纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉混合并搅拌均匀得到第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物；依次将第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物在30℃下进行混合搅拌并加入助剂和触变剂混合均匀得到异质结太阳能电池低温导电纳米浆料。其性能如下：固化温度120℃，电阻率1.1* 10-5Ω·cm，附着力5B，硬度4H。
实施例二
纳米银粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为70%；纳米锡粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为1%；纳米石墨粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为9%；树脂（双酚A型环氧树脂和聚氨酯树脂预聚体质量比为1：2的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为9%，溶剂（松油醇与二乙二醇二丁醚质量比为1：3的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为10%，助剂（二月桂酸二丁基锡）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.4%，触变剂（气相二氧化硅）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.3%，分散剂（聚乙烯吡咯烷酮与十六烷基三甲基溴化铵质量比为1：2的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.3%。
具体制备过程如下：
将树脂与溶剂混合，加热至65℃，保温15分钟，得到树脂溶液。将树脂溶液和分散剂分别按照70:1:9的质量比例分为三份。将三份树脂溶液和分散剂分别与上述纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉混合并搅拌均匀得到第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物；依次将第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物在31℃下进行混合搅拌并加入助剂和触变剂混合均匀得到异质结太阳能电池低温导电纳米浆料。其性能如下：固化温度118℃，电阻率0.78* 10-5Ω·cm，附着力5B，硬度4H。
实施例三
纳米银粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为65%；纳米锡粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为5%；纳米石墨粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为10%；树脂（双酚A型环氧树脂和聚氨酯树脂预聚体质量比为1：3的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为9%，溶剂（松油醇与二乙二醇丁醚醋酸酯质量比为1：5的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为10%，助剂（三乙胺）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.4%，触变剂（气相二氧化硅）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.3%，分散剂（聚乙烯吡咯烷酮与聚乙烯醇质量比为1：2的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.3%。
具体制备过程如下：
将树脂与溶剂混合，加热至60℃，保温20分钟，得到树脂溶液。将树脂溶液和分散剂分别按照13:1:2的的质量比例分为三份。将三份树脂溶液和分散剂分别与上述纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉混合并搅拌均匀得到第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物；依次将第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物在35℃下进行混合搅拌并加入助剂和触变剂混合均匀得到异质结太阳能电池低温导电纳米浆料。其性能如下：固化温度115℃，电阻率1.1* 10-5Ω·cm，附着力5B，硬度4H。
实施例四
纳米银粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为67%；纳米锡粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为6%；纳米石墨粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为7%；树脂（双酚A型环氧树脂和聚氨酯树脂预聚体质量比为1：1.5的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为10%，溶剂（松油醇与二乙二醇二丁醚质量比为1：3的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为9.2%，助剂（二月桂酸二丁基锡）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.3%，触变剂（聚酰胺蜡）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.2%，分散剂（聚乙烯吡咯烷酮与聚乙烯醇质量比为1：1.5的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.3%。
具体制备过程如下：
将树脂与溶剂混合，加热至65℃，保温40分钟，得到树脂溶液。将树脂溶液和分散剂分别按照67:6:7的的质量比例分为三份。将三份树脂溶液和分散剂分别与上述纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉混合并搅拌均匀得到第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物；依次将第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物在33℃下进行混合搅拌并加入助剂和触变剂混合均匀得到异质结太阳能电池低温导电纳米浆料。其性能如下：固化温度110℃，电阻率0.8* 10-5Ω·cm，附着力5B，硬度4H。
实施例五
纳米银粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为64%；纳米锡粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为12%；纳米石墨粉在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为4%；树脂（双酚A型环氧树脂和聚氨酯树脂预聚体质量比为1：2.5的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为11%，溶剂（松油醇与二乙二醇二丁醚质量比为1：3的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为8.3%，助剂（三乙胺）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.4%，触变剂（聚酰胺蜡）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.2%，分散剂（聚乙烯吡咯烷酮与聚乙烯醇质量比为1：1.6的混合物）在HIT太阳能电池用低温导电纳米浆料中的质量百分比为0.1%。
具体制备过程如下：
将树脂与溶剂混合，加热至60℃，保温18分钟，得到树脂溶液。将树脂溶液和分散剂分别按照16:3:1的质量比例分为三份。将三份树脂溶液和分散剂分别与上述纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉混合并搅拌均匀得到第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物；依次将第一有机混合物、第二有机混合物和第三有机混合物在35℃下进行混合搅拌并加入助剂和触变剂混合均匀得到异质结太阳能电池低温导电纳米浆料。其性能如下：固化温度115℃，电阻率0.85* 10-5Ω·cm，附着力5B，硬度4H。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。
Claims (8)
1.一种异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料，其特征在于：包括纳米银粉、纳米锡粉、纳米石墨粉、树脂、溶剂、助剂、触变剂和分散剂；以纳米颗粒作为浆料的导电功能相，以树脂作为粘结相，与溶剂、助剂、触变剂及分散剂相结合制备异质结太阳能电池用导电浆料；
各组分的质量百分比如下：
纳米银粉：60-70%；
纳米锡粉：1-20%；
纳米石墨粉：1-10%；
树脂：5-15%；
溶剂：5-15%；
助剂：0.3 - 0.5%；
触变剂：0.1 - 0.3%；
分散剂：0.1-0.3%；
所述的异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将树脂与溶剂混合，加热至60-65℃，保温10分钟-40分钟，得到树脂溶液；
步骤2：取纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉备用，纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉的质量比例为60-70：1-20：1-10；
步骤3：将树脂溶液和分散剂分别按照纳米银粉、纳米锡粉和纳米石墨粉的质量比例60-70：1-20：1-10分为第一份、第二份和第三份；
步骤4：将所述纳米银粉、第一份分散剂置于第一份树脂溶液中，搅拌均匀得到第一有机混合物；
步骤5：将所述纳米锡粉、第二份分散剂置于第二份树脂溶液中，搅拌均匀得到第二有机混合物；
步骤6：将所述纳米石墨粉、第三份分散剂置于第三份树脂溶液中，搅拌均匀得到第三有机混合物；
步骤7：依次将步骤4中得到的第一有机混合物、步骤5中得到的第二有机混合物、步骤6中得到的第三有机混合物在30-35℃下进行混合搅拌并加入助剂和触变剂混合均匀得到异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料，其特征在于：所述的纳米银粉的粒径为最大粒径D100<300nm，中值粒径D50<100nm；
所述的纳米锡粉的粒径为最大粒径D100<300nm，中值粒径D50<100nm；
所述的纳米石墨粉的粒径最大粒径D100<300nm，中值粒径D50<100nm。
3.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料，其特征在于所述树脂为：双酚A型环氧树脂和聚氨酯树脂预聚体按质量比为1：1-1：3的混合物。
4.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料，其特征在于所述的溶剂为：松油醇与二乙二醇丁醚醋酸酯或二乙二醇二丁醚按质量比为1：1-1：5的混合物。
5.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料，其特征在于所述的助剂为三乙胺或二月桂酸二丁基锡。
6.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料，其特征在于所述的触变剂为气相二氧化硅或聚酰胺蜡。
7.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料，其特征在于所述的分散剂为：聚乙烯吡咯烷酮与聚乙烯醇或十六烷基三甲基溴化铵按质量比为1：1-1：2的混合物。
8.一种权利要求1~7任一项所述的异质结太阳能电池用低温导电纳米浆料在异质结太阳能电池中的应用，其特征在于：所用低温导电纳米浆料固化温度低至120℃以下，应用于异质结太阳能电池能有效降低电池片生产的工艺温度，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
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