CN102646484B

CN102646484B - 一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆的制备方法

Info

Publication number: CN102646484B
Application number: CN 201210115220
Authority: CN
Inventors: 刘明星; 张宇; 秦健
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology Changshu Research Institute Co Ltd
Current assignee: CHANGSHU HI-TECH INNOVATION SERVICE Co.,Ltd.
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: CN102646484A

Abstract

本发明是关于一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆的制备方法，本发明首先制得银铝粉分散液，然后经表面改性处理制得银铝粉胶体，将该表面改性处理过的银铝粉胶体与玻璃粘合剂和有机溶剂搅拌均匀，最后制得硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆。本发明采用共聚法对银铝粉进行表面改性，所制得导电银铝浆分散性能和导电性能优越。

Description

一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆的制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电银铝浆料，具体涉及一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆的制备方法。

技术背景

能源危机和环境污染问题促进了太阳能电池产业的快速发展。目前太阳能电池主要分为三大类：一是以单晶硅和多晶硅硅片为基础的晶体硅太阳能电池；二是硅基薄膜、铜铟硒和碲化镉薄膜太阳能电池、染料敏化和其它有机太阳能电池；三是包括量子阱、多能带、热载流子等新型太阳能电池，现还处于研究开发阶段。

晶体硅太阳能电池具有较高的转换效率，生产工艺比较成熟，但制造成本很高，企业需要依赖政府补贴。如何降低太阳能电池的制造成本和提高光电转化率是太阳能电池提高市场竞争力的重要手段。硅基薄膜太阳能电池和晶体硅太阳能电池的工作原理相同，只是结构略有差异，即硅基薄膜太阳能电池需要有衬底为依托，其中衬底可分为硬质衬底(如玻璃、不锈钢等)和柔性衬底(聚酰亚胺薄片、金属箔等)。以柔性材料为衬底的硅基薄膜太阳能电池在降低太阳能电池成本方面具有很大优势，可实现卷轴式大规模生产，其工艺简单，能耗低，生产效率高，是太阳能电池未来的重点发展方向。

硅基薄膜太阳能电池结构主要由衬底、透明电极层、光电转换层和背电极层组成。背电极层的作用是收集光电转换层中因光伏效应产生的光电子，并将这些光电子导出电池，因此背电极层也是直接关系到柔性薄膜太阳能电池的光电转换率的核心材料之一。背电极层主要由银、铝等金属膜或ITO、ZnO等金属氧化物膜构成。

中国专利(CN 101937933A)公开了一种高粘度太阳能电池背面电极银铝浆及其制备方法，其组分及重量百分比为：导电银铝粉75～85％；玻璃粘合剂2～10％；有机载体5.5～10％。其制备方法只是将银粉、铝粉及玻璃粘合剂混合，研磨至外观细腻，均匀无颗粒时再加入有机载体搅拌均匀，采用这种物理的方法对于银粉和铝粉的分散效果有限，势必会降低浆料的导电性能。

发明内容

本发明为了解决背景技术中存在的银粉和铝粉分散效果有限的问题而提供一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆的制备方法。

为实现本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明首先制得银铝粉分散液，然后经表面改性处理制得银铝粉胶体，将该表面改性处理过的银铝粉胶体与玻璃粘合剂和有机溶剂搅拌均匀，最后制得硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆。

一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆，其具体制备方法如下：

步骤1：将质量分数为0.05～0.2％的明胶加入到浓度为0.2摩尔/升的异丙醇溶液中，搅拌均匀，用浓度为0.0001摩尔/升的硝酸溶液调节体系pH值为2～5，其中明胶与异丙醇溶液质量之比为(0.05～0.2)∶1，在超声分散条件下，一边搅拌，一边向所制得的明胶溶液中加入银粉和铝粉，搅拌30～60分钟，制得银铝粉分散液，其中银粉与明胶溶液质量之比为(0.3～0.5)∶1，铝粉与明胶溶液质量之比为(0.1～0.3)∶1；

步骤2：一边搅拌，一边向步骤1所制得的银铝粉分散液中依次加入甲基乙烯基环硅氧烷单体、氯丁二烯单体，其中甲基乙烯基环硅氧烷与银铝粉分散液质量之比为(0.5～0.8)∶1，氯丁二烯单体与甲基乙烯基环硅氧烷单体质量之比为(0.2～0.5)∶1，接着加入乳化剂，其中乳化剂与甲基乙烯基环硅氧烷质量之比为(0.1～0.2)∶1，开始升温，保持体系温度70～85℃，搅拌30～60分钟，接着加入有机酸催化剂和过硫酸铵引发剂，保温反应2～4小时，其中催化剂与甲基乙烯基环硅氧烷质量之比为(0.04～0.1)∶1，过硫酸铵与甲基乙烯基环硅氧烷和氯丁二烯单体总质量之比为(0.5～1.5)∶1；

步骤3：将步骤2所制得的溶液经真空抽滤，脱水，制得表面改性处理的银铝粉胶体，将该经表面改性处理的银铝粉胶体与玻璃粘结剂、有机溶剂混合搅拌均匀，即得到硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆，其中银铝粉胶体与玻璃粘结剂的质量之比为：(5～8)∶1，有机溶剂与玻璃粘结剂的质量之比为：(0.5～0.8)∶1。

步骤1中所述的银粉和铝粉，其平均粒径为0.1～0.5μm；

步骤2中所述的甲基乙烯基环硅氧烷为三甲基三乙烯基环三硅氧烷或四甲基四乙烯基环四硅氧烷；所述的乳化剂为聚乙烯醇或辛基酚聚氧乙烯醚；所述的有机酸催化剂为十二烷基苯磺酸或对甲基苯磺酸；

步骤3中所述的玻璃粘结剂为Bi₂O₃、ZnO、Al₂O₃、SiO₂和TiO₂的混合物；所述的有机溶剂为丁酮或石油醚。

本发明的有益效果是：

1.本发明运用共聚法在有机硅分子链上接枝了聚氯丁二烯分子链段，增加了有机硅的交联度，同时聚氯丁二烯本身也具有良好的粘结性能，进一步提高了银铝粉胶体与玻璃粘结剂和有机溶剂之间的粘结性能，从而提高银铝浆的导电性能。

2.本发明将有机硅与氯丁二烯的反应物分散于银铝粉分散液中进行聚合反应，这更有利于银铝粉的分散性，从而提高银铝浆的导电性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例1

1.将20克明胶加入到100克异丙醇溶液中，搅拌均匀，用浓度为0.0001摩尔/升的硝酸溶液调节体系pH值为3，在超声分散条件下，一边搅拌，一边向所得的明胶溶液中加入60克银粉和36克铝粉，机械搅拌60分钟，制得改性银铝粉分散液；

2.取步骤1所制得的改性银铝粉分散液60克，一边搅拌，一边依次加入48克三甲基三乙烯基环三硅氧烷单体、24克氯丁二烯单体，接着加入9.6克聚乙烯醇，开始升温，保持体系温度85℃，搅拌60分钟，接着加入4.8克十二烷基苯磺酸和108克过硫酸铵引发剂，保温反应4小时，真空抽滤，脱水，制得表面改性处理的银铝粉胶体。

3.称取5克45％～54％Bi₂O₃、6.5％～9.5％ZnO、15％～20％Al₂O₃、6％～9％SiO₂和7.5％～12.0％TiO₂均匀混合物，加热至1000℃，保温1小时，然后倒入冷水中淬火，把淬火的物料球磨3小时，出料烘干，加入步骤2所制得的表面改性处理的银铝粉胶体40克，加入6克石油醚混合搅拌均匀，即得到硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆。

实施例2

1.将10克明胶加入到100克异丙醇溶液中，搅拌均匀，用浓度为0.0001摩尔/升的硝酸溶液调节体系pH值为2，在超声分散条件下，一边搅拌，一边向所得的明胶溶液中加入44克银粉和22克铝粉，机械搅拌60分钟，制得改性银铝粉分散液；

2.取步骤1所制得的改性银铝粉分散液40克，一边搅拌，一边依次加入24克四甲基四乙烯基环四硅氧烷单体、8克氯丁二烯单体，接着加入3.6克聚乙烯醇，开始升温，保持体系温度80℃，搅拌45分钟，接着加入1.2克对甲基苯磺酸和32克过硫酸铵引发剂，保温反应3小时，真空抽滤，脱水，制得表面改性处理的银铝粉胶体。

3.称取6克45％～54％Bi₂O₃、6.5％～9.5％ZnO、15％～20％Al₂O₃、6％～9％SiO₂和7.5％～12.0％TiO₂均匀混合物，加热至1000℃，保温1小时，然后倒入冷水中淬火，把淬火的物料球磨3小时，出料烘干，加入步骤2所制得的表面改性处理的银铝粉胶体40克，加入4克石油醚混合搅拌均匀，即得到硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆。

实施例3

1.将5克明胶加入到100克异丙醇溶液中，搅拌均匀，用浓度为0.0001摩尔/升的硝酸溶液调节体系pH值为5，在超声分散条件下，一边搅拌，一边向所得的明胶溶液中加入32克银粉和10克铝粉，机械搅拌30分钟，制得改性银铝粉分散液；

2.取步骤1所制得的改性银铝粉分散液30克，一边搅拌，一边依次加入15克四甲基四乙烯基环四硅氧烷单体、3克氯丁二烯单体，接着加入1.5克辛基酚聚氧乙烯醚，开始升温，保持体系温度70℃，搅拌30分钟，接着加入0.6克对甲基苯磺酸和9克过硫酸铵引发剂，保温反应2小时，真空抽滤，脱水，制得表面改性处理的银铝粉胶体。

3.称取6克45％～54％Bi₂O₃、6.5％～9.5％ZnO、15％～20％Al₂O₃、6％～9％SiO₂和7.5％～12.0％TiO₂均匀混合物，加热至1000℃，保温1小时，然后倒入冷水中淬火，把淬火的物料球磨3小时，出料烘干，加入步骤2所制得的表面改性处理的银铝粉胶体30克，加入3克丁酮混合搅拌均匀，即得到硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将质量分数为0.05~0.2%的明胶加入到浓度为0.2摩尔/升的异丙醇溶液中，搅拌均匀，用浓度为0.0001摩尔/升的硝酸溶液调节体系pH值为2~5，其中明胶与异丙醇溶液质量之比为(0.05~0.2):1，在超声分散条件下，一边搅拌，一边向所制得的明胶溶液中加入银粉和铝粉，搅拌30~60分钟，制得银铝粉分散液，其中银粉与明胶溶液质量之比为(0.3~0.5):1，铝粉与明胶溶液质量之比为(0.1~0.3):1；

步骤2：一边搅拌，一边向步骤1所制得的银铝粉分散液中依次加入甲基乙烯基环硅氧烷单体、氯丁二烯单体，其中甲基乙烯基环硅氧烷与银铝粉分散液质量之比为(0.5~0.8):1，氯丁二烯单体与甲基乙烯基环硅氧烷单体质量之比为(0.2~0.5):1，接着加入乳化剂，其中乳化剂与甲基乙烯基环硅氧烷质量之比为(0.1~0.2):1，开始升温，保持体系温度70~85℃，搅拌30~60分钟，接着加入十二烷基苯磺酸或对甲基苯磺酸有机酸催化剂和过硫酸铵引发剂，保温反应2~4小时，其中催化剂与甲基乙烯基环硅氧烷质量之比为(0.04~0.1):1，过硫酸铵与甲基乙烯基环硅氧烷和氯丁二烯单体总质量之比为(0.5~1.5):1；

步骤3：将步骤2所制得的溶液经真空抽滤，脱水，制得表面改性处理的银铝粉胶体，将该经表面改性处理的银铝粉胶体与玻璃粘结剂、有机溶剂混合搅拌均匀，即得到硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆，其中银铝粉胶体与玻璃粘结剂的质量之比为：(5~8):1，有机溶剂与玻璃粘结剂的质量之比为：（0.5~0.8）：1。

2.根据权利要求1所述的一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆的制备方法，其特征在于：步骤1所述的银粉和铝粉，其平均粒径为0.1~0.5μm。

3.根据权利要求1所述的一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆的制备方法，其特征在于：步骤2所述的甲基乙烯基环硅氧烷为三甲基三乙烯基环三硅氧烷或四甲基四乙烯基环四硅氧烷的一种；所述的乳化剂为聚乙烯醇或辛基酚聚氧乙烯醚的一种。

4.根据权利要求1所述的一种硅基薄膜太阳能电池用导电银铝浆的制备方法，其特征在于：步骤3所述的玻璃粘结剂为Bi₂O₃、ZnO、Al₂O₃、SiO₂和TiO₂的混合物；所述的有机溶剂为丁酮或石油醚的一种。