CN105845197A - 用于太阳能电池工艺的导电助剂及其导电浆料 - Google Patents
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Abstract
一种用于太阳能电池工艺的导电助剂及其导电浆料，所述导电助剂包含一导电碳材、一溶剂、一分散剂以及一消泡剂，所述导电碳材的成分比例介于1wt.％至20wt.％，所述溶剂的成分比例介于58wt.％至99wt.％，所述分散剂的成分比例介于0.1wt.％至20wt.％，所述消泡剂的成分比例<2wt.％，其中，所述导电碳材为纳米碳管或石墨烯。由于采用所述导电碳材，使所述导电助剂及所述导电浆料具有高导电性、结构稳定性以及低成本等特性，当制成所述导电浆料时，可降低导电银粉体所占比例，进而降低所需的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能电池的化学材料，尤其涉及一种用于太阳能电池工艺的导电助剂及使用所述导电助剂的导电浆料。
背景技术
能源一般分为耗竭性能源以及可再生能源两种，而现今所常用的原油、天然气、煤及铀等因矿产蕴藏有限，故属耗竭性能源，其消耗的速度远大于其再生速度，因此耗竭性能源一旦耗尽，将不能开采出更多的可用储备供将来使用，使得全世界面临能源短缺的危机；兼且，燃烧使用耗竭性能源时所排放出的二氧化碳，使得全球二氧化碳排放量日渐增加，二氧化碳所带來的负面温室效应，对地球气候生态形成严重影响，因此世界各国无不积极寻找替代原料。目前主要的再生能源包含太阳能、水力、风力及生质能源等，由于太阳光无污染、随处可得、取之不竭，且太阳能装置具有安全性及安装方便的特性，因此成为再生能源中最受瞩目的产业。
目前市场上最常见的太阳能电池为多晶硅太阳能电池，其结构包含一个用来作为电池的多晶硅半导体以及作为电极使用的导电浆，而导电浆的作用，是用来收集太阳能电池所产生的电能，再传输至电池外。导电浆料在太阳能模块的转换效率上扮演至为关键角色，可以使太阳能电池获得更高的转换效率。
太阳能电池用的导电浆包含了铝浆、银浆和银铝浆三种，银浆主要用來当做太阳能电池的正面电极，铝浆作为背面电极与电场增加电池转换效率，而银铝浆则应用于太阳能电池背面作为模块串連的导线。
然而，由于金属银属于消耗性的材料，其于自然界中的存量会随着使用量以及时间的增加而持续减少，其价格亦会随着存量减少而持续上扬。
以太阳能电池的成本结构中，浆料为除了硅晶圆外，影响太阳能电池成本最重要的材料，估计导电浆占电池的成本约10％的水准，而随着多晶硅价跌，未来导电浆占电池成本比重愈来愈高，因此，如何降低导电浆成本以及提升导电浆的导电率，便成了现今太阳能电池产业所面临的课题。
发明内容
本发明的主要目的，在于降低太阳能电池所需的工艺成本。
为达上述目的，本发明提供一种用于太阳能电池工艺的导电助剂，包括一导电碳材、一溶剂、一分散剂以及一消泡剂，所述导电碳材的成分比例介于1wt.％至20wt.％之间，且所述导电碳材选自于纳米碳管、石墨烯及其组合所组成的群组，所述溶剂的成分比例介于58wt.％至99wt.％之间，所述分散剂的成分比例介于0.1wt.％至20wt.％之间，所述消泡剂的成分比例<2wt.％。
为达上述目的，本发明更提供一种用于太阳能电池工艺的导电浆料，包含一如上述的用于太阳能电池工艺的导电助剂、一固化用树脂、一导电银粉体、一玻璃粉体、一触变剂以及一润湿剂，所述导电助剂的成分比例介于1wt.％至30wt.％之间，所述固化用树脂的成分比例介于3wt.％至10wt.％之间，所述导电银粉体的成分比例介于50wt.％至90wt.％之间，所述玻璃粉体的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％，所述触变剂的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间，所述润湿剂的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间。
综合上述，本发明具有以下特点：
一、由于所述导电助剂及所述导电浆料含有所述导电碳材，而纳米碳管、石墨烯兼具高导电性、结构稳定性的特性，故可部分取代现有太阳能工艺所惯用的导电银粉体。
二、因所述导电碳材取得方便，且材料成本低于导电银粉体，故可降低所需的工艺成本，且仍能维持应有的导电特性。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1，为本发明的太阳能电池工艺步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
本发明提供一种用于太阳能电池工艺的导电助剂及其导电浆料，所述导电助剂包含一导电碳材、一溶剂、一分散剂以及一消泡剂，所述导电碳材的成分比例介于1wt.％至20wt.％之间，所述溶剂的成分比例介于58wt.％至99wt.％之间，所述分散剂用以使所述导电碳材均匀分散于所述溶剂中且其成分比例介于0.1wt.％至20wt.％之间，所述消泡剂的成分比例<2wt.％，其中，所述导电碳材为纳米碳管、石墨烯或是两者的混合物。
于本发明的一实施例中，所述溶剂可选用醇、醇酯、萜烯类、松油醇、邻苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate,DBP)、丁基卡必醇、松节油、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇***醋酸酯、柠檬酸三丁酯、二乙二醇单丁醚乙酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯、二甲基乙酰胺(Dimethylacetamide,DMAC)、十二醇酯或柠檬酸三丁酯等化学溶剂，端视所述导电浆料内的化学原料的种类与极性来选择适合的溶剂，并不限于上述所提；所述分散剂可选用十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或胆盐(Sodium cholate,NaC)；而所述消泡剂则可选用聚乙烯醇硅酮共聚合物或非离子乙氧基全氟素界面活性剂。
此外，本发明更提供一种用于太阳能电池工艺的导电浆料，是使用上述的导电助剂，除包含所述导电助剂外，所述导电浆料还包含一固化用树脂、一导电银粉体、一玻璃粉体、一触变剂以及一润湿剂，所述导电助剂的成分比例介于1wt.％至30wt.％之间，所述固化用树脂的成分比例介于3wt.％至10wt.％之间，所述导电银粉体的成分比例介于50wt.％至90wt.％之间，所述玻璃粉体的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间，所述玻璃粉体的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间，所述润湿剂的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间。
于本发明的一实施例中，所述导电银粉体的平均粒径(D50)介于0.5微米至2微米之间，且形状可为球状或是片状，所述玻璃粉体的平均粒径(D50)介于500纳米至3微米之间，且所述玻璃粉体的玻璃转移温度(Glass TransitionTemperature,Tg)介于350℃至500℃之间，所述固化用树脂可选择乙基纤维素、聚甲基丙烯酸酯或是醇酸树脂，所述触变剂可选择氢化蓖麻油衍生物或是聚酰胺蜡，而所述润湿剂可选择十六醇、十八醇、山梨醇三油酸酯、卵磷脂或松油醇。
本发明更提供一种使用导电浆料制备太阳能电池的方法，其包含下列步骤：
S1：先将所述导电碳材、所述溶剂、所述分散剂以及所述消泡剂混合形成所述导电助剂，所述导电碳材的成分比例介于1wt.％至20wt.％之间，所述溶剂的成分比例介于58wt.％至99wt.％之间，所述分散剂的成分比例介于0.1wt.％至20wt.％之间，所述消泡剂的成分比例<2wt.％，且所述导电碳材为纳米碳管、石墨烯或是两者的混合物。
S2：将所述导电助剂与所述固化用树脂、所述导电银粉体、所述玻璃粉体、所述触变剂及所述润湿剂混合形成所述导电浆料，所述导电助剂的成分比例介于1wt.％至30wt.％之间，所述固化用树脂的成分比例介于3wt.％至10wt.％之间，所述导电银粉体的成分比例介于50wt.％至90wt.％之间，所述玻璃粉体的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间，所述玻璃粉体的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间，所述润湿剂的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间。
S3：将所述导电浆料涂布于一太阳能电池基板上，形成所述待处理太阳能基板。
S4：将所述待处理太阳能基板于一烧结炉中进行一第一烧结工艺，所述第一烧结工艺的气氛为空气。所述待处理太阳能基板是于所述烧结炉中被加热至一第一烧结温度，所述第一烧结温度介于200℃～500℃之间。于所述第一烧结工艺中，所述导电浆料中的有机物会与氧气反应而挥发去除。
S5：将所述待处理太阳能基板于所述烧结炉中进行一第二烧结工艺，所述第二烧结工艺的气氛为一真空环境。所述待处理太阳能基板是于所述烧结炉中被加热至一第二烧结温度，所述第二烧结温度介于500℃～1000℃之间。于所述第二烧结工艺下，由于所述第二烧结温度高于所述导电浆料的玻璃粉体的玻璃转移温度，因此所述玻璃粉体会开始融化，进而使得所述导电浆料内的所述导电银粉体及所述导电碳材融合而共同形成导电通路。
综上所述，本发明具有下列特点：
一、由于所述导电助剂及所述导电浆料含有所述导电碳材，而纳米碳管、石墨烯兼具高导电性、结构稳定性的特性，可部分取代现有太阳能工艺所惯用的导电银粉体，又因所述导电碳材取得方便，且材料成本低于导电银粉体，故可降低所需的工艺成本，且仍能维持应有的导电特性。
二、藉由所述第一烧结工艺与所述第二烧结工艺在温度以及环境上的不同，避免所述导电碳材在大气环境下因高温的烧结工艺而分解。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (11)
1.一种用于太阳能电池工艺的导电助剂，其特征在于，包含：
一导电碳材，所述导电碳材的成分比例介于1wt.％至20wt.％之间，其中所述导电碳材选自于纳米碳管、石墨烯及其组合所组成的群组；
一溶剂，所述溶剂的成分比例介于58wt.％至99wt.％之间；
一分散剂，所述分散剂的成分比例介于0.1wt.％至20wt.％之间；以及
一消泡剂，所述消泡剂的成分比例<2wt.％。
2.如权利要求1所述的用于太阳能电池工艺的导电助剂，其特征在于，所述溶剂选自于醇、醇酯、萜烯类、松油醇、邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、松节油、乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇***醋酸酯、柠檬酸三丁酯、二乙二醇单丁醚乙酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯、二甲基乙酰胺、十二醇酯以及柠檬酸三丁酯所组成的群组。
3.如权利要求1所述的用于太阳能电池工艺的导电助剂，其特征在于，所述分散剂选自于十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠以及胆盐所组成的群组。
4.如权利要求1所述的用于太阳能电池工艺的导电助剂，其特征在于，所述消泡剂选自于聚乙烯醇硅酮共聚合物或非离子乙氧基全氟素界面活性剂。
5.一种用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，包含：
一如权利要求1所述的用于太阳能电池工艺的导电助剂，所述导电助剂的成分比例介于1wt.％至30wt.％之间；
一固化用树脂，所述固化用树脂的成分比例介于3wt.％至10wt.％之间；
一导电银粉体，所述导电银粉体的成分比例介于50wt.％至90wt.％之间；
一玻璃粉体，所述玻璃粉体的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％；
一触变剂，所述触变剂的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间；以及
一润湿剂，所述润湿剂的成分比例介于0.5wt.％至5wt.％之间。
6.如权利要求5所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，所述导电银粉体的平均粒径介于0.5微米至2微米。
7.如权利要求5所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，所述导电银粉体的形状为球状或片状。
8.如权利要求5所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，所述玻璃粉体的平均粒径介于500纳米至3微米。
9.如权利要求5所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，所述固化用树脂选自于乙基纤维素、聚甲基丙烯酸酯以及醇酸树脂所组成的群组。
10.如权利要求5所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，所述触变剂选自于氢化蓖麻油衍生物及聚酰胺蜡的任一者。
11.如权利要求5所述的用于太阳能电池工艺的导电浆料，其特征在于，所述润湿剂选自于十六醇、十八醇、山梨醇三油酸酯、卵磷脂以及松油醇所组成的群组。
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