CN106887270A - 一种高宽比高的太阳能正面银浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高宽比高的太阳能正面银浆，其特征在于包括以下重量百分比的原料：导电相金属银粉82～90％、无机相玻璃粉1～3％、有机相载体7～15％；其中有机相载体由以下重量百分比的原料组成：增塑剂15～30％、乙基纤维素7～15％、触变剂1～15％、表面活性剂0～12％，其余为溶剂。本发明制备得到的银浆浆料丝网印刷性优良，印刷后的线条具有较高的高宽比。

Description

一种高宽比高的太阳能正面银浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种银浆制造技术领域，尤其是涉及一种丝网印刷性优良、印刷后线条具有较高高宽比的太阳能电池正银浆料。
背景技术
在太阳能电池中，一般选用丝网印刷工艺，将正面电极印刷至硅片上，经过干燥及烧结，形成金属电极。丝网印刷所需的成本少，利于实现太阳能电池工业化及规模化生产。这就要求太阳能正银浆料具有良好的丝网印刷性，在连续及长时间印刷时，浆料能保持稳定的粘度、优异的下网性，还需能保证印刷后的线条具有良好的塑形性及较高的高宽比。
适宜丝网印刷用的太阳能正面银浆一般由三部分组成：导电相，无机相，有机相。导电相为银粉，作为电极的导电物质；无机相为玻璃粉，在烧结的过程中，玻璃粉会融成玻璃液，使电极很好的粘连在硅片上；有机相为载体，粉体在载体中均匀的分散，载体起联接料的作用，并且提供浆料适宜的流变性，使浆料易于进行丝网印刷。
丝网印刷工艺要求太阳能正面银浆在印刷时，刮刀运行时，浆料的粘度迅速下降，这样可以保证印刷时，浆料回墨良好，墨膜可以均匀的铺在网版上，同时较低的粘度可以促使浆料更加容易的通过网版的网孔，使浆料具有优良的下网性。当浆料转移至硅片上后，同时要求浆料的结构可以迅速恢复，达到印刷后线条边缘清晰，高宽比高的效果。
但这里的结构并不是指浆料的粘度，因为如果浆料的粘度恢复过快，则印刷后的线条的“自流平”太弱，线条表面容易高低不平。栅线表面高低不同的线条通常具有较高的串联电阻与较低的短路电流，影响转化率。并且如果浆料的粘度恢复过快，印刷后的线条容易产生“葫芦节”现象，即栅线线条为一段段不甚连续的线条，易造成断栅。
这里结构指的是浆料的三维网络结构，当浆料的结构恢复速度较快时，浆料转移至硅片上，其三维网络结构迅速恢复，则线条具有很好的塑形性，线条边缘清晰，不易坍塌，如其粘度恢复速度适中，则线条表面可以产生“自流平”。如果浆料的三维网络结构恢复太慢，则浆料转移至硅片上，线条容易产生坍塌，线条边缘易于流淌，线条宽度变宽。此时，即使浆料粘度较大，在烘干段也容易造成线条的变宽，因为高温时，浆料的粘度迅速下降，如其三维网络结构没有恢复，则浆料产生流淌，塑形性差，线条变宽。
所以适宜丝网印刷的太阳能正面银浆应该有合适的粘度、适宜的粘度恢复速度、以及较快的三维网络结构恢复速度，才能在保证良好的印刷的同时，线条具有较高的高宽比及边缘清晰度。理想的线条应表面平坦且连续，边缘清晰不坍塌，具有良好的高宽比。
现有技术中，高宽比是正银浆料中十分重要的指标，电池片的栅线越来越细，行业内有些厂家已经开始尝试使用28μm开口的网版印刷栅线，以降低栅线对太阳光的遮挡，提高短路电流，以增加电池片的转化效率。而相同的栅线高度下，栅线越细电阻越大，影响转化效率。因此更大的高宽比，有利于提升转化效率。现有浆料的高宽比不好，主要是因为要平衡两方面的因素，一个是浆料流平，一个是塑形性。若塑形性太好，浆料失去流动性，印刷后的线条有的地方很高，有的地方很低，几乎没有浆料；若流平性太好，则银浆在硅片上站不起来，跟水一样坍塌流平。正是因为这两方面相互制约的因素，高宽比做不到很高。目前世界上做的最好的美国杜邦公司的银浆的高宽比只能做到0.4左右。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种高宽比高的太阳能正面银浆及其制备方法。本发明制备得到的银浆浆料丝网印刷性优良，印刷后的线条具有较高的高宽比。
本发明的技术方案如下：
本申请人提供了一种高宽比高的太阳能正面银浆，包括以下重量百分比的原料：
导电相金属银粉82～90％、无机相玻璃粉1～3％、有机相载体7～15％；上述原料的用量之和为100％。
其中有机相载体由以下重量百分比的原料组成：增塑剂15～30％、乙基纤维素7～15％、触变剂1～15％、表面活性剂0～12％，其余为溶剂。上述有机相载体的各原料用量相加为100％。
优选的，所述金属银粉D50粒径为0.8～2.5μm，振实密度为4.5～6.5g/ml。
优选的，所述无机相玻璃粉D50粒径为0.5～2.0μm，Tg点温度为250～500℃。
优选的，所述增塑剂为多元醇酯类、磷酸酯类、邻苯二甲酸酯类、脂肪酸酯类中的一种或多种。
优选的，所述触变剂为氢化蓖麻油、聚酰胺改性氢化蓖麻油、聚酰胺蜡浆、聚乙烯蜡浆、气相法二氧化硅、膨润土中的一种或多种。
优选的，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。更优选的，所述表面活性剂为吐温20、吐温80、失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种或多种。
优选的，所述乙基纤维素为N型或T型乙基纤维素或两者混合物，乙氧基含量为45～50％。
优选的，所述溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯、松油醇、混合二元酸酯及DBE、异氟尔酮中的一种或多种。
本申请人还提供了一种所述高宽比高的太阳能正面银浆的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备有机相载体
将乙基纤维素与增塑剂、触变剂、溶剂、表面活性剂混合均匀后40～80℃加热搅拌0.1～1h，制成均一透明的溶液，即为所述有机相载体；
(2)玻璃浆料的制备
取玻璃粉，与步骤(1)中制备的有机相载体混合，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度为5um以下；
(3)银浆的制备
A、将银粉与步骤(2)中制备得到的玻璃浆料混合后在分散机上分散均匀，在三辊机上辊至细度为5um以下；
B、制备好的银浆浆料放置24h后进行粘度测试，如果粘度过大，则添加适量的溶剂将浆料粘度调节至280～320Pa.s。
本发明有益的技术效果在于：
浆料的粘度及三维网络结构与有机载体的关系密切，在浆料中颗粒的含量及形状一致时，浆料的粘度及三维网络结构取决于载体的组成。在二乙二醇丁醚醋酸酯中溶解乙基纤维素，保证浆料的基本粘度，分散剂，保证浆料中的颗粒可以很好的分散在载体中，而增塑剂及触变剂则对浆料的流变性产生了至关重要的影响。
以往的太阳能正面银浆浆料的流变性主要靠触变剂调节，本发明发现，通过多种增塑剂的配合，既可以保证浆料经过印刷后具有合适的粘度，具有合适的粘度降低程度，同时又具有较快的三维网络恢复速度。增塑剂在浆料中的存在，起到一定的润滑作用，使得乙基纤维素的长链更容易纠缠与解纠缠，链与链之间更容易产生滑移，并且使得浆料中的银粉与玻璃粉可以更容易移动，使得浆料具有更优异的触变性，当其三维结构发生变化后，可以更快的恢复。
触变剂的存在，聚酰胺部分自身或和溶剂之间的形成氢键三维网状结构，氢键是比较强的相互作用键，因此妨碍增塑剂***乙基纤维素之间，假如氢键沿乙基纤维素分子链分布越密，则相应的对抗增塑剂插进的作用也越强，所以单独用一种增塑剂作用不明显，需几种增塑剂配合使用，才能达到良好的效果。浆料在经受剪切力后，其三维网络结构发生破坏后，增塑剂的存在可以加快浆料的三维网络结构的恢复速度。
与现有技术相比，本发明的技术创新性地用微观性的三维网络结构保证流平性的同时降低栅线的坍塌扩散。本发明正银浆料采用多元醇、磷酸酯类的一种或多种作为增塑剂，配合触变剂使用，可以有效地改善了太阳能正面银浆的流变性，提高了浆料在硅基板上的丝网印刷质量，印刷后的栅线线条具有良好的塑形性，并提高烧结后银线的高宽比，减小了烧结后银线条的坍塌，进而减小所占受光面积，提高电池片的转化效率。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种高宽比高的太阳能正面银浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备有机相载体
乙氧基含量为45％的N型乙基纤维素4.7份，乙氧基含量为50％的T型乙基纤维素8.7份，磷酸三丁酯13.3份，双季戊四醇酯13.3份，氢化蓖麻油13.3份，吐温20：10份，二乙二醇丁醚醋酸酯36.7份混合均匀后，在45℃条件下加热搅拌30min，制成均一透明的溶液，即配制成有机相载体；
(2)制备玻璃浆料
取D50为0.6μm，Tg点为262℃的玻璃粉3份，与步骤(1)制备的有机相载体15份在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下，制得玻璃浆料；
(3)制备银浆
取D50为0.9μm，振实密度为5.2g/ml的银粉82份，与步骤(2)制备的玻璃浆料18份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下。
制备好的银浆放置24h后进行粘度测试，如果粘度过大，则添加适量的二乙二醇丁醚醋酸酯将浆料粘度调节至280～320Pa.s，最终银浆的性能数据如表1所示。
实施例2
一种高宽比高的太阳能正面银浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备有机相载体
乙氧基含量为45％的N型乙基纤维素4.2份，乙氧基含量为50％的T型乙基纤维素4.2份，邻苯二甲酸二丁酯4.2份，双季戊四醇酯12.5份，聚酰胺改性氢化蓖麻油1.7份，吐温80：8.3份，松油醇64.9份混合均匀后，在50℃条件下加热搅拌40min，制成均一透明的溶液，即配制成有机相载体；
(2)制备玻璃浆料
取D50为0.9μm，Tg点为439℃的玻璃粉3份，与步骤(1)制备的有机相载体12份在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下，制得玻璃浆料；
(3)制备银浆
取D50为1.2μm，振实密度为6.2g/ml的银粉85份，与步骤(2)制备的玻璃浆料15份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下。
制备好的银浆放置24h后进行粘度测试，如果粘度过大，则添加适量的松油醇将浆料粘度调节至280～320Pa.s，最终银浆的性能数据如表1所示。
实施例3
一种高宽比高的太阳能正面银浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备有机相载体
乙氧基含量为45％的N型乙基纤维素8份，己二酸二辛酯11.4份，磷酸三丁酯17份，气相法二氧化硅5.7份，吐温80：5.7份，混合二元酸酯(DBE)52.2份混合均匀后，在65℃条件下加热搅拌20min，制成均一透明的溶液，即配制成有机相载体；
(2)制备玻璃浆料
取D50为2.0μm，Tg点为340℃的玻璃粉1.2份，与步骤(1)制备的有机相载体8.8份在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下，制得玻璃浆料；
(3)制备银浆
取D50为1.2μm，振实密度为5.5g/ml的银粉90份，与步骤(2)制备的玻璃浆料10份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下。
制备好的银浆放置24h后进行粘度测试，如果粘度过大，则添加适量的混合二甲酸二甲酯将浆料粘度调节至280～320Pa.s，最终银浆的性能数据如表1所示。
实施例4
一种高宽比高的太阳能正面银浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备有机相载体
乙氧基含量为45％的N型乙基纤维素5份，乙氧基含量为50％的T型乙基纤维素5份，磷酸三苯酯15份，乙二醇酯15份，聚酰胺蜡浆10份，吐温80：10份，异氟尔酮40份混合均匀后，在60℃条件下加热搅拌30min，制成均一透明的溶液，即配制成有机相载体；
(2)制备玻璃浆料
取D50为1.2μm，Tg点为380℃的玻璃粉2份，与步骤(1)制备的有机相载体10份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下，制得玻璃浆料；
(3)制备银浆
取D50为1.2μm，振实密度为4.6g/ml的银粉88份，与步骤(2)制备的玻璃浆料12份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下。
制备好的银浆放置24h后进行粘度测试，如果粘度过大，则添加适量的异氟尔酮将浆料粘度调节至280～320Pa.s，最终银浆的性能数据如表1所示。
实施例5
一种高宽比高的太阳能正面银浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备有机相载体
乙氧基含量为50％的T型乙基纤维素9.5份，磷酸三丁酯4.8份，双季戊四醇酯23.8份，聚乙烯蜡浆9.5份，吐温80：9.5份，二乙二醇丁醚醋酸酯42.9份混合均匀后，在50℃条件下加热搅拌55min，制成均一透明的溶液，即配制成有机相载体；
(2)制备玻璃浆料
取D50为1.5μm，Tg点为485℃的玻璃粉1.5份，与步骤(1)制备的有机相载体10.5份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下，制得玻璃浆料；
(3)制备银浆
取D50为1.2μm，振实密度为5.5g/ml的银粉88份，与步骤(2)制备的玻璃浆料12份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下。
制备好的银浆放置24h后进行粘度测试，如果粘度过大，则添加适量的二乙二醇丁醚醋酸酯将浆料粘度调节至280～320Pa.s，最终银浆的性能数据如表1所示。
对比例
无增塑剂添加的太阳能正面银浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备有机相载体
乙氧基含量为45％的N型乙基纤维素11.1份，乙氧基含量为50％的T型乙基纤维素2.2份，聚酰胺改性氢化蓖麻油11.1份，吐温80：11.1份，二乙二醇丁醚醋酸酯64.5份混合均匀后，在75℃条件下加热搅拌40min，制成均一透明的溶液，即配制成有机相载体。
(2)制备玻璃浆料
取D50为1.5μm，Tg点为415℃的玻璃粉3份，与步骤(1)制备的有机相载体9份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下，制得玻璃浆料；
(3)制备银浆
取D50为1.2μm，振实密度为5.5g/ml的银粉88份，与步骤(2)制备的玻璃浆料12份，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度5um以下。
制备好的银浆放置24h后进行粘度测试，如果粘度过大，则添加适量的二乙二醇丁醚醋酸酯将浆料粘度调节至280～320Pa.s，最终银浆的性能数据如表1所示。
测试例：
将实施例1～5和对比例配制好的银浆在流变仪(anton-paar/MCR102，25℃)上进行流变测试，并在丝网印刷机上进行丝网印刷制作成太阳能电池片，制成的电池片在I/V测试仪上进行电性能测试，并在激光显微镜下观察电池片的栅线线条情况。测试数据如表1所示。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例
浆料粘度/10rpm(Pa.s) 295 311 301 303 307 318
剪切变稀指数(1 1/s/10 1/s) 10.6 12.3 12.7 13.5 12.9 8.3
结构恢复速度/10s G’(％) 49.5 51.32 78.59 93.38 74.51 24.68
高宽比 0.33 0.35 0.43 0.56 0.40 0.25
开路电压Mv 630.15 630.27 630.23 630.29 630.13 630.19
短路电流A 8.879 8.911 8.952 8.985 8.949 8.855
串联电阻mΩ 1.78 1.73 1.59 1.55 1.61 1.85
并联电阻Ω 439 450 448 453 450 421
转化率％ 18.42 18.47 18.59 18.65 18.51 18.37
由上表数据可知，实施例1～5中添加了不同种类和比例的增塑剂，根据其相互之间的配合作用不同，导致银浆的考宽比的数据变化。其中，实施例5的高宽比是最好的，相应的细栅更细，遮光面积更小，因此转化效率中其短路电流时最高的。实施例5线条不但细而且线条更为完整均匀，相应的串联电阻也就很小，这两个因素保证了电池片较高的转化效率。反而没有添加增塑剂的对比例，线条高宽比小，遮光面积大，导致短路电流小；线条印刷宽扁，线条不均一，导致串联电阻大，因此综合起来转化效率最低。

Claims (10)

1.一种高宽比高的太阳能正面银浆，其特征在于包括以下重量百分比的原料：
导电相金属银粉82～90％、无机相玻璃粉1～3％、有机相载体7～15％；
其中有机相载体由以下重量百分比的原料组成：增塑剂15～30％、乙基纤维素7～15％、触变剂1～15％、表面活性剂0～12％，其余为溶剂。
2.根据权利要求1所述的银浆，其特征在于所述金属银粉D50粒径为0.8～2.5μm，振实密度为4.5～6.5g/ml。
3.根据权利要求1所述的银浆，其特征在于所述无机相玻璃粉D50粒径为0.5～2.0μm，Tg点温度为250～500℃。
4.根据权利要求1所述的银浆，其特征在于所述增塑剂为多元醇酯类、磷酸酯类、邻苯二甲酸酯类、脂肪酸酯类中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的银浆，其特征在于所述触变剂为氢化蓖麻油、聚酰胺改性氢化蓖麻油、聚酰胺蜡浆、聚乙烯蜡浆、气相法二氧化硅、膨润土中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的银浆，其特征在于所述表面活性剂为非离子表面活性剂。
7.根据权利要求1所述的银浆，其特征在于所述表面活性剂为吐温20、吐温80、失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的银浆，其特征在于所述乙基纤维素为N型或T型乙基纤维素或两者混合物，乙氧基含量为45～50％。
9.根据权利要求1所述的银浆，其特征在于所述溶剂为二乙二醇丁醚醋酸酯、松油醇、混合二元酸酯及DBE、异氟尔酮中的一种或多种。
10.一种权利要求1～9任一项所述高宽比高的太阳能正面银浆的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)制备有机相载体
将乙基纤维素与增塑剂、触变剂、溶剂、表面活性剂混合均匀后40～80℃加热搅拌0.1～1h，制成均一透明的溶液，即为所述有机相载体；
(2)玻璃浆料的制备
取玻璃粉，与步骤(1)中制备的有机相载体混合，在分散机上分散均匀后，在三辊机上辊至细度为5um以下；
(3)银浆的制备
A、将银粉与步骤(2)中制备得到的玻璃浆料混合后在分散机上分散均匀，在三辊机上辊至细度为5um以下；
B、制备好的银浆浆料放置24h后进行粘度测试，如果粘度过大，则添加适量的溶剂将浆料粘度调节至280～320Pa.s。
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