太陽能電池正面銀漿的制備及其性能研究.pdf

1、太陽能是人類最重要的可再生能源之一，它是一種無污染、可再生、儲量巨大、取之不盡、用之不竭的清潔能源，充滿了誘人的前景。因此，太陽能的研究和應(yīng)用已成為世界新能源研究的熱點(diǎn)。銀漿是制造太陽能電池電極的關(guān)鍵材料，電極銀漿組成相的成分配方、性質(zhì)和制備工藝直接影響著太陽能電池的物理和光電性能。本文瞄準(zhǔn)當(dāng)今世界科學(xué)與技術(shù)前沿，重點(diǎn)研究了太陽能電池正面銀漿的主要組成相銀粉和有機(jī)載體的性質(zhì)和成分配方。利用化學(xué)液相還原法成功制備出適合太陽能電池正面銀漿應(yīng)

2、用的高分散的微米/亞微米球形銀粉，并成功優(yōu)化出適合太陽能電池正面銀漿應(yīng)用的有機(jī)載體。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)了銀粉的粉末特性參數(shù)與太陽能電池性能的規(guī)律性，也發(fā)現(xiàn)了有機(jī)載體配方與太陽能電池絲網(wǎng)印刷性和電性能的相關(guān)性，以及銀漿制備工藝與太陽能電池性能的相關(guān)性。主要研究結(jié)果如下:
　　 1、研究了太陽能電池正面銀漿用的高分散球形或類球形超細(xì)銀粉，首次揭示了聚乙烯醇是利用化學(xué)吸附和物理吸附分散銀粉的機(jī)理，從而突破了化學(xué)還原法制備銀粉的技術(shù)關(guān)鍵。作者以

3、硝酸銀為原材料，運(yùn)用化學(xué)液相還原法制備銀粉。通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)兩種設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化出兩種適合制備太陽能電池正面銀漿的工藝。
　　 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，探索了十一個(gè)影響銀粉粒度、形貌和分散性的因素，發(fā)現(xiàn)規(guī)律性，成功制備出目標(biāo)銀粉。優(yōu)化的工藝條件為:以抗壞血酸為還原劑，聚乙烯醇為分散劑，pH=7，分散劑用量為8wt％（相對硝酸銀質(zhì)量），12.500 mL·s-1的滴液速度，200 PRM的攪拌速度，還原劑溶液的初始濃度為1.17

4、7 mol·L-1，硝酸銀溶液初始濃度為0.294 mol·L-1，分散劑加入到硝酸銀溶液中，硝酸銀溶液滴入到還原劑溶液中，反應(yīng)溫度50℃，用甘油單硬脂酸酯的乙醇溶液進(jìn)行后處理改性。在該條件下，制備的銀粉具有良好的分散性，形貌為球形，一次粒子的平均粒度為0.81μm，粒徑分布為0.37～1.04μm，振實(shí)密度為4.9 g·cm-3。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用紫外-可見光譜研究了以聚乙烯醇作分散劑制備銀粉的分散機(jī)理，通過深入系統(tǒng)地分析，揭示了聚乙烯

5、醇是利用化學(xué)吸附和物理吸附分散銀粉的機(jī)理。
　　 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，考察了六個(gè)因素和五個(gè)水平。優(yōu)化的工藝條件為:硝酸銀濃度為0.3 mol·L-1，抗壞血酸濃度為1.4 mol·L-1，明膠為分散劑，分散劑用量為8 wt％（相對硝酸銀質(zhì)量），pH值為4，反應(yīng)溫度為50℃。在此條件下制備的銀粉，形狀為近球形，顆粒均勻，分散性良好，其一次粒子的平均粒度為0.89μm，分布在0.36～1.67μm之間，振實(shí)密度為5.4g·cm-3。<

6、br>　　 通過以上兩種工藝制備的銀粉都適合制備太陽能電池正面銀漿，各有優(yōu)點(diǎn)，前者工藝制備的銀粉分散性好，而后者工藝制備的銀粉振實(shí)密度高。
　　 2、發(fā)現(xiàn)了銀粉的分散性、振實(shí)密度及銀漿的銀含量對太陽能電池正面銀漿的影響規(guī)律。高的分散性和振實(shí)密度有利于制備高品質(zhì)的銀漿，由其制備的太陽能電池正面銀漿具有良好的絲網(wǎng)印刷性，其燒結(jié)厚膜的電極線條精密、平整、致密、孔洞率小，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，從而提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，其單晶硅太

7、陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)17.803％。該新的發(fā)現(xiàn)還未見有文獻(xiàn)報(bào)道。
　　 3、優(yōu)化了一個(gè)滿足正銀漿料所需的良好流平性、觸變性和印刷性的有機(jī)載體。由該有機(jī)載體制備的太陽能電池正銀漿料，兼?zhèn)淞肆己玫牧髌叫?、觸變性和絲網(wǎng)印刷性能，該正銀漿料印刷的電池電極和柵線具有大的濕重、膜厚和高寬比，每片電池濕重達(dá)0.18g，膜厚達(dá)33μm，高寬比達(dá)0.306，同時(shí)，電極和柵線與晶硅界面具有高的附著力(0.4 N·mm-2)和良好的可焊性，該條件下

8、制備的太陽能電池具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)化效率，其單晶硅電池光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)17.963％。該配方還未見有文獻(xiàn)報(bào)道。
　　 4、發(fā)展了低成本、短流程正面銀漿制備技術(shù)，該技術(shù)由濕態(tài)銀粉直接配制漿料，最大限度地減少了銀粉的團(tuán)聚帶來的負(fù)面影響，使電池性能進(jìn)一步提高（可達(dá)18.020％）。發(fā)現(xiàn)制備該正銀漿料的新工藝可克服銀粉干燥過程加劇團(tuán)聚的不利影響，摒棄了傳統(tǒng)電子漿料生產(chǎn)時(shí)易使固、液混合和研磨不均勻的缺點(diǎn)，使得制備的正銀漿料分散性更好，細(xì)度更細(xì)