一種復合導電鉬漿及應用其制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池背電極的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復合導電鉬漿及應用其制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池背電極的方法，該復合導電鉬漿包括如下重量份的組分：鉬粉50-80重量份、玻璃粉5-15重量份、有機載體10-25重量份和添加劑5-10重量份；其中有機載體包括質量比為1-5:9-20的環(huán)氧樹脂和有機溶劑，添加劑包括適量NaOH、增稠劑、增塑劑和表面活性劑。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的復合導電鉬漿可采用非真空制備技術來制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的背電極，即采用絲網(wǎng)印刷法或者刮涂法，工藝簡單，降低制造成本。
【專利說明】—種復合導電鉬漿及應用其制備銅銦鎵砸薄膜太陽能電池背電極的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池電極制備領域，具體涉及一種復合導電鑰漿及應用其制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池背電極的方法。
【背景技術】
[0002]能源危機、環(huán)境污染己成為人類急需解決的重大問題。太陽能具有資源豐富、容易獲取、清潔無污染等諸多優(yōu)點，因而利用光伏電池將太陽能直接轉化為電能是人類有效開發(fā)可再生能源的重要途徑之一。當前，人們不斷在新工藝、新材料和器件結構等方面進行探索，以期早日解決太陽能在光電轉換利用中存在的高成本、低效率這一熱點難題。CIGS太陽能電池具有性能穩(wěn)定、抗輻射能力強、生產成本低、環(huán)保高效等特點，可能成為下一代的商品化的薄膜太陽能電池。當前主要通過對CIGS薄膜太陽能電池卷對卷工藝的開發(fā)進一步降低生產成本從而實現(xiàn)薄膜太陽能電池的大規(guī)模商業(yè)應用。不過，現(xiàn)有技術中比較成熟的方法主要采用三步法共蒸或者磁控濺射的方法制備CIGS薄膜太陽能電池。但是這些都需要高真空系統(tǒng)，從而存在生產設備成本高，大面積成膜不均勻，工藝復雜等缺點，為了解決上述問題，研究人員首先制備出了 CIGS納米粒子，隨后采用卷對卷工藝的印刷方法制備CIGS薄膜光吸收層，而其它功能層依然采用傳統(tǒng)工藝來完成并組裝成CIGS薄膜太陽能電池。為了全面兼容卷對卷印刷技術降低生產成本,其余的CIGS薄膜電池功能層同樣需要采用非真空制備技術，例如:傳統(tǒng)的CIGS薄膜電池的背電極鑰膜主要通過磁控濺射制備獲得，因此，研究鑰膜的非真空制備技術勢在必行。`
【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術缺陷，提供一種復合導電鑰漿。
[0004]本發(fā)明的另一目的在于提供一種應用該復合導電鑰漿制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的背電極的方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]一種復合導電鑰漿，包括如下重量份的組分:
[0007]
鉬粉 50-80重量份
玻璃粉 5-15重量份
有機載體10-25..?量份
添加劑 5-10重量份
[0008]其中有機載體包括質量比為1-5:9-20的環(huán)氧樹脂和有機溶劑，添加劑包括適量NaOH、增稠劑、增塑劑和表面活性劑。[0009]NaOH主要用于提供鈉元素促進銅銦鎵硒薄膜的晶粒長大，有利提高太陽能電池效率；增稠劑是一種流變助劑，它的主要作用是用來調節(jié)導電漿料的粘稠度和塑性，提高粘結性。
[0010]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述鑰粉為粒徑0.01-50 μ m的鑰粉。當使用的鑰粉顆粒過大時，在鑰漿燒結的過程中，鑰顆粒間結合的不夠緊密，膜層粗糙，燒結缺陷多，電極的各項性能會下降；而當鑰粉粒徑過小，由于表面能過大，顆粒間更易團聚不容易分散，在某一固定含量以上就不容易印刷和流平，電極制備困難，成本相應也大大增加。
[0011]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述玻璃粉為無鉛玻璃粉。使得鑰漿在熱處理過程中連接、拉緊、固定導電相鑰粒子，形成致密的導電薄膜并使整個膜層與基片牢固地粘結在一起。此外，該玻璃粉的加入能夠改善導電漿液體系各方面性能，比如使導電漿液各成分分散更均勻；玻璃粉百分組成選取的不同還能調整調節(jié)鑰漿的熱處理溫度，制備熱處理溫度400?1200 °C下使用的鑰衆(zhòng)。
[0012]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述環(huán)氧樹脂為E44和E51環(huán)氧樹脂中的一種或混合。其具有優(yōu)良的粘結力、抗氧化、耐腐蝕的特性，還可以調節(jié)漿液粘稠度，此外還可以添加微量聚氨酯改性，使其更易固化。
[0013]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述有機溶劑包括聚乙二醇200。
[0014]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述有機溶劑還包括松油醇和/或聚乙二醇400，松油醇與聚乙二醇200的質量比為0-30:55-100，聚乙二醇400與聚乙二醇200的質量比為 0-15:55-100。
[0015]上述這些有機溶劑無毒，對鑰粉的浸潤性比較好，能夠將鑰粉顆粒均勻包裹起來利于鑰粉顆粒的均勻分散，使導電漿料不容易產生團聚和沉淀，其中松油醇為無色黏稠液體，沸點為220.85°C，結構中含有氧原子，可以減少鑰納米級顆粒的團聚，同時還可以在漿料干燥時控制揮發(fā)速度，防止涂覆膜層局部因為溶劑揮發(fā)過快而導致膜層收縮不均產生開裂；相對分子量較低的聚乙二醇具有與各種溶劑的廣泛相容性，是很好的溶劑和增溶劑，使得整個漿液體系混合更均勻，并且控制漿料的干燥速率以及增稠劑等添加劑的溶解度。此外聚乙二醇-400還是消泡劑，可以在攪拌的過程中起到避免液面出現(xiàn)氣泡，聚乙二醇-200還用作保濕劑，粘度稀釋劑，如果漿液粘稠度太高可以加入聚乙二醇-200調節(jié)。燒結過程中，這些溶劑能夠逐步揮發(fā)或分解，避免在膜層表面及內部產生空洞，到一定的溫度時揮發(fā)干凈，無殘留灰分。
[0016]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述增稠劑為乙基纖維素、丁基纖維素、羥乙基纖維素和甲基羥乙基纖維素中的一種或混合；不僅可以使?jié){料增稠，在漿料燒結后具有一定機械強度，還能使?jié){料不容易氧化和沉淀，改善漿料流變性，賦予導電漿料優(yōu)異的機械性能和貯存穩(wěn)定性，在一定溫度下有機溶劑揮發(fā)后形成堅韌膜，高溫下(約30(TC以上)能夠熱分解逸出而無殘留灰分
[0017]所述增塑劑為具有柔性基團的有機高分子增塑劑；
[0018]所述表面活性劑包括乙醇、甲苯、山梨醇酐三油酸酯、卵磷脂中的一種或混合。其中山梨醇酐三油酸酯在有機介質中有良好的相溶性，提高有機溶劑的潤濕性，此外較高的羥值和分子量可以在吸附較多金屬顆粒的同時保證其懸浮，對漿料的穩(wěn)定性有促進作用；乙醇對鑰粉顆粒的潤濕性好，而且對其他添加劑比如乙基纖維素的溶解性好。[0019]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述增塑劑包括鄰苯二甲酸二丁酯、聚酯類增塑劑或多元醇酯類增塑劑。上述增塑劑能夠增加聚合物塑性和導電漿料粘度，達到優(yōu)化導電漿料流平性和觸變性以及加工性能的目的。
[0020]最后還可以根據(jù)不同的應用條件，比如不同的基板，加入其他流動控制劑、膠凝齊U、觸變劑等助劑，來改變導電漿料的流變性和觸變性等性能。例如在玻璃基板上，加入有機硅油可以起到流平、潤滑的作用，也可以提高對玻璃基板的潤濕性，同時由于是在玻璃片上燒結，其中的硅元素可以形成二氧化硅起到粘結基板保護導電膜層的作用。
[0021]本發(fā)明的另一技術方案如下:
[0022]一種應用上述復合導電鑰漿制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池背電極的方法，將所述復合導電鑰漿絲網(wǎng)印刷或刮涂在太陽能電池基板上。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]1、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的復合導電鑰漿可采用非真空制備技術來制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的背電極，即采用絲網(wǎng)印刷法或者刮涂法，工藝簡單，降低制造成本；
[0025]2、本發(fā)明的復合導電鑰漿兼容制備CIGS薄膜層的卷對卷印刷技術，有利于加快實現(xiàn)柔性CIGS薄膜太陽電池的大規(guī)模產業(yè)化生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實施例1制備的復合導電鑰漿在玻璃基板上的試樣的XDR測試結果圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例1制備的復合導電鑰漿在玻璃基板上經450°C熱處理后的掃描電鏡照片之一；
[0028]圖3為本發(fā)明實施例1制備的復合導電鑰漿在玻璃基板上經450°C熱處理后的掃描電鏡照片之二；
[0029]圖4為本發(fā)明實施例1制備的復合導電鑰漿在玻璃基板上經550°C熱處理后的掃描電鏡照片之一；
[0030]圖5為本發(fā)明實施例1制備的復合導電鑰漿在玻璃基板上經550°C熱處理后的掃描電鏡照片之二；
[0031]圖6為本發(fā)明實施例2制備的復合導電鑰漿在不銹鋼基板上的試樣的XDR測試結果圖；
[0032]圖7為本發(fā)明實施例2制備的復合導電鑰漿在不銹鋼基板上經850°C熱處理后的掃描電鏡照片；
[0033]圖8為本發(fā)明實施例2制備的復合導電鑰漿在不銹鋼基板上經900°C熱處理后的掃描電鏡照片；
[0034]圖9為本發(fā)明實施例2制備的復合導電鑰漿在不銹鋼基板上經950°C熱處理后的掃描電鏡照片；
【具體實施方式】
[0035]以下通過【具體實施方式】結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行進一步的說明和描述。
[0036]實施例1[0037]將7g鑰粉(粒徑0.01-50 μ m),0.5g玻璃粉(無鉛玻璃粉)、0.5g松油醇、Ig聚乙二醇-200,0.25g 聚乙二醇-400,0.1g 環(huán)氧樹脂 E44(或 E51)、0.005gNa0H、0.1g 乙基纖維素、0.01g鄰苯二甲酸二丁酯、0.03g司班85 (山梨醇酐三油酸酯)、0.5g乙醇、0.005g有機硅油放在一起混合均勻，制得復合導電鑰漿。
[0038]將鑰漿絲網(wǎng)印刷或者刮涂在玻璃基板，在200°C烘干，然后分別在450°C和550°C下熱處理0.5小時，200°C下保溫2小時，制備出導電鑰薄膜電極。通過使用X射線衍射(XRD)分析使用鑰粉及制備鑰薄膜的晶型、晶體取向、晶粒所受應力等結晶質量(如圖1所示，曲線①為450°C熱處理后的XRD分析結果，曲線②為550°C熱處理后的XRD分析結果)，掃描電子顯微鏡(SEM)觀察它們的表面與橫截面(如圖2至圖5所示，圖2和圖3為450°C熱處理后的照片，圖4和圖5為550°C熱處理后的照片)，使用四探針電阻測試儀測量薄膜方塊電阻進行表征，并計算電阻率。采用美國材料與試驗協(xié)會(American Society for TestingMaterials, ASTM)標準試驗方法 ASTM-D3359-08, Standard Test Methods for MeasuringAdhesion by Tape Test進行薄膜的粘結性測試表征,測試結果如下表1所示:
[0039]表1試樣電阻率與粘結性測試結果
[0040]
樣品編號樣品條件 Rs(n/口) P (πιΩ-cni) ρ (ηιΩ.αη) 粘結性等級
7.477.47
①45!^--^’7.617.617.5532Β, 一般
''7.587.58
3.283.28
②3.563.563.4933B,良好
i'r- ΙΟμη?
3,643.64
[0041]實施例2
[0042] 將7g鑰粉(粒徑0.01-50 μ m),0.5g玻璃粉(無鉛玻璃粉)、0.5g松油醇、Ig聚乙二醇-200、0.25g聚乙二醇-400、0.1g環(huán)氧樹脂Ε44 (或E51)、0.1g乙基纖維素、0.01g鄰苯二甲酸二丁酯、0.04g司班85、0.5g乙醇放在一起混合均勻，制得復合導電鑰漿。
[0043]將鑰漿絲網(wǎng)印刷在柔性不銹鋼基板上，在200°C烘干，然后分別在850°C、90(TC、950°C下熱處理0.5小時，200°C下保溫2小時，制備出導電鑰薄膜電極。通過使用X射線衍射(XRD)分析使用鑰粉及制備鑰薄膜的晶型、晶體取向、晶粒所受應力等結晶質量(如圖6所示，曲線③為850°C熱處理后的XRD分析結果，曲線④為900°C熱處理后的XRD分析結果，曲線⑤為950°C熱處理后的XRD分析結果)，掃描電子顯微鏡(SEM)觀察它們的表面與橫截面(如圖7至圖9所示，圖7為850°C熱處理后的照片，圖8為900°C熱處理后的照片，圖9為950°C熱處理后的照片)，使用四探針電阻測試儀測量薄膜方塊電阻進行表征，并計算電阻率。采用美國材料與試驗協(xié)會(American Society for Testing Materials, ASTM)標準試驗方法 ASTM-D3359-08, Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test進行薄膜的粘結性測試表征，測試結果如下表2所示:
[0044]表2試樣電阻率與粘結性測試結果
【權利要求】
1.一種復合導電鑰漿，其特征在于:包括如下重量份的組分:
鉬粉 50-80重量份
玻璃粉 5-15重量份
有機載體10-25重量份
添加劑 5-10重量份其中有機載體包括質量比為1-5:9-20的環(huán)氧樹脂和有機溶劑，添加劑包括適量NaOH、增稠劑、增塑劑和表面活性劑。
2.如權利要求1所述的一種復合導電鑰漿，其特征在于:所述鑰粉為粒徑0.01-50 μ m的鑰粉。
3.如權利要求1所述的一種復合導電鑰漿，其特征在于:所述玻璃粉為無鉛玻璃粉。
4.如權利要求1所述的一種復合導電鑰漿，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂為E44和E51環(huán)氧樹脂中的一種或混合。
5.如權利要求4所述的一種復合導電鑰漿，其特征在于:所述有機溶劑包括聚乙二醇200。
6.如權利要求5所述的一種復合導電鑰漿，其特征在于:所述有機溶劑還包括松油醇和/或聚乙二醇400，松油醇與聚乙二醇200的質量比為0-30:55-100，聚乙二醇400與聚乙二醇200的質量比為0-15:55-100。
7.如權利要求1所述的一種`復合導電鑰漿，其特征在于:所述增稠劑為乙基纖維素、丁基纖維素、羥乙基纖維素和甲基羥乙基纖維素中的一種或混合；所述增塑劑為具有柔性基團的有機高分子增塑劑；所述表面活性劑包括乙醇、甲苯、山梨醇酐三油酸酯、卵磷脂中的一種或混合。
8.如權利要求7所述的一種復合導電鑰漿，其特征在于:所述增塑劑包括鄰苯二甲酸二丁酯、聚酯類增塑劑或多元醇酯類增塑劑。
9.一種應用權利要求1至8中任一權利要求所述復合導電鑰漿制備銅銦鎵硒薄膜太陽能電池背電極的方法，其特征在于:將所述復合導電鑰漿絲網(wǎng)印刷或刮涂在太陽能電池基板上以制備背電極。
【文檔編號】H01L31/18GK103489501SQ201310420090
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】張風燕, 李超, 于洋, 云大欽, 張然, 陳文志 申請人:廈門大學, 廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司