太阳能电池超细银粉的制备及其对电极厚膜性能的影响

【摘要】：摘要：太阳能是一种安全稳定、取之不尽的能源,利用光电效应可以将太阳能转化成电能,太阳能电池便是完成这一能量转换过程的装置。晶硅太阳能电池是光伏产业中发展最快、技术最成熟的一类。太阳能电池中,参与形成正面电极的银浆是太阳能电池制造中的重要原料。正面银浆主要由银粉导电相、玻璃粉粘结相、有机载体以及添加剂四部分组成。其中银粉占据浆料总重的85%以上,是银浆最主要的成分。因此,银粉质量的好坏直接关系着银浆的电学、力学以及印刷性能。目前,在银粉方面国内生产的银粉在粒径、分散性以及振实密度上均与国外银粉具备很大差距,国内不具备生产粒径均匀的高分散超细银粉的技术,这也成为制约国内太阳能电池正面银浆国产化的重要瓶颈。本文主要采用液相还原法,并且通过扫描电镜、X射线衍射仪、振实密度分析仪等对制备的银粉的形貌、粒径、分散性、纯净度以及正面电极烧结膜的形貌进行观察和分析,研究了使用不同分散剂制备太阳能电池正面电极用超细银粉的工艺,研究了银粉的粒径、分散性以及不同类型银粉混合对于太阳能电池正面电极致密化的影响。使用太阳能电池单体分选机对电池片光电转换效率进行测量。研究结果如下： 1、采用液相还原法,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为分散剂,抗坏血酸为还原剂还原硝酸银溶液制备粒径小于1μm的太阳能电池正面银浆用超细银粉。实验表明：银粉的粒径随着反应Ag+浓度的减小而减小,实验控制Ag+浓度为0.1mol/L制备出平均粒径在0.58μm的超细银粉,但此种方法不利于生产效率的提高；随着分散剂CTAB用量的增加,银粉的粒径逐渐减小,银粉的分散性先变好后变差,实验中,当m(CTAB)/m(AgNO3)=0.6时可获得平均粒径为0.68μm,分散性良好的超细银粉；随着反应pH的升高,银粉的粒径逐渐减小,分散性变差。实验中当反应pH为6时可以得到粒径符合要求,分散性较好的超细银粉；向反应液中加入一定量丙三醇可以改变反应介质的性质,影响水溶液中传质过程,有利于银粉粒径的减小；经过工艺优化,Ag+浓度为0.3mol/L,分散剂用量m(CTAB)/m(AgNO3)=0.6,反应pH为6的条件下制备出平均粒径约为0.75μm,振实密度4.0g/mL,分散性良好,洁净度高的超细银粉。 2、采用液相还原法,采用三乙醇胺作分散剂,抗坏血酸作还原剂还原硝酸银溶液制备粒径小于1μm的太阳能电池正面银浆用超细银粉。实验表明：使用三乙醇胺作分散剂制备银粉分为三乙醇胺与Ag+作用生成AgOH胶体,AgOH被抗坏血酸还原生成单质银两步进行；碱性条件下银粉粒径随着反应pH的升高而减小,酸性条件下三乙醇胺与酸发生反应丧失活性；随着三乙醇胺用量的增加银粉粒径减小,分散性略有改善,但是其分散效果并不理想。经过工艺优化,确定三乙醇胺作分散剂制备超细银粉的工艺条件是三乙醇胺加入到硝酸银溶液中,反应pH为8,三乙醇胺用量为4g/L,得到的银粉平均粒径为0.8μm,振实密度为3.8g/mL,易洗涤,有机物残留少,但形貌和分散性难移满足正面银浆用银粉的要求。 3、实验考查了银粉的粒径、分散性对太阳能电池正面电极致密度的影响。结果表明,使用实验组的银粉,在保证银粉分散性的前提下,银粉粒径的减小有利于电极致密度的提高,实验中使用粒径在1.0μm以下的银粉与使用粒径在2.5μm左右的银粉相比,电极孔隙率降低了18%,光电转换效率相对提升了1.2%；在银粉粒径相近的情况下,使用分散性好的银粉比使用分散性差的银粉获得的电极致密度高,孔隙率降低了28%,光电转换效率提升了3.6%。 4、使用微米级和亚微米级两种不同粒径的银粉按照一定比例制成混合银粉,代替单一银粉进行对比试验,结果表明粒径小的银粉可以有效的填充粒径较大银粉堆积产生的空隙,使堆积密度增大,烧结后有利于高致密度厚膜电极的形成。实验中在一定范围内随着细银粉的增加电极孔隙率减小,光电转换效率提高,当细银粉过量时,多余的细银粉不会参加填隙,反而影响到电极的致密化。在实验条件下,当S1号大粒径银粉与S2号小粒径银粉的质量比为7：3时,电极的平均孔隙率最小,达到15.55%,电池片光电转换效率平均值达到17.83%。 【关键词】：太阳能电池 超细银粉 分散性 正面电极 致密化
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 文献综述11-28
• 1.1 引言11-12
• 1.2 太阳能电池的分类12
• 1.3 晶硅太阳能电池的工作原理12-16
• 1.4 太阳能用超细银粉的研究现状及发展16-21
• 1.4.1 银粉的制备工艺16-17
• 1.4.2 超细银粉的液相还原制备工艺17-19
• 1.4.3 银粉制备的国内外发展现状19-21
• 1.5 太阳能电池厚膜电极致密化研究现状及发展21-25
• 1.5.1 太阳能电池厚膜电极致密化机制21-22
• 1.5.2 太阳能电池电极致密化影响因素22-25
• 1.7 论文的研究意义25-26
• 1.8 主要研究内容26-28
• 第二章 实验部分28-35
• 2.1 主要试剂28
• 2.2 仪器28-29
• 2.3 实验29-31
• 2.3.1 超细银粉的制备29-30
• 2.3.2 太阳电池正面银浆的制备30
• 2.3.3 太阳能电池制造30-31
• 2.4 检测手段及检测方法31-35
• 2.4.1 扫描电子显微镜检测31
• 2.4.2 银粉的粒度检测31-32
• 2.4.3 银粉的振实密度检测32
• 2.4.4 X射线衍射检测32-33
• 2.4.5 银浆的粘度检测33
• 2.4.6 银浆的细度检测33
• 2.4.7 太阳能电池电性能检测33
• 2.4.8 太阳能电池EL缺陷检测33-35
• 第三章 太阳能电池用超细银粉的制备35-60
• 3.1 引言35
• 3.2 理论基础35-42
• 3.2.1 银35-36
• 3.2.2 银粉36-37
• 3.2.3 液相还原法制备银粉的原理37
• 3.2.4 银的形核与长大37-42
• 3.3 CTAB作分散剂制备超细银粉42-50
• 3.3.1 Ag~+浓度对银粉性质的影响42-43
• 3.3.2 CTAB用量对银粉性质的影响43-46
• 3.3.3 反应pH值对银粉性质的影响46-48
• 3.3.4 反应介质对银粉性质的影响48-49
• 3.3.5 银粉的XRD和SEM分析49-50
• 3.4 三乙醇胺(TEA)作分散剂制备超细银粉50-56
• 3.4.1 三乙醇胺的性质51
• 3.4.2 三乙醇胺加入方式对银粉性质的影响51-53
• 3.4.3 反应PH值对银粉性质的影响53-55
• 3.4.4 三乙醇胺用量对银粉性质的影响55-56
• 3.5 几种分散剂性能特点的比较56-58
• 本章小结58-60
• 第四章 太阳能电池正面电极厚膜的致密化60-76
• 4.1 太阳能电池正面电极厚膜致密化机制60-61
• 4.2 厚膜致密度的衡量61
• 4.3 银粉性质对厚膜致密化的影响61-69
• 4.3.1 银粉粒径对厚膜致密化的影响63-67
• 4.3.2 银粉分散性对厚膜致密化的影响67-69
• 4.4 不同粒径银粉搭配对厚膜致密化的影响69-74
• 本章小结74-76
• 第五章 结论76-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士期间主要的研究成果83-84
• 致谢84

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