太阳能电池用低温固化银浆的制备及性能研究

【摘要】：摘要：低温固化型导电银浆是一种特殊添加型导体浆料,一般由基体树脂粘结相、导电功能相、有机溶剂及其他助剂组成,其优良的电性能以及在较低温度下固化的特点适用于HIT太阳能电池的正面和背面的电极。本文以低温固化型导电浆料的原料制备和固化工艺为研究对象,主要内容包括微细银粉的制备、片状银粉的化学还原-机械球磨法制备和理论探讨、环氧树脂的固化工艺参数的优化以及浆料的合成和性能检测,同时研究浆料各组分对导电性能的影响,研究结果如下： (1)以保护剂(PVP)+表面活性剂(吐温-80)为二元分散体系制备微细球形银粉,PVP能与Ag+形成配合物促进形核,吐温-80分子通过吸附作用抑制晶核过快生长,二元分散体系能够在空间和时间上产生协同作用,有效加强空间位阻效应；同时改变还原液和银液的PH,银粒子粒径降低的速度更快更均匀,可以有效控制银粉的粒径。反应体系的最佳PH为5。调节PVP和吐温-80的配比和用量,当m(吐温-80+PVP)/m(AgNO3)为0.03时制备的银粉分散性良好,平均粒径为1.25μm,振实密度达4.6g/cm3,XRD结果表明银粉具有很高的纯度。 (2)球状银粉相比于树枝状银粉和类球状银粉球磨效果更好,在制备工艺上更容易控制,有利于片状银粉的制备。HLB值小的表面活性剂与HLB值大的表面活性剂混合使用后,彼此的亲水基团和亲油基团相互配合,分散作用增强,保护效果较好,本文选取司盘-80和吐温-80复配使用,当复合表面活性剂体系的HLB值为6时,体系的分散和保护作用最佳,银粉的松装密度低至1.65g/cm3,比表面积为2.85m2/g,从SEM图片可看出银粉径厚比较高,成片性较好,银粉的片径均匀。 (3)采用差示扫描量热DSC法研究了双酚A型环氧树脂E-51固化工艺,从热力学角度对环氧树脂的固化度进行分析,最终确定最佳固化剂用量为8wt%；对不同升温速率下环氧树脂固化过程的特征温度进行先行拟合,采用外推法求得固化体系的等温固化温度,并确定最佳固化温度确定为160℃。 (4)将片状银粉配制成低温固化型导电浆料,探索了环氧树脂E-51/QNP1固化剂体系条件下的最佳固化工艺,在固化温度160℃,固化时间25±1min条件下银片的相互搭界到了比较好的程度,形成良好的导电网络,电阻率为3.2×10-4Ω·cm,潜伏期为20-30天,电性能满足HIT太阳能电池应用要求。全文 【关键词】：球状银粉 片状银粉 低温固化 电性能
【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4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 光生伏特效应10-11
• 1.1.1 太阳能电池工作原理10-11
• 1.1.2 光伏产业发展现状和发展趋势11
• 1.2 本征异质结太阳能电池(HIT)11-12
• 1.3 硅太阳能电池的性能参数12-14
• 1.4 银粉的制备技术14-18
• 1.4.1 机械球磨法14
• 1.4.2 机械球磨法粉碎机理分析14-17
• 1.4.2.1 粒子的粉碎速度15
• 1.4.2.2 冲击粉碎15-16
• 1.4.2.3 挤压剪切作用16-17
• 1.4.3 化学还原法17
• 1.4.4 化学还原法反应原理17-18
• 1.5 导电浆料简介18-21
• 1.5.1 低温固化型导电浆料18-20
• 1.5.2 低温固化型导电浆料的导电原理20-21
• 1.6 本论文的研究目的和意义21-22
• 1.7 本论文的研究内容22-24
• 2 实验部分24-29
• 2.1 试剂与设备24-25
• 2.1.1 主要实验试剂24
• 2.1.2 实验设备24-25
• 2.2 实验内容25-27
• 2.2.1 化学还原法制备球状微细银粉工艺流程图25
• 2.2.2 片银制备工艺的改进研究25-26
• 2.2.3 环氧树脂的固化26
• 2.2.4 低温固化导电浆料的制备26-27
• 2.3 性能检测27-29
• 2.3.1 表面形貌观察27
• 2.3.2 X射线衍射测试27-28
• 2.3.3 银粉的粒径测试28
• 2.3.4 差示扫描量热(DSC)测试28
• 2.3.5 浆料粘度测试28
• 2.3.6 浆料附着力测试28
• 2.3.7 浆料导电性能测试28-29
• 3 球状银粉的制备29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 二元分散体系的分散机理29-31
• 3.3 m(吐温-80)/m(PVP)对银粉形貌和振实密度的影响31-36
• 3.3.1 吐温-80和PVP作为单分散剂制备银粉31-32
• 3.3.2 pH值对银粉粒径的影响32-33
• 3.3.3 PVP保护剂+吐温-80表面活性剂制备微米银粉33-34
• 3.3.4 m(吐温-80)/m(PVP)对银粉振实密度的影响34-36
• 3.4 XRD分析36
• 3.5 本章结论36-38
• 4 片状银粉的制备38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 球磨参数的选择38-39
• 4.2.1 填充系数的确定38
• 4.2.2 球磨机转速的选择38-39
• 4.2.3 磨球种类、球径以及磨球级配的选择39
• 4.2.4 球料比选择39
• 4.3 球磨助剂的选择39-40
• 4.3.1 球磨介质40
• 4.3.2 表面活性剂40
• 4.4 片状银粉制备工艺优化40-46
• 4.4.0 球磨时间对片状银粉松装密度的影响40-41
• 4.4.1 原料银粉形貌对片状银粉性能的影响41-43
• 4.4.1.1 不同形貌银粉的制备41-42
• 4.4.1.2 银粉形貌对片状银粉性能的影响42-43
• 4.4.2 表面活性剂对片状银粉性能的影响43-46
• 4.4.2.1 表面活性剂的确定43-45
• 4.4.2.2 复合表面活性剂对片状银粉性能的影响45-46
• 4.5 本章小结46-48
• 5 低温固化型导电浆料的制备及固化工艺优化48-60
• 5.1 引言48
• 5.2 环氧树脂的固化工艺研究48-54
• 5.2.1 环氧树脂的选择48-49
• 5.2.2 固化剂的选择49-50
• 5.2.3 环氧树脂的固化工艺优化50-54
• 5.2.3.1 E-51环氧树脂的固化反应原理50-51
• 5.2.3.2 E-51/QNP1体系的固化工艺优化51-54
• 5.3 低温固化浆料的制备及性能检测54-55
• 5.3.1 低温固化导电银浆的配方设计54
• 5.3.2 低温固化导电银浆的配制过程54-55
• 5.4 低温固化导电银浆性能测试55-58
• 5.4.1 片状银粉含量对浆料电性能的影响55-56
• 5.4.2 E-51/QNP1固化体系有机载体含量对浆料电性能的影响56
• 5.4.3 固化时间的优化与潜伏期特性56-58
• 5.4.3.1 低温固化浆料固化时间的确定57
• 5.4.3.2 低温固化浆料的潜伏期57-58
• 5.5 低温固化银浆的技术指标58-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6 总结60-61
• 参考文献61-67
• 攻读学位期间主要的研究成果目录67-68
• 致谢68

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