晶体硅太阳能电池用银粉的制备及其对背面银浆性能的影响

【摘要】：太阳能无污染、可再生且取之不尽、用之不竭,是人类未来最重要的能源之一。对于太阳能的研究和应用一直是科学界和工程界的热点。本文抓住晶体硅太阳能电池背面银电极材料这一技术难点,重点研究了晶体硅太阳能电池用银粉的制备方法以及银粉的性能对背面银浆性能的影响。利用液相化学还原法制备球形银粉,研究了还原剂种类、分散剂种类和浓度、pH值以及反应温度对银粉形貌和粒径的影响规律。利用机械球磨法制备片状银粉,探讨了球磨分散剂种类、含量对片状银粉形貌、平均片径和松装密度的影响；分析了球磨时间对片状银粉形貌、平均粒径、松装密度和比表面积的影响。研究了银粉的形貌、分散性、振实密度以及银粉含量与玻璃粉含量相对值对浆料烧结膜和电池光电性能的影响。具体研究结果如下： (1)采用液相化学还原法制备球形银粉,用抗坏血酸作还原剂,还原反应比较温和,生成银粉形态均匀、分散性好。分散剂对银粉形貌有很大的影响,柠檬酸三钠、三乙醇胺、吐温三种不同分散剂分别反应得出了球形、雪花状、片状三种不同的银粉形态。当m(柠檬酸三钠)／m(AgN03)质量比为0.08时,银粉形态规则,分散性较好,平均粒径为2.52μm。实验得出制备球形银粉最佳反应条件为：反应温度40℃,反应初始溶液pH值为6,搅拌速度为250r/min,滴液速度为10mL／s。在该条件下的银粉具有良好的分散性,形貌均匀,平均粒径为2.5μm,粒径分布为2-5μm,振实密度3.8g.cm-3。 (2)机械球磨法是制备片状银粉的主要方法。研究了不同球磨分散剂种类及浓度对片状银粉性能的影响。当其他参数固定时使用复合分散剂得到的银粉成片性能最好,粒径均匀,分散性好。当分散剂加入量为1.5wt%时其平均粒径最小为6.32μm,松装密度最小值1.18g/cm3。 (3)探讨了球磨时间对银粉形貌、平均粒径、松装密度和比表面积的影响。发现球磨时间比较短时,对粉末细化不够,银粉片径大、松装密度和比表面积均比较大；但是球磨时间过长,由于加工硬化,粉末塑性下降,发生脆断从而使松装密度和比表面积都增大,因此存在一个最佳球磨时间。结果得出在球磨15h时得到的银粉形貌为片形,平均粒径为5.89μm,松装密度为1.12g/cm3,比表面积为2.85cm2/g。 (4)发现了银粉形貌、分散性、振实密度以及浆料中银粉含量与玻璃粉含量相对值对背面银浆性能的影响规律。片状银粉制备的背银浆料附着力最好、电池光电转换效率最高,球形银粉次之,雪花形银粉最差。高分散和高振实密度银粉能显著提高电池片的光电转换效率。随着银粉含量与玻璃粉含量相对值的升高光电转换效率先升高后降低,当相对值为16.4,也就是银粉含量为82%,玻璃粉为5%时光电转换效率最高为17.58%。 【关键词】：银粉 化学还原法 机械球磨法 背面银浆
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ131.22
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 文献综述9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 晶体硅太阳能电池9-14
• 1.2.1 晶体硅太阳能电池的结构和工作原理9-11
• 1.2.2 硅太阳能电池的研究和开发11-14
• 1.3 晶体硅太阳能电池电极浆料用银粉14-16
• 1.4 晶体硅太阳能电池用背面银浆16-19
• 1.4.1 银粉及其对浆料性能的影响因素16
• 1.4.2 粘结相玻璃粉及其对浆料性能的影响因素16-17
• 1.4.3 有机载体及其对浆料性能的影响17-18
• 1.4.4 背银浆料在太阳能电池中的作用18-19
• 1.5 本课题的研究意义及目的19-20
• 1.6 研究内容和预期目标20-21
• 1.6.1 研究内容20
• 1.6.2 预期目标20-21
• 第二章 实验部分21-28
• 2.1 实验试剂及仪器21-23
• 2.1.1 试剂21
• 2.1.2 仪器21-23
• 2.2 实验过程及方法23-26
• 2.2.1 化学还原法制备球形银粉23
• 2.2.2 机械球磨法制备片状银粉23-24
• 2.2.3 背面银浆的制备24-25
• 2.2.4 背面银浆的印刷与烧结25-26
• 2.3 性能检测26-28
• 2.3.1 表面形貌观察26
• 2.3.2 银粉的粒径测试26
• 2.3.3 银粉的比表面积测试26
• 2.3.4 银粉的振实密度测试26
• 2.3.5 浆料的粘度测试26-27
• 2.3.6 浆料的细度测试27
• 2.3.7 电池的电性能测试27-28
• 第三章 化学还原法制备晶体硅太阳能电池用球形银粉28-38
• 3.1 还原剂的选择和化学反应原理研究28-29
• 3.2 分散剂种类对银粉粒径和形貌的影响29-31
• 3.3 分散剂浓度对银粉粒径的影响31-32
• 3.4 反应温度对银粉粒径和分散性的影响32-34
• 3.5 溶液初始PH值对银粉粒径和分散性的影响34-36
• 3.6 银粉性能评价36
• 3.7 本章小结36-38
• 第四章 机械球磨法制备晶体硅太阳能电池用片状银粉38-51
• 4.1 机械球磨法原理介绍38-39
• 4.2 球磨工艺参数的研究39-41
• 4.2.1 罐体转速的确定39-40
• 4.2.2 磨球的种类和大小选择40
• 4.2.3 磨球级配分析40-41
• 4.2.4 填充系数的确定41
• 4.2.5 液体添加量的确定41
• 4.3 球磨分散剂的研究41-45
• 4.3.1 分散剂对银粉形貌的影响42-43
• 4.3.2 分散剂加入量对银粉平均片径的影响43-44
• 4.3.3 分散剂加入量对银粉松装密度的影响44-45
• 4.4 球磨时间研究45-49
• 4.4.1 球磨时间对银粉形貌的影响45-47
• 4.4.2 球磨时间对银粉平均片径的影响47
• 4.4.3 球磨时间对银粉松装密度的影响47-48
• 4.4.4 球磨时间对银粉比表面积的影响48-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第五章 银粉特性对背面银浆性能的影响51-66
• 5.1 引言51
• 5.2 太阳能电池电性能51-54
• 5.3 不同形貌银粉对背面银浆性能的影响54-57
• 5.3.1 银粉形貌对烧结膜性能的影响54-56
• 5.3.2 银粉形貌对电极附着力的影响56
• 5.3.3 银粉形貌对电池电性能的影响56-57
• 5.4 银粉的分散性对背面银浆性能的影响57-59
• 5.4.1 银粉分散性对烧结膜性能的影响57-58
• 5.4.2 银粉分散性对电池电性能的影响58-59
• 5.5 银粉振实密度对背面银浆性能的影响59-63
• 5.5.1 银粉振实密度烧结膜性能的影响59-61
• 5.5.2 银粉振实密度对电池电性能的影响61-63
• 5.6 银粉含量与玻璃粉含量相对值对背面银浆性能的影响63-64
• 5.7 本章小结64-66
• 第六章 结论66-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果74

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