太陽能電池超細銀粉的制備及其對電極厚膜性能的影響

【摘要】：摘要：太陽能是一種安全穩(wěn)定、取之不盡的能源,利用光電效應(yīng)可以將太陽能轉(zhuǎn)化成電能,太陽能電池便是完成這一能量轉(zhuǎn)換過程的裝置。晶硅太陽能電池是光伏產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最快、技術(shù)最成熟的一類。太陽能電池中,參與形成正面電極的銀漿是太陽能電池制造中的重要原料。正面銀漿主要由銀粉導電相、玻璃粉粘結(jié)相、有機載體以及添加劑四部分組成。其中銀粉占據(jù)漿料總重的85%以上,是銀漿最主要的成分。因此,銀粉質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著銀漿的電學、力學以及印刷性能。目前,在銀粉方面國內(nèi)生產(chǎn)的銀粉在粒徑、分散性以及振實密度上均與國外銀粉具備很大差距,國內(nèi)不具備生產(chǎn)粒徑均勻的高分散超細銀粉的技術(shù),這也成為制約國內(nèi)太陽能電池正面銀漿國產(chǎn)化的重要瓶頸。本文主要采用液相還原法,并且通過掃描電鏡、X射線衍射儀、振實密度分析儀等對制備的銀粉的形貌、粒徑、分散性、純凈度以及正面電極燒結(jié)膜的形貌進行觀察和分析,研究了使用不同分散劑制備太陽能電池正面電極用超細銀粉的工藝,研究了銀粉的粒徑、分散性以及不同類型銀粉混合對于太陽能電池正面電極致密化的影響。使用太陽能電池單體分選機對電池片光電轉(zhuǎn)換效率進行測量。研究結(jié)果如下： 1、采用液相還原法,以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為分散劑,抗壞血酸為還原劑還原硝酸銀溶液制備粒徑小于1μm的太陽能電池正面銀漿用超細銀粉。實驗表明：銀粉的粒徑隨著反應(yīng)Ag+濃度的減小而減小,實驗控制Ag+濃度為0.1mol/L制備出平均粒徑在0.58μm的超細銀粉,但此種方法不利于生產(chǎn)效率的提高；隨著分散劑CTAB用量的增加,銀粉的粒徑逐漸減小,銀粉的分散性先變好后變差,實驗中,當m(CTAB)/m(AgNO3)=0.6時可獲得平均粒徑為0.68μm,分散性良好的超細銀粉；隨著反應(yīng)pH的升高,銀粉的粒徑逐漸減小,分散性變差。實驗中當反應(yīng)pH為6時可以得到粒徑符合要求,分散性較好的超細銀粉；向反應(yīng)液中加入一定量丙三醇可以改變反應(yīng)介質(zhì)的性質(zhì),影響水溶液中傳質(zhì)過程,有利于銀粉粒徑的減?。唤?jīng)過工藝優(yōu)化,Ag+濃度為0.3mol/L,分散劑用量m(CTAB)/m(AgNO3)=0.6,反應(yīng)pH為6的條件下制備出平均粒徑約為0.75μm,振實密度4.0g/mL,分散性良好,潔凈度高的超細銀粉。 2、采用液相還原法,采用三乙醇胺作分散劑,抗壞血酸作還原劑還原硝酸銀溶液制備粒徑小于1μm的太陽能電池正面銀漿用超細銀粉。實驗表明：使用三乙醇胺作分散劑制備銀粉分為三乙醇胺與Ag+作用生成AgOH膠體,AgOH被抗壞血酸還原生成單質(zhì)銀兩步進行；堿性條件下銀粉粒徑隨著反應(yīng)pH的升高而減小,酸性條件下三乙醇胺與酸發(fā)生反應(yīng)喪失活性；隨著三乙醇胺用量的增加銀粉粒徑減小,分散性略有改善,但是其分散效果并不理想。經(jīng)過工藝優(yōu)化,確定三乙醇胺作分散劑制備超細銀粉的工藝條件是三乙醇胺加入到硝酸銀溶液中,反應(yīng)pH為8,三乙醇胺用量為4g/L,得到的銀粉平均粒徑為0.8μm,振實密度為3.8g/mL,易洗滌,有機物殘留少,但形貌和分散性難移滿足正面銀漿用銀粉的要求。 3、實驗考查了銀粉的粒徑、分散性對太陽能電池正面電極致密度的影響。結(jié)果表明,使用實驗組的銀粉,在保證銀粉分散性的前提下,銀粉粒徑的減小有利于電極致密度的提高,實驗中使用粒徑在1.0μm以下的銀粉與使用粒徑在2.5μm左右的銀粉相比,電極孔隙率降低了18%,光電轉(zhuǎn)換效率相對提升了1.2%；在銀粉粒徑相近的情況下,使用分散性好的銀粉比使用分散性差的銀粉獲得的電極致密度高,孔隙率降低了28%,光電轉(zhuǎn)換效率提升了3.6%。 4、使用微米級和亞微米級兩種不同粒徑的銀粉按照一定比例制成混合銀粉,代替單一銀粉進行對比試驗,結(jié)果表明粒徑小的銀粉可以有效的填充粒徑較大銀粉堆積產(chǎn)生的空隙,使堆積密度增大,燒結(jié)后有利于高致密度厚膜電極的形成。實驗中在一定范圍內(nèi)隨著細銀粉的增加電極孔隙率減小,光電轉(zhuǎn)換效率提高,當細銀粉過量時,多余的細銀粉不會參加填隙,反而影響到電極的致密化。在實驗條件下,當S1號大粒徑銀粉與S2號小粒徑銀粉的質(zhì)量比為7：3時,電極的平均孔隙率最小,達到15.55%,電池片光電轉(zhuǎn)換效率平均值達到17.83%。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 超細銀粉 分散性 正面電極 致密化
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 文獻綜述11-28
• 1.1 引言11-12
• 1.2 太陽能電池的分類12
• 1.3 晶硅太陽能電池的工作原理12-16
• 1.4 太陽能用超細銀粉的研究現(xiàn)狀及發(fā)展16-21
• 1.4.1 銀粉的制備工藝16-17
• 1.4.2 超細銀粉的液相還原制備工藝17-19
• 1.4.3 銀粉制備的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀19-21
• 1.5 太陽能電池厚膜電極致密化研究現(xiàn)狀及發(fā)展21-25
• 1.5.1 太陽能電池厚膜電極致密化機制21-22
• 1.5.2 太陽能電池電極致密化影響因素22-25
• 1.7 論文的研究意義25-26
• 1.8 主要研究內(nèi)容26-28
• 第二章 實驗部分28-35
• 2.1 主要試劑28
• 2.2 儀器28-29
• 2.3 實驗29-31
• 2.3.1 超細銀粉的制備29-30
• 2.3.2 太陽電池正面銀漿的制備30
• 2.3.3 太陽能電池制造30-31
• 2.4 檢測手段及檢測方法31-35
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡檢測31
• 2.4.2 銀粉的粒度檢測31-32
• 2.4.3 銀粉的振實密度檢測32
• 2.4.4 X射線衍射檢測32-33
• 2.4.5 銀漿的粘度檢測33
• 2.4.6 銀漿的細度檢測33
• 2.4.7 太陽能電池電性能檢測33
• 2.4.8 太陽能電池EL缺陷檢測33-35
• 第三章 太陽能電池用超細銀粉的制備35-60
• 3.1 引言35
• 3.2 理論基礎(chǔ)35-42
• 3.2.1 銀35-36
• 3.2.2 銀粉36-37
• 3.2.3 液相還原法制備銀粉的原理37
• 3.2.4 銀的形核與長大37-42
• 3.3 CTAB作分散劑制備超細銀粉42-50
• 3.3.1 Ag~+濃度對銀粉性質(zhì)的影響42-43
• 3.3.2 CTAB用量對銀粉性質(zhì)的影響43-46
• 3.3.3 反應(yīng)pH值對銀粉性質(zhì)的影響46-48
• 3.3.4 反應(yīng)介質(zhì)對銀粉性質(zhì)的影響48-49
• 3.3.5 銀粉的XRD和SEM分析49-50
• 3.4 三乙醇胺(TEA)作分散劑制備超細銀粉50-56
• 3.4.1 三乙醇胺的性質(zhì)51
• 3.4.2 三乙醇胺加入方式對銀粉性質(zhì)的影響51-53
• 3.4.3 反應(yīng)PH值對銀粉性質(zhì)的影響53-55
• 3.4.4 三乙醇胺用量對銀粉性質(zhì)的影響55-56
• 3.5 幾種分散劑性能特點的比較56-58
• 本章小結(jié)58-60
• 第四章 太陽能電池正面電極厚膜的致密化60-76
• 4.1 太陽能電池正面電極厚膜致密化機制60-61
• 4.2 厚膜致密度的衡量61
• 4.3 銀粉性質(zhì)對厚膜致密化的影響61-69
• 4.3.1 銀粉粒徑對厚膜致密化的影響63-67
• 4.3.2 銀粉分散性對厚膜致密化的影響67-69
• 4.4 不同粒徑銀粉搭配對厚膜致密化的影響69-74
• 本章小結(jié)74-76
• 第五章 結(jié)論76-78
• 參考文獻78-83
• 攻讀碩士期間主要的研究成果83-84
• 致謝84

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