一种玻璃粉的表面改性方法及其应用与流程

1.本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种玻璃粉的表面改性方法及其应用。


背景技术：

2.晶硅太阳能电池导电电极浆料是由铝粉、银粉、玻璃粉、添加剂等无机固体颗粒分散于有机载体中形成均相悬浮体系，其中铝粉、银粉、玻璃粉、添加剂等无机相的物理化学特性是决定浆料烧结行为及欧姆接触性能的最主要因素，而有机载体主要赋予浆料合适的粘度和流变特性并使之适于印刷。玻璃粉是实现电极与硅片欧姆接触的重要组分，在浆料金属化过程中玻璃粉相对较低的软化点一方面可以促进导电粉体的致密化，降低线电阻，另一方面可以腐蚀电池片表面的sinx层，使电极能够与硅片形成良好的粘结作用。玻璃粉在烧结过程中与铝粉和银粉的作用可以降低银层和硅片间的接触电阻，实现良好的欧姆接触。
3.随着太阳能电池结构的改进及丝网印刷技术的进步，对浆料提出的更为明确的要求，栅线宽度的降低及高宽比的增加要求粉体粒径更加严苛。随着粉体粒径的减小，粉体表面能随之增加，在现有的加工工艺下容易产生团聚现象，从而引起其在浆料中分布不均匀，进而影响稳定性。故玻璃粉在浆料烧结过程中起到重要的作用，因此研究玻璃粉的作用机理及对玻璃粉进行改性对于指导玻璃粉的开发和提高浆料的性能是势在必行的。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题本发明提供了一种玻璃粉的表面改性方法及其应用，本发明的具体内容如下：
5.本发明的目的在于提供一种玻璃粉的表面改性方法及其应用，通过对玻璃粉进行预处理，调节玻璃粉的表面活性，避免团聚产生，从而提高玻璃粉在浆料中的分散性，提高浆料的印刷性，本发明的具体内容如下：
6.一种玻璃粉的表面改性方法,具体步骤如下：
7.步骤1)玻璃粉与溶剂混合均匀，200-800rpm转速下搅拌5-60min；
8.步骤2)在步骤1得到的混合物中加入助剂，在40-80℃的条件下搅拌5-60min；
9.步骤3)在步骤2得到的混合物中加入分散剂，混合搅拌20-120min后降温至常温；
10.步骤4)静置后，倒出上层清液，烘干得到改性后的玻璃粉。
11.作为优化的，所述玻璃粉、溶剂、助剂和分散剂的质量百分比为5-40：58-93：0.1-2：1-6。
12.作为优化的，所述步骤1的玻璃粉为硼硅酸铅玻璃粉、硅酸铅玻璃、亚碲酸铅玻璃或含铋无铅玻璃中的一种。
13.作为优化的，所述硼硅酸铅玻璃粉、硅酸铅玻璃、亚碲酸铅玻璃和含铋无铅玻璃的粒径d
50
：0.8μm-1.2μm,d
100
＜8μm。
14.作为优化的，所述步骤1中的溶剂为去离子水、二乙二醇丁醚、聚甲氧基二甲醚、邻
苯二甲酸二丁酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、无水乙醇中的一种或多种。
15.作为优化的，所述助剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂或硼酸酯偶联剂中的一种或多种。
16.作为优化的，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、油酸氨基化、脂肪二胺有机盐、磷脂/卵磷脂、甲基戊醇、聚醚磷酸酯、聚丙烯酰胺、古尔胶、月桂基磷酸酯、脂肪酸聚乙二醇酯或聚丙烯酸酯类中的一种或多种。
17.一种改性玻璃粉的应用，通过改性方法制备得到的玻璃粉应用于太阳能电池银铝浆中。
18.有益效果：与现有技术相比，本发明的具体优势如下：
19.1、本发明通过不同有机的处理，玻璃粉比表面积增大或减少，表面效应随之改变，玻璃粉的烧结活性在不改变粒径的条件下能够实现优化调节，从而提高浆料的性能。
20.2、通过本发明处理后的玻璃粉，相比于未处理玻璃粉，团聚被打散，表面与有机作用后，更容易与浆料中有机载体相溶，玻璃粉在浆料中均匀分散，有效改善了印刷后电池片和浆料接触不均匀问题，减少断栅现象的发生。
21.3、通过本发明处理后的玻璃粉，团簇被打开，与分散剂作用后不易聚集，总体粒径降低，进一步减小浆料的细度。
附图说明
22.图1为无水乙醇处理后的玻璃粉表面形貌图；
23.图2为包覆后的玻璃粉xrd图；
24.图3为分散剂处理后玻璃粉形貌图；
25.图4为玻璃粉经过不同有机的处理后的dsc图。
具体实施方式
26.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
27.一种玻璃粉的表面改性方法,具体步骤如下：
28.步骤1)玻璃粉与溶剂混合均匀，200-800rpm转速下搅拌5-60min；
29.步骤2)在混合物中加入助剂，在40-80℃的条件下搅拌5-60min；
30.步骤3)在混合物中加入分散剂，混合搅拌20-120min后降温至常温；
31.步骤4)静置后，倒出上层清液，烘干得到改性后的玻璃粉。
32.作为优化的，所述玻璃粉、溶剂、助剂和分散剂的质量百分比为5-40：58-93：0.1-2：1-6。
33.选用的玻璃粉为硼硅酸铅玻璃粉、硅酸铅玻璃、亚碲酸铅玻璃或含铋无铅玻璃中的一种，粒径d
50
：0.8μm-1.2μm,d
100
＜8μm。
34.作为优化的，所述步骤1中的溶剂为去离子水、二乙二醇丁醚、聚甲氧基二甲醚、邻苯二甲酸二丁酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、无水乙醇中的一种或多种，溶剂对玻璃粉的表面进
行处理，使之比表发生变化，不同程度地增大或减小，无水乙醇对玻璃粉表面刻蚀，增大玻璃粉的比表面积，去离子水、二乙二醇丁醚、聚甲氧基二甲醚、邻苯二甲酸二丁酯和二乙二醇丁醚醋酸酯对玻璃粉进行包覆，减小玻璃粉的比表面积。
35.作为优化的，所述助剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂或硼酸酯偶联剂中的一种或多种，由于玻璃粉表面有羟基，偶联剂和玻璃粉的表面羟基结合，通过偶联剂将玻璃粉和分散剂结合，使得玻璃粉的表面包覆分散剂后均匀地分散在溶剂中。
36.作为优化的，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、油酸氨基化、脂肪二胺有机盐、磷脂/卵磷脂、甲基戊醇、聚醚磷酸酯、聚丙烯酰胺、古尔胶、月桂基磷酸酯、脂肪酸聚乙二醇酯或聚丙烯酸酯类中的一种或多种。从图2可知，包覆后的玻璃粉xrd均呈现无定形态，说明玻璃结构未发生变化，从图3可知，分散剂处理后的玻璃粉团聚被打开，均匀地分散在溶剂中，总体粒径降低，减小了玻璃粉的细度。
37.改性后的玻璃粉应用于太阳能电池银铝浆中，改性后的玻璃粉表面包覆有分散剂和偶联剂，通过本发明的改性方法，灵活地控制玻璃粉的活性和烧结温度，根据浆料的性能需求，调整玻璃粉，从而更精确地改善浆料的性能。
38.结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本技术所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本技术中提供的任何定义不一致，则以本技术中提供的术语定义为准。
39.在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由
…
制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本技术的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
40.实施例1
41.一种玻璃粉的表面改性方法,选取30g硼硅酸铅玻璃粉和68.9g无水乙醇混合均匀，200rpm转速下搅拌60min后加入0.1g硅烷偶联剂，40℃的条件下再搅拌60min后再加入1g三聚磷酸钠，混合搅拌20min后降温至常温，静置后，倒出上层清液，烘干得到改性后的玻璃粉，上述玻璃粉应用于太阳能电池银铝浆中，从表1可知，改性后的玻璃粉比表面积从4.136增大到4.768，活性增强。
42.实施例2
43.一种玻璃粉的表面改性方法,选取20g硅酸铅玻璃与75.9g无水乙醇混合均匀，300rpm转速下搅拌50min后加入0.1g钛酸酯偶联剂，在50℃的条件下搅拌50min后再加入4g聚丙烯酸酯类，混合搅拌40min后降温至常温，静置后，倒出上层清液，烘干得到改性后的玻璃粉，上述玻璃粉应用于太阳能电池银铝浆中，从表1可知，改性后的玻璃粉比表面积从3.847增大到6.184，活性增强。
44.实施例3
45.一种玻璃粉的表面改性方法,选取10g亚碲酸铅玻璃粉与84g二乙二醇丁醚混合均匀，400rpm转速下搅拌40min后加入1g铝酸酯偶联剂，在60℃的条件下搅拌40min后再加入5g十二烷基硫酸钠，混合搅拌50min后降温至常温，静置后，倒出上层清液，烘干得到改性后的玻璃粉，应用于太阳能电池银铝浆中，从表1可知，改性后的玻璃粉比表面积从3.436减小到2.541，活性减弱。
46.实施例4
47.一种玻璃粉的表面改性方法,选取25g含铋无铅玻璃粉与67g聚甲氧基二甲醚混合均匀，500rpm转速下搅拌30min后加入2g磷酸酯偶联剂，在65℃的条件下搅拌30min后再加入6g聚醚磷酸酯，混合搅拌70min后降温至常温，静置后，倒出上层清液，烘干得到改性后的玻璃粉，应用于太阳能电池银铝浆中，从表1可知，改性后的玻璃粉比表面积从3.547减弱到2.173，活性减弱。
48.实施例5
49.一种玻璃粉的表面改性方法，选取5g硅酸铅玻璃粉与93g邻苯二甲酸二丁酯混合均匀，600rpm转速下搅拌20min后加入1g硼酸酯偶联剂，在70℃的条件下搅拌20min后再加入1g脂肪酸聚乙二醇酯，混合搅拌90min后降温至常温，静置后，倒出上层清液，烘干得到改性后的玻璃粉，应用于太阳能电池银铝浆中，从表1可知，改性后的玻璃粉比表面积从3.589减弱到2.913，活性减弱。
50.实施例6
51.一种玻璃粉的表面改性方法,选取40g亚碲酸铅玻璃粉与58g二乙二醇丁醚醋酸酯混合均匀，800rpm转速下搅拌5min后加入1g钛酸脂偶联剂，在80℃的条件下搅拌5min后再加入1g油酸氨基化，混合搅拌120min后降温至常温，静置后，倒出上层清液，烘干得到改性后的玻璃粉，应用于太阳能电池银铝浆中，从表1可知，改性后的玻璃粉比表面积从3.642减弱到3.315，活性减弱。
52.表1各实施例的比表面积结果
[0053][0054]
[0055]
从图4可知，玻璃粉经过油酸氨基化和聚丙烯酸酯类不同的分散剂处理后，相比于玻璃粉原粉，烧结温度随分散剂的差异呈不同程度的增加或降低.玻璃粉经过油酸氨基化处理后，在299.53℃时，有机受热分解出现放热峰，玻璃粉的烧结温度从原粉的492.02℃提前到486.81℃；玻璃粉经过聚丙烯酸酯类处理后，在325.63℃时，有机受热分解，玻璃粉的烧结温度从原粉的492.02℃延后到497.04℃。实施例6选用油酸氨基化分散剂处理，玻璃粉的烧结温度提前，实施例2选用聚丙烯酸酯类分散剂处理，玻璃粉的烧结温度延后。
[0056]
实施例1和实施例2的溶剂选用无水乙醇，从图1可知，无水乙醇处理后的玻璃粉表面被刻蚀，比表面积增大，在加热搅拌过程中，内部压力略大，加速了玻璃粉与无水乙醇的反应，使玻璃表面变得粗糙，比表面积增加，活性增强。
[0057]
实施例3、实施例4、实施例5和实施例6的玻璃粉的比表面积减小，溶剂将玻璃粉表面包覆，在加热搅拌过程中，偶联剂先于玻璃粉表面羟基结合，然后再与分散剂结合，使分散剂均匀分布在玻璃粉表面，使其比表面积不同程度减小。
[0058]
通过本发明的处理方法，玻璃粉根据实际需要使用不同的溶剂，从而增大或减小比表面积，改变反应活性，当需要增大比表面积，使用无水乙醇，减小比表面积时则用去离子水、二乙二醇丁醚、聚甲氧基二甲醚、邻苯二甲酸二丁酯或二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种。通过使用不同的分散剂，能降低或增大玻璃粉的烧结温度，从而能更精确地控制玻璃粉的性能，当浆料需要更高的烧结温度时，则选用聚丙烯酸酯类，可以增大玻璃粉的烧结温度，当浆料需要较低的烧结温度时，则可以选用油酸氨基化，能降低玻璃粉的烧结温度。
[0059]
除非另外具体说明，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等既不限定所提及的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组，也不排除出现或加入一个或多个其他不同的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、原件和/或它们的组。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示技术特征的数量与顺序。
[0060]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。