一种丙烯酸树脂以及在太阳能电池导电浆料中的应用的制作方法

1.本发明涉及一种丙烯酸树脂以及在太阳能电池导电浆料中的应用。


背景技术：

2.目前光伏行业正在蓬勃发展，并且硅太阳能电池占据目前80%以上的市场。用于硅太阳能电池的光表面接受的电极栅线是导电浆料通过丝网印刷，烘干和烧结形成的，因此该电极栅线应尽可能窄，同时拥有较好的高宽比，这样才能减轻由于入射光的遮蔽导致的光伏转化效率降低。
3.用于硅太阳能电池的导电银浆一般是由有机载体、玻璃粉和导电金属粉组成的，该导电浆料的载体部分通常都含有树脂，它一般为高分子聚合物，为导电银浆提供连续性和粘接性等功能，丙烯酸树脂由于具有较好的粘接性，结构可裁剪和修饰，在导电银浆中得到了广泛的应用。专利cn107250075a引入了（2-氧代-1-咪唑烷基）甲基丙烯酸甲酯作为活性单体合成了丙烯酸树脂，并应用于光伏导电银浆中。
4.双丙酮丙烯酰胺（daam）属反应型单体，分子内含双键与交联反应点，同时含有酰胺和酮羰基基团，且成本较低，应用广泛，可作改性用单体加入共聚体中，可赋予其亲水性、极性，因此在水性涂料添加剂、纺织助剂、感光树脂助剂、环氧树脂固化剂、喷雾定发剂等领域得到了广泛应用，但目前尚未有在太阳能电池浆料领域的公开应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种丙烯酸树脂以及在太阳能电池导电浆料中的应用。
6.本发明提出的一种丙烯酸树脂，由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、双丙酮丙烯酰胺作为单体和交联剂共聚得到的聚合物，其中：甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的摩尔比为（0.2-5）:1 ；双丙酮丙烯酰胺与甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯两者之和的摩尔比为（0.05-0.2）:1 ；交联剂与甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯两者之和的摩尔比为（0.0025~0.015）:1。
7.本发明中，所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯（egdma）、n,n-亚甲基双丙烯酰胺（mba）或四甘醇二丙烯酸酯(ttegda)中的一种或多种。
8.本发明提出的一种丙烯酸树脂在太阳能电池导电浆料中的应用。
[0009] 本发明涉及一种丙烯酸树脂，通过在合成时使用活性单体双丙酮丙烯酰胺，从而在聚丙烯酸酯高分子主链上同时引入了氢键的给体酰胺基团和氢键的受体酮羰基基团，当该树脂在烧结过程中随着溶剂的挥发，树脂的浓度逐渐变大， 高分子主链之间酰胺与酮羰基之间的氢键作用也得到增强，树脂之间或者树脂与触变剂的作用力逐渐增强。本发明涉及的丙烯酸树脂由于引入酰胺和酮羰基增强氢键的作用，相对于一般丙烯酸树脂或含有丙烯酰胺基团的丙烯酸树脂在烧结过程中有更大的收缩能力，从而印制的栅线在烧结后更窄。
[0010]
本发明的有益效果在于：
本发明涉及一种丙烯酸树脂，用于太阳能电池的导电银浆，所述丙烯酸树脂含有活性单体双丙酮丙烯酰胺，分别与不含有活性单体的丙烯酸树脂以及含有丙烯酰胺的丙烯酸树脂制成的光伏银浆对比，本发明的丙烯酸树脂制成的银浆所印刷的栅线更窄。
具体实施方式
[0011]
下面通过实施例进一步说明本发明。实施例1：丙烯酸树脂的合成：在氮气保护下向500ml的三口烧瓶中依次加入236.31克去离子水，0.22克十二烷基硫酸钠，7.12克0.7%磷酸二氢钾水溶液（用氢氧化钾中和至ph约7），得到混合物，将上述混合物在85oc下搅拌半小时。在另外单独的烧杯里依次加入单体甲基丙烯酸正丁酯55.18克、甲基丙烯酸甲酯12.95克、双丙酮丙烯酰胺8.77克和交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯0.26克。在85oc时，向上述三口烧瓶中加入上述烧杯中单体混合物28.58克，搅拌15分钟后加入2.5%过硫酸铵水溶液1.11克，然后在85oc氮气保护下向三口烧瓶中保持匀速滴加烧杯内剩余单体混合物，使其1小时滴加完毕。之后混合物继续在85oc下继续搅拌2小时，然后再加入2.5%过硫酸铵水溶液1.11克，保持温度85oc继续搅拌2小时后冷却，反应后的混合液经过滤网过滤后倒入铝锅中在30度下放置10小时，然后机械破碎得到白色粉末。
[0012]
含有丙烯酸树脂的导电银浆的制备：按照总量300克，取上述丙烯酸树脂按照表1中的含量与其他有机组分混合，加热至90oc搅拌2小时之后冷却至25oc，然后按照表1中的含量加入玻璃粉和银粉搅拌至膏状，之后加入总量3%的二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇二丁醚混合液调整两者比例用三辊机反复研磨分散 ，研磨至细度（fog）为10μm以下以及转速50rpm下粘度83-88 pa*s（布氏粘度计，购自brookfiele viscometer，型号hbdv2t）的浆料。
[0013]
表1 实施例及对比例中配方中浆料组分含量实施例2-10及对比例1-2：丙烯酸树脂的合成：实施例1关于丙烯酸树脂的合成，其中甲基丙烯酸正丁酯（bma）与甲基丙烯酸甲酯(mma)摩尔比为3:1，其中活性单体双丙酮丙烯酰胺(daam)与单体bma以及mma总量的摩尔比为0.1:1，记做含量10%，交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)与单体bma以及mma总量的摩尔比为0.0025:1，记做含量0.25%。实施例2-10中丙烯酸树脂的合成都是采用实施例1中同样的合成方法，但含量及所用试剂有所调整，以实施例1为基准，其中实施例2和实施例3 使用交联剂egdma含量分别变更为0.75%和1.5%；实施例4和实施例5中保持交联剂egdma的含量不变，但使用活性单体的含量调整为5%和20%；与实施例1相比，实施例6、实施例7和实施例8中bma与mma的摩尔比分别调整为5:1和1:1以及1:5；实施例9和实施例10中交联剂分别使用n,n-亚甲基双丙烯酰胺（mba）和四甘醇二丙烯酸酯(ttegda)代替egdma，含量保持0.25%不变；对比例1中不使用任何活性单体，即在合成树脂的过程中只使用bma、mma和egdba;对比例2中使用n,n-二甲基丙烯酰胺(nndma)作为活性单体代替daam。各实施例及对
比例的丙烯酸树脂的合成见表2。
[0014]
表2 实施例2-8中丙烯酸树脂合成时单体及交联剂的组成配比含有丙烯酸树脂的导电银浆的制备：按照总量300克，取上述丙烯酸树脂按照表1中的含量与其他有机组分混合，加热至90oc搅拌2小时之后冷却至25oc，然后按照表1中的含量加入玻璃粉和银粉搅拌至至膏状，之后加入总量3%的二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇二丁醚混合液调整两者比例用三辊机反复研磨分散 ，研磨至细度（fog）为10um以下以及转速50rpm下粘度83-88 pa*s（布氏粘度计，购自brookfiele viscometer，型号hbdv2t）的浆料。
[0015]
浆料配置之后1小时通过丝网印刷将所有实施例和对比例中的浆料分别印刷到大小为158.75μm*158.75μm附有背面银浆和铝浆的p型单晶硅片上，所用网版参数为目数520目，线径17μm,膜厚8um以及开口22μm。将印刷后的硅片经过多温区隧道炉加热处理得到稳定的太阳能电池片，其中隧道炉加热初始段温度为280℃, 加热终段温度900℃。
[0016]
利用3d显微镜（购自基恩士，型号vhx-970f）观测线型参数，主要测量太阳能电池片上印刷的细栅银线的线高和线宽，以及高宽比。每个浆料印制的电池片各取3片，测电池片上固定位置的线型参数，然后取平均值。具体线型参数见表3。
[0017]
表3 实施例和对比例中的浆料制成的太阳能电池片的栅线线型参数
从表3可以看出，与对比例2使用没有活性单体的丙烯酸树脂进行比较，实施例1-10使用活性单体daam的线宽更窄；对比例1使用nndma作为活性基团，与对比例2相比，线宽有所收窄，但实施例1-8以及实施例10与对比例1相比，印制的栅线线宽相对较窄，主要原因很可能是，与含有酰胺基的丙烯酸树脂相比，丙烯酸树脂同时引入了酮羰基和酰胺基，增强了在烧结过程中树脂之间的氢键作用力；实施例9采用水溶性的mba作为合成丙烯酸树脂的交联剂，其线宽相对于其它实施例线宽较宽，这可能由于亲水性的交联剂有利于提高树脂对硅片的粘接性。由以上可见，合成丙烯酸树脂引入活性单体daam,其配置的浆料印制的线宽较窄。
[0018]
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。