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技术文章
太阳能电池正面银浆的发展现状
上海矽诺国际贸易有限公司2020-09-21点击1975次
正面银浆主要由导电功能相银粉、无机粘结相玻璃粉、有机载体组成。正面银浆中的银粉作为导电功能相直接影响正面电极的导电性能;玻璃粉在烧结过程中不仅起高温粘结作用,而且起到促进银粉熔融以及形成银.硅欧姆接触的媒介物质的作用;有机载体作为浆料的临时黏结剂,对固体粉体起到分散作用使浆料获得所需的流变性能,从而满足浆料丝网印刷的要求。
正面银浆用银粉的研究现状
国内外对超细银粉的研究己较为成熟,已有大量的相关文献报道,有的银粉达到微米级、亚微米级,有的甚至可达到纳米级。太阳能电池正面银浆用导电银粉通常为微米或亚微米级,纳米级的银粉很少使用。在银粉形状方面,文献报道的有颗粒状、块状、球形、片状和树枝状,甚至还有纤维状。
银粉制备方法大致可分为物理法和化学法。工业上主要以化学液相还原法为主,它是工业上最常用的方法,因该工艺流程简便可行、生产成本低、规模大等优点,化学液相还原法在电子工业领域得到了非常广泛的应用。化学液相还原法工艺参数主要有反应物浓度、还原剂种类、表面活性剂种类、溶液pH值、温度、搅拌速度、滴液速度,在工业生产中须严格控制各影响参数。常见的还原剂有水合肼、抗坏血酸、乙二醇和N,N.二甲基甲酰胺等。常见的分散剂有聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇等。物理法主要为机械球磨法,吴海斌等,采用机械球磨法制备了片状银粉,该法制备的银粉分散性和加工性能良好,性能稳定,可供电子元件生产时使用。目前,国外对于太阳能电池用导电银粉的研究已趋于成熟,制得的银粉分散性好,振实密度高,如图1.9(a)。而国内所制银粉不仅分散性不佳,其振实密度也不算高,如图,银粉性能的落后严重影响了国内正面银浆产业化的进程,国内银粉技术还有待进一步探究和提高,以满足正面银浆的国产化需求。
正面银浆用有机载体的研究现状
有机载体由有机溶剂、增稠剂、触变剂、表面活性剂以及流延性控制剂等组成。
(a)有机溶剂:有机溶剂是有机载体中的主要成分,占70%以上,起控制载体各成分溶解度作用。常见的有机溶剂有:二甘醇醚醋酸酯(丁基卡必醇醋酸酯)、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸三丁酯等。
(b)增稠剂:增稠剂主要用来增加浆料粘度,包覆粉体颗粒以阻止颗粒的凝聚、沉淀和结块,并赋予浆料理想的流变性能。增稠剂一般选用高分子有机聚合物,常见的增稠剂有:乙基纤维素、硝化纤维素、聚异丁烯等。
(c)触变剂:触变剂的作用是改变浆料中粒子之间的相互作用力,增加浆料悬浮性和流动性,抑制浆料凝聚结块。常用的触变剂有:皂土、硅酸钙、胶体氧化铝或硅石等。
(d)表面活性剂:表面活性剂用来降低有机载体和固粉微粒接触界面的张力,使微粒得到充分润湿并均匀分散于有机载体中,提高浆料的丝网印刷性能。触变剂主要有:甲苯乙醇等;
(e)流动控制剂:流动控制剂起改善浆料流动性,增加浆料中各成分之间的粘合强度,提高浆料烧结膜附着力的作用。常见流动控制剂主要有:苯二酸、
糠酸等。
由于浆料要求具备良好的触变性,即浆料在剪切应力作用下粘度下降,外力作用消失后粘度恢复到原值。触变性好的浆料能使电极烧结后饱满,具有一定的厚度,边缘界面清晰,不出现流淌的现象。同时,良好的触变性也有助于浆料静置很长一段时间后不会发生固体颗粒沉降,可有效地防止浆料中固体颗粒出现聚团。因此,有机载体必须满足以下要求:①对玻璃粉体和银金属颗粒具有良好的浸润性,保证固体颗粒在有机载体中得到良好的分散并最终形成连续的烧结厚膜;②溶剂在常温下不易挥发,如果浆料在浸涂过程中有机溶剂大量挥发,必然会使浆料的粘度突然增大,耗银量出现大幅增大,严重时可使电极表面出现针孔、
尖头等缺陷,对电极电性能极为不利,所以保证有机溶剂不易挥发是保证正面银浆稳定生产的关键【34】。近几十年来经过各国材料研究人员的不懈努力,电子浆料用有机载体取得了巨大的发展,罗世永等【35】用恒温失重方法研究了以松油醇-乙
基纤维素体系为主要溶剂的有机载体在70~190℃温度范围内的挥发特性,提出了在不同温度下控制有机载体挥发量的方法,得出常用有机溶剂的挥发强弱由高到低的顺序为:松节油、松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯,在松油醇.乙基纤维素体系中,可以通过提高高挥发性松节油的含量、调节丁基卡必醇醋酯和松油醇的相对含量以及邻苯二甲酸二丁酯的含量来调节有机载体在不同温度下的挥发性能。尹海鹏等【36】以粘度测试为主要手段,研究了钨导体浆料配料工艺,给出了有机载体和浆料制备环节中主要的控制参数及其作用机理,并提出了钨导电浆料的结构模型,得出纤维素和氢化蓖麻油是影响有机载体粘度的主要因素,随着二者含量的增加有机载体的粘度相应增大;郝晓光等【37】研究了以乙基纤维素.松油醇.松节油、乙基纤维素.松油醇.二乙二醇丁醚为有机载体配制的铝浆的流平性与溶剂挥发特性,通过TG-DTA分析,得出了以乙基纤维素.松油
醇.松节油为溶剂的有机载体制备的铝浆在192.57℃以下,随有机载体中松节油的大量挥发,浆料粘度快速增大,由于松节油具有很高的挥发速率,导致浆料表面开放时间变短、流平效果变差,松节油大量挥发后,浆料会快速失去流动性,浆料烧结膜出现很多孔洞,致密度降低。由于乙基纤维素.松油醇.二乙二醇丁醚具有层次性挥发特性,使得浆料具有优异的流平性,浆料烧结膜光滑无孔洞,致密度增加;虽然电子浆料领域有机载体的文献报道很多,但是在太阳能电池正面银浆用有机载体的文献报道却很少,并且有机载体组成成分的挥发对浆料性能造成的不稳定性仍然是长期存在的【38】,所以对太阳能电池正面银浆用有机载体还有待进一步研究。