Se han realizado numerosas investigaciones, tanto a nivel nacional como internacional, sobre la preparación y el control del polvo de plata para la pasta de plata de las células solares de silicio cristalino. Los métodos de síntesis más comunes incluyen la reducción química, la microemulsión, la electroreducción, la molienda mecánica de bolas y la evaporación física. Entre ellos, la reducción química es actualmente el método principal para preparar el polvo de plata para los electrodos de las células solares de silicio cristalino, debido a su facilidad de operación, la sencillez del equipo y su buen control.
Sin embargo, incluso el polvo crudo preparado mediante el método de reducción química comúnmente utilizado no cumple con los requisitos de rendimiento para el polvo de plata empleado en la pasta de plata para células solares de silicio cristalino. En primer lugar, debido al pequeño tamaño y la alta energía superficial del polvo de plata, las partículas tienden a aglomerarse durante el secado. Una vez aglomeradas, son difíciles de romper mecánicamente. Esto da como resultado una dispersión deficiente y afecta gravemente las propiedades físicas y la funcionalidad del polvo de plata.
Más importante aún, las partículas de polvo de plata sin tratar forman fácilmente aglomerados blandos en el soporte. Esto reduce la dispersión, la estabilidad, la reología de la serigrafía, la formación de película y las propiedades de curado de la pasta. Además, afecta negativamente el rendimiento y el almacenamiento de la pasta de plata conductora.
Por lo tanto, el postratamiento del polvo de plata preparado es un paso clave para su aplicación. El principal método de postratamiento es modificación superficial del polvo de plata. Actualmente, la investigación sobre la modificación de la superficie del polvo de plata aún no es sistemática, y solo unos pocos fabricantes dominan la tecnología pertinente. Esto conlleva precios elevados para el polvo y la pasta de plata, y afecta seriamente el desarrollo de las células solares de silicio cristalino.
Los principales métodos para la modificación de la superficie del polvo de plata incluyen:
Método de recubrimiento orgánico
El método de recubrimiento orgánico consiste en recubrir y modificar la superficie del polvo de plata con modificadores de superficie orgánicos específicos. Mediante adsorción o reacción química entre las sustancias orgánicas y la superficie del polvo, las moléculas orgánicas se adhieren a esta última. El polvo de plata ultrafino se modifica, pasando de ser hidrófilo a hidrófobo. Esto mejora la humectabilidad del disolvente sobre las partículas de polvo y proporciona una buena imprimibilidad y nivelación de la pasta preparada. Además, la introducción de grupos polares reduce eficazmente la energía superficial del polvo de plata. También mejora la barrera electrostática entre las partículas, optimiza la dispersión y la estabilidad de la pasta y previene la sedimentación.
El proceso general de modificación de recubrimientos orgánicos consiste en mezclar el modificador orgánico con el polvo, agitar durante un tiempo, separar, lavar y secar. Este método es sencillo, eficiente y adecuado para polvos de plata esféricos o en escamas de tamaño micrométrico, submicrométrico y nanométrico.
En la modificación de recubrimientos orgánicos para polvo de plata de electrodos de células solares de silicio cristalino, la selección de agentes de recubrimiento orgánicos es fundamental. Generalmente, las características más importantes de los modificadores orgánicos son la carga del grupo principal, la longitud de la cadena molecular y el tamaño. Estos factores influyen en el efecto del recubrimiento, la hidrofobicidad y la compatibilidad con el soporte orgánico en la pasta.
Además, la solubilidad en agua o en aceite de los tensioactivos es un factor importante para su selección. Entre los modificadores comunes para la modificación química de la superficie del polvo de plata se incluyen ácidos orgánicos, aminas grasas o alcanolaminas, compuestos lipídicos, agentes de acoplamiento y alcoholes o éteres de cadena larga.
Para mejorar el rendimiento general y la aplicabilidad de la pasta de plata conductora, a menudo se utilizan ácidos orgánicos, aminas orgánicas y compuestos lipídicos en combinación para la modificación de la superficie.
Método de composición mecánica
El método de composición mecánica utiliza medios mecánicos para moler y triturar polvo de plata con el fin de obtener una morfología o estructura superficial específica. Durante el procesamiento mecánico, a menudo se añaden aditivos orgánicos para mejorar la dispersión del polvo y la química de la superficie.
Este método es eficiente, de bajo costo, simple y fácilmente industrializable. La molienda de bolas y la molienda por chorro de aire son los métodos más comúnmente utilizados para la modificación de la superficie del polvo de plata. Equipos como máquina de recubrimiento de tres rodillos, máquina de recubrimiento con molino de pasadores, y máquina de recubrimiento turbomolino También se pueden utilizar. Estas máquinas logran una modificación superficial uniforme del polvo de plata mediante colisión mecánica, cizallamiento y fricción. Esto mejora aún más la dispersión y la funcionalidad de la superficie.
La molienda con bolas implica un fuerte impacto, extrusión y trituración del polvo mediante la rotación o vibración de bolas duras (como las de circonia o ágata). Este método puede refinar significativamente los granos y mejorar la actividad de sinterización. Sin embargo, la extrusión y la trituración pueden destruir la estructura esférica del polvo de plata casi esférico. Por lo tanto, suele ser adecuado para la preparación y modificación de polvo de plata en escamas.
La molienda por chorro de aire utiliza un flujo de aire a alta presión para impulsar la circulación del polvo en la cámara de molienda. Esto provoca colisiones y fricción entre partículas y entre partículas y paredes, logrando la trituración, dispersión y una mayor esfericidad. Este método no requiere aditivos adicionales. El polvo procesado es liso, uniformemente disperso y libre de impurezas. En comparación con la molienda de bolas, la molienda por chorro de aire es más adecuada para el tratamiento superficial de polvos esféricos. Altera mínimamente la morfología y la estructura del polvo, previene la aglomeración y tiene mayor eficiencia. Es el método de modificación superficial mecánica más utilizado para el polvo de plata de los electrodos de células solares de silicio cristalino.
Método de recubrimiento de partículas superficiales
Con el desarrollo de nuevas tecnologías de células de alta eficiencia, como TOPCon y HJT, se requiere que los polvos de plata presenten una mayor actividad de sinterización a bajas temperaturas para cumplir con el proceso de sinterización de las células solares de silicio cristalino. Una solución común consiste en utilizar polvos de plata submicrométricos y en escamas como rellenos conductores.
Además, algunos estudios proponen combinar nanoplata con microplata, en particular recubriendo superficies de microplata con nanoplata. Esto garantiza una mezcla uniforme a nivel microestructural y confiere a la microplata una nueva estructura superficial a nanoescala, lo que proporciona alta conductividad y alta actividad de sinterización. Los métodos comunes para el recubrimiento superficial de nanopartículas incluyen métodos físicos (recubrimiento mecánico) y químicos (generación de partículas in situ).
El recubrimiento mecánico implica una fuerte agitación mecánica o un flujo de aire a alta velocidad para mezclar partículas de nano y microplata, provocando colisiones, molienda y extrusión, lo que finalmente permite la incrustación de nanoplata en la superficie o en los huecos de la microplata. Este método no requiere aditivos, es sencillo y no contaminante, pero se necesitan polvos de nano y microplata predispersados de alta calidad. La uniformidad y la dispersibilidad de la nanoplata influyen decisivamente en la consistencia del recubrimiento. El equipo utilizado puede incluir máquinas de recubrimiento de tres rodillos, molinos de pines y turbomolinos, lo que aumenta la complejidad y el coste del sistema.
El método de generación de partículas in situ crea nanopartículas de plata sobre la superficie de polvos de plata micro o submicrométricos mediante reducción química. Esto genera un sistema conductor compuesto. La nanoestructura superficial mejora el contacto entre las partículas conductoras tras la sinterización a baja temperatura, formando una red conductora más completa y mejorando la conductividad de la pasta de plata.
En comparación con el recubrimiento mecánico, la generación de partículas in situ logra un recubrimiento más uniforme y una mejor dispersión. Sin embargo, su proceso es más complejo, presenta una mayor dificultad técnica y aún existe una brecha significativa para la producción a escala industrial.
Conclusión
En resumen, la optimización del rendimiento del polvo de plata para la pasta de plata de las células solares de silicio cristalino depende de una combinación de técnicas de preparación y postratamiento. La reducción química proporciona el polvo base, pero la modificación de la superficie es esencial para obtener una pasta de plata de alto rendimiento. Entre los métodos se incluyen el recubrimiento orgánico, el compuesto mecánico y el recubrimiento de partículas superficiales, cada uno con sus ventajas y limitaciones. El desarrollo futuro debería centrarse en procesos de modificación de superficie eficientes y controlables. También se requiere la producción a escala industrial de polvos de plata compuestos multiescala. Estas mejoras tienen como objetivo reducir costes y optimizar el rendimiento de la pasta conductora, cumpliendo así con los requisitos de las nuevas células solares de silicio cristalino de alta eficiencia.
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— Publicado por Emily Chen