Sono state condotte numerose ricerche, sia a livello nazionale che internazionale, sulla preparazione e la controllabilità della polvere d'argento per la pasta d'argento delle celle solari in silicio cristallino. I metodi di sintesi più comuni includono la riduzione chimica, la microemulsione, l'elettroriduzione, la macinazione meccanica a sfere e l'evaporazione fisica. Tra questi, la riduzione chimica è attualmente il metodo principale per la preparazione della polvere d'argento per gli elettrodi delle celle solari in silicio cristallino. Ciò è dovuto alla sua semplicità operativa, alla semplicità delle apparecchiature e all'ottima controllabilità.
Tuttavia, anche la polvere grezza preparata con il metodo di riduzione chimica comunemente utilizzato non riesce a soddisfare i requisiti prestazionali della polvere d'argento impiegata nella pasta d'argento per celle solari in silicio cristallino. In primo luogo, a causa delle piccole dimensioni e dell'elevata energia superficiale della polvere d'argento, le particelle tendono ad agglomerarsi durante l'essiccazione. Una volta agglomerate, sono difficili da disgregare meccanicamente. Ciò si traduce in una scarsa dispersione e compromette gravemente le proprietà fisiche e la funzionalità della polvere d'argento.
Ancora più importante, le particelle di polvere d'argento non trattate tendono a formare facilmente agglomerati morbidi nel supporto. Ciò riduce la dispersione, la stabilità, la reologia della serigrafia, la formazione del film e le proprietà di indurimento della pasta. Inoltre, influisce negativamente sulle prestazioni e sulla conservazione della pasta d'argento conduttiva.
Pertanto, il post-trattamento della polvere d'argento preparata è una fase chiave per la sua applicazione. Il principale metodo di post-trattamento è modifica superficiale della polvere d'argento. Attualmente, la ricerca sulla modifica superficiale della polvere d'argento non è ancora sistematica e solo pochi produttori hanno padroneggiato la tecnologia pertinente. Ciò comporta prezzi elevati per la polvere e la pasta d'argento e influisce negativamente sull'ulteriore sviluppo delle celle solari in silicio cristallino.
I principali metodi per la modifica della superficie della polvere d'argento includono:
Metodo di rivestimento organico
Il metodo di rivestimento organico consiste nel rivestire e modificare la superficie della polvere d'argento con specifici modificatori organici di superficie. Attraverso l'adsorbimento o la reazione chimica tra le sostanze organiche e la superficie della polvere, le molecole organiche vengono innestate sulla superficie della polvere. La polvere d'argento ultrafine viene modificata da idrofila a idrofoba. Ciò migliora la bagnabilità del solvente sulle particelle di polvere e garantisce una buona stampabilità e livellamento della pasta preparata. Inoltre, l'introduzione di gruppi polari può ridurre efficacemente l'energia superficiale della polvere d'argento. Migliora anche la barriera elettrostatica tra le particelle, migliora la dispersione e la stabilità della pasta e previene la sedimentazione.
Il processo generale di modifica del rivestimento organico consiste nel mescolare il modificatore organico con la polvere, mescolare per un certo periodo, quindi separare, lavare e asciugare. Questo metodo è semplice da eseguire, efficiente e adatto a polveri d'argento sferiche o lamellari di dimensioni micrometriche, submicrometriche e nanometriche.
Nella modifica del rivestimento organico per la polvere d'argento degli elettrodi in silicio cristallino delle celle solari, la scelta degli agenti di rivestimento organici è fondamentale. In generale, le caratteristiche più importanti dei modificatori organici sono la carica del gruppo di testa, la lunghezza della catena molecolare e le dimensioni. Questi fattori influenzano l'effetto di rivestimento, l'idrofobicità e la compatibilità con il vettore organico nella pasta.
Inoltre, la solubilità in acqua o in olio dei tensioattivi è un criterio importante per la loro selezione. I modificatori comunemente utilizzati per la modifica chimica della superficie della polvere d'argento includono acidi organici, ammine grasse o alcolammine, composti lipidici, agenti accoppianti e alcoli o eteri a catena lunga.
Per migliorare le prestazioni complessive e l'applicabilità della pasta d'argento conduttiva, acidi organici, ammine organiche e composti lipidici vengono spesso utilizzati in combinazione per la modifica della superficie.
Metodo composito meccanico
Il metodo di composizione meccanica utilizza mezzi meccanici per macinare e frantumare la polvere d'argento al fine di ottenere una morfologia o struttura superficiale specifica. Durante il processo meccanico, vengono spesso aggiunti additivi organici per migliorare la dispersione della polvere e la chimica superficiale.
Questo metodo è efficiente, economico, semplice e facilmente industrializzabile. La macinazione a sfere e la macinazione a getto d'aria sono i metodi più comunemente utilizzati per la modifica della superficie della polvere d'argento. Apparecchiature come macchina per rivestimento a tre rulli, macchina per rivestimento di perni, E macchina per rivestimento a turbina Possono essere utilizzate anche queste macchine. Queste macchine ottengono una modifica superficiale uniforme della polvere d'argento attraverso collisioni meccaniche, taglio e attrito. Ciò migliora ulteriormente la dispersione e la funzionalità della superficie.
La macinazione a sfere prevede un forte impatto, estrusione e macinazione della polvere mediante la rotazione o la vibrazione di sfere dure (come sfere di zirconia o agata). Questo metodo può affinare significativamente i grani e migliorare l'attività di sinterizzazione. Tuttavia, l'estrusione e la macinazione possono distruggere la struttura sferica della polvere d'argento quasi sferica. Pertanto, è generalmente adatto alla preparazione e alla modifica di polvere d'argento in scaglie.
La macinazione a getto d'aria utilizza un flusso d'aria ad alta pressione per far circolare la polvere nella camera di macinazione. Ciò provoca collisioni e attrito tra le particelle e tra le particelle e le pareti, ottenendo frantumazione, dispersione e una migliore sfericità. Questo metodo non richiede l'aggiunta di additivi. La polvere lavorata risulta liscia, uniformemente dispersa e priva di impurità. Rispetto alla macinazione a sfere, la macinazione a getto d'aria è più adatta al trattamento superficiale di polveri sferiche. Influisce minimamente sulla morfologia e sulla struttura della polvere, previene l'agglomerazione e ha una maggiore efficienza. È il metodo di modifica superficiale meccanica più comunemente utilizzato per la polvere d'argento per elettrodi di celle solari in silicio cristallino.
Metodo di rivestimento superficiale con particelle
Con lo sviluppo di nuove tecnologie per celle ad alta efficienza come TOPCon e HJT, le polveri d'argento devono possedere una maggiore attività di sinterizzazione a temperature più basse per soddisfare i requisiti del processo di sinterizzazione delle celle solari in silicio cristallino. Una soluzione comune consiste nell'utilizzare polveri d'argento submicroniche e a scaglie come riempitivi conduttivi.
Inoltre, alcuni studi propongono di combinare nanoparticelle d'argento con microparticelle d'argento, in particolare rivestendo le superfici delle microparticelle d'argento con nanoparticelle d'argento. Ciò garantisce una miscelazione uniforme a livello di microstruttura e conferisce alle microparticelle d'argento una nuova struttura superficiale su scala nanometrica, fornendo sia un'elevata conduttività che un'elevata attività di sinterizzazione. I metodi comuni per il rivestimento superficiale delle nanoparticelle includono metodi fisici (rivestimento meccanico) e chimici (generazione di particelle in situ).
Il rivestimento meccanico prevede una forte agitazione meccanica o l'impatto di un flusso d'aria ad alta velocità per miscelare particelle di nano- e microargento, causando collisioni, macinazione ed estrusione, che in definitiva inglobano il nanoargento sulla superficie o nei vuoti del microargento. Questo metodo non richiede additivi, è semplice e non inquinante, ma necessita di polveri di nano- e microargento pre-disperse di alta qualità. L'uniformità e la disperdibilità del nanoargento influenzano in modo critico la consistenza del rivestimento. Le apparecchiature utilizzate possono includere macchine di rivestimento a tre rulli, mulini a perni e mulini turbo, il che aumenta la complessità e il costo del sistema.
Il metodo di generazione di particelle in situ forma nanoparticelle d'argento sulla superficie di polveri d'argento micro o submicroniche tramite riduzione chimica. Questo crea un sistema conduttivo composito. La nanostruttura superficiale migliora il contatto tra le particelle conduttive dopo la sinterizzazione a bassa temperatura. Si forma così una rete conduttiva più completa e si migliora la conduttività della pasta d'argento.
Rispetto al rivestimento meccanico, la generazione di particelle in situ consente di ottenere un rivestimento più uniforme e una migliore dispersione. Tuttavia, il processo è più complesso, la difficoltà tecnica è maggiore e sussiste ancora un divario significativo per la produzione su scala industriale.
Conclusione
In sintesi, l'ottimizzazione delle prestazioni della polvere d'argento per la pasta d'argento delle celle solari in silicio cristallino si basa su una combinazione di tecniche di preparazione e post-trattamento. La riduzione chimica fornisce la polvere di base, ma la modifica superficiale è essenziale per ottenere una pasta d'argento ad alte prestazioni. I metodi includono il rivestimento organico, la composizione meccanica e il rivestimento superficiale con particelle, ognuno con vantaggi e limitazioni. Lo sviluppo futuro dovrebbe concentrarsi su processi di modifica superficiale efficienti e controllabili. È inoltre necessaria la produzione su scala industriale di polveri d'argento composite multiscala. Questi miglioramenti mirano a ridurre i costi e a migliorare le prestazioni della pasta conduttiva, soddisfacendo i requisiti delle nuove celle solari in silicio cristallino ad alta efficienza.
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— Pubblicato da Emily Chen