There has been a large amount of research both domestically and internationally on the preparation and controllability of silver powder for crystalline silicon solar cell silver paste. Common synthesis methods include chemical reduction, microemulsion, electro-reduction, mechanical ball milling, and physical evaporation. Among them, chemical reduction is currently the main method for preparing silver powder for crystalline silicon solar cell electrodes. This is due to its convenient operation, simple equipment, and good controllability.
No entanto, mesmo o pó bruto preparado pelo método de redução química comumente utilizado ainda não atende aos requisitos de desempenho para o pó de prata usado na pasta de prata para células solares de silício cristalino. Primeiramente, devido ao pequeno tamanho e à alta energia superficial do pó de prata, as partículas tendem a se aglomerar durante a secagem. Uma vez aglomeradas, são difíceis de quebrar mecanicamente. Isso resulta em má dispersão e afeta severamente as propriedades físicas e a funcionalidade do pó de prata.
Mais criticamente, as partículas de prata em pó não tratadas formam facilmente aglomerados macios no suporte. Isso reduz a dispersão, a estabilidade, a reologia da serigrafia, a formação de filme e as propriedades de cura da pasta. Também afeta negativamente o desempenho e o armazenamento da pasta condutora de prata.
Portanto, o pós-tratamento do pó de prata preparado é uma etapa fundamental para sua aplicação. O principal método de pós-tratamento é modificação da superfície do pó de prata. Atualmente, a pesquisa sobre a modificação da superfície do pó de prata ainda não é sistemática, e apenas alguns fabricantes dominam a tecnologia relevante. Isso resulta em preços elevados para o pó e a pasta de prata, além de afetar seriamente o desenvolvimento futuro de células solares de silício cristalino.
Os principais métodos para modificação da superfície do pó de prata incluem:
Método de revestimento orgânico
The organic coating method refers to coating and modifying the surface of silver powder with specific organic surface modifiers. Through adsorption or chemical reaction between the organic substances and the powder surface, organic molecules are grafted onto the powder surface. Ultrafine silver powder is modified from hydrophilic to hydrophobic. This enhances the wettability of solvent on powder particles and provides good printability and leveling of the prepared paste. In addition, introducing polar groups can effectively reduce the surface energy of silver powder. It also enhances the electrostatic barrier between particles, improves paste dispersion and stability, and prevents sedimentation.
O processo geral de modificação de revestimento orgânico consiste em misturar o modificador orgânico com o pó, agitar por um período, separar, lavar e secar. Este método é simples de operar, eficiente e adequado para pós de prata esféricos ou em flocos com dimensões de mícron, submícron e nanômetro.
Na modificação do revestimento orgânico de eletrodos de silício cristalino em pó de prata, a seleção dos agentes de revestimento orgânicos é crucial. Geralmente, as características mais importantes dos modificadores orgânicos são a carga do grupo funcional, o comprimento da cadeia molecular e o tamanho. Esses fatores afetam o efeito do revestimento, a hidrofobicidade e a compatibilidade com o suporte orgânico na pasta.
Além disso, a solubilidade em água ou em óleo dos surfactantes é uma base importante para sua seleção. Modificadores comuns para a modificação química da superfície do pó de prata incluem ácidos orgânicos, aminas graxas ou alcanolaminas, compostos lipídicos, agentes de acoplamento e álcoois ou éteres de cadeia longa.
Para melhorar o desempenho geral e a aplicabilidade da pasta de prata condutora, ácidos orgânicos, aminas orgânicas e compostos lipídicos são frequentemente usados em combinação para a modificação da superfície.
Método de Compósito Mecânico
O método de composição mecânica utiliza meios mecânicos para moer e triturar o pó de prata, obtendo-se assim uma morfologia ou estrutura superficial específica. Durante o processamento mecânico, aditivos orgânicos são frequentemente adicionados para melhorar a dispersão do pó e a química da superfície.
This method is efficient, low-cost, simple, and easily industrialized. Ball milling and air jet milling are the most commonly used methods for silver powder surface modification. Equipment such as máquina de revestimento de três rolos, máquina de revestimento de moinho de pinos, e máquina de revestimento turbo mill Também podem ser utilizadas. Essas máquinas promovem a modificação uniforme da superfície do pó de prata por meio de colisão mecânica, cisalhamento e fricção. Isso aprimora ainda mais a dispersão e a funcionalidade da superfície.
A moagem de bolas envolve forte impacto, extrusão e moagem de pó pela rotação ou vibração de esferas duras (como esferas de zircônia ou ágata). Este método pode refinar significativamente os grãos e aumentar a atividade de sinterização. No entanto, a extrusão e a moagem podem destruir a estrutura esférica do pó de prata quase esférico. Portanto, geralmente é mais adequado para a preparação e modificação de pó de prata em flocos.
A moagem por jato de ar utiliza um fluxo de ar de alta pressão para impulsionar a circulação do pó na câmara de moagem. Isso causa colisões e fricção entre as partículas e entre as partículas e as paredes, resultando em trituração, dispersão e melhoria da esfericidade. Este método não requer aditivos adicionais. O pó processado é liso, uniformemente disperso e livre de impurezas. Comparado à moagem por bolas, a moagem por jato de ar é mais adequada para o tratamento da superfície de pós esféricos. Ela afeta minimamente a morfologia e a estrutura do pó, previne a aglomeração e apresenta maior eficiência. É o método de modificação mecânica de superfície mais comumente utilizado para o pó de prata de eletrodos de células solares de silício cristalino.
Método de revestimento de partículas de superfície
Com o desenvolvimento de novas tecnologias de células de alta eficiência, como TOPCon e HJT, os pós de prata precisam apresentar maior atividade de sinterização em temperaturas mais baixas para atender ao processo de sinterização de células solares de silício cristalino. Uma solução comum é utilizar pós de prata submicrométricos e em flocos como cargas condutoras.
Além disso, alguns estudos propõem a mistura de nanopartículas de prata com micropartículas de prata, particularmente o revestimento das nanopartículas de prata sobre as superfícies das micropartículas. Isso garante uma mistura uniforme em nível microestrutural e confere uma nova estrutura superficial em nanoescala às micropartículas de prata, proporcionando alta condutividade e alta atividade de sinterização. Os métodos comuns para revestimento superficial de nanopartículas incluem métodos físicos (revestimento mecânico) e químicos (geração de partículas in situ).
O revestimento mecânico envolve forte agitação mecânica ou impacto de fluxo de ar em alta velocidade para misturar nanopartículas e micropartículas de prata, causando colisões, moagem e extrusão, resultando na incorporação de nanopartículas de prata na superfície ou nos poros das micropartículas. Este método não requer aditivos, é simples e não poluente, mas exige pós de nanopartículas e micropartículas de prata pré-dispersos de alta qualidade. A uniformidade e a dispersibilidade das nanopartículas de prata afetam criticamente a consistência do revestimento. Os equipamentos utilizados podem incluir máquinas de revestimento de três rolos, moinhos de pinos e moinhos turbo, o que aumenta a complexidade e o custo do sistema.
O método de geração de partículas in situ forma nanopartículas de prata na superfície de pós de prata micro ou submicrométricos por meio de redução química. Isso cria um sistema condutor composto. A nanoestrutura superficial melhora o contato entre as partículas condutoras após a sinterização em baixa temperatura. Forma uma rede condutora mais completa e aprimora a condutividade da pasta de prata.
Em comparação com o revestimento mecânico, a geração de partículas in situ proporciona um revestimento mais uniforme e melhor dispersão. No entanto, seu processo é mais complexo. A dificuldade técnica é maior e ainda existe uma lacuna significativa para a produção em escala industrial.
Conclusão
Em resumo, a otimização do desempenho do pó de prata para pasta de prata em células solares de silício cristalino depende de uma combinação de técnicas de preparação e pós-tratamento. A redução química fornece o pó base, mas a modificação da superfície é essencial para uma pasta de prata de alto desempenho. Os métodos incluem revestimento orgânico, composição mecânica e revestimento de partículas na superfície, cada um com vantagens e limitações. O desenvolvimento futuro deve se concentrar em processos de modificação de superfície eficientes e controláveis. A produção em escala industrial de pós de prata compostos em múltiplas escalas também é necessária. Essas melhorias visam reduzir custos e aprimorar o desempenho da pasta condutora, atendendo aos requisitos das novas células solares de silício cristalino de alta eficiência.
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— Publicado por Emily Chen