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.
Однако даже исходный порошок, полученный с помощью широко распространенного метода химического восстановления, все еще не соответствует требованиям к характеристикам серебряного порошка, используемого в серебряной пасте для кристаллических кремниевых солнечных элементов. Во-первых, из-за малого размера и высокой поверхностной энергии частиц серебряного порошка они склонны к агломерации во время сушки. После агломерации их трудно разрушить механически. Это приводит к плохой дисперсии и серьезно влияет на физические свойства и функциональность серебряного порошка.
Что еще более важно, необработанные частицы серебряного порошка легко образуют мягкие агломераты в носителе. Это снижает дисперсию, стабильность, реологические свойства трафаретной печати, пленкообразование и свойства отверждения пасты. Это также негативно влияет на характеристики и хранение проводящей серебряной пасты.
Таким образом, постобработка приготовленного серебряного порошка является ключевым этапом его применения. Основной метод постобработки заключается в следующем: модификация поверхности серебряного порошка. В настоящее время исследования по модификации поверхности серебряного порошка все еще не носят систематического характера, и лишь немногие производители освоили соответствующую технологию. Это приводит к высоким ценам на серебряный порошок и серебряную пасту. Это также серьезно препятствует дальнейшему развитию солнечных элементов на основе кристаллического кремния.
К основным методам модификации поверхности серебряным порошком относятся:
Метод органического покрытия
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.
Общий процесс модификации органического покрытия заключается в смешивании органического модификатора с порошком, перемешивании в течение определенного времени, затем разделении, промывании и сушке. Этот метод прост в применении, эффективен и подходит для сферических или чешуйчатых порошков серебра микронного, субмикронного и нанометрового размера.
При модификации серебряного порошка на кристаллическом кремниевом электроде солнечного элемента органическим покрытием выбор органических агентов имеет решающее значение. Как правило, наиболее важными характеристиками органических модификаторов являются заряд головной группы, длина и размер молекулярной цепи. Эти факторы влияют на эффект покрытия, гидрофобность и совместимость с органическим носителем в пасте.
Кроме того, растворимость поверхностно-активных веществ в воде или масле является важным критерием их выбора. К распространенным модификаторам для химической модификации поверхности серебряного порошка относятся органические кислоты, жирные амины или алканоламины, липидные соединения, связующие агенты, а также длинноцепочечные спирты или эфиры.
Для улучшения общих характеристик и применимости проводящей серебряной пасты часто используются органические кислоты, органические амины и липидные соединения в сочетании для модификации поверхности.
Метод механического композита
Метод механического композитирования использует механические средства для измельчения и дробления серебряного порошка с целью получения определенной морфологии или структуры поверхности. В процессе механической обработки часто добавляют органические добавки для улучшения дисперсии порошка и химического состава поверхности.
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 трехвалковая машина для нанесения покрытия, Машина для нанесения покрытия штифтовой мельницей, и турбомельничная машина для нанесения покрытия Также могут использоваться эти машины. Они обеспечивают равномерную модификацию поверхности серебряного порошка за счет механического столкновения, сдвига и трения. Это дополнительно улучшает дисперсию и функциональность поверхности.
Шаровое измельчение включает в себя сильное ударное воздействие, экструзию и измельчение порошка за счет вращения или вибрации твердых шариков (таких как шарики из диоксида циркония или агата). Этот метод позволяет значительно измельчить зерна и повысить спекающую активность. Однако экструзия и измельчение могут разрушить сферическую структуру почти сферического серебряного порошка. Поэтому он обычно подходит для получения и модификации чешуйчатого серебряного порошка.
Пневматическое измельчение использует поток воздуха высокого давления для циркуляции порошка в камере измельчения. Это вызывает столкновения частиц друг с другом и со стенками, а также трение, обеспечивая измельчение, дисперсию и улучшение сферичности. Этот метод не требует дополнительных добавок. Обработанный порошок гладкий, равномерно диспергированный и не содержит примесей. По сравнению с шаровым измельчением, пневматическое измельчение больше подходит для обработки поверхности сферического порошка. Оно минимально влияет на морфологию и структуру порошка, предотвращает агломерацию и обладает более высокой эффективностью. Это наиболее распространенный метод механической модификации поверхности порошка серебра для кристаллических кремниевых электродов солнечных элементов.
Метод нанесения покрытия из поверхностных частиц
С развитием новых высокоэффективных технологий производства солнечных элементов, таких как TOPCon и HJT, требуется, чтобы серебряные порошки обладали более высокой спекающей активностью при более низких температурах, чтобы соответствовать процессу спекания кристаллических кремниевых солнечных элементов. Распространенным решением является использование субмикронных и чешуйчатых серебряных порошков в качестве проводящих наполнителей.
Кроме того, в некоторых исследованиях предлагается компаундирование наносеребра с микросеребром, в частности, нанесение наносеребра на поверхность микросеребра. Это обеспечивает равномерное смешивание на микроструктурном уровне и придает микросеребру новую наноразмерную структуру поверхности, обеспечивая как высокую проводимость, так и высокую спекающую активность. Распространенные методы нанесения поверхностного покрытия на наночастицы включают физические (механическое покрытие) и химические (генерация частиц in situ) методы.
Механическое нанесение покрытия включает в себя интенсивное механическое перемешивание или высокоскоростное воздействие воздушного потока для смешивания нано- и микрочастиц серебра, вызывая столкновения, измельчение и экструзию, в конечном итоге внедряя наносеребро в поверхность или пустоты микрочастиц серебра. Этот метод не требует добавок, прост и экологичен, но требует высококачественных предварительно диспергированных порошков нано- и микрочастиц серебра. Однородность и диспергируемость наносеребра критически влияют на консистенцию покрытия. Используемое оборудование может включать трехвалковые машины для нанесения покрытия, штифтовые мельницы и турбомельницы, что увеличивает сложность и стоимость системы.
Метод генерации частиц in situ позволяет получать наночастицы серебра на поверхности микро- или субмикронных порошков серебра посредством химического восстановления. Это создает композитную проводящую систему. Наноструктура поверхности улучшает контакт между проводящими частицами после низкотемпературного спекания. Она формирует более полную проводящую сеть и повышает проводимость серебряной пасты.
По сравнению с механическим нанесением покрытия, генерация частиц непосредственно в процессе нанесения обеспечивает более равномерное покрытие и лучшее диспергирование. Однако этот процесс более сложен. Техническая сложность выше, и до промышленного производства еще остается значительный разрыв.
Заключение
Вкратце, оптимизация характеристик серебряного порошка для серебряной пасты в кристаллических кремниевых солнечных элементах основана на сочетании методов подготовки и последующей обработки. Химическое восстановление обеспечивает получение базового порошка, но модификация поверхности необходима для получения высокоэффективной серебряной пасты. Методы включают органическое покрытие, механическое композитирование и покрытие поверхностными частицами, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения. Дальнейшие разработки должны быть сосредоточены на эффективных и контролируемых процессах модификации поверхности. Также необходимо промышленное производство многомасштабных композитных серебряных порошков. Эти улучшения направлены на снижение стоимости и повышение проводящих характеристик пасты, отвечающих требованиям новых высокоэффективных кристаллических кремниевых солнечных элементов.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен