มีการวิจัยมากมายทั้งในประเทศและต่างประเทศเกี่ยวกับการเตรียมและการควบคุมผงเงินสำหรับใช้เป็นส่วนผสมเงินในเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึก วิธีการสังเคราะห์ทั่วไป ได้แก่ การลดทางเคมี การใช้ไมโครอิมัลชัน การลดด้วยไฟฟ้า การบดด้วยลูกบอลเชิงกล และการระเหยทางกายภาพ ในบรรดาวิธีเหล่านี้ การลดทางเคมีเป็นวิธีหลักในการเตรียมผงเงินสำหรับอิเล็กโทรดเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกในปัจจุบัน เนื่องจากใช้งานสะดวก อุปกรณ์ง่าย และควบคุมได้ดี.
อย่างไรก็ตาม แม้แต่ผงเงินดิบที่เตรียมโดยวิธีการลดทางเคมีที่ใช้กันทั่วไปก็ยังไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพของผงเงินที่ใช้ในสารประกอบเงินสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกได้ ประการแรก เนื่องจากขนาดที่เล็กและพลังงานพื้นผิวสูงของผงเงิน อนุภาคจึงมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันในระหว่างการอบแห้ง เมื่อรวมตัวกันแล้วจะยากต่อการแตกออกด้วยวิธีการทางกล ส่งผลให้การกระจายตัวไม่ดีและส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อคุณสมบัติทางกายภาพและการทำงานของผงเงิน.
ที่สำคัญกว่านั้น อนุภาคผงเงินที่ไม่ผ่านการบำบัดจะรวมตัวกันเป็นก้อนเล็กๆ ได้ง่ายในตัวกลาง ซึ่งจะลดการกระจายตัว ความเสถียร คุณสมบัติการไหลในการพิมพ์สกรีน การขึ้นรูปฟิล์ม และคุณสมบัติการบ่มของเนื้อวาง นอกจากนี้ยังส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพและการเก็บรักษาของเนื้อวางเงินนำไฟฟ้าอีกด้วย.
ดังนั้น การปรับสภาพผงเงินที่เตรียมไว้แล้วจึงเป็นขั้นตอนสำคัญสำหรับการนำไปใช้งาน วิธีการปรับสภาพหลักคือ การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงเงิน. ปัจจุบัน การวิจัยเกี่ยวกับการปรับปรุงพื้นผิวของผงเงินยังไม่เป็นระบบ และมีผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายเท่านั้นที่เชี่ยวชาญเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง ส่งผลให้ราคาผงเงินและสารละลายเงินสูงขึ้น และยังส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกต่อไปด้วย.
วิธีการหลักในการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงเงิน ได้แก่:
วิธีการเคลือบสารอินทรีย์
วิธีการเคลือบสารอินทรีย์หมายถึงการเคลือบและปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงเงินด้วยสารปรับเปลี่ยนพื้นผิวอินทรีย์เฉพาะ โดยผ่านการดูดซับหรือปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารอินทรีย์กับพื้นผิวของผง โมเลกุลอินทรีย์จะถูกเชื่อมติดกับพื้นผิวของผง ทำให้ผงเงินละเอียดพิเศษเปลี่ยนจากคุณสมบัติชอบน้ำเป็นไม่ชอบน้ำ ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการเปียกของตัวทำละลายบนอนุภาคผง และทำให้ได้คุณสมบัติการพิมพ์และการปรับระดับที่ดีของเนื้อปูนที่เตรียมไว้ นอกจากนี้ การเพิ่มหมู่ขั้วสามารถลดพลังงานพื้นผิวของผงเงินได้อย่างมีประสิทธิภาพ ยังช่วยเพิ่มเกราะป้องกันไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาค ปรับปรุงการกระจายตัวและความเสถียรของเนื้อปูน และป้องกันการตกตะกอนอีกด้วย.
กระบวนการทั่วไปของการปรับปรุงคุณภาพการเคลือบด้วยสารอินทรีย์คือการผสมสารปรับปรุงคุณภาพอินทรีย์เข้ากับผง คนให้เข้ากันเป็นระยะเวลาหนึ่ง จากนั้นแยกออก ล้าง และทำให้แห้ง วิธีนี้ใช้งานง่าย มีประสิทธิภาพ และเหมาะสมสำหรับผงเงินทรงกลมหรือเกล็ดขนาดไมครอน ซับไมครอน และนาโนเมตร.
ในการปรับปรุงการเคลือบสารอินทรีย์สำหรับผงเงินที่เป็นอิเล็กโทรดของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึก การเลือกสารเคลือบอินทรีย์มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยทั่วไป คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของสารปรับปรุงอินทรีย์ ได้แก่ ประจุของหมู่หัว ความยาวของโซ่โมเลกุล และขนาด ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพการเคลือบ ความไม่ชอบน้ำ และความเข้ากันได้กับตัวพาอินทรีย์ในเนื้อสาร.
นอกจากนี้ ความสามารถในการละลายในน้ำหรือในน้ำมันของสารลดแรงตึงผิวเป็นพื้นฐานสำคัญในการเลือกใช้ สารปรับแต่งทางเคมีที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการปรับเปลี่ยนพื้นผิวทางเคมีของผงเงิน ได้แก่ กรดอินทรีย์ อะมีนไขมันหรือแอลคาโนลามีน สารประกอบไขมัน สารเชื่อมต่อ และแอลกอฮอล์หรืออีเทอร์สายยาว.
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและประโยชน์ใช้สอยโดยรวมของสารวางเงินนำไฟฟ้า มักมีการใช้กรดอินทรีย์ อะมีนอินทรีย์ และสารประกอบไขมันร่วมกันในการปรับเปลี่ยนพื้นผิว.
วิธีคอมโพสิตเชิงกล
วิธีคอมโพสิตเชิงกลใช้เครื่องมือกลในการบดและตำผงเงินเพื่อให้ได้รูปร่างหรือโครงสร้างพื้นผิวที่เฉพาะเจาะจง ในระหว่างกระบวนการเชิงกล มักมีการเติมสารเติมแต่งอินทรีย์เพื่อเพิ่มการกระจายตัวของผงและปรับปรุงคุณสมบัติทางเคมีของพื้นผิว.
วิธีนี้มีประสิทธิภาพ ต้นทุนต่ำ เรียบง่าย และสามารถนำไปใช้ในระดับอุตสาหกรรมได้ง่าย การบดด้วยลูกบอลและการบดด้วยเจ็ทอากาศเป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการปรับปรุงพื้นผิวของผงเงิน อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องเคลือบแบบสามลูกกลิ้ง, เครื่องเคลือบพินมิลล์, และ เครื่องเคลือบเทอร์โบมิลล์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้อีกด้วย เครื่องจักรเหล่านี้ช่วยปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงเงินให้สม่ำเสมอผ่านการชน การเฉือน และแรงเสียดทานทางกล ซึ่งช่วยเพิ่มการกระจายตัวและฟังก์ชันการทำงานของพื้นผิวให้ดียิ่งขึ้น.
การบดด้วยลูกบอลเกี่ยวข้องกับการกระแทก การอัด และการบดผงอย่างรุนแรงโดยการหมุนหรือการสั่นสะเทือนของลูกบอลแข็ง (เช่น ลูกบอลเซอร์โคเนียหรือลูกบอลอะเกต) วิธีนี้สามารถทำให้ขนาดของอนุภาคละเอียดขึ้นอย่างมากและเพิ่มประสิทธิภาพการเผาผนึก อย่างไรก็ตาม การอัดและการบดอาจทำลายโครงสร้างทรงกลมของผงเงินที่มีรูปร่างเกือบเป็นทรงกลม ดังนั้นจึงมักเหมาะสำหรับการเตรียมและการปรับปรุงผงเงินแบบเกล็ด.
การบดด้วยลมแรงดันสูงใช้กระแสลมแรงดันสูงในการขับเคลื่อนการหมุนเวียนของผงในห้องบด ทำให้เกิดการชนกันระหว่างอนุภาคและอนุภาคกับผนัง รวมถึงการเสียดสี ส่งผลให้ผงแตกละเอียด กระจายตัว และได้รูปทรงกลมที่ดีขึ้น วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งเพิ่มเติม ผงที่ได้จะมีลักษณะเรียบเนียน กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ และปราศจากสิ่งเจือปน เมื่อเปรียบเทียบกับการบดด้วยลูกบอล การบดด้วยลมแรงดันสูงเหมาะสมกว่าสำหรับการปรับสภาพพื้นผิวของผงทรงกลม เนื่องจากส่งผลกระทบต่อรูปร่างและโครงสร้างของผงน้อยที่สุด ป้องกันการจับตัวเป็นก้อน และมีประสิทธิภาพสูงกว่า เป็นวิธีการปรับสภาพพื้นผิวเชิงกลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับผงเงินที่เป็นอิเล็กโทรดของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึก.
วิธีการเคลือบอนุภาคบนพื้นผิว
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีเซลล์ประสิทธิภาพสูงแบบใหม่ เช่น TOPCon และ HJT ทำให้จำเป็นต้องใช้ผงเงินที่มีกิจกรรมการเผาผนึกสูงขึ้นที่อุณหภูมิต่ำลง เพื่อให้สอดคล้องกับกระบวนการเผาผนึกของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึก วิธีแก้ปัญหาทั่วไปคือการใช้ผงเงินขนาดเล็กกว่าไมครอนและผงเงินแบบเกล็ดเป็นสารเติมแต่งนำไฟฟ้า.
นอกจากนี้ การศึกษาบางชิ้นเสนอให้ผสมนาโนซิลเวอร์กับไมโครซิลเวอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเคลือบนาโนซิลเวอร์ลงบนพื้นผิวของไมโครซิลเวอร์ วิธีนี้ช่วยให้เกิดการผสมที่สม่ำเสมอในระดับโครงสร้างจุลภาค และสร้างโครงสร้างพื้นผิวระดับนาโนใหม่ให้กับไมโครซิลเวอร์ ทำให้ได้ทั้งค่าการนำไฟฟ้าสูงและกิจกรรมการเผาผนึกสูง วิธีการทั่วไปในการเคลือบพื้นผิวของอนุภาคนาโน ได้แก่ วิธีทางกายภาพ (การเคลือบเชิงกล) และวิธีทางเคมี (การสร้างอนุภาคในแหล่งกำเนิด).
การเคลือบเชิงกลเกี่ยวข้องกับการกวนเชิงกลที่รุนแรงหรือการกระแทกด้วยกระแสลมความเร็วสูงเพื่อผสมอนุภาคนาโนและไมโครซิลเวอร์ ทำให้เกิดการชน การบด และการอัดรีด ซึ่งในที่สุดจะฝังนาโนซิลเวอร์ลงบนพื้นผิวหรือช่องว่างของไมโครซิลเวอร์ วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งใดๆ มีความเรียบง่าย และปราศจากมลพิษ แต่จำเป็นต้องใช้ผงนาโนและไมโครซิลเวอร์คุณภาพสูงที่กระจายตัวไว้ล่วงหน้าแล้ว ความสม่ำเสมอและการกระจายตัวของนาโนซิลเวอร์มีผลอย่างมากต่อความสม่ำเสมอของสารเคลือบ อุปกรณ์ที่ใช้อาจรวมถึงเครื่องเคลือบแบบสามลูกกลิ้ง เครื่องบดแบบพิน และเครื่องบดแบบเทอร์โบ ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนและต้นทุนของระบบ.
วิธีการสร้างอนุภาคแบบในแหล่งกำเนิด (in-situ particle generation) สร้างอนุภาคนาโนเงินบนพื้นผิวของผงเงินขนาดไมโครหรือซับไมครอนผ่านกระบวนการลดทางเคมี ซึ่งจะสร้างระบบนำไฟฟ้าแบบผสม โครงสร้างพื้นผิวระดับนาโนช่วยเพิ่มการสัมผัสระหว่างอนุภาคนำไฟฟ้าหลังจากการเผาผนึกที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้เกิดเครือข่ายนำไฟฟ้าที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นและปรับปรุงการนำไฟฟ้าของสารละลายเงิน.
เมื่อเปรียบเทียบกับการเคลือบด้วยวิธีเชิงกล การสร้างอนุภาคในกระบวนการผลิตจะให้การเคลือบที่สม่ำเสมอกว่าและการกระจายตัวที่ดีกว่า อย่างไรก็ตาม กระบวนการมีความซับซ้อนกว่า ความยากทางเทคนิคสูงกว่า และยังคงมีช่องว่างที่สำคัญสำหรับการผลิตในระดับอุตสาหกรรม.
บทสรุป
โดยสรุปแล้ว การเพิ่มประสิทธิภาพของผงเงินสำหรับใช้ในสารละลายเงินสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกนั้น อาศัยการผสมผสานระหว่างเทคนิคการเตรียมและการปรับปรุงหลังการผลิต การลดทางเคมีทำให้ได้ผงพื้นฐาน แต่การปรับเปลี่ยนพื้นผิวเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสารละลายเงินที่มีประสิทธิภาพสูง วิธีการต่างๆ ได้แก่ การเคลือบสารอินทรีย์ การผสมเชิงกล และการเคลือบอนุภาคบนพื้นผิว ซึ่งแต่ละวิธีมีข้อดีและข้อจำกัด การพัฒนาในอนาคตควรเน้นไปที่กระบวนการปรับเปลี่ยนพื้นผิวที่มีประสิทธิภาพและควบคุมได้ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องมีการผลิตผงเงินผสมหลายขนาดในระดับอุตสาหกรรม การปรับปรุงเหล่านี้มีเป้าหมายเพื่อลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าของสารละลาย ให้ตรงตามข้อกำหนดของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่.
ขอบคุณที่อ่านนะคะ หวังว่าบทความของฉันจะเป็นประโยชน์นะคะ แสดงความคิดเห็นไว้ด้านล่างได้เลยค่ะ หรือหากมีข้อสงสัยเพิ่มเติม สามารถติดต่อตัวแทนฝ่ายบริการลูกค้าออนไลน์ของ Zelda ได้ค่ะ
— โพสต์โดย เอมิลี่ เฉิน