晶体硅太阳能电池正面电极导电银浆的研究

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银粉由于其优异的电学、光学、催化和热学性质,被广泛应用于电子工业领域。而微米级银颗粒被大量应用于晶体硅太阳能电池正面电极导电银浆的制备上。银浆是由银粉、玻璃粉和有机载体三相混合而成,其中银粉作为最重要的导电相,因此对银粉的质量提出了较高的要求。但目前制备的微米级球形银颗粒仍然存在重复性差、球形度不高、粒度不均匀等问题。针对这些问题,本文提出了一种采用两种表面活性物质进行协同作用,对银颗粒的成核、生长过程进行化学调控,从而实现高球形度且粒度均匀的单分散银颗粒的制备。通过对化学反应作用机理的深入研究,进而对反应参数进行优化,成功实现了对银颗粒的尺寸和形貌控制。在此基础上,将所制备的银粉配制成浆料,通过流变性测试得到最佳印刷性能的银浆配比,将其烧结成膜并测试其导电性能和附着性能。通过一系列实验对比发现了银浆烧结参数与银膜性能的相关性。所获得的主要结果如下:1)成功制备了微米级银颗粒。首次提出了通过控制一次颗粒的生长来实现对组装体的形貌控制。为了获得球形度较高的银组装体最终产物,就需要更精确地控制一次颗粒的尺寸和形貌。阿拉伯树胶作为辅助还原剂和载体,首先使得部分银被还原出来作为晶种,随后在阿拉伯树胶长链上进行二次生长。在二次生长的过程中,无水柠檬酸的羧基基团与银表面发生化学吸附,使其定向生长为尺寸约为15 nm的银纳米片。在组装过程中,阿拉伯树胶长链使得银组装体的组装单元(银纳米片)呈现一定的规律性缠绕。通过紫外-可见吸收光谱和傅立叶红外吸收光谱可以证明两种表面活性物质对银颗粒的成核与生长起到了化学吸附调控作用。结合选区电子衍射花样和高分辨图片可以发现,银纳米片为单晶,且沿着Ag(100)方向进行优先生长。2)通过对反应机理的研究,优化了微米级球形银颗粒的制备工艺,成功制备出尺寸为1.8 μm-4.6 μm、振实密度为3.787-4.265 g/cm3,比表面积为1.7273-2.6962 m2/g的微米级银颗粒,达到了导电银浆所用银粉的要求。3)通过对不同配比的银浆流变性的研究,优化了银浆的配方。确定了银粉:玻璃粉:有机载体=72:3:25的比例,在剪切速率为10 s-1下的黏度为20.7 Pa·s,剪切稀化指数为9.95。4)银浆在烧结过程中,银颗粒的尺寸越大所需要的最佳烧结温度越高。玻璃相作为粘结相,在熔融状态下会向四周扩散并携带银颗粒进行重排,形成致密的导电网络。温度过高会导致玻璃相过度扩散,大面积的孔隙和对硅表面过度蚀刻。因此,为了获得较好的烧结性能,就有必要设置合适的保温时间和升温速率。通过对比发现,采用粒径在3.8 μm的银粉制备的银浆,最佳烧结温度900℃,升温速率为3℃/min,保温时间为10 min,随炉冷却。固化后的银膜方阻为4.77 mΩ/□、附着力为23.5 N。
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