不同銀粉在PERC電池背面銀漿上的應(yīng)用研究

張 軼，常意川，李代穎

不同銀粉在PERC電池背面銀漿上的應(yīng)用研究

張 軼，常意川，李代穎

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

采用液相化學(xué)還原法，分別以水合肼、抗壞血酸、葡萄糖為還原劑，硝酸銀為銀源，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)過程參數(shù)及相應(yīng)粉體物理處理措施，可控地制備出3種物理參數(shù)相近的超細(xì)銀粉。再采用3種制得的銀粉和相同的玻璃粉、有機(jī)載體分別制備出3種PERC電池用背銀漿YA、YB、YC，通過驗(yàn)證其各類性能，發(fā)現(xiàn)3種銀漿拉力不同，燒結(jié)后導(dǎo)電性能也有一定差別。

還原劑 背面銀漿 導(dǎo)電性能

0 引言

在全球碳減排的主流趨勢(shì)下，光伏產(chǎn)業(yè)正迎來前所未有的高光時(shí)刻。在光伏市場(chǎng)前景被無限放大的同時(shí)，產(chǎn)能擴(kuò)張成了各大企業(yè)搶占市場(chǎng)份額及降低成本的有效措施之一。在光伏電池領(lǐng)域，銀粉作為其必要的導(dǎo)電載體，對(duì)電池的光電轉(zhuǎn)換效率、電池成本等方面均具有一定影響，受到了廣泛地研究與應(yīng)用。

近年來，較多研究人員針對(duì)超細(xì)銀粉物理參數(shù)和特性對(duì)銀漿性能的影響進(jìn)行了深入研究。劉玉杰等人分別使用球形銀粉和片狀銀粉[1]，研究了銀粉和玻璃粉不同特性對(duì)PERC電池用背面銀漿性能的影響。薛紅俊等人研究了銀粉不同特性對(duì)導(dǎo)電銀漿性能及表面結(jié)構(gòu)的影響，認(rèn)為不同的銀粉顆粒形狀及分散性，會(huì)導(dǎo)致銀漿固化膜導(dǎo)電性能出現(xiàn)差異[2]。魯業(yè)海等人對(duì)銀粉比表面積、粒徑與導(dǎo)電膠漿導(dǎo)電性之間的相關(guān)性進(jìn)行了研究，揭示了比表面積和粒徑對(duì)導(dǎo)電性的影響性主要與次要關(guān)系[3]。

不同廠家的銀漿生產(chǎn)工藝有一定區(qū)別，對(duì)銀粉參數(shù)的要求略有不同，但對(duì)眾多銀粉生產(chǎn)企業(yè)而言，標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品更容易實(shí)現(xiàn)批次穩(wěn)定控制及成本降低。因此，本文通過液相化學(xué)還原法，采用不同的還原劑，調(diào)整反應(yīng)條件及銀粉后處理工藝制備物理參數(shù)一致的銀粉，并驗(yàn)證其銀漿性能，為不同還原劑生產(chǎn)的銀粉在應(yīng)用端使用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 銀粉制備

1.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及主要儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：實(shí)驗(yàn)中所用到的水均為去離子水，電導(dǎo)率在2μs/cm以下；其它常用的實(shí)驗(yàn)耗材包機(jī)械攪拌裝置、藥勺、玻璃皿、坩堝、玻璃杯等；主要化學(xué)試劑包括硝酸銀，水合肼，抗壞血酸，葡萄糖，氨水，氫氧化鈉，吐溫80，酒精，PVP，硬脂酸，甘油，PVA，丙酮等。

主要儀器：馬爾文激光粒度分析儀MS3000，測(cè)試參數(shù)為：折射率0.2、吸收率3、遮光率4%-6%；韓國(guó)SEC掃描電子顯微鏡（SNE-3200M），測(cè)試加速電壓為30 kV；HORIBA比表面積測(cè)試儀（SA-9600），在100℃加熱預(yù)處理30 min后進(jìn)行氮?dú)馕矫摳綔y(cè)試；METTLER TOLEDO電子分析天平（AL204），精度為0.001g；恒溫磁力攪拌器，數(shù)控超聲波清洗機(jī)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，真空抽濾儀等。

1.1.2 銀粉制備過程

VC還原實(shí)驗(yàn)過程：使用抗壞血酸還原硝酸銀，選用PVP作為分散劑，將0.1 mol的硝酸銀溶于200 ml的去離子水中，加入適量氨水調(diào)節(jié)pH值，再向其中加入適量的PVP，攪拌、溶解得到透明的氧化劑溶液；稱取一定量的抗壞血酸溶于100 ml的去離子水中，得到無色透明的還原劑溶液；在一定攪拌速率下，將還原液以不同的速率的加入氧化液中反應(yīng)5 min，清洗后進(jìn)行分散處理，再置于80℃干燥箱中干燥5 h。干燥后的粉再經(jīng)過破碎及粉碎處理，得到超細(xì)銀粉A。水合肼還原過程：使用水合肼還原氧化銀，用疏水類有機(jī)物質(zhì)作為分散劑，最終得到銀粉B；使用葡萄糖作為還原劑，還原銀氨溶液，用親水類和疏水類有機(jī)物復(fù)合作為分散劑，最終得到銀粉C。

1.2 銀漿制備

PERC背銀漿是由導(dǎo)電相銀粉、起粘結(jié)作用的玻璃粉、有機(jī)載體等經(jīng)過攪拌、三輥機(jī)研磨而制備的混合物。按照市場(chǎng)固含量為65%的主流背面銀漿配方比例稱取銀粉、玻璃粉和有機(jī)載體，使用行星式攪拌機(jī)攪拌分散，三輥研磨機(jī)研磨分散至細(xì)度小于5 μm，分別得到對(duì)應(yīng)的銀漿樣品YA、YB、YC。有機(jī)載體制備：溶劑為DBE和異佛爾酮，樹脂為熱塑性聚氨酯。觸變劑預(yù)處理：觸變劑加入DBE中，在加熱狀態(tài)下攪拌機(jī)高速分散。

用刮板細(xì)度計(jì)測(cè)試銀漿的細(xì)度，使用美國(guó)Brookfield DV3T粘度測(cè)試儀測(cè)量漿料粘度并計(jì)算其觸變性，使用美國(guó)恒流源KEITHLE測(cè)試銀漿燒結(jié)（880℃）后的電性能，使用德國(guó)Halm測(cè)試光電轉(zhuǎn)換效率。

表1 銀粉物理參數(shù)

表2 銀漿性能參數(shù)

圖1 A、B、C銀粉樣品SEM照片

2 結(jié)果和分析

2.1 不同還原劑對(duì)銀粉參數(shù)的影響

表1所示為不同還原劑制備得到的銀粉的物理參數(shù)，通過對(duì)銀粉制備過程的精確控制，使得各項(xiàng)數(shù)據(jù)趨向一致，都在銀漿對(duì)原材料需要控制的范圍內(nèi)。圖1A所示為使用VC還原得到的銀粉的掃描照片，圖1B所示為使用水合肼還原得到的銀粉的掃描照片，圖1C所示為使用葡萄糖還原得到的銀粉的掃描照片。從圖中可以明顯看出，銀粉樣品的分散性和均勻性都比較好，使用水合肼還原的顆粒更趨向于一致，使用VC和葡萄糖還原的粉有少量1μm左右的較大顆粒，使用VC還原得到的銀粉球形度最好。盡管不同還原劑得到的銀粉物理參數(shù)趨向一致，但是因?yàn)椴煌€原劑的還原強(qiáng)度和體系不同，得到的銀粉顆粒形貌及顆粒均勻度還是有一定的區(qū)別[4,5]。

2.2 不同銀粉對(duì)銀漿拉力性能的影響

表2所示為使用三種銀粉制備得到的銀漿YA、YB、YC的老化拉力，YA、YC的老化拉力接近，YB老化拉力最高。根據(jù)內(nèi)部漿料評(píng)測(cè)正常流程測(cè)試三款漿料，在同樣的玻璃粉體及有機(jī)助劑制備得到的漿料，YA黏度最低，為45 PaS；YC黏度最高，為52 PaS；YB居中，為48 PaS，印刷性能接近一致；機(jī)焊拉力方面均大于2.5N/0.35 mm，均超過管控標(biāo)準(zhǔn)機(jī)焊2N/0.35 mm。銀漿拉力和銀漿體系相關(guān)，在其他一樣條件下，銀粉特性對(duì)銀漿拉力影響比較大[6～8]。從圖1可以看出，水合肼還原得到的銀粉B顆粒更均勻，抗壞血酸還原得到的銀粉A和葡萄糖還原得到的銀粉B均存在一定的大顆粒及不規(guī)則顆粒，在制漿過程更容易出現(xiàn)混合不均勻，出現(xiàn)亮片等，導(dǎo)致拉力受到一定程度影響。

2.3 不同銀粉對(duì)銀漿電性能的影響

為了進(jìn)一步考察銀粉對(duì)銀漿性能的影響，將三組漿料同時(shí)印刷于主流PERC技術(shù)電池的背面，并測(cè)試其電阻、光電轉(zhuǎn)換效率等相關(guān)性能。從表2可以看出，鋁區(qū)電阻電性能方面，三組銀漿性能一致，都在10 mΩ/□；銀區(qū)電阻，YB最低，YC最高；搭接電阻方面，三組銀漿性能接近。光電轉(zhuǎn)換效率方面，YB最高，YC其次，YA最差，最高和最低相差0.24%，這可能與銀粉結(jié)晶度和均勻性有一定的相關(guān)性。

3 結(jié)論

可以看出，三種不同還原劑得到的銀粉，通過控制制備過程，可以使其物理參數(shù)控制在一定的范圍內(nèi)，接近一致；在相同的配方條件下制備得到的銀漿，其老化拉力、粘度、電性能有所不同，光電轉(zhuǎn)換效率差距明顯。需要指出的是，因各銀漿廠家銀漿工藝有一定區(qū)別，使用不同還原劑制備的銀粉，在調(diào)整玻璃粉及有機(jī)載體適配后，銀漿電性能及拉力仍有可能進(jìn)一步提升。因此，建議各銀漿廠家可以根據(jù)各自產(chǎn)品特點(diǎn)，考察不同銀粉穩(wěn)定性、價(jià)格，選用不同的工藝制備得到的銀粉。

[1] 劉玉杰, 萬忠, 王莉娜. 銀粉特性和玻璃粉特性對(duì)PERC電池用背面銀漿性能的影響[J]. 電工材料, 2021, 5: 16-19.

[2] 薛紅俊, 孫茹, 嚴(yán)皓梁等. 銀粉對(duì)導(dǎo)電銀漿表面微結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電性能的影響實(shí)踐[J]. 電子元器件與信息技術(shù), 2021, 5(1): 6-7.

[3] 魯業(yè)海, 賈巍, 錢峰偉等. 銀粉粒徑與比表面積對(duì)導(dǎo)電膠漿導(dǎo)電性影響的顯著性對(duì)比研究[J]. 電工材料, 2022, 2: 37-39.

[4] 呂明, 趙瑞歡. 不同形貌納米顆粒銀粉的引入搭配對(duì)導(dǎo)電銀漿電性能的影響[J]. 當(dāng)代化工研究, 2021, 12: 34-35.

[5] 廖云紅, 張迎九, 陳曉剛等. 超細(xì)銀粉的液相還原法制備及放大實(shí)驗(yàn)研究[J]. 化學(xué)工程, 2020, 48(11):24-26.

[6] 董弋, 郭少青, 李鑫等. 銀粉性質(zhì)對(duì)太陽能電池漿料的影響[J]. 功能材料, 2021, 4: 31-34.

[7] 劉昊, 崔志遠(yuǎn), 李進(jìn)等. 銀粉填料的尺寸與形貌對(duì)導(dǎo)電膠性能的影響[J]. 電子元件與材料, 2021, 40(12): 1176-1183.

[8] 幸七四, 李文琳, 張曉杰. 銀粉和觸變劑對(duì)低溫銀漿揮發(fā)速率影響的研究[J]. 貴金屬, 2021, 42(1): 47-50.

Study on the application of different silver powders on the back silver paste of the PERC battery

Zhang Yi, Chang Yichuan, Li Daiying

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TQ131.22

A

1003-4862（2022）09-0066-03

2022-05-23

2022年黃岡市本級(jí)科技創(chuàng)新專項(xiàng)重點(diǎn)Ⅱ類項(xiàng)目（高可靠性銀基電接觸材料研制及產(chǎn)業(yè)化ZDXM20220021）作者簡(jiǎn)介：張軼（1981-），男，高級(jí)工程師。研究方向：貴金屬粉末材料制備及其應(yīng)用。E-mail:46550925@qq.com.