导电银浆技术分析.docx
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导电银浆技术分析
导电银浆技术分析
一.基本信息:
组成:
导电相银粉、无机粘结剂玻璃料、有机载体及改善电池性能的微量添加剂组成,其中
有机载体包括有机溶剂和有机树脂,它通过丝网印刷或其他喷涂技术将其承印在基底表面,
干燥成膜后形成电极。
要求:
稳定良好的银-硅欧姆接触;高导电率较低成本;良好的焊接性、附着力、印刷性能以
及适宜大规模生产的工艺性。
与硅片连接牢固,对酸碱、水汽等的侵蚀有一定抵抗力。
这些
都对光伏电池的效率产生不同程度的影响。
差别:
银浆主要原料的一个成分搭配比率,每个银浆企业都不一样,这个配方是每个企业核
心技术秘密之一。
另外,因为技术实力与技术路线不一样,有些企业的银浆产品稳定性最优,
有些是焊接性最优,有些企业的产品虽然没有突出表现但各方面都比较均衡。
效果:
高性能光伏银浆不仅穿透力强、印刷性能好,能使电池表面的栅线达到更好的高宽比,
减少电池表面的遮光面积,还可以降低电池内部串联电阻,减少光生电流的内部功率损耗,
有效提高光伏电池的光电转换效率。
二.材料信息:
1.银微粒的含量:
金属银的微粒是导电银浆的主要成份。
金属银在浆料中的含量直接与导电
性能有关。
从某种意义上讲,银的含量高,对提高它的导电性是有益的,但当它的含量超过
临界体积浓度时,其导电性并不能提高。
一般含银量在80~90%（重量比）时,导电量已达最
高值,当含量继续增加,电性不再提高,电阻值呈上升趋势;当含量低于60%时,电阻的变
化不稳定。
在具体应用中,银浆中银微粒含量既要考虑到稳定的阻值,还要受固化特性、粘
接强度、经济性等因素制约,如银微粒含量过高,被连结树脂所裹覆的几率低,固化成膜后
银导体的粘接力下降,有银粒脱落的危险。
故此,银浆中的银的含量在60~70%是适宜的。
2.银微粒的大小:
银微粒的大小与银浆的导电性能有关。
在相同的体积下,微粒大,微粒间
的接触几率偏低,并留有较大的空间,被非导体的树脂所占据,从而对导体微粒
形成阻隔,
导电性能下降。
反之,细小微粒的接触几率提高,导电性能得到改善。
微粒的大小对导电性
的影响,从上述情况来看,只是一种相对的关系。
由于受加工条件和丝网印刷方式的影响,
既要满足微粒顺利通过丝网的网孔,又要符合银微粒加工的条件,能使导电微粒顺利通过网
孔,密集地沉积在承印物上,构成饱满的导电图形。
3.微粒的形状:
银微粒的形状与导电性能的关系十分密切。
对于形状需要综合考量来选用。
（1）图:
粉末的表观形态及特征参数
分析:
1#和2#的小于1um的成份大致相当,而3#小于1um的成份只有1#或2#一半,P-1#
和P-2#小于1um的成份极少。
（2）图:
几种不同粒度银粉的比较
分析:
显示了粒度大小的顺序:
即P-2#>P-1#>3#>2#>1#,
几种银粉所制电池片的转换效率和接触电阻的比较
6.5
10
11
14.514
0.37
0.3
0.6
0.93
1.11
2
4
6
8
10
12
14
16
1#2#3#P-1#P-2#
转换效率/%
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
接触电阻/Ω
粒径:
小粒径:
大
在实际烧结中,炉子温度会产生波动,因此细颗粒如纳米或者接近于纳米粒度范围的银
粒子会熔化。
因而,银粉在一定的粒度范围内,即在可熔化的粒度范围之上,有利于电池片
的转换效率的提高。
比较1#银粉和2#银粉可知,虽然粒度分布很接近,但2#银粉比1#银
粉的转换效率高而接触电阻却较低,这可以说明在相同的粒度范围内,银粉以亚球形比混合
型好。
相比P-1#和P-2#银粉,银粉粒度增大,但电池片转换效率反而下降,且接触电阻增
大。
说明银粉的粒度分布大于纳米范围,较细的颗粒有利于转换效提高。
4.玻璃粉:
两个作用。
一,腐蚀晶硅,通过腐蚀SiNx,形成导电通道。
二,在浆料-发射极界
面间作为传输媒介。
5.粘合剂:
粘合剂又称结合剂,是导电银浆中的成膜物质。
导电银浆对结合剂树脂的选择,
有多方面的考虑。
不同结合剂的粘度、凝聚性、附着性、热特性等有较大的差异。
导电银浆
的制造者对于导电银浆所作用的基材、固化条件、成膜物的理化特性都需要统筹兼顾。
6.溶剂:
导电银浆中的溶剂的作用:
a、溶解树脂,使导电微粒在聚合物中充分的分散;b、
调整导电浆的粘度及粘度的稳定性;c、决定干燥速度;d、改善基材的表面状态,使浆料与
基体有很好的密着性能。
导电银浆中的溶剂的溶解度与极性,是选择溶剂的重要参数,这是
由于溶剂对印刷适性与基材的结合固化都有较大的影响。
此外,溶剂沸点的高低、饱和蒸气
压的大小、对人体有无毒性,都是应该考虑的因素。
溶剂的沸点与饱和气压对印料的稳定性
与操作的持久性关系重大;对加热固化的温度、速率都有决定性的影响。
一般都选用高沸点
的溶剂,常用的有BCA（丁基溶酐乙酸酯）、二乙二醇丁醚醋酸酯、二甘醇乙醚醋酸酯、异佛
尔酮等。
7.助剂:
导电银浆中的助剂主要是指导电银浆的分散剂、流平剂、金属微粒的防氧剂、稳定
剂等。
助剂的加入会对导电性能产生不良的影响,只有在权衡利弊的情况下适宜地、选择性
地加入。
导电银浆按烧结温度不同,分为高温银浆,中温银浆和低温银浆。
其中高中温烧结
型银浆主要用在太阳能电池,压电陶瓷等方面。
低温银浆主要用在薄膜开关及键盘线路上面。
三.浆料成分对浆料电性能的影响
当玻璃粉含量不变时,电阻率在一定范围内随着银粉的含量逐渐增加而降低。
当银粉含
量过大时,电阻率反而升高。
因为银粉含量过大,玻璃粉含量不变,即浆料的固体含量过大,
有机载体含量过低,那么浆料的黏度过大,流平性差,丝网印刷时,不易形成连续致密的银
膜,故电阻率过大。
当银粉含量不变时,电阻率在一定范围内随着玻璃粉含量的逐渐增加,电阻率逐渐升高,
导电性能越差。
在浆料烧结过程中,随着温度升高,玻璃粉熔融,由于毛细作用浸润并包裹
银颗粒,银粉以银离子的形式溶解在熔融的玻璃相。
当浆料中的玻璃粉含量很少时,银粉由
于缺少液相而不能铺展在基板上,银粒子倾向于沿垂直方向生长,导致银粒子之间的接触变
差。
当玻璃粉含量增加到某一值时,玻璃粉能够有效润湿银粉,使银粉充分铺展在基板上,
银粒子沿水平方向生长,银粒子的接触更加紧密,能够有效形成导电网络。
当玻璃粉含量继
续增加,多余的玻璃粉就会聚集在表面上,导致电性能下降,电阻率增加。
同时,当玻璃粉
含量过高时,有机载体的含量就越低,有机载体的含量直接影响到浆料的黏度,有机载体的
含量越低,浆料的黏度越高,在印刷的过程中,浆料的流平性很差,不利于浆料分布均匀,
银粉与玻璃粉容易成团聚态。
表:
不同配方的浆料及编号
图不同配方浆料的烧结银膜表面电阻率
结论:
#9浆料烧结制备的烧结银膜表面电阻率为1.558×10–3Ω·cm,最低,
四.保温时间对电阻率的影响
烧结峰值温度为580℃,保温时间为2,5,10,15,20和30min烧结成膜,测得烧结银膜
电阻率,如图所示。
由图可知,保温时间为5min时电阻率最低,导电性能最好。
因为当烧结
保温时间低于5min时,玻璃粉受热时间不够充分,不能完全软化铺展,银粉无法在玻璃粉的
包裹下形成良好致密的银膜,不易形成良好的导电网络,故电阻率稍高,导电性
能较差。
当
保温时间为5mi以上时,随着时间的增加,电阻率明显升高,银膜导电性能降低。
产生这一
现象的原因是当保温时间过长时,玻璃粉过早进入软化状态,并且长时间的软化态玻璃会沉
积于基板与银膜之间,而与银膜中的银粒子相脱离,导致银膜出现大量空洞,电阻率升高,
导电性能较差蹬。
长时间较高温度的保温会导致银膜的氧化,这也是导致电阻率升高,导电
性能降低的原因。
保温时间与电阻率的关系曲线
五.烧结峰值温度对电阻率的影响
升温速率10℃/min,达到峰值温度后保温5min,根据浆料烧结峰值温度540—640℃,
设计了烧结峰值温度为540,560,580,600,620和640℃6组实验方案,烧结成银膜,测得
所烧结银膜电阻率如图所示。
并对烧结样品做了SEM观察,如图所示。
烧结峰值温度与电阻率的关系曲线
当烧结峰值温度为580℃时,浆料烧结银膜的电阻率最低。
此时,玻璃粉包裹银粒子呈均
匀铺展,形成良好的导电网络,银膜致密,空洞少,导电性能良好。
当玻璃粉加热到接近析晶起始温度时,玻璃就有析晶的趋势。
根据晶体形核长大原理,
当玻璃中出现晶核时,较长的保温时间和过高的烧结峰值温度都会进一步促进玻璃粉相变析
晶。
由于晶体不具备玻璃相的黏度和润湿性,所以当浆料在烧结过程中析出晶体时,晶体将
无法软化铺展。
此时的烧结膜将出现大量孔洞,导电性能差,附着力低。
实际工业生产中,
为防止玻璃粉在浆料烧结中析晶而影响成膜质量,应尽可能降低烧结峰值温度和保温时间。
六.玻璃粉含量影响
玻璃粉质量分数与栅线体电阻关系
玻璃粉质量分数比重大,玻璃体阻挡层过厚,通过隧道效应导通的几率降低。
因此,烧
结后浆料的体电阻率上升。
玻璃粉质量分数与接触电阻关系
在0-5%范围内,玻璃粉比例的增加对于Ag在浆料与电池发射极界面处生成再结晶颗粒
和形成隧道导电通道有益。
拉力测试结果
玻璃粉质量分数不低于4%。
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