张 轶，常意川，李代颖
不同银粉在PERC电池背面银浆上的应用研究
张 轶，常意川，李代颖
（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）
采用液相化学还原法，分别以水合肼、抗坏血酸、葡萄糖为还原剂，硝酸银为银源，通过调节反应过程参数及相应粉体物理处理措施，可控地制备出3种物理参数相近的超细银粉。再采用3种制得的银粉和相同的玻璃粉、有机载体分别制备出3种PERC电池用背银浆YA、YB、YC，通过验证其各类性能，发现3种银浆拉力不同，烧结后导电性能也有一定差别。
还原剂 背面银浆 导电性能
在全球碳减排的主流趋势下，光伏产业正迎来前所未有的高光时刻。在光伏市场前景被无限放大的同时，产能扩张成了各大企业抢占市场份额及降低成本的有效措施之一。在光伏电池领域，银粉作为其必要的导电载体，对电池的光电转换效率、电池成本等方面均具有一定影响，受到了广泛地研究与应用。
近年来，较多研究人员针对超细银粉物理参数和特性对银浆性能的影响进行了深入研究。刘玉杰等人分别使用球形银粉和片状银粉[1]，研究了银粉和玻璃粉不同特性对PERC电池用背面银浆性能的影响。薛红俊等人研究了银粉不同特性对导电银浆性能及表面结构的影响，认为不同的银粉颗粒形状及分散性，会导致银浆固化膜导电性能出现差异[2]。鲁业海等人对银粉比表面积、粒径与导电胶浆导电性之间的相关性进行了研究，揭示了比表面积和粒径对导电性的影响性主要与次要关系[3]。
不同厂家的银浆生产工艺有一定区别，对银粉参数的要求略有不同，但对众多银粉生产企业而言，标准化的产品更容易实现批次稳定控制及成本降低。因此，本文通过液相化学还原法，采用不同的还原剂，调整反应条件及银粉后处理工艺制备物理参数一致的银粉，并验证其银浆性能，为不同还原剂生产的银粉在应用端使用提供理论依据。
1.1 银粉制备
1.1.1 实验试剂及主要仪器
实验试剂：实验中所用到的水均为去离子水，电导率在2μs/cm以下；
其它常用的实验耗材包机械搅拌装置、药勺、玻璃皿、坩埚、玻璃杯等；
主要化学试剂包括硝酸银，水合肼，抗坏血酸，葡萄糖，氨水，氢氧化钠，吐温80，酒精，PVP，硬脂酸，甘油，PVA，丙酮等。
主要仪器：马尔文激光粒度分析仪MS3000，测试参数为：折射率0.2、吸收率3、遮光率4%-6%；
韩国SEC扫描电子显微镜（SNE-3200M），测试加速电压为30 kV；
HORIBA比表面积测试仪（SA-9600），在100℃加热预处理30 min后进行氮气吸附脱附测试；
METTLER TOLEDO电子分析天平（AL204），精度为0.001g；
恒温磁力搅拌器，数控超声波清洗机，电热恒温鼓风干燥箱，真空抽滤仪等。
1.1.2 银粉制备过程
VC还原实验过程：使用抗坏血酸还原硝酸银，选用PVP作为分散剂，将0.1 mol的硝酸银溶于200 ml的去离子水中，加入适量氨水调节pH值，再向其中加入适量的PVP，搅拌、溶解得到透明的氧化剂溶液；
称取一定量的抗坏血酸溶于100 ml的去离子水中，得到无色透明的还原剂溶液；
在一定搅拌速率下，将还原液以不同的速率的加入氧化液中反应5 min，清洗后进行分散处理，再置于80℃干燥箱中干燥5 h。干燥后的粉再经过破碎及粉碎处理，得到超细银粉A。水合肼还原过程：使用水合肼还原氧化银，用疏水类有机物质作为分散剂，最终得到银粉B；
使用葡萄糖作为还原剂，还原银氨溶液，用亲水类和疏水类有机物复合作为分散剂，最终得到银粉C。
1.2 银浆制备
PERC背银浆是由导电相银粉、起粘结作用的玻璃粉、有机载体等经过搅拌、三辊机研磨而制备的混合物。按照市场固含量为65%的主流背面银浆配方比例称取银粉、玻璃粉和有机载体，使用行星式搅拌机搅拌分散，三辊研磨机研磨分散至细度小于5 μm，分别得到对应的银浆样品YA、YB、YC。有机载体制备：溶剂为DBE和异佛尔酮，树脂为热塑性聚氨酯。触变剂预处理：触变剂加入DBE中，在加热状态下搅拌机高速分散。
用刮板细度计测试银浆的细度，使用美国Brookfield DV3T粘度测试仪测量浆料粘度并计算其触变性，使用美国恒流源KEITHLE测试银浆烧结（880℃）后的电性能，使用德国Halm测试光电转换效率。
表1 银粉物理参数
表2 银浆性能参数
图1 A、B、C银粉样品SEM照片
2.1 不同还原剂对银粉参数的影响
表1所示为不同还原剂制备得到的银粉的物理参数，通过对银粉制备过程的精确控制，使得各项数据趋向一致，都在银浆对原材料需要控制的范围内。图1A所示为使用VC还原得到的银粉的扫描照片，图1B所示为使用水合肼还原得到的银粉的扫描照片，图1C所示为使用葡萄糖还原得到的银粉的扫描照片。从图中可以明显看出，银粉样品的分散性和均匀性都比较好，使用水合肼还原的颗粒更趋向于一致，使用VC和葡萄糖还原的粉有少量1μm左右的较大颗粒，使用VC还原得到的银粉球形度最好。尽管不同还原剂得到的银粉物理参数趋向一致，但是因为不同还原剂的还原强度和体系不同，得到的银粉颗粒形貌及颗粒均匀度还是有一定的区别[4,5]。
2.2 不同银粉对银浆拉力性能的影响
表2所示为使用三种银粉制备得到的银浆YA、YB、YC的老化拉力，YA、YC的老化拉力接近，YB老化拉力最高。根据内部浆料评测正常流程测试三款浆料，在同样的玻璃粉体及有机助剂制备得到的浆料，YA黏度最低，为45 PaS；
YC黏度最高，为52 PaS；
YB居中，为48 PaS，印刷性能接近一致；
机焊拉力方面均大于2.5N/0.35 mm，均超过管控标准机焊2N/0.35 mm。银浆拉力和银浆体系相关，在其他一样条件下，银粉特性对银浆拉力影响比较大[6～8]。从图1可以看出，水合肼还原得到的银粉B颗粒更均匀，抗坏血酸还原得到的银粉A和葡萄糖还原得到的银粉B均存在一定的大颗粒及不规则颗粒，在制浆过程更容易出现混合不均匀，出现亮片等，导致拉力受到一定程度影响。
2.3 不同银粉对银浆电性能的影响
为了进一步考察银粉对银浆性能的影响，将三组浆料同时印刷于主流PERC技术电池的背面，并测试其电阻、光电转换效率等相关性能。从表2可以看出，铝区电阻电性能方面，三组银浆性能一致，都在10 mΩ/□；
银区电阻，YB最低，YC最高；
搭接电阻方面，三组银浆性能接近。光电转换效率方面，YB最高，YC其次，YA最差，最高和最低相差0.24%，这可能与银粉结晶度和均匀性有一定的相关性。
可以看出，三种不同还原剂得到的银粉，通过控制制备过程，可以使其物理参数控制在一定的范围内，接近一致；
在相同的配方条件下制备得到的银浆，其老化拉力、粘度、电性能有所不同，光电转换效率差距明显。需要指出的是，因各银浆厂家银浆工艺有一定区别，使用不同还原剂制备的银粉，在调整玻璃粉及有机载体适配后，银浆电性能及拉力仍有可能进一步提升。因此，建议各银浆厂家可以根据各自产品特点，考察不同银粉稳定性、价格，选用不同的工艺制备得到的银粉。
[1] 刘玉杰, 万忠, 王莉娜. 银粉特性和玻璃粉特性对PERC电池用背面银浆性能的影响[J]. 电工材料, 2021, 5: 16-19.
[2] 薛红俊, 孙茹, 严皓梁等. 银粉对导电银浆表面微结构及导电性能的影响实践[J]. 电子元器件与信息技术, 2021, 5(1): 6-7.
[3] 鲁业海, 贾巍, 钱峰伟等. 银粉粒径与比表面积对导电胶浆导电性影响的显著性对比研究[J]. 电工材料, 2022, 2: 37-39.
[4] 吕明, 赵瑞欢. 不同形貌纳米颗粒银粉的引入搭配对导电银浆电性能的影响[J]. 当代化工研究, 2021, 12: 34-35.
[5] 廖云红, 张迎九, 陈晓刚等. 超细银粉的液相还原法制备及放大实验研究[J]. 化学工程, 2020, 48(11):24-26.
[6] 董弋, 郭少青, 李鑫等. 银粉性质对太阳能电池浆料的影响[J]. 功能材料, 2021, 4: 31-34.
[7] 刘昊, 崔志远, 李进等. 银粉填料的尺寸与形貌对导电胶性能的影响[J]. 电子元件与材料, 2021, 40(12): 1176-1183.
[8] 幸七四, 李文琳, 张晓杰. 银粉和触变剂对低温银浆挥发速率影响的研究[J]. 贵金属, 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年黄冈市本级科技创新专项重点Ⅱ类项目（高可靠性银基电接触材料研制及产业化ZDXM20220021）作者简介：张轶（1981-），男，高级工程师。研究方向：贵金属粉末材料制备及其应用。E-mail:46550925@qq.com.
猜你喜欢 还原剂拉力电池 电池很冤今日农业(2022年14期)2022-09-15“一粒盐电池”军事文摘(2022年14期)2022-08-26常用氧化剂及还原剂在印染中的应用进展河南科技(2022年8期)2022-05-31自修复电池技术可延长电池寿命并提高EV性能汽车工程师(2021年12期)2022-01-182019中国汽车拉力锦标赛福建收官海峡姐妹(2020年1期)2020-03-03“氧化剂与还原剂”知识解读中学化学(2019年4期)2019-08-06熟悉优先原理 迅速准确解题中学化学(2019年4期)2019-08-06自不量力发明与创新·中学生(2018年2期)2018-02-07跟踪导练（三）（3）时代英语·高二(2017年4期)2017-08-11还原剂改性生物炭吸附亚甲基蓝的动力学江苏农业科学(2017年9期)2017-07-15