洪玮《异质结电池用低温银浆研发与展望》

异质结电池用低温银浆研发与展望 洪玮 2020年6月 目录 CONTENTS 低温银浆简介 低温银浆电学性能 低温银浆综合性能 低温银浆印刷性能 低温银浆路线图 Part 1 低温银浆简介 *图片来源于Panasonic •低温工艺 •低温度系数 •双面电池 •高效率 •无光致衰减 异质结电池简介 A R A 添加剂 偶联剂，提高树脂附着力； 抗老化剂，提高树脂耐候 性；固化剂，使树脂受热 固化； 银粉 导电填料，目前为片状银 粉与球状银粉复配使用； 树脂 目前大部分为环氧体系， 包覆银粉，起整体黏结作 用，并粘接TCO层，提供 附着力； O 溶剂 环保型溶剂，高沸点，用 于调节粘度和印刷； 低温银浆基本构成及要求 01电阻率 银浆低温固化形成电极后电阻率低；并且 要与TCO层形成良好的接触，接触电阻优 异，可提升FF； 02焊接拉力 银浆低温固化形成电极后焊接能 力好，并且拉力要达到1.0N/mm 以上； 03可持续印刷 银浆的黏度相对合适，保持良好的高宽 比，满足可持续印刷的要求；后续需要 细线印刷并提升印刷速度； 04可靠性 银浆低温固化形成电极后耐 候性良好，满足组件可靠性 的要求； 异质结电池低温银浆基本要求 null当一个微观的运动粒子遇到一个高于自身动能势垒时，根据经典力 学理论，该粒子是不能穿过势垒的，但是量子力学却证明了该粒子 仍有一定的几率越过势垒，这种现象称为隧道效应。 null在低温银浆中，银粉不能直接接触，电子依靠量子隧道效应从一个 银粉单位转移到另一个银粉单位，所以电导率比烧结型银浆低，银 粉之间的相对接触面积是影响银浆电导率的一个重要因素。银粉相 对接触面积越大，银浆体电阻越低。 低温银浆基本导电原理 •该理论应用到银浆中，在浆料中树脂固化收缩程度一定的情况下， 银粉在固化体系中的比例达到一定，银粉与银粉之间形成网络连 接，从而依靠隧道效应形成导电通道，电导率大幅增加，此时导 电填料的比例称为渗流阈值。此时导电浆料的导电能力没有方向 性，称为各向同性导电浆料。 低温银浆基本导电原理 低温银浆主要难点 低温烧结下需要具备较低的体电阻和接 触电阻，满足高效要求； 电阻率 一次印刷 可靠性 低温烧结的情况下具有较好的可焊性和 较高的焊接拉力； 焊接拉力 片状银粉会导致印刷性的变差，并且低温 银浆的高电导率要求，银含量会相对较高， 进一步影响其印刷性；目前对于细线印刷 和印刷速度的要求与日俱增； 印刷性 高电导率和高焊接拉力是一种跷跷板的关系， 所以需要平衡两者的性能； 树脂与添加剂的选择在满足上述要求的前提下， 需要同时满足组件可靠性要求； 电阻率 焊接拉力 银粉的选择 树脂的选择 添加剂的选择 溶剂的选择 低温银浆主要难点 null片状与球状银粉配比； null粒径控制在合适范围内； null片状银粉的径厚比合适； null具有良好的分散性； null质量分数适中； 银粉的选择 溶剂的选择 null溶剂的挥发速度应适中； null溶剂的挥发不宜集中在较窄的温度 范围，具有一定的梯度挥发能力； 01 03 02 树脂的选择 null树脂的分子量合适； null树脂极性应大，有较好的黏结性能； null树脂固化收缩率合适； null树脂的耐候性和抗老化性能强； 低温银浆基本构成 优点 聚氨酯具有优异的耐氧、耐臭氧、耐低温以及抗紫外辐射性能；机械性能 可以根据分子量等配方调整在一定范围可调；收缩性较高，电阻率较低， 并且可以通过特殊工艺和添加剂使得电性能相对更好； 缺点 相对来说大部分聚氨酯的耐高温性一般，正常使用温度- 40℃~120℃； 耐强极性溶剂和耐强酸介质性能较差；聚氨酯体系的粘结力没有环氧体 系高； 低温银浆树脂选择 优点 环氧树脂粘结性能更优异；化学结构致密，机械强度高；耐热耐腐蚀性更 好；耐老化性更好，寿命更长，化学稳定性好；可以通过固化剂的选择实 现快速固化； 缺点 环氧树脂耐冲击损伤性能差，韧性差，固化后产物会很脆；除特殊树脂外 大部分环氧树脂的耐候性不好； 聚氨酯体系 1 环氧树脂体系 2       原材料选择 树脂种类以及混合树脂、固化剂种类、触变剂种类、特殊添加 剂种类、溶剂种类等选择； 组分比例调整 银粉含量、树脂含量、固化剂含量、溶剂含量、触变剂含量、 助剂的添加量的选择； 工艺选择及改进 银浆制备工艺的选择及摸索改进；银浆固化工艺的选择（固化时 间及温度）和适配； 低温银浆研究思路 Part 2 低温银浆综合性能 综合性能 项目HC339 银含量（%）92.8 体电阻率（μΩ.cm) 6.0 粘度（Pa•s) 178 固化温度（℃ ) ≤200 固化时间（min) ≤30 主栅拉力(N/mm) 1.3 一次印刷通用款浆料HC339系列 拉力表征 拉力OK  5BB主栅宽度0.7mm；MBB为9BB 5BB拉力数据 9BB拉力数值 分步细栅 浆料型号固化条件接触电阻(Ω.cm2)体电阻(Ω.cm) HC449 150°C/10min 1.8E-03 3.4E-05 210°C/10min 8.4E-05 5.0E-06 210°C/30min 3.3E-05 4.9E-06 BL 210°C/10min 1.1E-05 210°C/30min 8.9E-05 6.6E-06 以上数据均来源于客户端 分步印刷细栅款浆料HC449系列 固化接触  固化形成电极后与 TC O 层接触良好；  固化后较为紧密，孔隙率较小； 综合性能 项目HC339-Z 银含量（%）92.8 体电阻率（μΩ.cm) 7.0 粘度（Pa•s) 226 固化温度（℃ ) ≤200 固化时间（min) ≤30 主栅拉力(N/mm) 1.6 主栅款浆料HC339-Z系列 综合性能  9BB主栅拉力 Part 3 低温银浆印刷性能 EL表征 HC339 BL 印刷良好，无明显虚印断栅 细线印刷 无网结325/16线宽35μm 无网结430/13 线宽30μm 无网结430/13 线宽32μm 细线印刷 无网结430/13 线宽28μm Part 4 低温银浆电学性能 浆料型号Uoc Isc FF NCell正面网版印刷速度湿重线阻 BL — — — — BL-45μm 160 0.149/0.205 28-30/15-16 HC339 0.0002 0.0568 -0.04 0.10% BL-45μm 250 0.159/0.210 26-29/15-16 HC339 0.0010 0.1211 -0.08 0.29% 325/16 35μm 250 0.136/0.206 32-34/15-16 浆料型号Uoc Isc FF NCell正面网版印刷速度湿重线阻 BL — — — — BL-45μm 160 0.142/0.198 28-30/16-17 HC339 0.0025 0.1143 -0.26 0.27% 430/13 30μm 250 0.113/0.202 41-43/16-17 一次印刷 以上数据均来源于客户端 分步细栅 实验一： 实验二： HC449-X1和X2用与BL用不同网版，50片一组； 三款浆料用同一块网版，500片一组； 浆料型号线宽(μm)线高(μm)高宽比湿重(mg) Eff(%) FF(%) Isc(A) X1 58.85 18.01 0.31 70 0.23 -0.15 0.082 X2 59.65 18.15 0.30 70 0.19 -0.06 0.055 BL 66.25 13.34 0.20 70 — — — 浆料型号线宽(μm)线高(μm)高宽比湿重(mg) Eff(%) FF(%) Isc(A) X1 57.38 18.72 0.33 69 0.09 -0.12 0.049 X2 59.86 19.26 0.32 68 0.13 0.05 0.044 BL 60.44 15.1 0.25 65 — — — 以上数据均来源于客户端 网版开口 36 36 40 Part 5 低温银浆路线图 路线图 请各位批评指导！ 谢谢！