中國粉體網訊 國內外關于晶硅太陽能電池銀漿用銀粉的制備和可控性研究已經有了大量的報道，常見的合成方法有化學還原法、微乳液法、電還原法、機械球磨法以及物理蒸發等方法。其中化學還原法由于其操作方便、設備簡單、可控性好，是目前晶硅太陽能電極銀漿用銀粉的主要制備方法。
然而，即使通過最常用的化學還原法制備的原粉，其性能依然無法滿足晶硅太陽能電池銀漿用銀粉的應用要求。首先，由于銀粉的小尺寸、表面能高等特點導致干燥時顆粒之間極易發生團聚，團聚后又很難用機械的方法打開，導致分散性差，嚴重影響銀粉的物理特性和功能。
更為關鍵的是，未經后處理的銀粉顆粒在載體中極易產生軟團聚現象，從而降低漿料的分散性、穩定性、絲網印刷流變特性、成膜及固化性能，同時對導電銀漿的性能、存儲產生不利影響。
因此，對所制備銀粉進行后處理是實現其應用的關鍵步驟，其中銀粉后處理方法主要包括銀粉的表面改性。目前國內外對銀粉的表面改性的研究還不夠系統，僅有少數銀粉生產商掌握相關技術，這造成銀粉及銀漿價格居高不下，嚴重影響了晶硅太陽能電池的進一步發展。
銀粉的表面改性方法主要有以下幾種。
有機包覆法
有機包覆法是指通過特定有機表面改性劑對銀粉進行表面包覆、修飾的改性方法，通過有機物與粉體表面發生吸附或者化學反應，從而使粉體表面接枝上有機物，即超細銀粉由原來的親水性改性為疏水性，增強溶劑對粉末粒子的潤濕性，使其所配制漿料具有良好的印刷性和流平性。此外，通過增加極性基團可有效降低銀粉的表面能，增強銀粉顆粒間的靜電位阻作用，提高漿料的分散穩定性，達到抗沉降作用。
有機包覆改性的一般工藝步驟是將有機改性劑與粉體混合，攪拌一段時間后分離、洗滌、干燥而成。這種改性方法操作簡便，改性效率高，適用于微米、亞微米、納米的類球狀或片狀銀粉。
在晶硅太陽能電極銀漿用銀粉的有機包覆改性中，其有機包覆劑種類的選擇至關重要。一般來說，有機改性劑最重要的特點是頭部基團的電性、分子鏈長及尺寸，這些特性會影響到銀粉的表面包裹效果、疏水性及與漿料中有機載體之間的相容性等性質。
此外，在實際應用中，表面活性劑的水溶性或油溶性的大小對于合理選擇表面活性劑也是一個重要的依據，通常用于銀粉表面化學改性的改性劑主要有有機酸、脂肪胺或醇胺、脂類化合物、偶聯劑以及醇或醚類長鏈有機物等。
為了提高導電銀漿的綜合性能和適用性，在對銀粉進行表面改性中，有機酸、有機胺及脂類化合物常常配合使用。
機械復合法
機械復合法就是利用機械物理手段，將銀粉進行打磨、破碎處理，得到特定表面形貌或結構的銀粉，同時在機械處理過程中，為了增強銀粉分散性和表面化學特性，常常加入有機物作為表面改性助劑。
機械復合法具有效率高、成本低，工藝步驟簡單，易實現工業化應用等優點。其中，球磨法和氣流破碎法是在銀粉表面改性中最常用的方法。
球磨法是指通過球磨機的轉動或振動使硬球(氧化鋯球或瑪瑙球等)對粉體進行強烈的撞擊、擠壓和研磨，該方法能明顯細化晶粒，增強燒結活性，但該方法的擠壓和研磨特點，會破壞類球形銀粉的球形結構，因此一般適用于片狀銀粉的制備及改性。
氣流粉碎法是一種在高壓氣流作用下，帶動粉體在粉碎倉內做循環運動，使得顆粒之間以及顆粒與固定板面之間產生相互沖擊、碰撞和磨擦，從而達到粉碎、分散及改善球形度的目的，該方法無需額外引入助劑，處理后的粉體表面光滑，分散均勻，而且無雜質引入。相比于球磨法，氣流粉碎法更適用于類球形粉體的表面處理，因為它對粉體的結構和形貌影響較小，且不會使銀粉產生團聚，處理效率也更高，是晶硅太陽能電極銀漿用銀粉最常用的表面機械改性方法。
使用螺旋噴射磨機研磨的銀粉的SEM圖像
表面包裹粒子法
隨著TOPCon和HJT等新型高效電池技術的發展，為了適應晶硅太陽能電池的燒結工藝，要求銀粉在更低溫度下具有更高的燒結活性。目前，常用的解決方法是選用亞微米銀粉和片狀銀粉作為導電填料。
此外，還有研究提出將納米銀粉和微米銀粉進行復合，尤其是將納米銀粉復合在微米銀粉的表面，從微觀結構上可以保障納米和微米銀粉的均勻混合，更重要的是可以賦予微米銀粉一個全新的納米表面結構，使微米銀粉同時具備高導電性和高燒結活性的性能特征。目前最常用的表面包裹納米粒子的改性方法有物理法(機械包裹法)和化學法(原位生成粒子法)。
機械包裹法是指在機械強烈攪拌或高速氣流沖擊下，將納米和微米銀粉顆粒混合，使顆粒之間相互撞擊、研磨及擠壓，最終實現將納米銀顆粒包裹或嵌入微米銀粉的表面或空隙中。機械包裹法的特點是無需助劑，操作簡單，無污染，但需要預先分別制備出分散性較好，能滿足性能要求的納米銀粉和微米銀粉，特別是對納米銀粉分散性要求較高，因為其均一性和分散性會制約表面包裹改性的均勻性和一致性；此外，用到的改性設備，通常需要一套較復雜的系統裝置，會增加額外的成本壓力。
原位生成粒子法是指在微米或亞微米銀粉表面通過化學還原原位生成銀納米粒子，使導電填料成為一個復合體系，這種由具有表面納米結構的微米顆粒組成的導電體系可在低溫燒結后增加導電顆粒之間的接觸性，從而構成更加完善的導電網絡，增強導電漿料的導電性能。
原位生成粒子法相較于機械包裹法，顆粒表面包裹得更均勻，分散性更好，但原位生成粒子法工藝步驟更為復雜，其控制技術難度較高，距離工業化制備還存較大技術差距。
資料來源：
毛華明等：晶硅太陽能電極銀漿用銀粉的后處理方法綜述，稀貴金屬綜合利用新技術國家重點實驗室
（中國粉體網編輯整理/平安）
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