滕媛;甘国友;李文琳;杜景红;严继康;易建宏
【摘 要】将银粉、有机载体和玻璃粉按一定比例混合制成导电银浆。银浆通过丝网印刷在硅基片上，保温烧结。采用SEM、四探针法研究银粉的不同粒径与形貌对银浆烧结厚膜层方阻的影响。结果表明，随着球形银粉粒径增大，银膜方阻先减小后增大，当球形银粉粒径在2µm时银膜方阻最小，为4.44Ω/□；当2µm片状银粉和2µm球形银粉混合加入时，银膜方阻最小，为3.95 mΩ/□；随着片银的含量增加，银膜方阻先减小后增大，当片状银粉为50%时银膜方阻最小，为3.92 mΩ/□。%The silver paste was prepared by mixing the glass frit, silver powder and organic vehicle with a certain proportion. The silver paste was printed on Si substrate by the way of silk screen printing and then sintered under a given temperature. The influence of particle size and morphology of silver powders on square resistance of Ag film was investigated by SEM and four probe method. The results showed that the silver film square resistance decrease first and then increase as the particle size of silver powder increase. The silver film square resistance reaches the minimum 4.44 mΩ/□ at the silver po wder particle size of 2 µm. The silver film square resistance reaches the minimum 3.95 mΩ/□ when the 2 µm flake silver powder and 2 µm spherical silver powder are mixed added in. The silver film square resistance decrease first and then increase as the content of flake silver powder increase. The silver film square resistance reaches the minimum 3.92 mΩ/□ at the flake silver powder content of 50%.
【期刊名称】《贵金属》
【年(卷),期】2016(037)0z1
【总页数】6页(P58-63)
【关键词】银浆;片状银粉;银膜方阻
【作 者】滕媛;甘国友;李文琳;杜景红;严继康;易建宏
【作者单位】昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650093;昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650093;贵研铂业股份有限公司，昆明650106;昆明理工大学材料科学与工
程学院，昆明 650093;昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650093;昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650093
【正文语种】中 文
【中图分类】TB34
随着全球资源短缺及对环境保护问题的重视，太阳能因其清洁性、安全性和资源充足性等优势而得到广泛的关注和利用，其中以晶体硅太阳能电池发展最为迅猛[1]。银浆作为太阳能电池组件中极为重要的原材料之一，主要由银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂组成[2]。银浆的组成会影响银膜的机械性能和Ag/Si接触界面的微结构[3]。其中，银粉作为导电功能相，其烧结质量直接影响电流的输出[4]，并影响银膜的物理和机械性能[5]。
银粉在太阳能电池导电银浆中占质量的70%～90%，是决定银浆和形成银电极性能的关键因素[6]。太阳能正极栅线很窄，银粉粒径过大，印刷时不能通过丝网，会影响电池的电性能，粒径小的银粉难以提高银浆的银含量,且不易被有机载体润湿，使印刷性下降，烧结后银膜收缩率大、致密性差[7]。目前，太阳能电池正面银浆采用的是微米/亚微米级超细球形
银粉[8]。但从银粉形貌来说，同等质量的片状银粉的体积电阻率比球形银粉的体积电阻率小，而且片状银粉是片式结构排列，颗粒间流动性好，更有利于银浆的烧结致密，导电性能更好[9]。闫方存等[10]发现片状银粉的加入能提高银膜的电性能，方阻较球形银粉有明显的降低。林辰[11]认为片状银粉可代替球形超细球形银粉制备太阳能电池用银浆、导电胶、中低温导电浆料等。魏艳彪等[12]研究了片状银粉对烧结型导电银浆性能的影响，结果表明加入适量的片状银粉可以使附着力得到一定程度的改善。因此，在球形银粉中加入适量的片状银粉有助于改善银浆的性能。
本文采用球形银粉和片状银粉制备银浆，研究银粉形貌、粒径对银浆烧结后银膜方阻的影响。
1.1 导电银浆的制备
本实验选用球形银粉、片状银粉、Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3系无铅玻璃粉和松油醇-乙基纤维素体系有机载体，混合搅拌轧制1～3次制备太阳能电池用导电银浆。所用银粉和玻璃粉粒径如表1所示。将银浆通过300目丝网印刷在硅基片上，自然流平5～10 min，在200℃烘干，保温5～15 min，最后在850℃烧结，保温40s，得到银膜。
1.2 性能测试
用刮板细度计测试银浆的细度，使用XL30E SEM-TMP型SEM观察样品形貌，采用国家标准GB/T 17473.3-2008测定方阻。
2.1 银粉粒径对银膜性能的影响
选用平均粒径为0.1、2 和4 µm的球形银粉分别与5%玻璃粉和15%有机载体混合制备导电银浆，并测试其银膜方阻，如表2所示。
由表2可知，当银粉为球形银粉时，随银粉平均粒径的增大，导电银膜的方阻先减小后增大。银膜电阻主要由银粉内阻、隧穿电阻和银粉接触电阻3部分组成，在相同添加量下，平均粒径为0.1 µm的球形银粉，其粒径较小，粒径小的银粉颗粒间接触面积相对较小，电子在颗粒内部运行路程短，电子的隧穿次数显著增加，导致接触电阻和隧穿电阻均比较大，因此方阻大，导电性较差。平均粒径为2 µm的球形银粉，其粒径适中，接触电阻和隧穿电阻均较小，所以得到的方阻值较小，导电性良好。但平均粒径为4 µm的球形银粉时，其方阻急剧上升，可能是由于粒径过大导致银颗粒之间存在大且多的空隙，不能形成有效接触，使接触面积变小，导电性变差。
此外，银浆在烧结过程中，软化点较低的玻璃相首先熔融，玻璃液会浸润并包裹银颗粒，使银颗粒分散并带动银粉重排，在冷却过程中，银颗粒会重结晶在硅基片上，形成致密的导电网络使银膜具有良好的导电性。当选用的银粉粒径过小，较大的表面能可能会使银粉产生团聚现象，使得在烧结过程中溶解在玻璃液中的银颗粒数量较少，重结晶的银会变少，从而降低了银膜的导电性。但若选用的银粉粒径过大，粒径大的银颗粒在时间极短的烧结过程中不易溶解在玻璃液中，也会减少重结晶颗粒的数量，影响银膜的导电性。所以，银粉粒径需控制在一个合适的范围，才能实现良好的导电效果。
图1为不同粒径的球形银粉制备的银浆烧结后银膜的扫描电镜图。
从图1可以看出，粒度过小的0.1 µm或粒度过大的4 µm的球形银粉制备出的浆料烧结后银颗粒间存在较大的空隙，无法形成致密的导电网络，使得银膜的方阻较大；而粒度为2 µm的球形银粉，浆料在烧结后银颗粒连接紧密，分布比较均匀，不存在过大的空隙，形成的导电网络相对致密，银膜方阻均较小。
图2为粒径2 µm球形银粉制备的银膜断面扫描电镜图。从断面看，银粉与硅基片之间形成了良好的合金接触，小颗粒银粉在硅基片表面沉积，并与硅形成合金，提供了导电通道和
抗拉能力，在银膜的中间层是银导电网络，银颗粒之间通过玻璃熔体的粘结作用形成良好的导电网络。在银膜的表面区域形成了致密的导电层，银粉颗粒间隙小，连接充分，银膜方阻较低，导电性良好。
2.2 混合银粉粒径和形貌对银膜性能的影响
银粉的粒径和形貌对银膜的导电性均有较大的影响，考虑选用不同粒径和形貌的银粉混合制备银浆，研究不同组合形式下银膜导电性的变化情况，组合情况及方阻如表3所列。
从表3可以看出，随球形银粉粒径的增大，银浆A、银浆B、银浆C烧结后的银膜方阻先减小后增大。只有当片状银粉和球形银粉处于一个恰当的粒度配合时，导电相粒子之间的接触更紧密，形成更加致密的导电网络，银膜的方阻较小，有较好的导电性。银浆D和银浆E的方阻测试结果显示其方阻均大于银浆B。这主要是由于片银的加入使得导电相粒子的接触除了有球形银粉颗粒间的球与球之间的点接触外，还存在片状银粉颗粒间的线与线或线与面的接触，增大了导电相粒子的有效接触面积；并且球形银粉能有效填充片状银粉相互交叠时出现的空隙，也会使导电能力增强。
综上所述，浆料B的导电性能较好，银膜的方阻较小，形成的导电网络较为致密，导电性较优，其形貌如图3所示。
2.3 银粉中片银的含量对银膜性能的影响
由于2.0 µm的球形银粉和片状银粉混合添加时银膜导电性较优，故选用粒径为2.0 µm的球形银粉和片状银粉组合添加，研究这两种银粉相对添加量的变化对银膜导电性的影响。按表4(总质量的%)的配比制备浆料，并对烧结后的银膜进行方阻测试，方阻测试结果如图4所示。
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