細(xì)線印刷趨勢(shì)下的正銀漿料流變性,屈服應(yīng)力,流變儀,RHEOTEST,德國(guó)RHEOTEST,漿料流變性測(cè)量,印刷漿料流變性,屈服值的測(cè)量,低剪切率,旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),動(dòng)態(tài)流變儀,RN5.3

光伏技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)之一是持續(xù)提高太陽(yáng)能電池效率,降低成本。其中太陽(yáng)能電池正面金屬化工藝趨勢(shì)的要求之一是細(xì)線印刷質(zhì)量,也就是在降低柵線寬度從30μm演化至 25μm, 20μm, 15μm的同時(shí)提高柵線高寬比,以此減少電極遮光面積并降低電極線電阻,最終達(dá)到減少漿料耗量、提高電池效率的結(jié)果。

因此,只有印刷工藝,網(wǎng)版, 漿料三者之間的完美配合才可以促成高質(zhì)量的細(xì)線印刷。正銀漿料配方的調(diào)整需要考慮印刷工藝對(duì)漿料流變性的要求。

印刷過(guò)程中的漿料變化

印刷過(guò)程中刮膠在網(wǎng)版上以一定的角度(45-60度)將漿料以柵線平行的方向向前推進(jìn),同時(shí)對(duì)漿料施加向下壓力。漿料在網(wǎng)孔處被刮膠擠壓穿過(guò)絲網(wǎng)填入膠膜層的直線槽中,同時(shí)擠壓到硅片表面。漿料與硅片有一定的附著力,離板時(shí)在網(wǎng)版(包括絲網(wǎng)和膠膜側(cè)壁)發(fā)生斷裂,從而沉積在硅片表面。如果按網(wǎng)距離1.6mm,240mm/s的印刷速度計(jì)算,在每個(gè)位置的印刷過(guò)程從填充到離板少于0.05秒。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 印刷過(guò)程示意圖

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?漿料配方設(shè)計(jì)

漿料的配方設(shè)計(jì)要考慮如何實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)版開槽的填充,離板時(shí)的斷裂,以及離板后的形態(tài)保持。

理想漿料配方設(shè)計(jì)思路之一是使?jié){料具備黏塑性,具體表現(xiàn)為使?jié){料具有明顯的屈服應(yīng)力的假塑性流體的流變性能。

漿料的不同形態(tài)

在外力超過(guò)屈服值時(shí), 漿料呈現(xiàn)剪切稀化流動(dòng)性。因此在刮膠作用力下,漿料實(shí)現(xiàn)向前翻滾移動(dòng),粘度降低而且均勻混合,再被刮膠擠壓填入網(wǎng)版膠膜層。

在外力低于屈服值時(shí),漿料只呈現(xiàn)固體的彈性形變。漿料進(jìn)入網(wǎng)版膠膜層后外力作用消失,漿料內(nèi)部顆粒及載體間作用力重新建立從而恢復(fù)部分屈服應(yīng)力。漿料在硅片上只受重力和表面張力作用,足夠的屈服應(yīng)力使?jié){料失去流動(dòng)性,線型得以保持。至于離板,高粘度的漿料主要是靠邊界滑移效應(yīng)主導(dǎo)。邊界滑移效應(yīng)是多數(shù)高固含量分散體系自身就具有的特性,載體中特殊添加劑的配合可以更加促進(jìn)邊界滑移效應(yīng)從而獲得更加規(guī)整的線性,也可以增加印重。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?流變性調(diào)整要點(diǎn):屈服值調(diào)整

屈服應(yīng)力

正銀漿料中球型銀粉加玻璃粉占總重90% 以上,分散在有機(jī)載體中,是一種多相多組分的懸浮分散體系。屈服應(yīng)力來(lái)源于固體顆粒之間接觸堆積,顆粒與載體之間,以及有機(jī)組分之間產(chǎn)生的作用力如氫鍵,極性鍵,范德華力等。這些力的存在使銀漿組分在靜置時(shí)形成穩(wěn)定的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這也是漿料存儲(chǔ)時(shí)不沉降的關(guān)鍵。

當(dāng)外力大于組分之間的作用力時(shí),立體結(jié)構(gòu)逐漸被破壞,此時(shí)漿料呈現(xiàn)出非牛頓流體的粘性。漿料在此狀態(tài)下會(huì)被刮膠的機(jī)械力壓進(jìn)網(wǎng)孔。在屈服應(yīng)力高的情況下,漿料停止運(yùn)動(dòng),組分結(jié)構(gòu)重排,部分屈服應(yīng)力也迅速恢復(fù)到相對(duì)較高值,從而使線形容易保持。但是在屈服應(yīng)力過(guò)高的情況下,雖然刮膠的機(jī)械力遠(yuǎn)高于屈服值,但漿料在刮膠前方無(wú)法形成均一的滾動(dòng)。

屈服值的影響因素

漿料整體雖然呈現(xiàn)流動(dòng)性,但局部流動(dòng)性不均勻,且在流動(dòng)性差的地方聚集的銀粉和其他組分不易快速重新分散。這導(dǎo)致銀漿不能均勻地填入網(wǎng)孔,也是斷線的主要原因之一。

正銀漿料球型銀粉直徑在1-3um,但表面形貌與表面積差異很大。在高固含量的體系中, 諸多因素會(huì)影響到屈服值的調(diào)整。例如:固體組分相互接觸無(wú)法避免、表面粗糙的銀粉相互接觸后重新分散受到阻礙、比表面積大的銀粉增加了組分間的接觸面積、有機(jī)載體中氫鍵結(jié)構(gòu)的增加等,都會(huì)顯著增加體系的屈服值。

總之,高質(zhì)量的印刷要求漿料中的組分可以隨時(shí)重新迅速分散,相對(duì)移動(dòng)阻力小,失去外力時(shí)部分屈服應(yīng)力可以迅速恢復(fù)。邊界滑移效應(yīng)對(duì)漿料的流變測(cè)試造成干擾,尤其在高剪切率下的測(cè)量無(wú)法得到真實(shí)數(shù)據(jù)。所以,粘度觸變值與線形等印刷性的關(guān)聯(lián)無(wú)法準(zhǔn)確的建立。

屈服值的測(cè)量是在極低的剪切率下完成的,且需要配合適當(dāng)?shù)臏y(cè)試硬件設(shè)置才可以排除邊界滑移效應(yīng)對(duì)其的干擾。因此,漿料的調(diào)整可以把屈服值做為參照之一,以此建立與印刷性的關(guān)聯(lián)。


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