1. 研究背景
随着对环境保护的重视，绿色能源特别是光伏技术逐渐得到广泛应用。文章提到，当前硅基太阳能电池技术，尤其是N型和PERC（Passivated Emitter and Rear Cell）太阳能电池在效率和市场份额上取得了显著进展。近年来，低温银浆（low-temperature silver paste）作为一种重要的导电材料，在异质结太阳能电池（HJT）中有着广泛应用。它需要在相对较低的温度下固化，从而降低整体制造成本。尽管低温银浆在光伏电池中广泛应用，但其银粉分散性差、粘附性差、稳定性差等问题仍然存在。因此，改进低温银浆的性能，尤其是提高其粘附性、分散性和稳定性，成为提高电池效率和减少生产成本的关键。
2. 研究思路
为了优化低温银浆的性能，研究者将三种不同的硅烷偶联剂（KH550, KH560, KH570）添加到有机载体中，研究它们对银浆的流变性能（粘度、稳定性等）的影响。具体方法如下：
- 流变行为分析
通过加入不同硅烷偶联剂后，测试有机载体的粘度变化，选择合适的偶联剂。 - 银粉分散性
通过NMR和流变学分析，评估偶联剂在银粉分散和银浆性能中的作用。 - 粘附性和电气性能
评估不同偶联剂对银浆的粘附性、导电性和稳定性等电气性能的改善。 - 优化配方
通过不同的添加比例，寻找最佳的硅烷偶联剂添加量，从而改善低温银浆的性能。
3. 结果与讨论
3.1 硅烷偶联剂的选择与流变行为
添加KH550的银浆粘度较高，主要由于KH550中氨基基团与环氧树脂反应，导致粘度显著增加。 KH560与环氧树脂相容性较好，粘度较低，表现出更好的流变性能，适合用于低温银浆配方。 KH570的添加使粘度有所下降，但在存储过程中出现了较大的粘度上升，表明其稳定性较差。
3.2 不同添加比例的KH560对银浆粘度的影响
随着KH560添加比例的增加，银浆的粘度显著降低，特别是在剪切速率为1 s⁻¹和10 s⁻¹时，粘度分别下降了57.2%和64.2%。 KH560能够有效促进银粉在有机载体中的分散，减少银粉的聚集，从而降低粘度，改善银浆的流变性能。
3.3 3ITT测试与流变行为
在3ITT测试中，KH560的添加提高了银浆的恢复率，使银浆在屏幕打印后能够更好地恢复其流变性能，避免印刷网格线的塌陷，从而改善了印刷效果。 KH560的添加使得银浆在高剪切速率下具有较好的抗剪切能力，有助于提高网格线的稳定性和质量。
3.4 NMR测试与银粉分散性
NMR测试显示，KH560的加入能够有效提高银粉在有机载体中的分散性，减少银粉的沉降。 KH560能够通过形成分子桥，提高银粉与有机载体之间的相互作用，增强银浆的稳定性。
3.5 电阻率与导电性能
KH560的添加显著降低了银浆的体积电阻率，从0.371 mΩ·cm降至0.233 mΩ·cm，表现出较好的导电性能。 但在KH560添加量过多时，电阻率反而有所上升，这表明过量的KH560可能导致银浆性能的下降。
3.6 粘附性与界面改性
KH560能改善银浆与硅片的粘附性，增加银浆的耐外力剥离能力，减少银粉脱落。 粘附性测试结果表明，随着KH560添加量的增加，银浆在硅片上的附着力增强，且边缘粉末剥落现象减少。
3.7 丝网印刷测试与网格线形态
在丝网印刷测试中，SM-3（添加KH560的配方）表现出最佳的网格线形态，具有较高的网格线高度和宽度，且较小的宽度收缩，使得网格线的长宽比（aspect ratio）提升。
4. 研究结论
本研究通过引入硅烷偶联剂KH560优化了低温银浆的性能。研究表明，KH560能够通过在银粉和有机载体之间形成分子桥，有效改善银粉的分散性，降低银浆的粘度，增强其流变性能，提升储存稳定性和电气性能。此外，适量的KH560添加还改善了银浆的粘附性和印刷效果。然而，过量使用KH560会导致银浆的电气性能下降，因此需谨慎控制其添加量。
图1：银粉的扫描电镜（SEM）图像和X射线衍射（XRD）图
图1(a)：展示了银粉的扫描电镜（SEM）图像。银粉的粒径大约为2.5μm，这对于其在低温银膏中的应用至关重要。小尺寸的银粉有助于更好的分散性，从而提升银膏的流动性和印刷性能。
图1(b)：XRD图谱展示了银粉的晶体结构特征。XRD可以帮助确认银粉的结晶类型及其纯度，对于理解银膏的导电性能至关重要。
图2：有机载体粘度与剪切速率的关系
图2(a)：展示了四种有机载体在不同剪切速率下的粘度变化。所有样品都表现出剪切稀化特性（非牛顿流体），这意味着粘度随着剪切速率的增加而下降，这对于印刷应用尤为重要。
图2(b) 和 图2(c)：分别为在初次测试后（第1天）和7天后测得的粘度。结果表明，含有KH560偶联剂的载体（ZT-3）表现出较好的稳定性，粘度变化较小，而其他载体（特别是含KH550的载体）表现出较大的粘度增加。
图2(d)：比较了7天存储后的四种载体的粘度变化。ZH-2和ZT-4在存储后粘度增加明显，说明这两种载体在存储期间不太稳定，可能影响实际应用。
图2(e) 和 图2(f)：三阶段测试显示不同载体的恢复率（3ITT测试）。ZT-3载体的恢复率最高，表明其流动性较好，适合于屏幕打印过程中保持银膏的完整性。
图3：低温银膏的流变性测试
图3(a)：展示了不同银膏样品在不同剪切速率下的粘度。所有银膏均表现出剪切稀化行为，特别是添加较多KH560的样品（如SM-4），表现出最低的粘度，这有利于改善印刷性能。
图3(b) 和 图3(c)：展示了在1 s-1和10 s-1剪切速率下的粘度变化。随着KH560含量的增加，银膏的粘度在这两种剪切速率下都显著降低，表明KH560有助于降低银膏的粘度，提高其印刷流动性。
图3(e)：3ITT测试表明，SM-3（含KH560的银膏）在打印后具有最好的恢复率，这有助于保持打印线的结构并防止塌陷。
图4：振荡应力扫描实验
图4展示了四种银膏在不同剪切应力下的能量储存模量（G'）和损耗模量（G"）。
在低剪切应力区域，所有样品的G'和G"保持稳定，这表明它们在此区域内表现出线性粘弹性响应。
SM-3（含KH560的银膏）在G'值上表现最强，意味着它具有最好的能量储存能力和最快的恢复速率。
SM-4的G'值相对较低，表明其在剪切应力下的稳定性较差，可能会导致印刷过程中结构的破坏。
图5：粘附性测试
图5(a-d)展示了不同银浆在硅片上的粘附性测试结果。SM-1的粘附性较差，而SM-3和SM-4的粘附性显著提高。
图5(e-h)展示了不同银浆在打印和固化后，银网线的横截面形态。
KH560的加入显著提高了银浆与硅片之间的粘附性，减少了银粉的剥落和松散现象。尤其是SM-3和SM-4中，银粉的分散性和粘附性得到了明显的改善，表明KH560作为分子桥的作用有效增强了银浆的性能。
图6：银浆的体积电阻率实验
图6展示了不同含量KH560偶联剂的银浆的体积电阻率。
随着KH560含量的增加，银膏浆的电阻率显著下降，SM-3的电阻率最低，表明KH560的加入有助于提高银粉的分散性，从而降低电阻。
然而，SM-4中KH560的过量使用导致电阻率反而上升，可能是由于过量KH560的挥发性不足，影响了最终的电气性能。
图7：接触角测试
图7(a-d)展示了四种不同有机载体在硅片和银粉上的接触角随时间变化的测试结果。
该图评估了有机载体对硅片和银粉的润湿性，发现KH560的加入能够显著改善银浆的润湿性，提高银浆的粘附性和分散性，从而提升整体电气性能。
图8：附着力测试
图8展示了不同银膏样品的附着力。随着KH560含量的增加，银膏与硅片之间的附着力逐渐增强，SM-4的附着力最强，表现出最小的脱落现象。
图9：印刷后的网格线形态
图9展示了不同银浆样品在丝网印刷后的网格线形态。SM-3（含KH560的银浆）表现出最佳的网格线高度和宽度，并且其网格线的宽度最窄，表明KH560的加入有助于提高银浆的流动性和细化网格线。
图10：KH560偶联剂的作用机制
图10展示了KH560偶联剂的作用机制。KH560偶联剂通过其分子桥作用促进银粉与有机载体之间的连接，增强银膏的分散性、稳定性和附着力。
