邹帅-苏晓东课题组在Journal of Materials Chemistry A上发表研究论文

晶硅异质结(SHJ)电池具有高开压、高效率、高双面率的特点,是新一代n型硅基太阳电池的候选者之一。银包铜技术可以解决SHJ电池使用低温导电银浆带来的高金属化成本问题。但在实际使用中仍有一些问题需要关注,如:1)固态去润湿现象会导致导电浆料在远低于银熔点的温度下固化时,银包铜粉原本致密的银壳分解成多孔银壳,甚至从铜核表面脱去;2)从粉体制备到组件的封装可能需要几个月甚至更久的时间;3SHJ组件需要在高电压的室外环境下工作25年以上。因此,银包铜粉的高抗氧化性和抗脱湿性是SHJ组件长期稳定、高效运行的关键。此外,为了进一步降低银包铜浆料电极的线电阻,业界一直在探寻提高银包铜粉的导电性方法。

针对这些问题,近日我院邹帅副研究员-苏晓东教授课题组提出通过制备一种具有大银壳晶粒的新型十四面体银包铜粉来提高异质结电池低温导电浆料用银包铜粉的长期可靠性和导电性。具体地讲,银包铜粉的银壳是由银纳米晶组成,这些纳米晶之间的晶界会引发去润湿现象,并可作为氧气从银壳进入铜核的通道,减少银壳的晶界可以提高银包铜粉的热稳定性和抗氧化性,相同面积下增加银壳晶粒尺寸等同于减小晶界。络合剂的选择是银包铜粉制备的关键,它即决定了镀液的稳定性,又决定了银镀层的性质。多数研究都使用氨水作为制备银包铜粉的银离子络合剂,但银氨络离子不稳定,一旦镀液发生自分解后制备的银包铜粉表面会非常粗糙。在该工作中,研究人员使用三乙烯四胺(TETA)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA·2Na)作为复合络合剂,TETA用于抑制银离子水解,EDTA·2Na用于提高银离子的沉积速率获得光滑致密的银壳。在优化TETAEDTA·2Na的用量和调整银溶液的滴加速率后,可获得具有大银壳晶粒的十四面体银包铜粉。该十四面体银包铜粉具有优异的热稳定性和抗氧化性,在空气中250热处理30 min未氧化且未出现银壳脱湿现象,且在空气中进行200 h湿热实验(80℃,80% r.h.)以及常温放置3个月均为发生氧化。另外,实验和模拟结果都表明,由于更大的颗粒间接触面积,该十四面体银包铜粉的导电性优于传统的球形银包铜粉。

上述工作以Tetradecahedral Cu@Ag core–shell powder with high solid-state dewetting and oxidation resistance for low-temperature conductive paste为题发表在期刊《Journal of Materials Chemistry A(IF = 11.9/Q1)上。皇冠官方指定入口博士生曾玉莲为论文的第一作者,物理科学与技术学院苏晓东教授、邹帅副研究员为论文的共同通讯作者。论文中的模拟工作得到了物理科学与技术学院孙华副教授的指导和帮助。本工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、江苏省高等学校自然科学基金、苏州市科技计划项目、江苏省高校优势学科项目的支持。

      文章链接:https://doi.org/10.1039/D3TA06483B

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