【摘要】：低熔點玻璃粉具有熔融溫度低,熔體粘度小,冷卻后和基板接觸良好,化學(xué)穩(wěn)定性良好等特點,廣泛應(yīng)用于金屬或非金屬材料的連接或封裝,在電子漿料中作為無機粘結(jié)相發(fā)揮重要的作用。近年來,電子漿料應(yīng)用于半導(dǎo)體、集成電路、汽車零部件等領(lǐng)域,要求漿料能在中、低溫條件下完成燒結(jié),保證基底材料或部件免受高溫環(huán)境影響,避免材料或部件內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋或發(fā)生變形、出現(xiàn)破壞等有害現(xiàn)象。因此,研制無鉛、環(huán)保、低熔點玻璃粉對于電子漿料的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。鉍酸鹽體系低熔點玻璃粉被認為是替代含鉛低熔點玻璃粉的最佳體系。針對鉍酸鹽體系低熔點玻璃粉,研究成玻性能、析晶能力、特征溫度、化學(xué)穩(wěn)定性等對推動該體系玻璃的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的意義。通過摻雜其它氧化物,優(yōu)化玻璃組分,嘗試降低玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、改善玻璃的抗失透性、提高玻璃結(jié)構(gòu)的完整性,提高玻璃的綜合性能。無機玻璃粉為絕緣體,不導(dǎo)電。導(dǎo)電漿料印刷、燒結(jié)后的電極材料其導(dǎo)電性能受無機玻璃粉的影響較大,為了減小電極材料的體電阻,需盡可能降低無機玻璃粉用量,但是電極材料和基板之間的附著力會下降,出現(xiàn)脫落等有害現(xiàn)象。通過化學(xué)鍍的方法,在玻璃粉表面包覆納米銀顆粒,可提高其導(dǎo)電性,降低電極材料體電阻,提高工作器件(如晶體硅太陽能電池)的效率。因此,開發(fā)無鉛低熔點導(dǎo)電玻璃粉具有重要的意義。本文根據(jù)Bi_2O_3、B_2O_3、SiO_2三組元成分圖設(shè)計實驗,研究了玻璃的成玻性能、析晶能力和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,結(jié)果表明:玻璃主體成分Bi_2O_3、B_2O_3、SiO_2摩爾分數(shù)之比為30~60:30~60:10~30,添加5 wt.%R_2O(Na_2O和K_2O各2.5 wt.%)時,制備的玻璃成玻性能良好,玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為330~400℃,為低熔點玻璃。此外,基礎(chǔ)玻璃組分中,氧化物Bi_2O_3和堿金屬氧化物R_2O對降低玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度效果顯著,但含量增加,玻璃熱處理后析晶增強。選取40%Bi_2O_3-30%B_2O_3-30%SiO_2-x R_2O(x_1=2 wt.%,x_2=5wt.%)基礎(chǔ)組分,研究了適量TeO_2、Sb_2O_5對玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)添加TeO_2 wt.%≤6%,玻璃的成玻性能良好,TeO_2可顯著降低玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,但是玻璃的熱膨脹系數(shù)增大;當(dāng)堿金屬氧化物R_2O=5 wt.%時,添加TeO_2后,玻璃的抗失透性下降較為明顯。當(dāng)添加Sb_2O_5 wt.%≤6%,玻璃的成玻性能良好,玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度變化不大,玻璃的熱膨脹系數(shù)逐漸減小;當(dāng)堿金屬氧化物R_2O=5 wt.%時,添加Sb_2O_5可顯著改善玻璃的抗失透性。最后制備了Bi_2O_3-B_2O_3-SiO_2-R_2O-TeO_2-Sb_2O_3低熔點玻璃,玻璃的成玻性和抗失透性均良好。采用葡萄糖和甲醛兩種還原劑,在自制玻璃粉表面分別實施化學(xué)鍍銀反應(yīng),制備了兩種銀包玻璃粉,借助X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、能譜儀(EDS)和四探針電阻測試儀對銀包玻璃粉進行結(jié)構(gòu)和性能表征。葡萄糖還原銀氨溶液體系中,分別探索了氨水含量、鍍液p H值、反應(yīng)溫度等變量的影響,最后選取合適的反應(yīng)條件,加入表面活性劑后,制備了包覆性能良好的銀包玻璃粉,其中銀顆粒的粒徑大小為10~30 nm,平均粒徑約為15 nm。甲醛還原銀氨溶液體系中,通過調(diào)節(jié)氨水含量、鍍液pH值、添加表面活性劑PVP制備了幾組銀包玻璃粉。結(jié)果表明:氨水含量的增加,包覆在玻璃粉表面納米銀的顆粒逐漸增大,包覆均勻性下降,納米銀的平均粒徑為20~40 nm;鍍液pH值增加,包覆在玻璃粉表面納米銀的顆粒逐漸減小,包覆均勻性提升,納米銀的平均粒徑為20~40 nm;加入適量表面活性劑PVP后,包覆的均勻性、致密度均有提升,納米銀顆粒的尺寸約為50 nm。此外,添加PVP后,玻璃粉表面生長出納米銀棒,且隨著PVP含量的增加,棒狀結(jié)構(gòu)的數(shù)目逐漸增多,尺寸逐漸增大;銀包玻璃粉的體積電阻值逐漸減小,體積電阻值范圍為(0.3~1.5×10~3)Ω·cm。
【圖文】：

圖 1-1 導(dǎo)電電極的 SEM 圖[6](3) 熱膨脹系數(shù) α。導(dǎo)電漿料和基板接觸，若二者熱膨脹系數(shù)相差較大，將導(dǎo)致二者結(jié)合力較小，容易發(fā)生脫落等有害現(xiàn)象。玻璃和基體材料的熱膨脹系數(shù)相差小于 5%較為合適，最多不能超過 10%，否則二者連接處發(fā)生局部應(yīng)力集中，容易產(chǎn)生微裂紋，甚至脫落[7~8]。(4) 玻璃的析晶能力。玻璃在高溫?zé)Y(jié)過程中若析出晶體，高溫熔體的組分、粘度將會發(fā)生變化，冷卻后膨脹系數(shù)也發(fā)生變化。通常希望制備的玻璃在燒結(jié)過程保持玻璃態(tài)，性能穩(wěn)定，但是也可以通過調(diào)節(jié)析出晶體的顆粒大小、析晶程度調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)等性能。(5) 玻璃相成分。傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池正面銀漿用含 PbO 無機玻璃粉，燒結(jié)過程漿料會腐蝕硅片表面的減反射層(SiNx層)[9]，銀顆粒通過腐蝕的通道和硅片接觸，，進而對硅片有一定深度的侵蝕，形成良好的歐姆接觸，可降低電極材料和硅片之間的接觸電阻，此作用不僅可以降低電池片串聯(lián)電阻，提高電池片的光電轉(zhuǎn)換效率，還可以通過腐蝕 SiNx層提高導(dǎo)電銀膜和硅基片之間的機

東華大學(xué)碩士學(xué)位論文圖 1-2 所示為晶體硅太陽能電池用導(dǎo)電銀漿燒結(jié)過程，導(dǎo)電銀漿和減反射層、硅片作用的示意圖。圖中 (a)、(b)、(c) 分別代表欠燒、優(yōu)燒、過燒過程。圖中所示，上層為 Ag 電極，下層為單晶硅片，中間為減反射層，Ag 電極在燒結(jié)后，先腐蝕氮化硅減反射層再腐蝕硅片，可以形成良好的歐姆接觸，提供較強的機械附著力。其中，(a) 腐蝕深度不夠，難以形成較好的歐姆接觸；(c) 屬于過燒，腐蝕程度太大，會破壞 p-n 結(jié)，引起電池片效率降低；(b) 腐蝕程度正好。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

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1 楊超;甘衛(wèi)平;周健;黎應(yīng)芬;魯志強;戈田田;;化學(xué)鍍制備銀包覆玻璃粉及其電學(xué)性能[J];粉末冶金材料科學(xué)與工程;2015年01期

2 余守玉;傅仁利;張捷;;電子漿料用玻璃的研究及發(fā)展趨勢[J];電子與封裝;2015年01期

3 甘衛(wèi)平;羅林;熊志軍;向峰;岳映霞;;玻璃粉軟化溫度對晶硅太陽能電池性能的影響[J];材料導(dǎo)報;2013年22期

4 湯李纓;季守林;向光;;組成對花崗巖尾礦微晶玻璃結(jié)構(gòu)及性能的影響[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報;2013年05期

5 湯李纓;高棟良;向光;;BaO、Li_2O對鈉鈣硅玻璃熱膨脹系數(shù)和化學(xué)穩(wěn)定性的影響[J];材料導(dǎo)報;2013年S1期

6 李宏彥;朱志梁;楊鳳麗;莊衛(wèi)東;;Sb_2O_3部分替代V_2O_5對V_2O_5 P_2O_5 Sb_2O_3 Bi_2O_3體系玻璃電性能的影響[J];硅酸鹽學(xué)報;2012年04期

7 劉遠平;鄧德剛;王煥平;趙士龍;徐時清;;氧化物添加對Bi_2O_3 B_2O_3 ZnO低熔點玻璃結(jié)構(gòu)與性能的影響[J];硅酸鹽學(xué)報;2012年10期

8 肖永強;李宏杰;衛(wèi)海民;蔣文軍;張志旭;;低溫低膨脹系數(shù)高硬度無鉛電子玻璃粉[J];玻璃與搪瓷;2012年04期

9 ;Structure of V_2O_5-P_2O_5-Sb_2O_3-Bi_2O_3 glass[J];International Journal of Minerals Metallurgy and Materials;2012年07期

10 時磊艷;戴金輝;王方;敖昕;徐楠;;V_2O_5-B_2O_3-TeO_2體系低熔點玻璃形成規(guī)律及特性[J];材料導(dǎo)報;2011年S2期

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2 慶健;太陽能電池銀漿用玻璃粉的制備和表征[D];東華大學(xué);2016年

3 常春;化學(xué)鍍銀體系的研究[D];陜西師范大學(xué);2016年

4 黃蓓;太陽能電池用玻璃粉化學(xué)鍍銀的研究及應(yīng)用[D];中南大學(xué);2014年

5 岳映霞;Bi_2O_3-SiO_2-B_2O_3-ZnO系玻璃粉的制備及其在太陽能電池背電極中的應(yīng)用[D];中南大學(xué);2014年

6 田維;低熔點裝飾乳濁玻璃結(jié)構(gòu)與性能的研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

7 任芳;碲酸鹽玻璃的制備和性能研究[D];中南大學(xué);2012年

8 李帥俊;太陽能電池導(dǎo)電鋁漿研究[D];華中科技大學(xué);2012年

9 王劍;納米抗菌油漆的制備工藝與性能研究[D];西北大學(xué);2010年

10 陳甫;非晶InGaAs探測器材料光電特性研究[D];長春理工大學(xué);2010年

本文編號：2598013