三、3D打印電極技術分析

1.納米銀墨水的制備

在3D打印技術當中，需要采用專用的納米銀墨水，這種墨水包含的銀微粒最大直徑需小于噴口直徑的1/10，以避免橋連和阻塞現象，考慮到噴口形狀和運行次數等因素，這個比率實際上應該更小，傳統的微米級導電漿料不能滿足要求。而納米銀墨水所含（分散）的金屬顆粒尺寸等級是在1nm左右的產品，與傳統正面銀漿相比，其制備難度更大。

圖2為納米銀墨水的制備原理，主要是利用醋酸銀，通過濕化學的方法制備出平均顆粒直徑為3nm的納米銀，再與玻璃相和有機溶劑按一定的配比進行混合，最后制備出特有的納米銀墨水。其中，有機溶劑有20多種材料組成，可使銀顆粒均勻分散其中而不會發生凝聚，確保3D印刷的質量，同時也可保證打印機頭具有較好的性能。

圖 2  納米銀墨水的制備過程

當前納米銀墨水的研究和生產還主要集中在一些發達國家，如韓國的ANP、ABC Nano Tech、InkTec，日本的ULVAC、住友化工(SEI)，以色列的PVN、Xjet公司，美國的ANI、Nanodynamics、PCima Nanotech、Ferro、Innovalight公司及德國拜耳(Bayer Corporation)等多家知名企業。而我國在此方面的研究才剛剛起步，暫還沒有具有獨立自主知識產權的產品出現。

2.3D打印技術原理

圖3是3D打印設備的外觀圖，圖4是3D打印的工作原理圖。納米銀墨水通過打印機頭上的小孔噴射到電池表面。每個打印機機頭有200多個小孔，任何一個小孔堵住了，都有充足的替補。在打印過程中，小孔控制液滴一層一層噴射，每個小孔可控制不同的材料進行噴射。

圖 3   3D打印設備

圖 4   3D打印工作原理圖

打印設備帶有真空吸盤，硅片由機械手放置于真空吸盤上吸住，通過激光對硅片進行定位后就可打印，6個機頭一次打印6條細柵線（圖5），交錯打印完所有細柵線，然后旋轉90°，由照相機監測，打印主柵線（圖6），最后在250℃下加熱，完成打印過程。整個過程都在程序監控中，機頭出現問題，程序會自動對機頭進行更換。

圖 5   3D打印機頭實物

圖 6   主柵打印示意釁

另外，傳統絲網印刷使用的銀漿料中玻璃相與銀完全混合在一起，并由于玻璃料顆粒的大小不均，在燒結過程中玻璃料下降的速度不一致，會造成如果燒結溫度過高就會燒穿n層，溫度過低則燒不穿氮化硅層而不能形成良好歐姆接觸的情形。

而3D打印技術避免了上述可能，先在硅片上打印一層富含玻璃料和少量銀的墨水，再打印上一層富含銀的墨水，分2層打印，這樣玻璃料都集中在下層，在燒結過程中就不會出現玻璃料下降速度不一致的情況，并能有效降低后續的燒結溫度。

(責任編輯：admin)