基于电喷射的烧结型银墨水打印实验研究

摘要

烧结型银墨水具有导电性能好、与基底结合强度高、制造成本低等优点，广泛应用于光伏电池、压电陶瓷元器件和无线射频识别标签等领域。烧结型银墨水需要热场辅助固化成型，其成型工艺是改善所制备器件的结构、提升器件电学和力学性能的关键。本文提出了烧结型银墨水的电喷射打印成型技术，利用电场力和粘性力聚焦墨水，获得了远小于喷孔内径的精细射流；利用热场加快墨水固化成型速度，减缓打印结构在基底上的扩散。基于该技术开展了烧结型银墨水的电喷射打印成型实验研究，主要研究内容如下： 首先，选取烧结型纳米银墨水，测试了其物理性质；设计并搭建了电喷射打印温控平台，测试了其平面度误差和温度均匀性；基于温控平台和打印喷头，搭建了电喷射打印设备；此外，通过LabVIEW编程开发环境编写了打印平台控制程序，实现了各功能模块的单独控制和协同控制，满足了实时控制和观测打印过程的需求。 然后，基于上述打印设备，利用烧结型纳米银墨水，开展了电喷射打印参数实验研究。系统研究了打印温度、电压、流量、打印高度和基底运动速度对射流形态、打印稳定性以及打印结果的影响规律；获得了该实验条件下的最优打印参数区间。 最后，通过电喷射直写成型技术，在氮化硅多晶镀膜硅衬底上打印了大高宽比微米银电极阵列；探究了热处理工艺对银电极的表面形貌、断面形貌和电学性能的影响规律，获得了合适的热处理工艺参数；制作了晶硅光伏电池银电极的性能表征器件，测试了银电极结构的几何形貌和电学性能，测试结果显示所制备的银电极结构线宽为50μm，高宽比为0.4，体电阻率为6.5μΩ·cm，接触电阻为0.32Ω·cm2。此外，基于电喷射微滴打印模式，制备了微米银柱阵列，测试得银柱直径约为20μm；探究了银柱的高度增长规律，经统计分析得，在该打印条件下银柱高度的增长速率约为30μm·s-1。

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