中國粉體網(wǎng)10月24日訊 在發(fā)電領(lǐng)域，銅通常作為將電從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋�(gè)地方的管道，比如發(fā)電廠的熱交換器。目前的研究則正在嘗試使銅在光伏發(fā)電系統(tǒng)里發(fā)揮價(jià)值。
今年6月，紐約州能源研究和發(fā)展管理局(NYSERDA)獎(jiǎng)勵(lì)了88.7萬美金給Intrinsiq 材料公司--一家致力于研究納米級(jí)可印刷電子油墨的開發(fā)商，以幫助該公司將銅應(yīng)用在太陽電池上的研究并將其商業(yè)化。
Intrinsiq 材料公司的工廠位于英國的法恩伯勒和紐約州的羅切斯特，在研發(fā)納米基銅油墨配方，用于電子印刷和光伏組件等方面。該公司的銅噴墨和銅漿絲網(wǎng)印刷是專門設(shè)計(jì)的，通過激光或?qū)拵чW光技術(shù)在空氣和室溫條件下固化光子。Intrinsiq公司宣稱其在某些基底上，其銅基材料的電導(dǎo)率堪與商業(yè)銀油墨媲美。公司還有其他正在研發(fā)的產(chǎn)品，包括鎳基和硅基的油墨。
該公司繼承了英國國防部針對(duì)電路板和其他應(yīng)用的可印刷銅油墨的研究。Intrinsiq公司已經(jīng)在羅切斯特成立新的獨(dú)立總部，在眾多應(yīng)用中尋求發(fā)展半導(dǎo)體和光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)。
目前這家美國公司有8名員工，但由于這項(xiàng)研究的進(jìn)行，有望再創(chuàng)造25個(gè)新職位。
紐約州能源研究和發(fā)展管理局獎(jiǎng)勵(lì)條款規(guī)定：如果產(chǎn)品研發(fā)成功，Intrinsiq公司就要返還補(bǔ)貼。Intrinsiq公司也從私人投資者處獲得了相應(yīng)的資金。9月份，Intrinsiq材料公司從卡尤加創(chuàng)業(yè)基金獲得了410萬美元，繼續(xù)其納米級(jí)導(dǎo)電油墨技術(shù)的研究、發(fā)展和商業(yè)化。
在聯(lián)邦政府和州政府的援助基金幫助下，羅切斯特也在紐約州立大學(xué)的納米科學(xué)與工程學(xué)院設(shè)立了“光伏制造和科技發(fā)展基金”，目的就是使紐約州成為發(fā)展光伏制造業(yè)的中心，而銅基材料則可以成為重要并且與眾不同的角色。
尋找銀的替代品
在太陽電池制造業(yè)中，最常見的導(dǎo)電材料就是銀了，其價(jià)格約為銅的70倍有余。據(jù)紐約州能源研究和發(fā)展管理局介紹，Intrinsiq公司的技術(shù)有潛力可顯著降低光伏制造成本，從而降低消費(fèi)者的太陽能發(fā)電成本。
“每次在行業(yè)會(huì)議上聊起各家光伏企業(yè)時(shí)，似乎大多數(shù)都用的是銀漿，這是相當(dāng)高成本的，” Intrinsiq材料公司副總裁兼COO Sujatha Ramanujan說到。“銅的導(dǎo)電性非常好且價(jià)格更低廉。所以我們看看為什么大家使用銀，如果看看光伏產(chǎn)業(yè)就會(huì)發(fā)現(xiàn)首要問題--銅的效果不好。在標(biāo)準(zhǔn)配方中，銅易被氧化，會(huì)降低導(dǎo)電性。而我們的油墨新穎之處就是它導(dǎo)電率高且可沉積。在這個(gè)過程中，我們規(guī)避了光伏金屬化中最大的風(fēng)險(xiǎn)�！�
沉積并不是光伏制造業(yè)里的新工藝。根據(jù)勒克斯研究，相對(duì)于傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷，沉積工具可減少銀的用量達(dá)30%，提高絕對(duì)轉(zhuǎn)換效率達(dá)0.3-0.5%。然而，在過去十年間，銀價(jià)上漲了6倍，迫使光伏制造商盡量減少了銀用量。勒克斯研究表明，由于銅的低成本和在電子工業(yè)尤其是半導(dǎo)體制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，它正成為取代銀的領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)者。然而，由于其性能和耐久性的原因，銅基配方中的限制尚未達(dá)到其鼎盛時(shí)期。
創(chuàng)造新配方
Intrinsiq公司的技術(shù)是使用一種惰氧、高導(dǎo)和可印刷銅，并且不需要在傳統(tǒng)烘箱中烘烤。Intrinsiq公司材料設(shè)計(jì)工藝創(chuàng)造了包覆顆粒以期控制來自外部基底的相容性、顆粒化學(xué)性和防腐性。純納米級(jí)金屬顆粒包覆了專有涂層以防止氣體腐蝕。該公司表示，涂層可使顆粒有效分散在油墨中，使印刷過程相對(duì)簡(jiǎn)單。屏幕膠由微米銅和納米銅混合而成，粘合劑也在流變性和粘附性方面進(jìn)行了優(yōu)化。
噴墨油墨和屏幕膠可以有效地在各種基底上印刷。用噴墨塊銅的光子固化技術(shù)可以使電阻值增加近5倍，屏幕膠的激光固化是電阻率提升了4倍--盡管該公司承認(rèn)，寬帶固化性能仍有待提高。公司報(bào)告稱，這樣的結(jié)果是在英國范堡羅實(shí)驗(yàn)室，通過激光燒結(jié)在玻璃上絲網(wǎng)印刷圖像得到的。
塊銅的電阻率計(jì)算如下：
將燒結(jié)條印刷在玻璃上并燒結(jié)
用接觸輪廓確定燒結(jié)條的寬度和高度
l電阻率=電阻×截面積/長度
塊銅電阻率=1.68×10-6Ω˙cm
塊銅系數(shù)=電阻率/塊銅電阻率
Intrinsiq公司的銅基油墨電阻性能計(jì)算如下：
噴墨計(jì)算
尺寸：寬1050μ×高1.25μ×長95mm
PEL噴墨打印紙電阻=10Ω
電阻率=1.38×10-5Ω˙cm
塊銅系數(shù)=8.2×塊銅電阻率
絲網(wǎng)印刷計(jì)算
尺寸：寬958μ×高34.2μ×長48mm
HP宣傳紙電阻=0.8Ω
電阻率=5.46×10-5Ω˙cm
塊銅系數(shù)=32.5×塊銅電阻率
實(shí)際應(yīng)用的銅
Ramanujan介紹說Intrinsiq公司的銅油墨和銅漿的配方、沉積和固化工藝很完善，現(xiàn)已在其他方面有所應(yīng)用。大多數(shù)公司目前的研發(fā)工作都是將其集成到現(xiàn)有的光伏制造工藝上。
“技巧就在于將油墨應(yīng)用在目前光伏電池制造商已經(jīng)采用的工藝上，”她說�！澳阋膊幌胫匦骂嵏舱麄�(gè)工藝，只想融入其中。我們想的就是讓油墨和工藝相結(jié)合�！�
目前，該公司正和一些不愿具名的光伏制造商合作，將銅配方和沉積系統(tǒng)整合到現(xiàn)有的生產(chǎn)線中。Ramanujan介紹說，紐約州能源研究和發(fā)展管理局允許Intrinsiq公司和光伏行業(yè)之外的公司合作，而公司也正在尋找其他行業(yè)的合作伙伴。
Ramanujan表示，就整合工藝而言，站在工廠的環(huán)境管理角度來看，技術(shù)化的沉積和固化工藝使管理更加方便。
光伏產(chǎn)業(yè)中普遍采用的典型減色工藝中使用了大量的有毒化學(xué)品，必須進(jìn)行存儲(chǔ)、應(yīng)用然后處理。再減色工藝中，制造商必須使用金屬涂覆整個(gè)基底的表面，然后再用化學(xué)方法除去不需要的部分。
“這些都是有刺激性的化學(xué)品，對(duì)環(huán)境的破壞性非常大，”她補(bǔ)充到�！耙埠芾速M(fèi)，我們通過沉積避免腐蝕，盡量把將材料用在需要地方�！�
今年6月，紐約州能源研究和發(fā)展管理局(NYSERDA)獎(jiǎng)勵(lì)了88.7萬美金給Intrinsiq 材料公司--一家致力于研究納米級(jí)可印刷電子油墨的開發(fā)商，以幫助該公司將銅應(yīng)用在太陽電池上的研究并將其商業(yè)化。
Intrinsiq 材料公司的工廠位于英國的法恩伯勒和紐約州的羅切斯特，在研發(fā)納米基銅油墨配方，用于電子印刷和光伏組件等方面。該公司的銅噴墨和銅漿絲網(wǎng)印刷是專門設(shè)計(jì)的，通過激光或?qū)拵чW光技術(shù)在空氣和室溫條件下固化光子。Intrinsiq公司宣稱其在某些基底上，其銅基材料的電導(dǎo)率堪與商業(yè)銀油墨媲美。公司還有其他正在研發(fā)的產(chǎn)品，包括鎳基和硅基的油墨。
該公司繼承了英國國防部針對(duì)電路板和其他應(yīng)用的可印刷銅油墨的研究。Intrinsiq公司已經(jīng)在羅切斯特成立新的獨(dú)立總部，在眾多應(yīng)用中尋求發(fā)展半導(dǎo)體和光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)。
目前這家美國公司有8名員工，但由于這項(xiàng)研究的進(jìn)行，有望再創(chuàng)造25個(gè)新職位。
紐約州能源研究和發(fā)展管理局獎(jiǎng)勵(lì)條款規(guī)定：如果產(chǎn)品研發(fā)成功，Intrinsiq公司就要返還補(bǔ)貼。Intrinsiq公司也從私人投資者處獲得了相應(yīng)的資金。9月份，Intrinsiq材料公司從卡尤加創(chuàng)業(yè)基金獲得了410萬美元，繼續(xù)其納米級(jí)導(dǎo)電油墨技術(shù)的研究、發(fā)展和商業(yè)化。
在聯(lián)邦政府和州政府的援助基金幫助下，羅切斯特也在紐約州立大學(xué)的納米科學(xué)與工程學(xué)院設(shè)立了“光伏制造和科技發(fā)展基金”，目的就是使紐約州成為發(fā)展光伏制造業(yè)的中心，而銅基材料則可以成為重要并且與眾不同的角色。
尋找銀的替代品
在太陽電池制造業(yè)中，最常見的導(dǎo)電材料就是銀了，其價(jià)格約為銅的70倍有余。據(jù)紐約州能源研究和發(fā)展管理局介紹，Intrinsiq公司的技術(shù)有潛力可顯著降低光伏制造成本，從而降低消費(fèi)者的太陽能發(fā)電成本。
“每次在行業(yè)會(huì)議上聊起各家光伏企業(yè)時(shí)，似乎大多數(shù)都用的是銀漿，這是相當(dāng)高成本的，” Intrinsiq材料公司副總裁兼COO Sujatha Ramanujan說到。“銅的導(dǎo)電性非常好且價(jià)格更低廉。所以我們看看為什么大家使用銀，如果看看光伏產(chǎn)業(yè)就會(huì)發(fā)現(xiàn)首要問題--銅的效果不好。在標(biāo)準(zhǔn)配方中，銅易被氧化，會(huì)降低導(dǎo)電性。而我們的油墨新穎之處就是它導(dǎo)電率高且可沉積。在這個(gè)過程中，我們規(guī)避了光伏金屬化中最大的風(fēng)險(xiǎn)�！�
沉積并不是光伏制造業(yè)里的新工藝。根據(jù)勒克斯研究，相對(duì)于傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷，沉積工具可減少銀的用量達(dá)30%，提高絕對(duì)轉(zhuǎn)換效率達(dá)0.3-0.5%。然而，在過去十年間，銀價(jià)上漲了6倍，迫使光伏制造商盡量減少了銀用量。勒克斯研究表明，由于銅的低成本和在電子工業(yè)尤其是半導(dǎo)體制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，它正成為取代銀的領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)者。然而，由于其性能和耐久性的原因，銅基配方中的限制尚未達(dá)到其鼎盛時(shí)期。
創(chuàng)造新配方
Intrinsiq公司的技術(shù)是使用一種惰氧、高導(dǎo)和可印刷銅，并且不需要在傳統(tǒng)烘箱中烘烤。Intrinsiq公司材料設(shè)計(jì)工藝創(chuàng)造了包覆顆粒以期控制來自外部基底的相容性、顆粒化學(xué)性和防腐性。純納米級(jí)金屬顆粒包覆了專有涂層以防止氣體腐蝕。該公司表示，涂層可使顆粒有效分散在油墨中，使印刷過程相對(duì)簡(jiǎn)單。屏幕膠由微米銅和納米銅混合而成，粘合劑也在流變性和粘附性方面進(jìn)行了優(yōu)化。
噴墨油墨和屏幕膠可以有效地在各種基底上印刷。用噴墨塊銅的光子固化技術(shù)可以使電阻值增加近5倍，屏幕膠的激光固化是電阻率提升了4倍--盡管該公司承認(rèn)，寬帶固化性能仍有待提高。公司報(bào)告稱，這樣的結(jié)果是在英國范堡羅實(shí)驗(yàn)室，通過激光燒結(jié)在玻璃上絲網(wǎng)印刷圖像得到的。
塊銅的電阻率計(jì)算如下：
將燒結(jié)條印刷在玻璃上并燒結(jié)
用接觸輪廓確定燒結(jié)條的寬度和高度
l電阻率=電阻×截面積/長度
塊銅電阻率=1.68×10-6Ω˙cm
塊銅系數(shù)=電阻率/塊銅電阻率
Intrinsiq公司的銅基油墨電阻性能計(jì)算如下：
噴墨計(jì)算
尺寸：寬1050μ×高1.25μ×長95mm
PEL噴墨打印紙電阻=10Ω
電阻率=1.38×10-5Ω˙cm
塊銅系數(shù)=8.2×塊銅電阻率
絲網(wǎng)印刷計(jì)算
尺寸：寬958μ×高34.2μ×長48mm
HP宣傳紙電阻=0.8Ω
電阻率=5.46×10-5Ω˙cm
塊銅系數(shù)=32.5×塊銅電阻率
實(shí)際應(yīng)用的銅
Ramanujan介紹說Intrinsiq公司的銅油墨和銅漿的配方、沉積和固化工藝很完善，現(xiàn)已在其他方面有所應(yīng)用。大多數(shù)公司目前的研發(fā)工作都是將其集成到現(xiàn)有的光伏制造工藝上。
“技巧就在于將油墨應(yīng)用在目前光伏電池制造商已經(jīng)采用的工藝上，”她說�！澳阋膊幌胫匦骂嵏舱麄�(gè)工藝，只想融入其中。我們想的就是讓油墨和工藝相結(jié)合�！�
目前，該公司正和一些不愿具名的光伏制造商合作，將銅配方和沉積系統(tǒng)整合到現(xiàn)有的生產(chǎn)線中。Ramanujan介紹說，紐約州能源研究和發(fā)展管理局允許Intrinsiq公司和光伏行業(yè)之外的公司合作，而公司也正在尋找其他行業(yè)的合作伙伴。
Ramanujan表示，就整合工藝而言，站在工廠的環(huán)境管理角度來看，技術(shù)化的沉積和固化工藝使管理更加方便。
光伏產(chǎn)業(yè)中普遍采用的典型減色工藝中使用了大量的有毒化學(xué)品，必須進(jìn)行存儲(chǔ)、應(yīng)用然后處理。再減色工藝中，制造商必須使用金屬涂覆整個(gè)基底的表面，然后再用化學(xué)方法除去不需要的部分。
“這些都是有刺激性的化學(xué)品，對(duì)環(huán)境的破壞性非常大，”她補(bǔ)充到�！耙埠芾速M(fèi)，我們通過沉積避免腐蝕，盡量把將材料用在需要地方�！�
