三、3D打印电极技术分析

1.纳米银墨水的制备

在3D打印技术当中，需要采用专用的纳米银墨水，这种墨水包含的银微粒最大直径需小于喷口直径的1/10，以避免桥连和阻塞现象，考虑到喷口形状和运行次数等因素，这个比率实际上应该更小，传统的微米级导电浆料不能满足要求。而纳米银墨水所含（分散）的金属颗粒尺寸等级是在1nm左右的产品，与传统正面银浆相比，其制备难度更大。

图2为纳米银墨水的制备原理，主要是利用醋酸银，通过湿化学的方法制备出平均颗粒直径为3nm的纳米银，再与玻璃相和有机溶剂按一定的配比进行混合，最后制备出特有的纳米银墨水。其中，有机溶剂有20多种材料组成，可使银颗粒均匀分散其中而不会发生凝聚，确保3D印刷的质量，同时也可保证打印机头具有较好的性能。

图 2  纳米银墨水的制备过程

当前纳米银墨水的研究和生产还主要集中在一些发达国家，如韩国的ANP、ABC Nano Tech、InkTec，日本的ULVAC、住友化工(SEI)，以色列的PVN、Xjet公司，美国的ANI、Nanodynamics、PCima Nanotech、Ferro、Innovalight公司及德国拜耳(Bayer Corporation)等多家知名企业。而我国在此方面的研究才刚刚起步，暂还没有具有独立自主知识产权的产品出现。

2.3D打印技术原理

图3是3D打印设备的外观图，图4是3D打印的工作原理图。纳米银墨水通过打印机头上的小孔喷射到电池表面。每个打印机机头有200多个小孔，任何一个小孔堵住了，都有充足的替补。在打印过程中，小孔控制液滴一层一层喷射，每个小孔可控制不同的材料进行喷射。

图 3   3D打印设备

图 4   3D打印工作原理图

打印设备带有真空吸盘，硅片由机械手放置于真空吸盘上吸住，通过激光对硅片进行定位后就可打印，6个机头一次打印6条细栅线（图5），交错打印完所有细栅线，然后旋转90°，由照相机监测，打印主栅线（图6），最后在250℃下加热，完成打印过程。整个过程都在程序监控中，机头出现问题，程序会自动对机头进行更换。

图 5   3D打印机头实物

图 6   主栅打印示意衅

另外，传统丝网印刷使用的银浆料中玻璃相与银完全混合在一起，并由于玻璃料颗粒的大小不均，在烧结过程中玻璃料下降的速度不一致，会造成如果烧结温度过高就会烧穿n层，温度过低则烧不穿氮化硅层而不能形成良好欧姆接触的情形。

而3D打印技术避免了上述可能，先在硅片上打印一层富含玻璃料和少量银的墨水，再打印上一层富含银的墨水，分2层打印，这样玻璃料都集中在下层，在烧结过程中就不会出现玻璃料下降速度不一致的情况，并能有效降低后续的烧结温度。

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