激光开膜的晶硅太阳电池栅极喷墨打印成形与Ag/Si接触机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875556
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Fine line metallization plays a key role in silicon solar cell manufacturing. The inkjet metallization is considered as a next generation technology which could supersede the traditional screen printing. However, there are many difficulties in production of glass frit and good dispersion for ink system. Moreover, the process that glass frit etches the SiNx layer makes the formation of Ag/Si contacts more complicated. The mechanisms of inkjet metallization and Ag/Si contacts are therefore unclear. In our proposal, the laser selective ablation is introduced into the process of inkjet metallization which constitutes an innovative metallization process. To explore the mechanism of inkjet metallization, we propose the multiphase model based on lattice Boltzmann method. The new phenomena of fluid spreading, coalescence and coupled heat transfer generated by successive droplet impinging on the micro-groove is investigated. The relationship model between inkjet parameters and fluid morphologies is explored and established. Besides, in terms of Ag/Si contacts formation, we propose the multi-scale coupling model for handling the solid-fluid/fluid-sold phase change. The new characteristic of metal fluids flow in the micro-groove is investigated. The solidified microstructure evolution on the rough silicon substrate and the new mechanism of Ag/Si contacts are revealed. The scientific findings of our proposal could enrich the fundamental theory and method for solar cell metallization manufacturing and lay a solid foundation for new process development of solar cell inkjet metallization.
栅极制造是晶硅太阳电池制造的重要环节。喷墨打印成形被认为是替代丝网印刷的新一代栅极制造技术。然而,喷墨金属墨水中的玻璃粉配方在粉体制备和体系分散方面存在诸多困难,玻璃粉蚀穿氮化硅膜导致Ag/Si接触行为十分复杂,栅极成形及Ag/Si接触机理仍难以明确。本项目将激光技术引入到太阳电池栅极喷墨打印成形过程,是一种全新的工艺。在栅极打印成形机理方面,构建基于格子Boltzmann框架的多相流模型,研究多液滴连续撞击微凹槽成形的流体扩散、融合与耦合传热的新现象,建立打印工艺参量与成形形貌的参数匹配与关系模型。在Ag/Si接触机理方面,建立固液/液固相变多尺度耦合模型,探索金属液流在微凹槽内流动与输运的新特性,揭示金属液流在粗糙硅基底凝固的微观组织演化及Ag/Si接触界面成形的新机制。本项目的研究成果将丰富太阳电池栅极制造的基础理论与方法,为太阳电池栅极打印成形的新工艺开发奠定坚实的理论基础。

结项摘要

作为一种全新的栅极成形工艺,喷印技术能够直接在超薄硅片上精确打印出3D栅极金属化图案;栅极形貌可以按需设计,其非接触加工特征使得喷印技术更适合于薄片电池或柔性电池的栅极制造。本项目围绕晶硅太阳电池金属化栅极超细、大“高宽比”的制造难题,开展栅极喷印成形的基础理论和工艺研究工作。在基础理论研究方面,构建多物理场多尺度微流体模型,研究高速射流的喷射、颈缩、断裂成形的动态特性,探索压电/混合射流模式下的喷头内部温度场分布。提出了新的界面力格式,在两相界面运动和蒸发过程中精确描述纳米颗粒动态行为,获得了纳米银颗粒在相界面和沉积特征区域的成形形貌。在工艺研究方面,提出了面向晶硅绒面结构的交叉喷印成形方法,研究喷墨液滴间距、尺度和速度、沉积频率以及固化温度等工艺参量对成形结构的作用机理和影响规律,建立工艺参量与栅极成形形貌的关系模型,实现了高宽比≥0.6,栅极宽度≤40μm的超细栅喷印核心工艺,解决了多层喷印导致的液流局部堆积,以及栅极形貌不可控等工艺难题。研究热传导条件下的介尺度固液相变建模方法和金属液流凝固模型,探索金属液流凝固过程的形核产生、枝晶结构及微孔分布的相互作用规律,揭示金属液流在粗糙硅基底凝固的微观组织演化特征。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Evaporation-driven nanoparticles motion and deposition on a textured surface in the inkjet process
喷墨过程中蒸发驱动的纳米粒子运动和沉积在纹理表面上
  • DOI:
    10.1080/19942060.2021.1902859
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    ENGINEERING APPLICATIONS OF COMPUTATIONAL FLUID MECHANICS
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Zhang Lei;Wang Xiukun
  • 通讯作者:
    Wang Xiukun
Pore-scale conjugate heat transfer of nanofluids within fibrous medium with a double MRT lattice Boltzmann model
使用双 MRT 晶格玻尔兹曼模型研究纤维介质内纳米流体的孔隙尺度共轭传热
  • DOI:
    10.1016/j.ijthermalsci.2020.106804
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMAL SCIENCES
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Zhang Lei;Li Pengpeng;Chen Jie
  • 通讯作者:
    Chen Jie
Heat transfer dynamics inside the Drop-on-Demand inkjet printhead with a hybrid thermal lattice Boltzmann model
采用混合热晶格玻尔兹曼模型的按需喷墨打印头内部的传热动力学
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2019.113789
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zhang Lei;Cheng Xiaoding
  • 通讯作者:
    Cheng Xiaoding
Impact and penetration dynamics of inkjet droplet within paper-like fibrous substrate by mesoscopic modeling
通过介观建模研究喷墨液滴在纸状纤维基材内的冲击和渗透动力学
  • DOI:
    10.1007/s00466-020-01856-8
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Computational Mechanics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Zhang Lei;Liu Li;Chen Jie;Jin Zhongshang;Li Pengpeng
  • 通讯作者:
    Li Pengpeng
Characteristics of drop-on-demand droplet jetting with effect of altered geometry of printhead nozzle
改变打印头喷嘴几何形状影响的按需喷射液滴喷射特性
  • DOI:
    10.1016/j.sna.2019.111591
  • 发表时间:
    2019-10-15
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhang, Lei
  • 通讯作者:
    Zhang, Lei

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  • DOI:
    10.11834/jig.20140319
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张磊
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    董邦天
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    仲斌演;颜志平;孙军辉;张磊;侯忠衡;张申;段鹏飞;朱晓黎;倪才方
  • 通讯作者:
    倪才方
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张磊;郑旭;陈军;郝志勇
  • 通讯作者:
    郝志勇

其他文献

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应用模型驱动技术的自主移动机器人软件系统架构的研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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