구형 은 분말이 소결 전에 응집되는 이유는 무엇일까요?

태양광용 은 페이스트는 태양 전지 전극 금속화의 핵심 재료입니다. 은 분말은 페이스트 무게의 70%에서 90%를 차지합니다. 따라서 은 분말은 가장 비용이 많이 드는 구성 요소이자 전지 효율에 가장 큰 영향을 미치는 요소입니다. 구형으로 제조된 은 분말은 건조 과정에서 심하게 응집되는 경향이 있습니다. 이러한 응집체가 형성되면 기존의 기계적 방법으로는 분해하기가 매우 어렵습니다. 제트 밀 이 장비는 응집된 구형 은 분말을 분산시키고 입자 크기 분포를 제어하는 데 핵심적인 장비가 되었습니다.

PV 실버 페이스트에서 구형 은 분말의 역할

태양광 셀의 은 페이스트는 전면용과 후면용 페이스트로 나뉘며, 각각 은 분말에 대한 요구 사항이 매우 다릅니다. 전면용 페이스트는 셀의 광 수신면에 인쇄되어 미세한 핑거 라인과 버스바를 형성합니다. 광 생성 캐리어를 효율적으로 수집하고 전도하는 역할을 하므로 인쇄 정밀도, 접촉 저항 및 전기 전도도에 대한 요구 사항이 매우 높습니다. 전면용 페이스트에는 구형도가 높은 구형 은 분말을 사용해야 하는데, 구형 입자는 유동성이 좋고 균일하게 분산되며 스크린 인쇄 중 침전이 적기 때문입니다. 이를 통해 미세한 격자 라인 형성 및 소결 후 조밀한 전도성 네트워크를 확보할 수 있습니다. 후면용 페이스트는 셀의 후면에 인쇄되어 넓은 면적의 전류 수집 및 접착을 담당합니다. 전도도 요구 사항은 상대적으로 낮으며, 일반적으로 플레이크형 은 분말을 주성분으로 사용하고 유동성을 개선하기 위해 소량의 구형 은 분말을 혼합합니다.

시장 데이터에 따르면, 구형 은 분말은 현재 태양광 발전용 은 분말 시장의 951,000톤 이상을 점유하고 있으며, PERC 및 TOPCon 셀의 대량 생산에 필수적인 소재입니다. 전 세계 태양광 발전용 은 소비량은 2024년에 6,146톤에 달해 전체 은 수요량의 171,000톤을 차지했으며, 2025년에는 7,560톤으로 증가할 것으로 예상됩니다. 태양광 발전 설비 1기가와트(GW)당 약 70톤의 은이 소비됩니다. 전 세계 태양광 발전 설비 용량이 지속적으로 증가함에 따라 고품질 구형 은 분말에 대한 수요도 함께 증가하고 있습니다.

응집 현상: 구형 은 분말 생산의 핵심 문제점

구형 은 분말을 제조하는 주류 방법은 화학적 환원법으로, pH, 환원제 적하 속도, 분산제 투입량을 조절하여 입자 크기를 제어합니다. 이 방법은 조작이 간단하고 제어력이 우수하여 결정질 실리콘 전지용 은 분말 제조에 있어 여전히 주요 공정으로 사용되고 있습니다. 그러나 화학적 환원법으로 제조된 은 분말은 일반적으로 마이크론 또는 서브마이크론 크기의 입자를 가지며, 높은 비표면적과 표면 에너지를 갖습니다. 건조 과정에서 이러한 입자들은 쉽게 응집됩니다. 이 응집은 단순한 물리적 응집이 아니라 반데르발스 힘과 표면 전하 상호작용에 의해 형성되는 조밀한 응집체입니다. 일단 형성된 응집체는 일반적인 기계적 교반이나 초음파 방법을 사용하여 완전히 분산시키기가 매우 어렵습니다.

응집된 은 분말을 은 페이스트 제조에 직접 사용하면 여러 가지 문제가 발생합니다. 입자 크기 분포가 넓어지고, 큰 입자가 스크린 인쇄 메쉬의 구멍을 막아 격자선이 끊어지거나 버(burr)가 생길 수 있습니다. 또한, 은 분말이 유기 용매에 빠르게 침전되어 페이스트의 저장 안정성이 저하됩니다. 소결 과정에서 응집체 내부의 입자들이 제대로 융합되지 않아 전도성 네트워크에 공극이나 결함이 발생하고, 이는 접촉 저항을 증가시켜 궁극적으로 셀 변환 효율을 떨어뜨립니다. 따라서 은 분말은 페이스트 제형에 사용하기 전에 효과적인 분산 과정을 거쳐야 합니다.

제트 밀링의 작동 원리 및 기술적 장점

제트 밀은 고압, 고속의 가스를 유일한 분쇄 동력으로 사용합니다. 고속 가스 흐름에 의해 재료 입자가 이동하면서 빈번한 입자 간 충돌, 마찰 및 전단력을 겪습니다. 이 과정을 통해 응집체가 분해되고 초미세 입자 크기가 달성됩니다. 내장된 동적 분류 휠은 동시에 분류 작업을 수행합니다. 굵은 입자는 추가 분쇄를 위해 되돌아가고, 미세 입자는 분류 휠을 통과하여 배출되므로 단일 공정으로 좁은 입자 크기 분포를 얻을 수 있습니다.

제트 밀링은 구형 은 분말 분산에 세 가지 핵심적인 이점을 제공합니다. 순도 측면에서, 전체 공정에 분쇄 매체가 사용되지 않아 금속 오염을 원천적으로 제거합니다. 이는 납, 철, 구리 불순물에 대한 엄격한 제어가 요구되는 초고순도의 전면용 은 분말에 매우 중요합니다. 구형도 측면에서, 제트 밀링은 입자 자체 충돌을 통해 분산을 달성합니다. 이는 다른 기계적 분쇄 방법에 비해 구형 형태 손상을 훨씬 최소화합니다. 분산된 은 분말은 높은 구형도를 유지합니다. 입자 크기 제어 측면에서, 노즐 압력, 분류 휠 속도 및 이송 속도를 조절함으로써 D50 값을 목표 범위 내에서 정밀하게 제어하고 좁은 분포를 유지할 수 있어 PV 은 페이스트의 엄격한 요구 사항을 충족합니다.

유럽 특허 EP4516432A1은 입자 충돌을 이용한 분쇄 단계를 통해 은 입자의 표면 불규칙성을 동시에 감소시켜 표면을 평활화하는 은 분말 제조 방법을 개시한다. 표면이 평활화된 은 분말은 유동성이 우수하고, 탭 밀도가 높으며, 유기 용매에서 분산 안정성이 더 우수하다. 제트 밀 공정을 거친 은 분말의 탭 밀도는 4.0 g/cm³ 이상에 도달할 수 있으며, 고급 제품의 경우 4.2~5.0 g/cm³에 이른다. 탭 밀도가 높을수록 단위 부피당 활성 전도성 물질이 많아져 소결된 후막의 밀도가 높아지고 저항이 낮아진다.

불활성 가스 보호 및 폐쇄 루프 공정

공기 중에서 고속으로 충돌하는 은 분말은 산화될 위험이 있습니다. 표면 산화층은 분말의 소결 활성과 전기적 성능을 크게 저하시킵니다. 에픽 파우더 이 제품은 귀금속 분말 가공을 위한 밀폐형 불활성 가스 보호 솔루션을 제공합니다. 전체 제트 밀 시스템은 질소 또는 아르곤을 분쇄 가스로 사용하여 밀폐된 상태로 작동하며, 산소 함량을 극히 낮은 수준으로 제어하여 은 표면 산화를 효과적으로 방지합니다. 또한 밀폐형 설계로 분진 발생이 전혀 없어 작업 환경을 보호하고 귀중한 금속 재료의 손실을 방지합니다.

불활성 가스 조건에서는 은 입자 표면의 산화막 형성이 억제되어 소결 활성이 유지됩니다. 이는 특히 N형 전지에 중요합니다. TOPCon 및 HJT 전지는 패시베이션 처리된 접촉 구조와 저온 소결 공정을 사용하며, 소결 온도는 기존 PERC 전지보다 200~300도 낮습니다. 따라서 은 분말의 소결 활성에 대한 요구 조건이 더욱 높아집니다. 은 표면에 산화막이 존재하면 저온 소결 과정에서 분말이 완전히 융합되지 않아 접촉 저항이 현저하게 증가합니다. 불활성 가스 보호 제트 밀링은 이러한 위험을 근본적으로 제거합니다.

장비 선정: 기술 담당자를 위한 핵심 매개변수

은 분말 분산 장비를 선택할 때 기술 담당자는 몇 가지 핵심 요소를 중점적으로 고려해야 합니다. 노즐 압력은 입자의 충돌 운동 에너지를 결정하며 응집체 파괴에 직접적인 영향을 미칩니다. 은 분말 분산에는 일반적으로 0.4~0.8 MPa의 작동 압력이 필요합니다. 분류기 휠 속도는 입자 크기 분할 지점을 제어합니다. 속도가 높을수록 더 미세한 입자를 얻을 수 있으며, 필요한 속도 범위는 목표 D50 및 D97 값을 기준으로 계산해야 합니다. 분쇄 챔버 재질은 세라믹이거나 폴리우레탄 또는 이와 유사한 비금속 재질로 코팅되어야 하며, 이는 충돌 시 챔버 벽에서 철, 크롬 및 기타 불순물이 발생하는 것을 방지하기 위함입니다. 가스 정화 등급은 제품 순도에 영향을 미칩니다. 압축 공기 또는 불활성 가스는 오일 함량이 0.01 ppm 미만이고 분진 여과 성능이 0.01 마이크로미터 이하인 정밀 필터를 통과해야 합니다.

폐쇄형 불활성 가스 시스템의 경우, 가스 회수 및 순환 시스템의 밀봉 성능 또한 검증되어야 합니다. 산소 모니터링 정확도는 ppm 수준에 도달해야 하며, 작동 중 챔버 내 산소 농도를 지속적으로 모니터링하고, 임계값을 초과할 경우 자동으로 가스를 보충 및 배출해야 합니다. 가스 소모량은 운영 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 은 분말 분산에 필요한 일반적인 가스 소모량은 재료 1톤당 약 30~50 Nm³입니다. 장비 설계 시 순환 효율을 극대화하여 불활성 가스 보충량을 줄여야 합니다.

에픽 파우더 제트 밀 솔루션 및 재료 테스트

에픽 파우더 유동층 대향 에어 제트 밀 본 장비는 은 분말 분산에 적합한 모델입니다. D50은 1~25마이크로미터, D97은 2~45마이크로미터까지 조절 가능하며, 매체 없이 저온으로 분쇄하고, 밀폐된 무분진 환경에서 작동하며, 입자 크기 분포가 좁습니다. 열에 민감하고 오염에 취약하며 고부가가치 소재에 적합합니다. 여러 개의 대향 노즐이 유동층 중앙에 고농도 충돌 영역을 생성하여 낮은 에너지 소비로 높은 분쇄 효율을 제공합니다. 내장된 고효율 분류 휠은 우수한 재현성으로 정밀한 입자 크기 분할을 가능하게 합니다.

Epic Powder has mature experience in precious metal powder processing. We provide closed-loop inert gas processes capable of safe, oxidation-free processing of silver, platinum, and other precious metal powders. After equipment delivery, Epic Powder provides installation, commissioning, and operator training to ensure production line personnel can handle inert gas purging, particle size adjustment, and routine maintenance.

PV 실버 페이스트용 실버 파우더의 기술 요구 사항

구매자를 위한 역량 및 비용 요소

장비 선정은 기술 사양뿐만 아니라 용량과 비용의 조화도 중요합니다. 제트 밀의 용량은 재료 특성과 목표 입자 크기에 따라 달라집니다. 은 분말 분산의 경우, 용량은 일반적으로 장비 크기와 분류 정밀도에 따라 시간당 5~50kg입니다. 구매자는 페이스트 생산 라인의 일일 은 분말 소비량을 기준으로 필요한 장비 용량을 계산하고, 생산 변동에 대비하여 20%~30%의 여유 용량을 확보해야 합니다.

운영 비용은 주로 가스 에너지 소비와 불활성 가스 사용량으로 구성됩니다. 폐쇄 루프 시스템에서는 불활성 가스가 재순환되며, 보충 가스량은 일반적으로 전체 시스템 가스량의 5%에서 10%를 차지하므로 질소 보충 비용을 관리 가능한 수준으로 유지할 수 있습니다. 유지보수 측면에서 노즐과 분류기 휠이 주요 마모 부품입니다. 세라믹 노즐의 수명은 약 2,000~3,000시간입니다. 분류기 휠 블레이드의 마모는 재료 경도에 따라 달라지는데, 은 분말은 모스 경도가 낮기 때문에 마모 속도가 상대적으로 느리고 유지보수 주기가 더 깁니다.

자주 묻는 질문

제트 밀링은 은 분말의 구형도를 손상시키나요?

제트 밀링은 연삭 매체의 압축 및 마찰 없이 입자 간 충돌을 통해 분산을 달성하므로 구형 형태 손상이 최소화됩니다. 분산된 은 분말의 구형도는 0.9 이상으로 유지될 수 있습니다.

제트 밀 가공 과정에서 은 분말이 산화될까요?

질소 또는 아르곤을 가스 매체로 사용하는 폐쇄형 불활성 가스 보호 시스템을 통해 시스템 내 산소 함량을 극히 낮은 수준으로 제어합니다. 따라서 은 표면 산화 위험이 매우 낮아지고 소결 활성이 유지됩니다.

장비 납품 후 어떤 사후 지원이 제공되나요?

에픽 파우더 설치, 시운전, 운영자 교육 및 원격 기술 지원을 제공합니다. 생산 라인 담당자는 불활성 가스 퍼징, 입자 크기 조정 및 정기 유지 보수에 대한 교육을 받습니다. 세라믹 노즐 및 분류기 휠 블레이드와 같은 마모 부품은 신속한 배송을 위해 재고로 보유하고 있습니다.

은 분말 분산 솔루션, 재료 테스트 또는 장비 견적에 대해서는 다음 웹사이트를 방문하십시오. www.jet-mills.com Epic Powder 기술팀에 문의하려면 다음 연락처로 문의하십시오.

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— 제이슨 왕, 엔지니어