一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉及其製備方法

2023-06-10 12:11:11

一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉及其製備方法，製備方法的步驟是：配置硝酸銀和分散劑的混合反應溶液A與抗壞血酸混合還原溶液B；恆溫水浴鍋預熱溶液A和B，磁力攪拌下混合進行還原反應；將所得銀粉經後處理及等離子體過程得到符合太陽能電池導電銀漿要求的超純銀粉。本發明中等離子體技術的應用使得製備的銀粉純度較高，達到≥99.99%，更有利於銀漿燒結時銀粉與矽基片的歐姆接觸，形成緻密膜；在提高純度的前提下，不改變銀粉的特性，使得製備的銀粉具有平均粒徑為0.1-5μm、粒度分布窄、分散性好、振實密度≥4.5g/cm3，有利於提高太陽能電池的光電轉化效率；等離子體後處理過程簡便，有利於大規模生產。
【專利說明】一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超純銀粉及其製備方法，尤其涉及一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉及其製備方法，屬於電子材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著全球資源的枯竭和環境的惡化，未來的太陽能光電技術和產業有很強的競爭力。在國際光伏市場巨大潛力的推動下，各國的太陽能電池製造業爭相投入巨資，擴大生產，以爭一席之地，我國已成為矽太陽能電池的最大生產和出口國。
[0003]銀粉由於優良的導電性能和應用性能已成為電氣和電子工業的重要材料，是電子工業中應用最廣泛的一種貴金屬粉末，為厚膜、電阻、陶瓷、介質等電子漿料的基本功能材料。而銀粉作為太陽能電池導電銀漿的導電功能相，形貌、粒徑、分散性、振實密度和純度均決定了漿料的電性能，並影響燒結膜的機械和物理性能，進而影響太陽能電池的光電轉化效率。
[0004]銀粉的製備方法多種多樣，經過對現有技術的探索發現，目前的製備方法主要以化學液相還原法為主，它是最常用的也是最重要的方法，因工藝流程簡便可行、成本較低、生產規模大，在電子工業領域得到了普遍應用。但是隨著銀顆粒尺寸的減小，顆粒之間的靜電吸引力、範德華力、毛細管力等較弱的相互作用力越來越凸顯。在液相還原法製備過程中，還原出的銀粒子極易產生團聚，形成大顆粒。目前，幾乎所有的液相還原法在製備銀粉時，都要加入足量的分散劑來防止銀顆粒之間的團聚，以達到製備太陽能電池用銀粉的粒徑、形貌和分散性的要求。分散劑對銀粉的分散分為三個過程:銀粉的潤溼、銀粒子團的分散和阻止銀粉的重新聚集。最終，分散劑吸附在銀粉表面，防止銀粉的重新聚集，並且所添加的分散劑降低了固-液界面的界面張力，因此增加了分散體系的熱力學穩定性，銀粉不易發生團聚。但是這也為銀粉的純化埋下了隱患，分散劑的量過少則不足以完全包覆銀粉，起不到分散的作用，過多則給洗滌帶來困難。為了得到純度較高的銀粉，大部分做法是對銀粉進行大量多次的水洗和醇洗，不僅造成浪費，而且得不到純度較高的銀粉；申請號為200910218356.1的中國專利公開的化學還原法製備球形超細銀粉的方法中，為了得到純度較高的銀粉，採用350°C保溫熱處理的方法除去雜質，雖然得到了較純淨的銀粉，但在高溫焙燒過程中銀粉極易團聚，由此可見，分散劑的去除是製備高分散性和高純度的銀粉製備過程中面臨的一個技術問題。申請號為200610027065.0的中國專利公開的太陽能電池電極印刷漿料中銀粉的製備方法中，由於該法製備過程中加入的保護劑過多，造成銀粉表面的覆蓋物較多，影響電極的導電效果，且用該法製備的銀粉會汙染矽基片，配置的銀漿高溫燒結時收縮率大，不能與半導體基材實現較好的歐姆接觸，降低了太陽能電池的光電轉化效率。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種製備過程簡便、粒度均勻、高分散性、高純度的適合太陽能電池銀漿用超純銀粉的製備方法及其製備出的銀粉，克服上述現有技術的不足，同時適於大規模生產。
[0006]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的製備方法，包括以下步驟:
[0007](I)混合反應溶液A的配置:將硝酸銀溶解於純水中，使硝酸銀的濃度為0.2?
1.2mol/L，加入氨水或硝酸調整溶液的pH值為4?10，同時加入分散劑，得到混合反應溶液A ；
[0008](2)混合還原溶液B的配置:將抗壞血酸溶解於純水中，使抗壞血酸濃度0.8?
4.8mol/L,加入氨水或硝酸調整溶液的pH值與混合反應溶液A相同，得到混合還原溶液B ；
[0009](3)用恆溫水浴鍋預熱所述混合反應溶液A和所述混合還原溶液B至20?80°C;
[0010](4)通過恆溫水浴鍋磁力攪拌所述混合還原溶液B，攪拌的轉速為500?2000r/min，待轉速穩定後，以l-8ml/S的滴加速度加入所述混合反應液A進行還原反應；
[0011](5)滴加完畢後，繼續攪拌10?60min，得到含有銀粉的混合溶液，再進行抽濾、水洗、醇洗、乾燥、過篩和等離子體處理後，得到太陽能電池導電銀漿用超純銀粉。
[0012]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0013]進一步，所述步驟(I)中配製溶液所用硝酸銀為分析純試劑，配製溶液所用純水的電導率為0.05?5μ S/cm。
[0014]進一步，所述步驟(I)中分散劑為聚乙烯醇、明膠、吐溫、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中一種或幾種的混合，上述試劑均為分析純試劑，所述分散劑加入的量為硝酸銀質量的4% ?12%。
[0015]進一步，所述步驟(2)中配製溶液所用抗壞血酸為分析純試劑，配製溶液所用純水的電導率為0.05?5 μ S/cm。
[0016]進一步,所述步驟(3)中混合反應溶液A和混合還原溶液B預熱至同一溫度。
[0017]進一步，所述步驟(4)中加入的混合反應液A與所述混合還原溶液B的體積比為1:1。
[0018]進一步，所述步驟(5)中抽濾、洗滌、乾燥、過篩和等離子體處理的具體過程為:銀粉經抽濾後，先純水洗滌兩遍，再乙醇洗滌兩遍，於60?100°C真空乾燥箱中乾燥3?12h，過250目篩後，經等離子體常溫80?150W下處理30?60min。
[0019]進一步，所述等離子體處理氣氛為氫氣、氬氣、氦氣中的一種或幾種混合。
[0020]本發明解決上述技術問題的另一技術方案如下:一種如上述製備方法製備出的太陽能電池導電銀漿用超純銀粉，所述太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的規格為:高分散、粒徑均一、平均粒徑0.1-5 μ m、粒度分布窄、振實密度為> 4.5g/cm3、純度> 99.99%。
[0021]本發明與現有技術相比，優點在於:
[0022]1.等離子體技術的應用使得製備的銀粉純度較高，達到> 99.99%，更有利於銀漿燒結時銀粉與矽基片的歐姆接觸，形成緻密膜；
[0023]2.等離子體後處理過程簡便，減少大量純水和乙醇的使用，有利於大規模生產；
[0024]3.在提高純度的前提下，不改變銀粉的特性，使得製備的銀粉具有平均粒徑為
0.1-5 μ m、粒度分布窄、分散性好、振實密度> 4.5g/cm3,有利於提高太陽能電池的光電轉化效率。【具體實施方式】
[0025]以下對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
[0026]實施例1
[0027]①稱取102g硝酸銀溶解於300ml純水中，氨水調節pH為10，稱取4.08g聚乙烯醇溶解於500ml純水中，混合均勻後，定容成1000ml的混合反應溶液A ;
[0028]②稱取250g抗壞血酸溶解於300ml純水中，氨水調節pH為10，定容成1000ml的抗壞血酸-氨水混合還原溶液B ；
[0029]③用恆溫水浴鍋加熱混合反應溶液A和混合還原溶液B到設定溫度50°C ；
[0030]④恆溫水浴鍋磁力攪拌下攪拌混合還原溶液B,攪拌的轉速為1000r/min,待轉速穩定後，以5ml/s的滴加速度加入混合反應液A ；
[0031]⑤滴加完畢後，繼續攪拌lOmin，將所得銀粉抽濾、水洗兩次、乙醇洗兩次，80°C乾燥3小時，過250目篩，氫氣等離子體80W常溫處理30min，得平均粒徑為1.3 μ m、粒度範圍為0.5~2.5 μ m、振實密度為4.5g/cm3、純度≥99.99%的分散球形銀粉。
[0032]實施例2
[0033]①稱取51g硝酸銀溶解於300ml純水中，氨水調節pH為7，稱取4.08g聚乙烯醇溶解於500ml純水中，混合均勻後，定容成1000ml的混合溶液A ;
[0034]②稱取21 Ig抗壞血酸溶解於300ml純水中，氨水調節pH為7，定容成1000ml的抗壞血酸-氨水混合溶液B ；
[0035]③用恆溫水浴鍋加熱混合溶液A和B到設定溫度50°C ；
[0036]④恆溫水浴鍋磁力攪拌下攪拌混合溶液B,攪拌的轉速為2000r/min,待轉速穩定後，以5ml/s的滴加速度加入混合液A ；
[0037]⑤滴加完畢後，繼續攪拌30min，將所得銀粉抽濾、水洗兩次、乙醇洗兩次，60°C乾燥3小時，過250目篩，氦氣等離子體IOOW常溫處理30min，得平均粒徑為1.0 μ m、粒度範圍為0.6~1.2 μ m、振實密度為5.5g/cm3、純度≥99.99%的高分散球形銀粉。
[0038]實施例3
[0039]①稱取51g硝酸銀溶解於300ml純水中，氨水調節pH為5,稱取8.16g明膠溶解於500ml純水中，混合均勻後,定容成1000ml的混合溶液A ；
[0040]②稱取300g抗壞血酸溶解於300ml純水中，氨水調節pH為5,定容成1000ml的抗壞血酸-氨水混合溶液B ；
[0041]③用恆溫水浴鍋加熱混合溶液A和B到設定溫度30°C ；
[0042]④恆溫水浴鍋磁力攪拌下攪拌混合溶液B,攪拌的轉速為1500r/min,待轉速穩定後，以lml/s的滴加速度加入混合液A ；
[0043]⑤滴加完畢後，繼續攪拌30min，將所得銀粉抽濾、水洗兩次、乙醇洗兩次，60°C乾燥3小時，過250目篩，氬氣等離子體150W常溫處理30min，得平均粒徑為1.0 μ m、粒度範圍為0.3~3 μ m、振實密度為4.8g/cm3、純度≥99.99%的高分散球形銀粉。
[0044]實施例4
[0045]①稱取51g硝酸銀溶解於300ml純水中，氨水調節pH為7，稱取4.08g聚乙烯吡咯烷酮溶解於500ml純水中，混合均勻後，定容成1000ml的混合溶液A ;
[0046]②稱取21 Ig抗壞血酸溶解於300ml純水中，氨水調節pH為7，定容成1000ml的抗壞血酸-氨水混合溶液B ；
[0047]③用恆溫水浴鍋加熱混合溶液A和B到設定溫度70°C ；
[0048]④恆溫水浴鍋磁力攪拌下攪拌混合溶液B,攪拌的轉速為500r/min,待轉速穩定後，以5ml/s的滴加速度加入混合液A ；
[0049]⑤滴加完畢後，繼續攪拌lOmin，將所得銀粉抽濾、水洗兩次、乙醇洗兩次，60°C乾燥3小時，過250目篩，氦氣等離子體IOOW常溫處理30min，得平均粒徑為1.1 μ m、粒度範圍為0.5~3 μ m、振實密度為5.0g/cm3、純度≥99.99%的高分散球形銀粉。 [0050]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)混合反應溶液A的配置:將硝酸銀溶解於純水中，使硝酸銀的濃度為0.2~1.2mol/L，加入氨水或硝酸調整溶液的pH值為4~10，同時加入分散劑，得到混合反應溶液A ； (2)混合還原溶液B的配置:將抗壞血酸溶解於純水中，使抗壞血酸濃度0.8~4.8mol/L,加入氨水或硝酸調整溶液的pH值與混合反應溶液A相同，得到混合還原溶液B ； (3)用恆溫水浴鍋預熱所述混合反應溶液A和所述混合還原溶液B至20~80°C； (4)通過恆溫水浴鍋磁力攪拌所述混合還原溶液B,攪拌的轉速為500~2000r/min,待轉速穩定後，以l-8ml/S的滴加速度加入所述混合反應液A進行還原反應； (5)滴加完畢後，繼續攪拌10~60min，得到含有銀粉的混合溶液，再進行抽濾、水洗、醇洗、乾燥、過篩和等離子體處理後，得到太陽能電池導電銀漿用超純銀粉。
2.根據權利要求1所述太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的製備方法，其特徵在於，所述步驟(1)中配製溶液所用硝酸銀為分析純試劑，配製溶液所用純水的電導率為0.05~5 μ S/cm。
3.根據權利要求1所述太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的製備方法，其特徵在於，所述步驟(1)中分散劑為聚乙烯醇、明膠、吐溫、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中一種或幾種的混合，上述試劑均為分析純試劑，所述分散劑加入的量為硝酸銀質量的4%~12%。
4.根據權利要求1所述太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的製備方法，其特徵在於，所述步驟(2)中配製溶液所用抗壞血酸為分析純試劑，配製溶液所用純水的電導率為0.05~5 μ S/cm。
5.根據權利要求1所述太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的製備方法，其特徵在於，所述步驟(3)中混合反應溶液A和混合還原溶液B預熱至同一溫度。
6.根據權利要求1所述太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的製備方法，其特徵在於，所述步驟(4)中加入的混合反應液A與所述混合還原溶液B的體積比為1:1。
7.根據權利要求1所述太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的製備方法，其特徵在於，所述步驟(5)中抽濾、洗滌、乾燥、過篩和等離子體處理的具體過程為:銀粉經抽濾後，先純水洗滌兩遍，再乙醇洗滌兩遍，於60~100°C真空乾燥箱中乾燥3~12h，過250目篩後，經等離子體常溫80~150W下處理30~60min。
8.根據權利要求7所述太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的製備方法，其特徵在於，所述等離子體處理氣氛為氫氣、氬氣、氦氣中的一種或幾種混合。
9.一種如權利要求1至8所述製備方法製備出的太陽能電池導電銀漿用超純銀粉，其特徵在於，所述太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的規格為:平均粒徑0.1~5μπκ振實密度為≥ 4.5g/cm3、純度≥ 99.99%。
【文檔編號】B22F9/24GK103537708SQ201310408019
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月9日 優先權日:2013年9月9日
【發明者】郭大為, 孫洪亮, 陳曉光, 譚小英 申請人:煙臺同立高科新材料股份有限公司