一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉及其制備方法
【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制備方法，制備方法的步驟是：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；恒溫水浴鍋預熱溶液A和B，磁力攪拌下混合進行還原反應；將所得銀粉經后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制備的銀粉純度較高，達到≥99.99%，更有利于銀漿燒結時銀粉與硅基片的歐姆接觸，形成致密膜；在提高純度的前提下，不改變銀粉的特性，使得制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，有利于提高太陽能電池的光電轉化效率；等離子體后處理過程簡便，有利于大規模生產。
【專利說明】一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超純銀粉及其制備方法，尤其涉及一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉及其制備方法，屬于電子材料【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，各國的太陽能電池制造業爭相投入巨資，擴大生產，以爭一席之地，我國已成為硅太陽能電池的最大生產和出口國。
[0003]銀粉由于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，并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]銀粉的制備方法多種多樣，經過對現有技術的探索發現，目前的制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、范德華力、毛細管力等較弱的相互作用力越來越凸顯。在液相還原法制備過程中，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制備銀粉時，都要加入足量的分散劑來防止銀顆粒之間的團聚，以達到制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:銀粉的潤濕、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，并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制備球形超細銀粉的方法中，為了得到純度較高的銀粉，采用350°C保溫熱處理的方法除去雜質，雖然得到了較純凈的銀粉，但在高溫焙燒過程中銀粉極易團聚，由此可見，分散劑的去除是制備高分散性和高純度的銀粉制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制備方法中，由于該法制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，且用該法制備的銀粉會污染硅基片，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制備過程簡便、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制備方法及其制備出的銀粉，克服上述現有技術的不足，同時適于大規模生產。
[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制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)混合反應溶液A的配置:將硝酸銀溶解于純水中，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:將抗壞血酸溶解于純水中，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)用恒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)通過恒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，待轉速穩定后，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)滴加完畢后，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、干燥、過篩和等離子體處理后，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)中配制溶液所用硝酸銀為分析純試劑，配制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)中配制溶液所用抗壞血酸為分析純試劑，配制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、干燥、過篩和等離子體處理的具體過程為:銀粉經抽濾后，先純水洗滌兩遍，再乙醇洗滌兩遍，于60?100°C真空干燥箱中干燥3?12h，過250目篩后，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:一種如上述制備方法制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，優點在于:
[0022]1.等離子體技術的應用使得制備的銀粉純度較高，達到> 99.99%，更有利于銀漿燒結時銀粉與硅基片的歐姆接觸，形成致密膜；
[0023]2.等離子體后處理過程簡便，減少大量純水和乙醇的使用，有利于大規模生產；
[0024]3.在提高純度的前提下，不改變銀粉的特性，使得制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,有利于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征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0026]實施例1
[0027]①稱取102g硝酸銀溶解于300ml純水中，氨水調節pH為10，稱取4.08g聚乙烯醇溶解于500ml純水中，混合均勻后，定容成1000ml的混合反應溶液A ;
[0028]②稱取250g抗壞血酸溶解于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用恒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恒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,待轉速穩定后，以5ml/s的滴加速度加入混合反應液A ；
[0031]⑤滴加完畢后，繼續攪拌lOmin，將所得銀粉抽濾、水洗兩次、乙醇洗兩次，80°C干燥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、粒度范圍為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硝酸銀溶解于300ml純水中，氨水調節pH為7，稱取4.08g聚乙烯醇溶解于500ml純水中，混合均勻后，定容成1000ml的混合溶液A ;
[0034]②稱取21 Ig抗壞血酸溶解于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用恒溫水浴鍋加熱混合溶液A和B到設定溫度50°C ；
[0036]④恒溫水浴鍋磁力攪拌下攪拌混合溶液B,攪拌的轉速為2000r/min,待轉速穩定后，以5ml/s的滴加速度加入混合液A ；
[0037]⑤滴加完畢后，繼續攪拌30min，將所得銀粉抽濾、水洗兩次、乙醇洗兩次，60°C干燥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、粒度范圍為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硝酸銀溶解于300ml純水中，氨水調節pH為5,稱取8.16g明膠溶解于500ml純水中，混合均勻后,定容成1000ml的混合溶液A ；
[0040]②稱取300g抗壞血酸溶解于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用恒溫水浴鍋加熱混合溶液A和B到設定溫度30°C ；
[0042]④恒溫水浴鍋磁力攪拌下攪拌混合溶液B,攪拌的轉速為1500r/min,待轉速穩定后，以lml/s的滴加速度加入混合液A ；
[0043]⑤滴加完畢后，繼續攪拌30min，將所得銀粉抽濾、水洗兩次、乙醇洗兩次，60°C干燥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、粒度范圍為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硝酸銀溶解于300ml純水中，氨水調節pH為7，稱取4.08g聚乙烯吡咯烷酮溶解于500ml純水中，混合均勻后，定容成1000ml的混合溶液A ;
[0046]②稱取21 Ig抗壞血酸溶解于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用恒溫水浴鍋加熱混合溶液A和B到設定溫度70°C ；
[0048]④恒溫水浴鍋磁力攪拌下攪拌混合溶液B,攪拌的轉速為500r/min,待轉速穩定后，以5ml/s的滴加速度加入混合液A ；
[0049]⑤滴加完畢后，繼續攪拌lOmin，將所得銀粉抽濾、水洗兩次、乙醇洗兩次，60°C干燥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、粒度范圍為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，并不用以限制本發明，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范圍之內。
【權利要求】
1.一種太陽能電池導電銀漿用超純銀粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)混合反應溶液A的配置:將硝酸銀溶解于純水中，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:將抗壞血酸溶解于純水中，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)用恒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)通過恒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,待轉速穩定后，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)滴加完畢后，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、干燥、過篩和等離子體處理后，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制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中配制溶液所用硝酸銀為分析純試劑，配制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制備方法，其特征在于，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制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中配制溶液所用抗壞血酸為分析純試劑，配制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制備方法，其特征在于，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制備方法，其特征在于，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制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中抽濾、洗滌、干燥、過篩和等離子體處理的具體過程為:銀粉經抽濾后，先純水洗滌兩遍，再乙醇洗滌兩遍，于60~100°C真空干燥箱中干燥3~12h，過250目篩后，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制備方法，其特征在于，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所述制備方法制備出的太陽能電池導電銀漿用超純銀粉，其特征在于，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