一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202311858331.4 | 申请日 | 2023-12-29 | 公开(公告)号 | CN118023533A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 航天科工(长沙)新材料研究院有限公司; | 发明人 | 孙娅; 范骁; 李韶峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 电池 浆料技术领域，公开一种用于 太阳能 电池浆料的高振实 密度 银 粉及其制备方法。包括以下步骤：制备银前驱体溶液和还原剂溶液，依次将分散剂和一部分还原剂溶液加入到银前驱体溶液中，搅拌溶解；加入部分还原剂溶液时，使用超声辅助，加入去离子 水 稀释，停止超声，将另一部分还原剂溶液加入反应，搅拌还原，得到银粉颗粒；使用去离子水多次清洗银粉颗粒，固液分离，干燥，再与 氧 化锆球混合，加入表面包覆剂的醇溶液盖过固体，球磨分散；将分散后的银粉颗粒固液分离，干燥，得到高振实密度银粉。该方法制备的银粉同时具有粒径分布均匀、高分散性和高振实密度的特性，并且应用于 太阳能电池 浆料制备中，得到的浆料具有高的光电转化效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉及其制备方法技术领域背景技术[0002] 由于太阳能是一种无污染、可再生、储量巨大的清洁能源，太阳能光伏产业是近年来增长迅速最快的高新技术产业之一，太阳能电池的研究和应用已成为世界新能源研究的热点。作为太阳能电池关键原材料的银浆的需求量也越来越大。电极银浆的成分配方、性质和制备工艺直接影响着太阳能电池的物理和光电性能。 [0003] 超细银粉是银浆的重要组分，其粒径、形貌、粒径分布、松装振实密度等性能都会对导电材料的性能好坏产生很大的影响，从而影响电子产品最终的性能好坏。随着太阳能电池银浆的更新换代，对于超细银粉的要求也越来越苛刻，目前所需银粉必须时尽可能接近高分散单一粒径的密实球形银粉，具有窄的粒径分布和高振实密度，从而可以保证太阳能电池银浆具有好的光电性能。因此研究高振实密度的超细银粉具有重要的经济和社会意义。 [0004] 现有的银粉制备方法得到的银粉往往振实密度较小，导致制备浆料性能较差，制备太阳能电池效率低，或用于提高银粉分散性和振实密度的银粉制备方法工艺复杂，导致大批量生产难度大，不适合工业生产。 发明内容[0005] 基于以上所述，本发明的目的在于提供一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉及其制备方法，由该方法制得的银粉粒径分布均匀、具有高分散性和高振实密度。 [0006] 为达上述目的，本发明采用以下技术方案： [0007] 一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的制备方法，包括以下步骤： [0008] (1)将银源溶解或分散到去离子水中，得到银前驱体溶液；将还原剂溶解到去离子水中，得到还原剂溶液；依次将分散剂和一部分所述还原剂溶液加入到所述银前驱体溶液中，搅拌进行反应，所述加入一部分所述还原剂溶液的反应过程中开始采用超声辅助； [0009] (2)加入去离子水对步骤(1)后的反应液进行稀释，停止超声辅助，加入余下的还原剂溶液，搅拌进行反应，得到银粉悬浮液； [0010] (3)对步骤(2)后的银粉悬浮液进行固液分离、清洗、干燥，得到银粉颗粒； [0013] 作为一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的制备方法的优选方案，所述分散剂包括柠檬酸、乙二胺四乙酸、聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯亚胺中的一种或多种，优选为聚乙烯亚胺；所述分散剂的质量为银源质量的5％～100％，优选为5％～20％。 [0014] 作为一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的制备方法的优选方案，所述还原剂包括水合肼、甲醛、硼氢化钠、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、抗坏血酸中的一种或多种，优选为硫酸亚铁铵；所述还原剂浓度为0.1～2mol/L，优选为0.1～0.5mol/L；所述还原剂与所述银源的物质的量比例为1.2～2.0，优选为1.2～1.5。 [0015] 作为一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的制备方法的优选方案，所述超声辅助过程中，加入的一部分还原剂用量为所述还原剂溶液的1～5％，超声功率为70～99％，搅拌5～10min。 [0016] 作为一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的制备方法的优选方案，所述加入去离子水稀释过程中，加入的去离子水的质量为加入去离子水稀释时反应液质量的10～20倍。 [0017] 作为一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的制备方法的优选方案，所述步骤(2)中余下的还原剂溶液的加样时间为1～5min，继续搅拌还原时间为30～60min。 [0018] 作为一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的制备方法的优选方案，所述表面包覆剂包括硬脂酸、硅烷偶联剂、司盘、吐温中的一种或多种，优选为硬脂酸；所述表面包覆剂的质量为所述步骤(3)的银粉颗粒质量的1％～5％，优选为1％～2％。 [0019] 一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉，由上述任一项制备方法制得。 [0020] 作为一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的优选方案，所述高振实密度银粉应用于制备太阳能电池导电银浆。 [0021] 本发明的有益效果为： [0022] 本发明采用液相还原法直接制备得到银粉，通过加入去离子水稀释反应液来降低生长速率，控制反应液浓度来分离成核和晶体生长过程，操作简单，使得最终制备得到的银粉粒径分布窄，分散均匀，振实密度大；使用超声辅助成核，加快成核速率，提高晶体分散性；本发明还使用表面包覆剂对银粉进行后处理，使用球磨工艺，提高银粉分散性，进一步使粒径分布均匀，提高振实密度；本发明制备得到的银粉为分散性好的球形银粉，振实密度3 大于6g/cm ；本发明制备的银粉应用于太阳能电池浆料制备中，得到的浆料具有高的光电转化效率。 附图说明 [0023] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。 [0024] 图1是实施例1的SEM测试结果图； [0025] 图2是实施例1的放大后的SEM测试结果图； [0026] 图3是对比例1的SEM测试结果图。 具体实施方式[0027] 为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语属于本发明的技术领域。 [0028] 本实施例提供一种用于太阳能电池浆料的高振实密度银粉的制备方法，包括以下步骤： [0029] S100：将银源溶解或分散到去离子水中，得到银前驱体溶液；将还原剂溶解到去离子水中，得到还原剂溶液；依次将分散剂和一部分还原剂溶液加入到银前驱体溶液中，搅拌进行反应，加入一部分还原剂溶液的反应过程中开始采用超声辅助；控制只在晶核生成过程中使用超声，使晶核具有更好的分散性，进一步可以使银粉颗粒具有更好的分散性。 [0030] 优选地，银源包括硝酸银、碳酸银、草酸银中的一种或多种；银源浓度为1～10mol/L，优选为1～5mol/L。 [0031] 优选地，分散剂包括柠檬酸、乙二胺四乙酸、聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯亚胺中的一种或多种，优选为聚乙烯亚胺；分散剂的质量为银源质量的5％～100％，优选为5％～20％。 [0032] 优选地，还原剂包括水合肼、甲醛、硼氢化钠、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、抗坏血酸中的一种或多种，优选为硫酸亚铁铵；还原剂浓度为0.1～2mol/L，优选为0.1～0.5mol/L；还原剂与银源的物质的量比例为1.2～2.0，优选为1.2～1.5。 [0033] 优选地，超声辅助过程中，加入的一部分还原剂用量为还原剂溶液的1～5％，超声功率为70～99％，搅拌5～10min。 [0034] S200：加入去离子水对S100所制得的反应液进行稀释，停止超声辅助，加入余下的还原剂溶液，搅拌进行反应，得到银粉悬浮液；加入去离子水稀释反应液来降低生长速率，相当于晶种法来控制成核和生长过程，也可以使银粉粒径更均匀、分散性更好。 [0035] 优选地，加入去离子水稀释过程中，加入的去离子水的质量为加入去离子水稀释时反应液质量的10～20倍，优选为10～15倍。 [0036] 优选地，余下的还原剂溶液的加样时间为1～5min，继续搅拌还原时间为30～60min。 [0037] S300：对S200所制得的银粉悬浮液进行固液分离、清洗、干燥，得到银粉颗粒； [0038] S400：将S300所制得的银粉颗粒与氧化锆球混合，再加入含表面包覆剂的醇溶液，进行球磨分散；将球磨分散后的悬浮溶液进行固液分离、清洗、干燥，制得高振实密度银粉。 [0039] 优选地，表面包覆剂包括硬脂酸、硅烷偶联剂、司盘、吐温中的一种或多种，优选为硬脂酸；表面包覆剂的质量为S300所制得的银粉颗粒质量的1％～5％，优选为1％～2％。 [0040] 进一步地，本发明所制得的银粉可用于制备太阳能电池导电银浆，包括以下步骤： [0041] S500：按设计的配方称量改性二氧化钌粉末和玻璃粉、有机载体，搅拌分散均匀至肉眼观察无明显粉末颗粒，将混合物通过三辊轧机进行研磨分散，使用不同辊间距多次轧制至浆料细度小于10微米即可得到topcon太阳能电池导电银浆。 [0042] 优选地，银粉比例为80％～89％，玻璃粉比例为1％～5％，有机载体比例为10％～19％。 [0043] 上述方法采用液相还原法直接制备得到银粉，通过加入去离子水稀释反应液来降低生长速率，控制反应液浓度来分离成核和晶体生长过程，操作简单，使得最终制备得到的银粉粒径分布窄，分散均匀，振实密度大；使用超声辅助成核，加快成核速率，提高晶体分散性；本发明还使用表面包覆剂对银粉进行后处理，使用球磨工艺，提高银粉分散性，进一步使粒径分布均匀，提高振实密度；本发明制备得到的银粉为分散性好的球形银粉，振实密度3 大于6g/cm ；本发明制备的银粉应用于太阳能电池浆料制备中，得到的浆料具有高的光电转化效率。 [0044] 下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。 [0045] 实施例1： [0046] 取10g硝酸银加入到50ml去离子水中搅拌分散，加入0.5g聚乙烯亚胺搅拌溶解，另称取30g硫酸亚铁铵溶解于400ml去离子水中搅拌溶解，将烧杯置于超声机中，开启超声，使用蠕动泵加入5ml硫酸亚铁铵溶液至银溶液中，搅拌5min，向反应液中加入500ml去离子水稀释，停止超声继续加入剩余还原剂溶液，搅拌60min。完成反应后使用去离子多次清洗至清洗液电导率<10μs/cm。干燥后将银粉放入球磨罐中，加入25g 1mm氧化锆球，取0.6g硬脂酸溶解到醇溶液中加入球磨罐，使用罐磨机分散1h；分散结束后，分离锆球和银粉，干燥后将银粉用于topcon导电银浆制备，其中银粉比例为89％，玻璃粉比例为1％，有机载体比例为10％，混合轧制即可得到导电银浆。 [0047] 通过SEM测试结果显示分散和粒径分布情况，实施例1的SEM测试结果图如图1所示，可以发现该银粉粒径分布均匀，具有优异的分散性。 [0048] 实施例2： [0049] 取10g硝酸银加入到50ml去离子水中搅拌分散，加入1g柠檬酸搅拌溶解，另称取35g硫酸亚铁铵溶解于400ml去离子水中搅拌溶解，将烧杯置于超声机中，开启超声，使用蠕动泵加入5ml硫酸亚铁铵溶液至银溶液中，搅拌7min，向反应液中加入500ml去离子水稀释，停止超声继续加入剩余还原剂溶液，搅拌30min。完成反应后使用去离子多次清洗至清洗液电导率<10μs/cm。干燥后将银粉放入球磨罐中，加入25g 1mm氧化锆球，取1.2g吐温溶解到醇溶液中加入球磨罐，使用罐磨机分散1h；分散结束后，分离锆球和银粉，干燥后将银粉用于topcon导电银浆制备，其中银粉比例为80％，玻璃粉比例为1％，有机载体比例为19％，混合轧制即可得到导电银浆。 [0050] 实施例3： [0051] 取10g硝酸银加入到25ml去离子水中搅拌分散，加入0.5g聚乙烯亚胺搅拌溶解，另称取7g抗坏血酸溶解于350ml去离子水中搅拌溶解，将烧杯置于超声机中，开启超声，使用蠕动泵加入4ml抗坏血酸溶液至银溶液中，搅拌10min，向反应液中加入300ml去离子水稀释，停止超声继续加入剩余还原剂溶液，搅拌45min。完成反应后使用去离子多次清洗至清洗液电导率<10μs/cm。干燥后将银粉放入球磨罐中，加入25g 1mm氧化锆球，取0.6g硬脂酸溶解到醇溶液中加入球磨罐，使用罐磨机分散1h；分散结束后，分离锆球和银粉，干燥后将银粉用于topcon导电银浆制备，其中银粉比例为82％，玻璃粉比例为5％，有机载体比例为13％，混合轧制即可得到导电银浆。 [0052] 松装振实密度测试仪测试振实密度，实施例1‑3所测得的的振实密度均在6.3～3 6.5g/cm这个范围内，得到的浆料具有高的光电转化效率，均可达到25.4％以上。 [0053] 为进一步说明本发明的关键所在，加入对比案例进行说明。 [0054] 对比例1： [0055] 取10g硝酸银加入到25ml去离子水中搅拌分散，加入0.5g聚乙烯亚胺搅拌溶解，另称取7g抗坏血酸溶解于350ml去离子水中搅拌溶解，使用蠕动泵加入350ml抗坏血酸溶液至银溶液中，搅拌。完成反应后使用去离子多次清洗至清洗液电导率<10μs/cm。干燥后将银粉放入球磨罐中，加入25g 1mm氧化锆球，取0.6g硬脂酸溶解到醇溶液中加入球磨罐，使用罐磨机分散1h；分散结束后，分离锆球和银粉，干燥后将银粉用于topcon导电银浆制备，其中银粉比例为80％，玻璃粉比例为3％，有机载体比例为17％，混合轧制即可得到导电银浆。 [0056] 通过SEM测试结果显示分散和粒径分布情况，对比例1的SEM测试结果图如图3所示，该银粉粒径分布不均，不具有良好的分散性；松装振实密度测试仪测试振实密度，对比3 例1所测得的的振实密度为4.5g/cm，得到浆料的光电转化效率为24.8％。 [0057] 图2是实施例1的放大后的SEM测试结果图，对比图2和图3可以得出，由于对比例1中并没有加入超声辅助进行处理，并且也没有加入去离子水稀释反应液来降低生长速率，因此实施例所制得的银粉粒径分布均匀，具有更好的分散性和高振实密度，且在太阳能电池浆料的应用中取得更高的光电转化效率。 [0058] 上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。 |
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