[发明专利]一种太阳能电池高密度单分散银粉的生产方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种太阳能电池高密度单分散银粉的生产方法，特别是一种以乙二醛作为还原剂还原硝酸银，以乙二醛反应产物乙醇酸和草酸作为银粉分散保护剂组分的高密度单分散银粉的生产方法，属于新能源和新材料领域。

背景技术

银粉是太阳能电池正极浆料的重要组成部分，只有符合特定条件的银粉配制的导电浆料才具备良好的丝网印刷性能，经过烧结后才能形成具有较高方阻和细栅线的正面银电极。正面电极分为栅电极线和主电极线，栅线主要汇集光电转换产生的载流子，主电极主要使电池片与外部线路连接。正极栅线宽度0.15 mm左右，烧结温度达到930℃，高温区烧结时间仅 5-8秒。若银粉粒度过大，银浆印刷时就不能完全通过丝网，短时间内也无法烧结致密，烧结膜容易出现孔洞，从而影响导电性。

目前文献主要集中研究纳米银粉，由于纳米银粉活性高，在常温下容易发生自烧结或团聚现象，造成了纳米银粉分散性很差，振实密度低。纳米银粉调制浆料不易被有机载体完全润湿，导致印刷效果不好，烧结后银膜收缩率大、孔洞多和连接不致密。此外，纳米银粉难以提高导电银浆的银含量，导电性能较差。太阳能电池用银粉需要满足粒径适中、结晶度高，振实密度高、分散性好、球形或类球形等条件。

应用实践证明平均粒径在0.2-3μm，特别是平均粒径在1-2μm的银粉, 同时能满足振实密度高和粒径分布窄的条件，用其调制的太阳能电池银浆综合性能比较好。制备粒径1-2μm的高分散高密度单分散球形银粉，对于太阳能电池银浆印刷性能与导电性能的提高及太阳能电池光电转换效率的提升具有重要意义。

银粉的制备方法有高能球磨法、喷雾热分解法(SP法)、等离子体蒸发冷凝法、化学液相还原法和微乳液法等，其中化学液相还原法因生产设备简单、工艺容易控制、低成本、低能耗等优点得到了广泛重视。

液相还原法原理就是用还原剂从银盐或银络合物的溶液中将银离子以银粉的形式沉积出来。采用的银盐通常是硝酸银[AgNO₃]和氰化银钾[KAg(CN)₂]，或者将硝酸银转化为氧化银[Ag₂O]、碳酸银[Ag₂CO₃ ]及银氨络离子[Ag(NH₃)₂⁺]。

在整个还原反应过程中，还原剂的选择非常重要。文献报道的无机还原剂主要有水合肼、双氧水、次亚磷酸钠、连二亚硫酸钠、硼氢化钠、硫酸亚铁、硫代硫酸钠、亚硫酸钾等；文献报道的有机还原剂主要有抗坏血酸、甲醛、甲酸、酒石酸钾钠、乙醇、甘油、葡萄糖、还原糖、三乙醇胺、氢醌等。如果还原剂的还原性太强，则得到的银粒子不易转移，生成的银晶粒在溶液中无序生长，相互碰撞发生团聚的几率很大，导致粒径容易增长过大，得不到均匀和单分散的银粉颗粒。一般需要加入分散保护剂对生成的银晶粒进行分散保护，阻止银晶粒的团聚。分散保护剂在还原反应中主要有多方面作用：（1）分散剂可以与溶液中的 Ag⁺形成配位体改变 Ag⁺活性，便于反应平稳进行，达到初步分散的目的；（2） 分散剂包裹生成的银晶粒阻碍其继续长大：（3）分散剂空间位阻效应减小银晶粒相互碰撞团聚几率。

文献报道的分散保护剂通常是高分子材料、表面活性剂和配位体，主要有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、明胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠、链烷醇胺、十二烷基硫酸钠(DBS)、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、吐温、长链脂肪酸、丁二酸、硫酸等，其中以 PVP 的应用最为广泛。