CN110385442A - 一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法 - Google Patents

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李永红
王佳雷
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宋书清
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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法，其特征在于：利用物理气相蒸发冷凝法制备，在依次连通的加料机、高温蒸发器、粒子生成器、粉末捕集器、引风机组成的系统中进行；该方法在生产时，银和铋形成过饱和的银铋固溶体合金粉末和少量的超细铋颗粒，生产的超细银铋粉晶粒细小、烧结温度低、完全球型、成分均匀。

Description

一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池银浆领域，具体涉及一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法。
背景技术
太阳能作为应用广泛的清洁能源，不仅有助于减轻碳排放，对于缓解环境污染具有重要意义。目前越来越多的太阳能产品被应用到现实生活中，比如大型太阳能板组成的发电体、太阳能便携设备、太阳能路灯等。
太阳能电池用银浆主要由三部分组成：银粉、玻璃粉、有机载体。银粉按照平均粒径可以分为微米级银粉、亚微米级银粉、纳米银粉。银粉的粒径对银浆的烧结性能有很大的影响，而银粉的粒径分布对于烧结膜的致密性至关重要。一般在太阳能电池中通常不使用单一粒径的银粉，而是将纳米银粉和微米级银粉混合使用。纳米银粉不仅能够填充微米级银粉颗粒之间的孔隙，增加银粉之间的接触，而且掺入一定量的纳米银粉可以有助于烧结温度的降低。
但是银粉是贵金属，纳米银粉的价格更高，如果能够在银粉中添加一定量的其他金属粉末来部分代替银粉，同时能够显著降低银粉的烧结温度，这样就可以显著降低太阳能电池的制造成本，并能够推动太阳能电池的广泛使用。
发明内容
本发明提出了一种利用蒸发-冷凝法生产超细银铋合金粉，在生产时，银和铋形成过饱和的银铋固溶体合金粉末和少量的超细铋颗粒，生产的超细银铋粉晶粒细小、烧结温度低、完全球型、成分均匀的太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法。
本发明的技术方案是，提供一种具有以下步骤的太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法，利用物理气相蒸发冷凝法制备，在依次连通的加料机、高温蒸发器、粒子生成器、粉末捕集器、引风机组成的系统中进行；具体步骤如下：
（1）、将原料银和铋预先放入高温蒸发器的坩埚内，加料机预先装好原料；
（2）、开启惰性气体阀门，启动引风机，用惰性气体置换系统内的空气，直到系统内气氛为无氧气氛后；
（3）开启等离子体发生器，引燃安装于坩埚上方的等离子体炬，产生高温等离子弧，坩埚内的银、铋原料快速熔化，在坩埚上方产生金属蒸汽；
（4）银、铋的混合蒸汽随着惰性气体被输送到粒子形成器，在粒子形成器内，银铋混合蒸汽相互碰撞并冷凝成固体粒子，形成超细合金粉末；
（5）最终在气体输送下进入粉末捕集器中被收集下来，制备得到超细银铋合金粉。
制备得到的超细银铋合金粉其化学元素组成是：银质量百分含量为75%～90%，铋的质量百分含量为10～25%。设置两个加料机，分别控制银、铋的加料速度，以此来达到调节合金粉中银和铋的百分含量的目的。
等离子体炬的功率为80-120KW，产生等离子体的气体是氩气、氢气、氮气、氦气的一种或几种的组合。
制备的银铋超细合金粉的粒径为0.5～1.5微米。
采用以上步骤后，本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明利用蒸发-冷凝法生产超细银铋合金粉，可以实现以上目的：在生产时，银和铋形成过饱和的银铋固溶体合金粉末和少量的超细铋颗粒。银铋的固溶体熔点显著比纯银的熔点低，在烧结时，其烧结温度比纯银的烧结温度低，另外由于铋的熔点只有271度，在烧结时，少量存在的超细铋颗粒首先熔化，并迅速扩散，进一步降低银铋合金粉的烧结温度，有助于形成致密的烧结膜。本发明生产的超细银铋粉晶粒细小、烧结温度低、完全球型、成分均匀。
附图说明
图1为本发明制备的超细银铋合金粉的扫描电镜照片。
图2为本发明制备的超细银铋合金粉的银元素分布图。
图3为本发明制备的超细银铋合金粉的铋元素分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明
本发明的一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法，利用物理气相蒸发冷凝法制备，在依次连通的加料机、高温蒸发器、粒子生成器、粉末捕集器、引风机组成的系统中进行；该系统为设有进气口和出气口的密封系统，往系统内进气的为惰性气体，引风机为出气口，用于抽出系统内的气体。在工作时不停交换系统内的气体，直到满足设定要求。
实施例1
在坩埚里加入Ag:Bi质量比为6:1的原料，在两个加料机里分别加满银和铋原料，银为细片状，铋为直径2mm的球状。检查系统的密封性，保证系统不漏气，并用氮气置换系统内的空气，直到系统内为纯氮气气氛。开启高温蒸发器、粒子控制器、粉尘捕集器的冷却水，以及作为粉尘输送和冷却粉尘的气体开关，调节系统的压力为85KPa。启动引弧器，点燃坩埚上方的等离子体弧炬，在等离子体弧和坩埚内金属之间形成超高温的等离子电弧，坩埚内的金属熔化成金属液，并在坩埚上方形成金属蒸汽。向坩埚上方通入氮气，将坩埚上方的金属蒸汽输送到粒子生成器中，在粒子生成器中高温的金属蒸汽遇到低温的氮气后冷却下来，形成固体颗粒。在引风机的抽力作用下气体和固体颗粒进入粉尘捕集器，实现气体和固体颗粒的分离。等离子体炬的功率为80KW。等离子体炬的工作气体为氮气。调节两个加料机的速度来实现银铋合金粉中合金元素的比例的工艺控制。通过调节粒子生成器内的冷却气体的量来实现对粉体粒径的控制。最终得到的粒径为0.82um，银含量为79%，铋含量为20.5%，余为氧。
实施例2
在坩埚里加入Ag:Bi质量比为7:1的原料，在两个加料机里分别加满银和铋原料，银为细片状，铋为直径2mm的球状。检查系统的密封性，保证系统不漏气，并用氮气置换系统内的空气，直到系统内为纯氮气气氛。开启高温蒸发器、粒子控制器、粉尘捕集器的冷却水，以及作为粉尘输送和冷却粉尘的气体开关，调节系统的压力为85KPa。启动引弧器，点燃坩埚上方的等离子体弧炬，在等离子体弧和坩埚内金属之间形成超高温的等离子电弧，坩埚内的金属熔化成金属液，并在坩埚上方形成金属蒸汽。向坩埚上方通入氮气，将坩埚上方的金属蒸汽输送到粒子生成器中，在粒子生成器中高温的金属蒸汽遇到低温的氮气后冷却下来，形成固体颗粒。在引风机的抽力作用下气体和固体颗粒进入粉尘捕集器，实现气体和固体颗粒的分离。等离子体炬的功率为100KW。等离子体炬的工作气体为氮气。调节两个加料机的速度来实现银铋合金粉中合金元素的比例的工艺控制。通过调节粒子生成器内的冷却气体的量来实现对粉体粒径的控制。最终得到的粒径为1.0um，银含量为88%，铋含量为11.7%，余为氧。

Claims (5)

1.一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法，其特征在于：利用物理气相蒸发冷凝法制备，在依次连通的加料机、高温蒸发器、粒子生成器、粉末捕集器、引风机组成的系统中进行；具体步骤如下：
（1）、将原料银和铋预先放入高温蒸发器的坩埚内，加料机预先装好原料；
（2）、开启惰性气体阀门，启动引风机，用惰性气体置换系统内的空气，直到系统内气氛为无氧气氛后；
（3）开启等离子体发生器，引燃安装于坩埚上方的等离子体炬，产生高温等离子弧，坩埚内的银、铋原料快速熔化，在坩埚上方产生金属蒸汽；
（4）银、铋的混合蒸汽随着惰性气体被输送到粒子形成器，在粒子形成器内，银铋混合蒸汽相互碰撞并冷凝成固体粒子，形成超细合金粉末；
（5）最终在气体输送下进入粉末捕集器中被收集下来，制备得到超细银铋合金粉。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法，其特征在于：制备得到的超细银铋合金粉其化学元素组成是：银质量百分含量为75%～90%，铋的质量百分含量为10～25%。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法，其特征在于：设置两个加料机，分别控制银、铋的加料速度。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法，其特征在于：等离子体炬的功率为80-120KW，产生等离子体的气体是氩气、氢气、氮气、氦气的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池银浆用超细银铋合金粉的生产方法，其特征在于：制备的银铋超细合金粉的粒径为0.5～1.5微米。
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