CN113547131B - 一种表面粗糙及内部具有多介孔结构银粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多介孔银粉的制备方法，包括如下步骤：步骤1：配制硝酸银溶液，加入分散剂，搅拌均匀形成硝酸银分散液；步骤2：向硝酸银分散液中加入还原剂和硅烷化试剂；步骤3：将银浆液抽滤，洗涤，得到湿银粉；步骤4：将湿银粉加入碱性溶液中，过滤，洗涤；步骤5：将步骤4中碱处理后的银粉再用包覆剂对银粉表面进行包覆，包覆剂中含有多聚甲醛，包覆后烘干，并用气流粉碎机进行破碎，超声震动过筛，获得多介孔银粉。本发明创造性的引入了硅烷化试剂作为介孔模板剂，同时在银粉做表面包覆的分散剂中引入多聚甲醛，在常温下缓慢分解，制备出了表面粗糙及内部具有多介孔结构的银粉，所制银粉表面活性高，提高了太阳能正面银浆的电性能。

Description

一种表面粗糙及内部具有多介孔结构银粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及新能源材料技术领域，尤其涉及一种表面粗糙及内部具有多介孔结构银粉及其制备方法。
背景技术
随着光伏近20年的产业化发展，光伏成为新能源发电的最佳选择之一，也逐渐成为我国极具优势的战略新兴产业。根据国家近期颁布的新能源规划：“十四五”可再生能源规划上调非化石能源比例，超过市场预期，预计2030年达到20％。同时在“碳中和”目标指引下，预计2021年国内新增装机55-65GW，“十四五”期间国内年均光伏新增装机规模70-90GW。在这一背景下，太阳能电池降本增效，降低其运用成本迫在眉睫。银浆作为一种贵金属浆料，用于印刷到太阳能电池硅片上。银浆的主要组成为玻璃粉、银粉和有机载体，其中银粉占85％以上的百分含量。因此，银粉的性能在一定程度上决定银浆的品质，市场上性能较优的太阳能正银银粉供应商主要是日本的同和、美国的AMES、国内的思美特、晶鑫、建邦等。从众厂家的专利及现有的文献中，可看出均为氧化还原的方法，还原剂基本为：甲醛、葡萄糖、对苯二酚、水合肼、亚磷酸、抗坏血酸盐等；同时制备出的银粉表面较为光滑，银粉的活性较低，制备出的银要在高温烧结后①线型较宽，高宽比太低，遮光面积大，从而电流较低；②同时在银粉制备过程中，使用较多的分散剂对银粉进行包覆，减少银粉间的团聚；烘干后得到的银粉表面含量分散剂0.2-0.6％质量百分比，这部分分散剂一般较难分解，阻碍了银粉间的相互接触面，增加一定线电阻；同时在一定程度阻碍玻璃粉与银粉的直接接触，影响相应的接触电阻Rs值。
为此，迫切需求开发一款表面活性高，在烧结过程中有较好的高宽比，同时表面包覆剂在较低温度下容易分解的银粉，为进一步提高太阳能正面银浆的电性能提供可靠保证。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供了一种表面粗糙及内部具有多介孔结构银粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配制硝酸银溶液，向所述硝酸银溶液中加入分散剂，搅拌均匀形成硝酸银分散液；
步骤2：向所述硝酸银分散液中加入还原剂和硅烷化试剂，使硝酸银和还原剂发生还原反应形成银浆液；
步骤3：将所述银浆液抽滤，并用去离子水洗涤固相，得到湿银粉；
步骤4：将湿银粉加入碱性溶液中，去除银粉中的硅成分，过滤，固相用去离子水洗涤至洗涤后液呈中性；
步骤5：将步骤4中碱处理后的银粉用包覆剂对银粉表面进行包覆，所述包覆剂中含有多聚甲醛，再烘干，并用气流粉碎机进行破碎，超声震动过筛，获得所述多介孔银粉。
进一步地，所述硝酸银溶液中，硝酸银的浓度为2～4mol/L，其余为水。
进一步地，所述分散剂为硬脂酸、油酸、聚丙二醇中的一种，分散剂的加入量和硝酸银溶液的比例为6～10g分散剂/1L硝酸银溶液。
进一步地，所述硅烷化试剂为氯硅烷试剂、烷氧基硅烷试剂中的任意一种；所述还原剂和硅烷化试剂的加入量和硝酸银溶液的比例为100～300g还原剂：20～60g硅烷化试剂：1L硝酸银溶液。
进一步地，所述的碱性溶液为氨水或氢氧化钠溶液，所述碱性溶液的中溶质的溶度为0.1～0.2mol/L。
进一步地，所述包覆剂为硬脂酸的异丙醇溶液，硬脂酸的质量百分含量为8％～10％，包覆剂中多聚甲醛的浓度为0.1～0.2mol/L。
从以上技术方案可以看出，本发明的优点是：本发明创造性地引入了介孔模板剂作为结构导向剂，制备出了表面粗糙及内部具有多介孔结构的银粉，所制银粉表面活性高，在较低温度能良好接触，同时表面包覆剂在较低温度下容易分解，进一步提高了太阳能正面银浆的电性能。
附图说明
图1为实施例1和对比例2所述方法制备银粉的SEM电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例进行详细的说明：
实施例1
一种多介孔银粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配制3mol/L硝酸银溶液5L，向其中加入硬脂酸30g，搅拌均匀形成硝酸银分散液；
步骤2：硝酸银分散液中缓慢加入500g还原剂和100g硅烷化试剂溶液，使硝酸银和还原剂发生还原反应，形成银浆液，同时硅烷化试剂作为一种成核剂，使得银沉积在硅烷化试剂上；其中，所述的硅烷化试剂是氯硅烷试剂；
步骤3：将银浆液抽滤，并用去离子水反复洗涤抽滤5次，得到湿银粉；
步骤4：再将得到的湿银粉在0.5mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡1h，去除银粉中的硅成分，不断洗涤至pH呈中性；
步骤5：将步骤4中碱处理后的银粉用包覆剂对银粉表面进行包覆，包覆剂中含有多聚甲醛，所述包覆剂为硬脂酸的异丙醇溶液，硬脂酸的质量百分含量为10％，包覆剂中多聚甲醛的浓度为0.1mol/L，包覆后烘干，并用气流粉碎机进行破碎，超声震动过筛得银粉。拍摄本实施例制备的银粉的SEM电镜照片如图1所示。
实施例2
一种多介孔银粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配制3mol/L硝酸银溶液5L，向其中加入油酸40g，搅拌均匀形成硝酸银分散液；
步骤2：硝酸银分散液中缓慢加入500g还原剂和200g硅烷化试剂溶液，使硝酸银和还原剂发生还原反应，形成银浆液，同时硅烷化试剂作为一种成核剂，使得银沉积在硅烷化试剂上；其中，所述的硅烷化试剂是氯硅烷试剂；
步骤3：将银浆液抽滤，并用去离子水反复洗涤抽滤5次，得到湿银粉；
步骤4：再将得湿银粉在0.5mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡1h，去除银粉中的硅成分，不断洗涤至pH呈中性；
步骤5：将步骤4中碱处理后的银粉用包覆剂对银粉表面进行包覆，包覆剂中含有多聚甲醛，所述包覆剂为硬脂酸的异丙醇溶液，硬脂酸的质量百分含量为10％，包覆剂中多聚甲醛的浓度为0.1mol/L，包覆后烘干，并用气流粉碎机进行破碎，超声震动过筛得银粉。
实施例3
一种多介孔银粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配制3mol/L硝酸银溶液5L，向其中加入分散剂聚丙二醇50g，搅拌均匀形成硝酸银分散液；
步骤2：硝酸银分散液中缓慢加入500g还原剂和300g硅烷化试剂溶液，使硝酸银和还原剂发生还原反应，形成银浆液，同时硅烷化试剂作为一种成核剂，使得银沉积在硅烷化试剂上；其中，所述的硅烷化试剂是烷氧硅烷试剂；
步骤3：将银浆液抽滤，并用去离子水反复洗涤抽滤5次，得到湿银粉；
步骤4：再将湿银粉在0.5mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡1h，去除银粉中的硅成分，不断洗涤至pH呈中性；
步骤5：将步骤4中碱处理后的银粉用包覆剂对银粉表面进行包覆，包覆剂中含有多聚甲醛，所述包覆剂为硬脂酸的异丙醇溶液，硬脂酸的质量百分含量为10％，包覆剂中多聚甲醛的浓度为0.1mol/L，包覆后烘干，并用气流粉碎机进行破碎，超声震动过筛得银粉。
对比例1
一种银粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配制3mol/L硝酸银溶液5L，向其中加入硬脂酸30g，搅拌均匀形成硝酸银分散液；
步骤2：硝酸银分散液中缓慢加入500g常规还原剂，使硝酸银和还原剂发生还原反应，形成银浆液，其中，所述的常规还原剂是抗坏血酸；
步骤3：将银浆液抽滤，并用去离子水反复洗涤抽滤5次，得到湿银粉；
步骤4：将步骤3中得到的湿银粉用分散剂进行包覆，包覆剂中含有多聚甲醛，所述包覆剂为硬脂酸的异丙醇溶液，硬脂酸的质量百分含量为10％，包覆剂中多聚甲醛的浓度为0.1mol/L，包覆后烘干，并用气流粉碎机进行破碎，超声震动过筛得银粉。
对比例2
一种银粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配制3mol/L硝酸银溶液5L，向其中加入硬脂酸30g，搅拌均匀形成硝酸银分散液；
步骤2：硝酸银分散液中缓慢加入500g还原剂，使硝酸银和还原剂发生还原反应，形成银浆液；其中，所述的还原剂是甲醛；
步骤3：将银浆液抽滤，并用去离子水反复洗涤抽滤5次，得到湿银粉；
步骤4：将步骤3中得到的湿银粉用分散剂进行包覆，包覆剂中含有多聚甲醛，所述包覆剂为硬脂酸的异丙醇溶液，硬脂酸的质量百分含量为10％，包覆剂中多聚甲醛的浓度为0.1mol/L，包覆后烘干，并用气流粉碎机进行破碎，超声震动过筛得银粉。拍摄本对比例制备的银粉的SEM电镜照片如图1所示。
对比例3
一种银粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：配制3mol/L硝酸银溶液5L，向其中加入硬脂酸30g，搅拌均匀形成硝酸银分散液；
步骤2：硝酸银分散液中缓慢加入500g常规还原剂和100g硅烷化试剂溶液，使硝酸银和还原剂发生还原反应，形成银浆液，同时硅烷化试剂作为一种成核剂，使得银沉积在硅烷化试剂上；其中，所述的硅烷化试剂是氯硅烷试剂；
步骤3：将银浆液抽滤，并用去离子水反复洗涤抽滤5次，得到湿银粉；
步骤4：再将湿银粉在0.5mol/L的氢氧化钠水溶液中浸泡1h，去除银粉中的硅成分，不断洗涤至pH呈中性；
步骤5：将步骤4中碱处理后的银粉用包覆剂对银粉表面进行包覆，包覆剂中含有多聚甲醛，所述包覆剂为硬脂酸的异丙醇溶液，硬脂酸的质量百分含量为10％，包覆剂中多聚甲醛的浓度为0.1mol/L，包覆后烘干，并用气流粉碎机进行破碎，超声震动过筛得银粉。
实施例4
分别测试实施例1、对比例1～3制备的银粉分别制成正面银浆，再丝网印刷至硅片上，测试其电性能，结果如下表所示。其中实验组对比例1代表采用对比例1所述方法制备的银粉制成银浆印刷至硅片上后的电性能，实验组对比例2代表采用对比例2所述方法制备的银粉制成银浆印刷至硅片上后的电性能……，以此类推。
Figure GDA0004222749380000051
在本技术领域中众所周知，效率提升0.05％的技术困难较大，而本发明通过引入了硅烷化试剂作为介孔模板剂，再用碱去除模板剂，在银粉中成功地引入了介孔结构，制备出了表面粗糙及内部具有多介孔结构的银粉，该具有多介孔银粉制成正面银浆在丝网印刷至硅片上，银栅线在烧结过程中线型收缩较大，有较好的高宽比，遮光面积小，所以表现为电流Isc提升较高，效率较高；另一方面，多聚甲醛在银粉包覆过程中会包覆在银粉表面，慢慢分解使银粉表面变得毛糙，在银栅线烧结过程中更容易与硅片形成良好的欧姆接触，降低接触电阻，提高了效率。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种表面粗糙及内部具有多介孔结构银粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：配制硝酸银溶液，向所述硝酸银溶液中加入分散剂，搅拌均匀形成硝酸银分散液；
步骤2：向所述硝酸银分散液中加入还原剂和硅烷化试剂，使硝酸银和还原剂发生还原反应形成银浆液；其中所述硅烷化试剂作为介孔模板剂和成核剂；所述硅烷化试剂为氯硅烷试剂、烷氧基硅烷试剂中的任意一种；所述还原剂和硅烷化试剂的加入量和硝酸银溶液的比例为100～300g还原剂：20～60g硅烷化试剂：1L硝酸银溶液；
步骤3：将所述银浆液抽滤，并用去离子水洗涤固相，得到湿银粉；
步骤4：将湿银粉加入碱性溶液中，去除银粉中的硅成分，过滤，固相用去离子水洗涤至洗涤后液呈中性；
步骤5：将步骤4中碱处理后的银粉用包覆剂对银粉表面进行包覆，所述包覆剂中含有多聚甲醛，再烘干，并用气流粉碎机进行破碎，超声震动过筛，获得所述多介孔银粉。
2.根据权利要求1所述的一种表面粗糙及内部具有多介孔结构银粉的制备方法，其特征在于，所述硝酸银溶液中，硝酸银的浓度为2～4mol/L，其余为水。
3.根据权利要求1所述的一种表面粗糙及内部具有多介孔结构银粉的制备方法，其特征在于，所述分散剂为硬脂酸、油酸、聚丙二醇中的一种，分散剂的加入量和硝酸银溶液的比例为6～10g分散剂/1L硝酸银溶液。
4.根据权利要求1所述的一种表面粗糙及内部具有多介孔结构银粉的制备方法，其特征在于，所述的碱性溶液为氨水或氢氧化钠溶液，所述碱性溶液的中溶质的溶度为0.1～0.2mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种表面粗糙及内部具有多介孔结构银粉的制备方法，其特征在于，所述包覆剂为硬脂酸的异丙醇溶液，硬脂酸的质量百分含量为8％～10％，包覆剂中多聚甲醛的浓度为0.1～0.2mol/L。
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