KR102007856B1 - The manufacturing method of silver powder with improved dispersibility - Google Patents
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Abstract
용매에 질산은 용액, 질산 및 암모니아수를 첨가하고 혼합하여 은 염 용액을 제조하는 은 염 용액 제조단계(S11); 용매에 환원제를 첨가하고 혼합하여 환원 용액을 제조하는 환원 용액 제조단계(S2); 및 상기 은 염 용액 및 상기 환원 용액을 혼합하고 교반하여 은 입자를 석출하는 환원 반응단계(S31);를 포함하는 은 분말 제조방법에 대하여, 상기 은 염 용액 제조단계(S11)에서 질산은 용액의 첨가량을 조절하여 은 염 용액을 제조하고(S12), 상기 환원 반응단계(S31)에서 교반 속도를 조절하여 은 입자를 석출하여(S32), 제조되는 은 분말의 분산성을 개선하는 은 분말 제조방법관한 것으로, 분산제 등의 첨가제를 첨가하지 않고 제조되는 은 분말의 특성을 유지하면서 분산성을 개선시키는 방법을 제공할 수 있다.A silver salt solution preparing step (S11) of adding a silver nitrate solution, nitric acid, and ammonia water to the solvent to prepare a silver salt solution; Reducing solution manufacturing step of adding a reducing agent to the solvent and mixing to produce a reducing solution (S2); And a reduction reaction step of precipitating silver particles by mixing and stirring the silver salt solution and the reducing solution (S31). In the silver powder manufacturing method comprising a, the amount of the silver nitrate solution added in the silver salt solution preparation step (S11) To prepare a silver salt solution (S12), and by adjusting the stirring speed in the reduction reaction step (S31) to precipitate the silver particles (S32), to improve the dispersibility of the silver powder produced It is possible to provide a method of improving dispersibility while maintaining the properties of the silver powder produced without adding an additive such as a dispersant.
Description
본 발명은 전자부품에 사용되는 은 분말의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 태양전지용 전극이나 적층 콘덴서의 내부전극, 회로기판의 도체 패턴 등에 사용되는 분산성이 개선된 도전성 페이스트용 은 분말의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing silver powder used in electronic components, and more particularly, to a silver paste for conductive paste having improved dispersibility used in solar cells, internal electrodes of multilayer capacitors, conductor patterns of circuit boards, and the like. It relates to a manufacturing method.
도전성 페이스트는 도막 형성이 가능한 도포 적성을 갖고 건조된 도막에 전기가 흐르는 페이스트로서, 수지계 바인더와 용매로 이루어지는 비히클 중에 도전성 필러(금속 필러)를 분산시킨 유동성 조성물이며, 전기 회로의 형성이나 세라믹 콘덴서의 외부 전극의 형성 등에 널리 사용되고 있다.A conductive paste is a paste in which electricity flows in a dried coating film having a coating ability capable of forming a coating film, and is a fluid composition in which a conductive filler (metal filler) is dispersed in a vehicle composed of a resin binder and a solvent. It is widely used for forming external electrodes.
특히 도전성 필러로 사용되는 은 분말(silver powder)은 전자, 화학, 촉매 등 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 화학 환원(chemical reduction), 광환원(photoreduction) 방법 및 초음파 화학(sonochemical) 방법 등 다양한 방법에 의해 제조된다. 화학 환원 방법의 경우 은 분말의 형태 및 대량 생산 효율 측면에서 사용되기 적합한 방법이며, 하이드라진(hydrazine), 글리세롤(glycerol), 아스코르빅산(ascorbic acid) 및 알데하이드(aldehyde) 화합물 등의 다양한 종류의 환원제를 사용한다. In particular, the silver powder used as the conductive filler is used in various fields such as electronics, chemistry, and catalysts, and by various methods such as chemical reduction, photoreduction, and ultrasonic chemical methods. Are manufactured. In the case of the chemical reduction method, silver is suitable for use in terms of powder form and mass production efficiency. Use
종래의 은 분말을 제조하는 방법으로 “Dispersion mechanisms of Arabic gum in the preparation of ultrafine silver powder (Korean journal of chemical engineering., v.31 no.8, 2014년, pp.1490 - 1495)”에 질산은(AgNO3)과 아스코르브산을 반응시키고, 분산제로서 아라빅 검(Arabic gum)을 사용하여 은 분말을 제조하는데 있어서 분산성을 향상시키는 것이 개시되어 있다. As a method of preparing a conventional silver powder, silver nitrate (“Dispersion mechanisms of Arabic gum in the preparation of ultrafine silver powder (Korean journal of chemical engineering., V.31 no.8, 2014, pp.1490-1495)”) AgNO 3 ) is reacted with ascorbic acid and improved dispersibility in producing silver powder using Arabic gum as a dispersant.
종래와 같이 분산성을 향상시키기 위해서는 지방산, 지방산염, 계면활성제, 유기 금속, 킬레이트 형성제 및 보호 콜로이드 등의 첨가물을 첨가하여야 하며, 상기와 같은 분산제를 첨가하지 않고 은 분말을 제조하는 경우, 분산제를 첨가하여 제조한 은 분말 대비 분산성이 떨어져 이를 이용한 도전성 페이스트로 전극을 형성하는 경우 단선(short)이 발생하는 문제점이 있었다. In order to improve dispersibility as in the prior art, additives such as fatty acids, fatty acid salts, surfactants, organometallics, chelate formers, and protective colloids should be added, and in the case of producing silver powder without adding the dispersant, There is a problem in that short-circuit occurs when the electrode is formed of a conductive paste using the same, which has a lower dispersibility compared to the silver powder prepared by adding C.
또한 상기 분산제를 첨가하는 경우 은 분말 제조 후 분산제를 포함하는 불순물들을 세척하는 공정이 추가적으로 발생하게 되며, 분산제 첨가에 따라 제조되는 은 분말의 입도 등 그 물성이 변하기 때문에 원하는 은 분말의 특성을 얻기 위하여 다른 단계에서 이를 제어해야 하는 문제점이 있다. In addition, when the dispersant is added, a process of washing impurities including the dispersant after the silver powder is additionally generated, and the physical properties such as the particle size of the silver powder prepared according to the dispersant are changed to obtain desired silver powder characteristics. There is a problem in controlling this in another step.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 분산제와 같은 첨가제를 첨가하지 않으면서도 분산성이 개선된 은 분말을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. The present invention is to solve the above problems and to provide a method for producing a silver powder with improved dispersibility without adding an additive such as a dispersant.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명은 용매에 질산은 용액, 질산 및 암모니아수를 첨가하고 혼합하여 은 염 용액을 제조하는 은 염 용액 제조단계(S11); 용매에 환원제를 첨가하고 혼합하여 환원 용액을 제조하는 환원 용액 제조단계(S2); 및 상기 은 염 용액 및 상기 환원 용액을 혼합하고 교반하여 은 입자를 석출하는 환원 반응단계(S31);를 포함하는 은 분말 제조방법에 대하여, 상기 은 염 용액 제조단계(S11)에서 질산은 용액의 첨가량을 조절하여 은 염 용액을 제조하고(S12), 상기 환원 반응단계(S31)에서 교반 속도를 조절하여 은 입자를 석출하여(S32), 분산제를 사용하지 않고 은 분말의 분산성을 개선하는 은 분말 제조방법을 제공한다. The present invention provides a silver salt solution for preparing a silver salt solution by adding and mixing a silver nitrate solution, nitric acid and ammonia water to the solvent (S11); Reducing solution manufacturing step of adding a reducing agent to the solvent and mixing to produce a reducing solution (S2); And a reduction reaction step of precipitating silver particles by mixing and stirring the silver salt solution and the reducing solution (S31). In the silver powder manufacturing method comprising a, the amount of the silver nitrate solution added in the silver salt solution preparation step (S11) To prepare a silver salt solution (S12), by adjusting the stirring speed in the reduction reaction step (S31) to precipitate the silver particles (S32), to improve the dispersibility of the silver powder without using a dispersant It provides a manufacturing method.
또한 상기 은 염 용액 제조단계(S11)에서 질산은 용액의 첨가량을 증가시켜 은 염 용액을 제조하고(S12), 상기 환원 반응단계(S31)에서 교반 속도를 감소시켜 은 입자를 석출하는(S32) 것을 특징으로 한다.In addition, in the silver salt solution preparation step (S11) to increase the addition amount of the silver nitrate solution to prepare a silver salt solution (S12), to reduce the stirring rate in the reduction reaction step (S31) to precipitate the silver particles (S32) It features.
또한 상기 은 염 용액 제조단계(S12)는 용매 1000ml에 대하여 질산은 용액을 70 내지 90 ml, 질산을 3 내지 10 ml, 암모니아수는 90 내지 110 ml 비율로 첨가하여 은 염 용액을 제조하고, 상기 환원 반응단계(S32)는 은 염 용액과 환원 용액을 혼합하고 20 내지 60rpm 의 교반 속도로 교반하여 은 입자를 석출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the silver salt solution preparing step (S12) is a silver salt solution to prepare a silver salt solution by adding a silver nitrate solution 70 to 90 ml, nitric acid 3 to 10 ml, ammonia water 90 to 110 ml with respect to 1000 ml of the solvent, the reduction reaction Step (S32) is characterized in that the silver salt solution and the reducing solution is mixed and stirred at a stirring speed of 20 to 60rpm to precipitate the silver particles.
또한 상기 환원 용액 제조단계(S2)는 상기 은 염 용액 내의 질산은 용액에 포함된 은 함량의 40 내지 50% 함량의 환원제를 용매와 혼합하여 10 내지 30 g/l 농도의 환원 용액을 제조하는 단계인 것을 특징으로 한다.In addition, the reducing solution manufacturing step (S2) is a step of preparing a reducing solution of 10 to 30 g / l concentration by mixing a reducing agent of the content of 40 to 50% of the silver content contained in the silver nitrate solution with the solvent in the silver salt solution It is characterized by.
또한 본 발명은 분산제를 사용하지 않고 제조된 은분말로서, SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 입자 100개의 각각의 지름 크기를 측정한 후 평균을 내어 측정한 SEM 입경이 0.5 내지 2.0μm이고, 상기 은 분말은 상기 SEM 입경에 대한 PSA(Particle Size Analyzer)를 이용하여 측정한 D50 값의 비가 2.0 이하인 분산성이 개선된 은 분말을 제공한다. In addition, the present invention is a silver powder prepared without using a dispersant, the SEM particle diameter is measured by averaging after measuring the diameter size of each of 100 particles using a SEM (Scanning Electron Microscope), the silver is 0.5 to 2.0μm, The powder provides a silver powder having improved dispersibility in which the ratio of the D50 value measured using a Particle Size Analyzer (PSA) to the SEM particle diameter is 2.0 or less.
또한 상기 은 분말은 상기 SEM 입경에 대한 PSA(particle size analyzer)를 이용하여 측정한 D90 값의 비가 3.0 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the silver powder is characterized in that the ratio of the D90 value measured using a particle size analyzer (PSA) to the SEM particle diameter is 3.0 or less.
또한 상기 은 분말은 상기 SEM 입경에 대한 PSA(particle size analyzer)를 이용하여 측정한 Dmax 값의 비가 8.0 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the silver powder is characterized in that the ratio of the Dmax value measured using a particle size analyzer (PSA) to the SEM particle diameter is 8.0 or less.
또한 상기 은 분말의 탭 밀도는 5.5 내지 6.0g/cm3 인 것을 특징으로 한다.In addition, the tap density of the silver powder is characterized in that 5.5 to 6.0 g / cm 3 .
또한 본 발명은 상기 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다. The present invention also provides a conductive paste containing the silver powder.
또한 본 발명은 상기 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 전극을 포함하는 태양전지를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a solar cell comprising an electrode formed using the conductive paste.
본 발명은 분산제와 같은 첨가제를 첨가하지 않고 분산성을 개선한 은 분말 제조방법을 제공하는 것으로서, 본 발명의 제조방법에 따라 은 분말을 제조하는 경우 분산제 등을 세척하는데 소모되는 비용을 절감할 수 있으며, 제조되는 은 분말의 특성을 그대로 유지하면서 분산성만이 개선되는 효과를 제공할 수 있다. The present invention provides a method for producing silver powder having improved dispersibility without adding an additive such as a dispersant, and when manufacturing the silver powder according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to reduce the cost of washing the dispersant. And, while maintaining the properties of the silver powder to be produced can provide the effect that only dispersibility is improved.
상기 제조된 분산성이 개선된 은 분말을 사용하여 형성된 도전성 페이스트를 이용하여 태양전지 전극을 형성하는 경우 단선을 현저하게 줄일 수 있으며, 제조된 태양전지의 효율 또한 우수한 효과를 제공한다. When the solar cell electrode is formed using the conductive paste formed using the silver powder having improved dispersibility, the disconnection can be significantly reduced, and the efficiency of the manufactured solar cell also provides an excellent effect.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 은 분말의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 비교예에 따라 제조된 은 분말의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 태양 전지의 단선 평가 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 태양 전지의 가혹조건에서의 단선 평가 이미지를 나타낸 것이다. 1 shows an SEM image of silver powder prepared according to an embodiment of the present invention.
2 shows an SEM image of silver powder prepared according to a comparative example.
3 shows a disconnection evaluation image of a solar cell manufactured according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 4 shows the disconnection evaluation image in the harsh conditions of the solar cell manufactured according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.Prior to describing the present invention in detail below, it is understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the scope of the invention, which is limited only by the scope of the appended claims. shall. All technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise indicated.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.Throughout this specification and claims, unless otherwise indicated, the termcomprise, constitutes, and configure means to include the referenced article, step, or group of articles, and step, and any other article It is not intended to exclude a stage or group of things or groups of stages.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.On the other hand, various embodiments of the present invention can be combined with any other embodiment unless clearly indicated to the contrary. Any feature indicated as particularly preferred or advantageous may be combined with any other feature and features indicated as preferred or advantageous. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention and the effects thereof.
본 발명의 일실시예에 따른 은 분말의 제조방법은 은 염 용액 제조단계(S1), 환원 용액 제조단계(S2) 및 환원 반응단계(S3)를 포함하여 이루어진다. 본 발명은 상기 단계를 수행함에 있어서, 각 단계의 수행조건을 조절하여 은 분말이 석출되는 반응의 반응성을 줄임으로써 분산성을 향상시키되, 각 단계의 수행조건을 조절하더라도 조절 전 수행조건으로 제조된 은 분말과 동일한 입도 등의 물성을 나타내는 것을 특징으로 한다. Silver powder production method according to an embodiment of the present invention comprises a silver salt solution preparation step (S1), a reducing solution preparation step (S2) and a reduction reaction step (S3). In the present invention, the dispersion conditions are improved by reducing the reactivity of the reaction in which silver powder is precipitated by adjusting the execution conditions of each step, even if the performance conditions of each step are adjusted to the prepared conditions before the adjustment. It is characterized by showing the same physical properties as silver powder and the like.
이하, 조절 전 수행조건(제1 수행조건)과 조절된 수행조건(제2 수행조건)으로 은 분말을 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of preparing the silver powder under the preconditioning (first execution condition) and the adjusted execution condition (second execution condition) will be described in detail.
1. 은 염 용액 제조단계(S1)1. Silver Salt Solution Preparation Step (S1)
본 발명의 일실시예에 따른 은 염 용액 제조단계(S1)는 질산은 용액과 질산 및 암모니아수를 일정 비율로 혼합하여 은 염 용액을 제조하는 단계로서, 환원 반응을 통해 석출되는 은 입자의 소스가 되는 은 이온을 제공하는 용액을 제조하는 단계이다. Silver salt solution preparation step (S1) according to an embodiment of the present invention is a step of preparing a silver salt solution by mixing a silver nitrate solution, nitric acid and ammonia water in a predetermined ratio, which becomes a source of silver particles precipitated through a reduction reaction Preparing a solution that provides silver ions.
은 염 용액 제조단계(S1)는 물 등의 용매에 질산은 용액과 질산 및 암모니아수를 순차적으로 첨가한 후 교반하여 용해시켜 은 염 용액을 제조한다. 첨가되는 질산은 용액의 농도는 300g/L 내지 700g/L 범위 내인 것을 사용한다. 바람직하게는 400 내지 600g/L 범위 내가 좋고, 더욱 바람직하게는 500g/L 인 것이 좋다. 이하 500g/L 의 질산은 용액을 예로 들어 설명한다. In the silver salt solution preparation step (S1), silver nitrate solution, nitric acid, and ammonia water are sequentially added to a solvent such as water, followed by stirring to prepare a silver salt solution. The concentration of the silver nitrate solution added is in the range of 300 g / L to 700 g / L. Preferably it is good in the range of 400-600 g / L, More preferably, it is 500 g / L. Hereinafter, 500 g / L of silver nitrate solution will be described as an example.
은 염 용액 제조단계(S1)에 있어서, 제1 수행조건(S11)은 다음과 같다. In the silver salt solution preparation step (S1), the first performance condition (S11) is as follows.
용매 1000ml에 대하여 질산은 용액을 55 내지 65 ml 첨가한다. 바람직하게는 57 내지 62 ml 범위 내로 첨가하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 60 ml인 것이 좋다. 용매 1000ml에 대하여 질산을 3 내지 10 ml 비율로 첨가한다. 바람직하게는 5 내지 8ml 범위 내로 첨가하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 5ml 첨가하는 것이 좋다. 용매 1000 ml에 대하여 암모니아수는 90 내지 110 ml 첨가한다. 바람직하게는 95 내지 100 ml 범위 내로 첨가하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 96ml 첨가하는 것이 좋다.Add 55-65 ml of silver nitrate solution to 1000 ml of solvent. Preferably it is added within the range of 57 to 62 ml, more preferably 60 ml. Nitric acid is added in a ratio of 3 to 10 ml with respect to 1000 ml of solvent. Preferably it is good to add in the range of 5-8 ml, More preferably, it is good to add 5 ml. 90-110 ml of ammonia water is added with respect to 1000 ml of solvent. Preferably it is added in the range of 95 to 100 ml, more preferably 96 ml.
은 염 용액 제조단계(S1)에 있어서, 제2 수행조건(S12)은 다음과 같다. In the silver salt solution preparation step (S1), the second performance condition (S12) is as follows.
용매 1000ml에 대하여 질산은 용액을 70 내지 90 ml 첨가한다. 바람직하게는 75 내지 85 ml 범위 내로 첨가하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 80 ml인 것이 좋다. 용매 1000ml에 대하여 질산을 3 내지 10 ml 비율로 첨가한다. 바람직하게는 5 내지 8ml 범위 내로 첨가하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 5ml 첨가하는 것이 좋다. 용매 1000 ml에 대하여 암모니아수는 90 내지 110 ml 첨가한다. 바람직하게는 95 내지 100 ml 범위 내로 첨가하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 96ml 첨가하는 것이 좋다.Add 70-90 ml of silver nitrate solution to 1000 ml of solvent. Preferably it is added in the range of 75 to 85 ml, more preferably 80 ml. Nitric acid is added in a ratio of 3 to 10 ml with respect to 1000 ml of solvent. Preferably it is good to add in the range of 5-8 ml, More preferably, it is good to add 5 ml. 90-110 ml of ammonia water is added with respect to 1000 ml of solvent. Preferably it is added in the range of 95 to 100 ml, more preferably 96 ml.
즉, 은 염 용액 제조단계(S1)에 있어서, 제2 수행조건은 은 염 용액을 제조하는데 있어서 제1 수행조건에서 질산은 용액의 함량을 1.2 내지 2배(부피비) 증가시키는 것이다. 바람직하게는 1.2 내지 1.7배 증가시키는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 1.5배 증가시키는 것이 좋다. 상기 범위 내로 질산은 용액의 함량을 증가시키는 경우 제조되는 은 분말의 입경이나 밀도 등의 물성이 변화하지 않으면서 분산성이 향상된 은 분말을 얻을 수 있다.That is, in the silver salt solution preparation step (S1), the second performance condition is to increase the content of the silver nitrate solution by 1.2 to 2 times (volume ratio) under the first performance condition in preparing the silver salt solution. It is preferable to increase 1.2 to 1.7 times, and more preferably increase 1.3 to 1.5 times. When the content of the silver nitrate is increased within the above range, the silver powder having improved dispersibility can be obtained without changing physical properties such as particle size and density of the silver powder produced.
2. 환원 용액 제조단계(S2)2. Reducing solution manufacturing step (S2)
본 발명의 일실시예에 따른 환원 용액 제조단계(S2)는 1종의 환원제를 용매에 녹여 환원 용액을 제조하거나 2종 이상의 환원제를 일정 비율로 혼합하여 용매에 녹여 환원 용액을 제조하는 단계로서, 상기 제조된 은 염 용액과 혼합되어 은 이온을 환원시켜 은 입자가 석출되도록 하는 용액을 제조하는 단계이다. Reducing solution manufacturing step according to an embodiment of the present invention (S2) is a step of preparing a reducing solution by dissolving one reducing agent in a solvent or by mixing two or more reducing agents in a predetermined ratio to prepare a reducing solution, Mixing with the prepared silver salt solution to prepare a solution to reduce the silver ions to precipitate the silver particles.
환원 용액 제조단계(S2)는 물 등의 용매에 1종 또는 2종 이상의 환원제를 일정 비율로 각각 첨가한 후 교반하여 용해시킨 후 혼합하여 환원 용액을 제조한다. 제조되는 환원 용액의 농도는 10 내지 30 g/l 이다. 바람직하게는 10 내지 20g/l 인 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 20g/l인 것이 좋다. In the reducing solution preparation step (S2), one or two or more reducing agents are added to a solvent such as water at a predetermined ratio, followed by stirring to dissolve and mixed to prepare a reducing solution. The concentration of the reducing solution produced is 10 to 30 g / l. Preferably it is 10-20 g / l, More preferably, it is 20 g / l.
환원제는 아스코르브산, 알칸올아민, 하이드로퀴논, 히드라진 및 포르말린으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다. The reducing agent includes at least one member selected from the group consisting of ascorbic acid, alkanolamine, hydroquinone, hydrazine and formalin.
1종의 환원제를 사용하는 경우 하이드로퀴논을 사용하는 것이 좋고, 상기 은 염 용액 제조단계에서 제조된 은 염 용액 내의 질산은 용액에 포함된 은 함량의 40 내지 60 중량% 함량의 환원제를 상기 농도가 되도록 용매와 혼합하여 환원 용액을 제조한다. 바람직하게는 제조된 은 염 용액 내의 질산은 용액에 포함된 은 함량의 45 내지 55 중량% 함량의 환원제를 상기 농도가 되도록 용매와 혼합하여 환원 용액을 제조하는 것이 좋다. In the case of using one reducing agent, it is preferable to use hydroquinone, and the reducing agent having a content of 40 to 60% by weight of the silver content of the silver nitrate in the silver salt solution prepared in the silver salt solution preparation step may be the concentration. Mix with solvent to prepare a reducing solution. Preferably, the reducing solution may be prepared by mixing a reducing agent having a content of 45 to 55% by weight of the silver nitrate contained in the prepared silver salt solution with the solvent to the concentration.
2종 이상의 환원제를 혼합하여 사용하는 경우 바람직하게는 이 중에서 하이드로퀴논 및 아스코르브산을 혼합하여 사용하는 것이 좋다. In the case of mixing two or more kinds of reducing agents, it is preferable to use a mixture of hydroquinone and ascorbic acid.
더욱 구체적으로 환원 용액에 하이드로퀴논 및 아스코르브산이 포함되는 경우 하이드로퀴논을 50 내지 70 중량%, 아스코르브산을 30 내지 50 중량% 비율로 혼합하여 물 등의 용매에 10 내지 30 g/l 농도가 되도록 첨가된다. 하이드로퀴논의 혼합량이 상기 범위보다 높아지고 아스코르브산의 혼합량이 상기 범위보다 낮아지면 제조되는 은 분말의 비표면적이 감소한다. 즉, 아스코르브산의 함량이 높아지면 비표면적이 증가하고, 하이드로퀴논과 아스코르브산이 상기 비율로 혼합될 때 높은 비표면적의 은 입자를 석출할 수 있다. More specifically, when hydroquinone and ascorbic acid are included in the reducing solution, 50 to 70 wt% of hydroquinone and 30 to 50 wt% of ascorbic acid are mixed and added to a concentration of 10 to 30 g / l in a solvent such as water. do. When the mixing amount of hydroquinone is higher than the above range and the mixing amount of ascorbic acid is below this range, the specific surface area of the silver powder produced decreases. That is, as the content of ascorbic acid increases, the specific surface area increases, and when the hydroquinone and ascorbic acid are mixed at the above ratios, silver particles having a high specific surface area can be precipitated.
바람직하게는 하이드로퀴논을 55 내지 65 중량%, 아스코르브산을 35 내지 45 중량% 비율로 혼합하여 물 등의 용매에 10 내지 20 g/l 농도가 되도록 첨가하는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 하이드로퀴논을 60 중량%, 아스코르브산을 40 중량% 비율로 혼합하여 물 등의 용매에 20 g/l 농도가 되도록 첨가하는 것이 좋다. Preferably, the hydroquinone is mixed with 55 to 65% by weight and ascorbic acid at a ratio of 35 to 45% by weight, and then added to a concentration of 10 to 20 g / l in a solvent such as water. More preferably, 60% by weight of hydroquinone and 40% by weight of ascorbic acid are mixed and added to a solvent such as water so as to have a concentration of 20 g / l.
3. 환원 반응단계(S3)3. Reduction reaction step (S3)
본 발명의 일실시예에 따른 환원 반응단계(S3)는 제조된 은 염 용액 및 환원 용액을 일정 비율로 혼합하여 환원 용액에 의해 은 염 용액의 은 이온을 환원시켜 은 입자를 석출하는 단계이다. Reduction reaction step (S3) according to an embodiment of the present invention is a step of precipitating silver particles by reducing the silver ions of the silver salt solution by mixing the prepared silver salt solution and the reducing solution at a predetermined ratio.
환원 반응단계(S3)는 은 염 용액 제조단계(S1)에서 제조된 은 염 용액을 교반하는 상태에서 환원 용액 제조단계(S2)에서 제조된 환원 용액을 천천히 적하하거나 일괄 투입하여 반응시킬 수 있다. 바람직하게는 일괄 투입하는 것이 빠른 시간 내에 환원 반응이 일괄 종료되어 입자끼리의 응집을 방지하고 분산성을 높일 수 있어 좋다. 더욱 구체적으로는 은 염 용액에 환원 용액을 10초 이내로 투입한 후 5 내지 20분간 교반하여 은 염 용액의 은 이온으로부터 은 입자를 석출하는 환원반응을 일으킨다. The reduction reaction step (S3) may be reacted by slowly dropping or collectively adding the reducing solution prepared in the reducing solution preparation step (S2) while stirring the silver salt solution prepared in the silver salt solution preparation step (S1). Preferably, the batch reaction may be completed in a short time, and the batch reaction may be completed to prevent aggregation of particles and to increase dispersibility. More specifically, the reducing solution is added to the silver salt solution within 10 seconds and then stirred for 5 to 20 minutes to cause a reduction reaction in which silver particles are precipitated from the silver ions of the silver salt solution.
환원 반응단계(S3)에 있어서, 제1 수행조건(S31)은 다음과 같다.In the reduction reaction step (S3), the first performance condition (S31) is as follows.
상기 은 염 용액에 환원 용액을 투입한 후 교반할 때, 100 내지 200rpm 의 교반 속도로 교반하여 환원반응이 일어나도록 한다. 바람직하게는 100 내지 150rpm의 교반 속도로 교반하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 100rpm의 교반 속도로 교반하는 것이 좋다. When the reducing solution is added to the silver salt solution and then stirred, the reduction reaction is performed by stirring at a stirring speed of 100 to 200 rpm. It is preferable to stir at a stirring speed of 100 to 150 rpm, and more preferably to stir at a stirring speed of 100 rpm.
환원 반응단계(S3)에 있어서, 제2 수행조건(S32)은 다음과 같다.In the reduction reaction step (S3), the second performance condition (S32) is as follows.
상기 은 염 용액에 환원 용액을 투입한 후 교반할 때, 20 내지 60rpm 의 교반 속도로 교반하여 환원반응이 일어나도록 한다. 바람직하게는 30 내지 50rpm의 교반 속도로 교반하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 40rpm의 교반 속도로 교반하는 것이 좋다. When the reducing solution is added to the silver salt solution and then stirred, the reduction reaction is performed by stirring at a stirring speed of 20 to 60 rpm. It is preferable to stir at a stirring speed of 30 to 50 rpm, and more preferably to stir at a stirring speed of 40 rpm.
즉, 환원 반응단계(S3)에 있어서, 제2 수행조건은 환원 반응 시 교반 속도를 0.2 내지 0.8배 감소시키는 것이다. 바람직하게는 0.4 내지 0.8배 감소시키는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.7배 감소시키는 것이 좋다. 상기 범위 내로 교반 속도를 감소시키는 경우 제조되는 은 분말의 입경이나 밀도 등의 물성이 변화하지 않으면서 분산성이 향상된 은 분말을 얻을 수 있다.That is, in the reduction reaction step (S3), the second performance condition is to reduce the stirring speed of 0.2 to 0.8 times during the reduction reaction. It is preferable to reduce 0.4 to 0.8 times, and more preferably 0.5 to 0.7 times. When the stirring speed is reduced within the above range, silver powder having improved dispersibility can be obtained without changing physical properties such as particle diameter and density of the silver powder produced.
4. 정제단계(S4)4. Purification step (S4)
본 발명의 일실시예에 따른 은 분말 제조방법은 환원 반응단계(S3)를 통해 은 입자 석출 반응을 완료한 후 수용액 또는 슬러리 내에 분산되어 있는 은 입자를 여과 등을 이용하여 분리하고 세척하는 정제단계(S4)를 더 포함하여 은 분말을 얻을 수 있다. Silver powder manufacturing method according to an embodiment of the present invention is a purification step of separating and washing the silver particles dispersed in an aqueous solution or slurry after filtration through the reduction reaction step (S3) by using a filtration, etc. It is possible to obtain a silver powder further comprising (S4).
더욱 구체적으로는 석출된 은 입자가 분산된 분산액 중의 은 입자를 침강시킨 후, 분산액의 상등액을 버리고 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정한다. 본 발명에서 언급된 원심분리기 외에 필터프레스, 데칸터 등 고액 분리를 하기 위한 다양한 방법을 적용하는 것을 권리범위에서 제외하지 않는다. 세척을 하는 과정은 분말을 세척한 세척 수를 완전히 제거를 해야 이루어 진다. 따라서 함수율 10% 미만으로 감소시킨다. More specifically, after sedimenting the silver particles in the dispersion in which the precipitated silver particles are dispersed, the supernatant of the dispersion is discarded and filtered using a centrifugal separator, and the filter medium is washed with pure water. In addition to the centrifuge mentioned in the present invention, the application of various methods for separating solid-liquid, such as filter press and decanter, is not excluded from the scope of the right. The washing process is performed by completely removing the washing water from which the powder has been washed. Therefore, the water content is reduced to less than 10%.
상기 제1 수행조건에 따라 제조된 은 분말은 구형의 형상을 가지며, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 파우더 100개의 각각의 지름 크기를 측정한 후 평균을 내어 측정한 크기가 0.5 내지 2.0μm이었고, 상기 제2 수행조건에 따라 제조된 은 분말 역시 구형의 형상을 가지며, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 파우더 100개의 각각의 지름 크기를 측정한 후 평균을 내어 측정한 크기가 0.5 내지 2.0μm이었다. 즉, 제조된 은 분말의 형상 및 입도 범위가 유지되었다.The silver powder prepared according to the first performance condition has a spherical shape, and the diameter of each of the 100 powders was measured using a scanning electron microscope (SEM), and the average size was 0.5 to 2.0 μm. The silver powder prepared according to the second performance condition also has a spherical shape, and the diameter of each of the 100 powders is measured using a scanning electron microscope (SEM), and the average size is 0.5 to 2.0 μm. It was. That is, the shape and particle size range of the produced silver powder were maintained.
제2 수행조건에 따라 제조된 은 분말의 분산성이 개선되었음을 나타내기 위한 지표로서, 상기 제조된 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 제조하여 태양전지의 전극을 형성하였을 때의 단선 발생 개수를 간접적인 지표로서 사용할 수 있으며, SEM 입경에 대한 PSA D50 값의 비, SEM 입경에 대한 PSA Dmax 값의 비, 및 탭 밀도(Tap density) 등을 직접적인 지표로서 사용할 수 있다. 이는 후술할 실험예를 통해 설명한다. As an indicator to indicate that the dispersibility of the silver powder prepared according to the second performance condition is improved, the number of disconnections generated when the electrode of the solar cell is formed by manufacturing the conductive paste including the prepared silver powder is indirectly determined. It can be used as an indicator, and the ratio of the PSA D50 value to the SEM particle diameter, the ratio of the PSA Dmax value to the SEM particle diameter, and the tap density can be used as direct indicators. This will be described through an experimental example to be described later.
종래의 방법과 같이 첨가물을 넣어 분산성을 증가시킬 수는 있으나 이는 세척조건이 가혹하며 첨가물 투입 시 입도, 유기물 함량, 탭 밀도 등 은 분말의 특성이 완전히 달라지는 문제점이 있다. It is possible to increase the dispersibility by adding the additive as in the conventional method, but this is a severe washing condition, the particle size, organic content, tap density, etc. when the additive is added, there is a problem that the characteristics of the powder is completely different.
본 발명은 은 분말 합성의 기저가 되는 질산은 용액의 부피와 교반속도 등의 외부환경을 조절하여 환원 반응 시 입체 효과(steric effect)에 의해 반응성을 의도적으로 감소시켜 분산성을 개선한 것으로서, SEM 입경, 유기물 함량 등 은 분말의 특성이 유지되는 것을 일 특징으로 한다. The present invention is to improve the dispersibility by intentionally reducing the reactivity by the steric effect (steric effect) in the reduction reaction by controlling the external environment, such as the volume and stirring speed of the silver nitrate solution, the basis of the silver powder synthesis, , Organic content, etc. are characterized in that the properties of the powder are maintained.
또한 본 발명의 또 다른 측면에서, 제조된 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 제공할 수 있다. 도전성 페이스트의 조성은 상기 제조된 은 분말 80 내지 90 중량%, 유기 비히클 5 내지 10 중량%, 유리 프릿 1 내지 5 중량%, 첨가제 1 내지 5 중량% 포함한다. 더욱 바람직하게는 상기 제조된 은 분말 85 내지 90 중량%, 유기 비히클 5 내지 8 중량%, 유리 프릿 2 내지 4 중량%, 첨가제 1 내지 3 중량% 포함하는 것이 좋다. In still another aspect of the present invention, it is possible to provide a conductive paste including the prepared silver powder. The composition of the conductive paste includes 80 to 90% by weight of the silver powder prepared above, 5 to 10% by weight of the organic vehicle, 1 to 5% by weight of the glass frit, and 1 to 5% by weight of the additive. More preferably, the prepared silver powder may contain 85 to 90% by weight, 5 to 8% by weight of organic vehicle, 2 to 4% by weight of glass frit, and 1 to 3% by weight of additive.
상기 유기 비히클로는 제한되지 않으나 유기 바인더와 용제 등이 포함될 수 있다. 때로는 용제가 생략될 수 있다.The organic vehicle is not limited, but an organic binder and a solvent may be included. Sometimes the solvent can be omitted.
유기 비히클은 금속 분말과 유리 프릿 등이 균일하게 혼합된 상태를 유지하는 특성이 요구되며, 예를 들면 스크린 인쇄에 의해 도전성 페이스트가 기재에 도포될 때에, 도전성 페이스트를 균질하게 하여, 인쇄 패턴의 흐려짐 및 흐름을 억제하고, 또한 스크린판으로부터의 도전성 페이스트의 토출성 및 판분리성을 향상시키는 특성이 요구된다. The organic vehicle is required to maintain a uniformly mixed state of the metal powder and the glass frit. For example, when the conductive paste is applied to the substrate by screen printing, the conductive paste is made homogeneous and the print pattern is blurred. And properties for suppressing flow and improving the dischargeability and plate separation property of the conductive paste from the screen plate.
유기 비히클에 포함되는 유기 바인더는 제한되지 않으나 셀룰로오스 에스테르계 화합물로 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 등을 예로 들 수 있으며, 셀룰로오스 에테르 화합물로는 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 플로필 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로오스 등을 예로 들 수 있으며, 아크릴계 화합물로는 폴리 아크릴아미드, 폴리 메타 아크릴레이트, 폴리 메틸 메타 아크릴레이트, 폴리 에틸 메타 아크릴레이트 등을 예로 들 수 있으며, 비닐계로는 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 아세테이트 그리고 폴리비닐 알코올 등을 예로 들 수 있다. 상기 유기 바인더들은 적어도 1종 이상 선택되어 사용될 수 있다. The organic binder included in the organic vehicle is not limited, but examples of the cellulose ester-based compound include cellulose acetate, cellulose acetate butylate, and the like, and cellulose ether compounds include ethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxy flophyll cellulose, and hydroxy ethyl. Cellulose, hydroxy propyl methyl cellulose, hydroxy ethyl methyl cellulose, and the like. Examples of the acryl-based compound include poly acrylamide, poly methacrylate, poly methyl methacrylate, and poly ethyl methacrylate. Examples of the vinyl type include polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, and polyvinyl alcohol. At least one organic binder may be selected and used.
조성물의 희석을 위해 사용되는 용제로서는 알파-터피네올, 텍사놀, 디옥틸 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 시클로헥산, 헥산, 톨루엔, 벤질알코올, 디옥산, 디에틸렌글리콜, 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르 아세테이트 등으로 이루어진 화합물 중에서 적어도 1종 이상 선택되어 사용되는 것이 좋다.Solvents used for dilution of the composition include alpha-terpineol, texanol, dioctyl phthalate, dibutyl phthalate, cyclohexane, hexane, toluene, benzyl alcohol, dioxane, diethylene glycol, ethylene glycol mono butyl ether, ethylene At least one compound selected from the group consisting of glycol mono butyl ether acetate, diethylene glycol mono butyl ether, diethylene glycol mono butyl ether acetate and the like is preferably used.
상기 유리 프릿의 조성이나 입경, 형상에 있어서 특별히 제한을 두지 않는다. 유연 유리 프릿뿐만 아니라 무연 유리 프릿도 사용 가능하다. 바람직하기로는 유리 프릿의 성분 및 함량으로서, 산화물 환산 기준으로 PbO는 5 ~ 29 mol%, TeO2는 20 ~ 34 mol%, Bi2O3는 3 ~ 20 mol%, SiO2 20 mol% 이하, B2O3 10 mol% 이하, 알칼리 금속(Li, Na, K 등) 및 알칼리 토금속(Ca, Mg 등)은 10 ~ 20 mol%를 함유하는 것이 좋다. 상기 각 성분의 유기적 함량 조합에 의해 전극 선폭 증가를 막고 고면저항에서 접촉저항을 우수하게 할 수 있으며, 단략전류 특성을 우수하게 할 수 있다. There is no restriction | limiting in particular in the composition, particle diameter, and shape of the said glass frit. Lead-free glass frits can be used as well as leaded glass frits. Preferably, as a component and content of the glass frit, PbO is 5 to 29 mol%, TeO 2 is 20 to 34 mol%, Bi 2 O 3 is 3 to 20 mol%, SiO 2 is 20 mol% or less, 10 mol% or less of B 2 O 3 , alkali metals (Li, Na, K, etc.) and alkaline earth metals (Ca, Mg, etc.) may contain 10 to 20 mol%. By combining the organic content of the above components, it is possible to prevent the increase of the electrode line width, to improve the contact resistance at the sheet resistance, and to improve the short-circuit current characteristics.
유리 프릿의 평균 입경은 제한되지 않으나 0.5 내지 10㎛ 범위 내의 입경을 가질 수 있으며, 평균 입경이 다른 다종이 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 적어도 1종의 유리 프릿은 평균 입경(D50)이 2㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 이를 통해 소성 시 반응성이 우수해지고, 특히 고온에서 n층의 데미지를 최소화할 수 있으며 부착력이 개선되고 개방전압(Voc)을 우수하게 할 수 있다. 또한, 소성 시 전극의 선폭이 증가하는 것을 감소시킬 수 있다.The average particle diameter of the glass frit is not limited, but may have a particle diameter within the range of 0.5 to 10 μm, and may be used by mixing multi-sheet particles having different average particle diameters. Preferably, at least 1 type of glass frit uses that whose average particle diameter (D50) is 2 micrometers or more and 10 micrometers or less. Through this, the reactivity is excellent during firing, and the damage of the n-layer can be minimized, especially at high temperature, and the adhesion can be improved and the open-circuit voltage (Voc) can be excellent. In addition, it is possible to reduce the increase in the line width of the electrode during firing.
본 발명의 일실시예에 따라 제조된 구형의 비표면적이 큰 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트는 페이스트 제조 시 점도를 증진시킬 수 있으며, 도전성 재료의 전극으로 사용하는 경우 소결 온도를 낮추어 적용 가능한 어플리케이션의 범위를 넓힐 수 있다. The conductive paste containing silver powder having a large spherical specific surface area prepared according to an embodiment of the present invention can increase the viscosity when preparing the paste, and when used as an electrode of the conductive material, lowers the sintering temperature of the applicable application. You can broaden your range.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
(1) 제1 수행조건에 따른 은 분말 제조(1) Preparation of silver powder according to the first performance condition
순수 1000 ml 에 500 g/l 농도의 질산은 용액 60 ml 을 투입한 후 질산 5ml, 암모니아수 96 ml를 순차적으로 첨가한 후 교반하여 은 염 용액을 제조하였다. 하이드로퀴논을 순수에 투입한 후 교반하여 완전히 녹여 20 g/l 농도의 환원 용액 1000ml 를 제조하였다. A silver salt solution was prepared by adding 60 ml of a silver nitrate solution at a concentration of 500 g / l to 1000 ml of pure water, and then sequentially adding 5 ml of nitric acid and 96 ml of ammonia water, followed by stirring. Hydroquinone was added to pure water and stirred to dissolve completely to prepare 1000 ml of a reducing solution having a concentration of 20 g / l.
상기 제조된 은 염 용액에 상기 제조된 환원 용액을 10초 이내로 모두 투입한 후 5분간 100rpm 속도로 교반하여 은 염 용액에 존재하는 은 이온들을 환원시켜 은 입자를 제조하였다. The prepared reducing solution was added to the prepared silver salt solution within 10 seconds, and then stirred at 100 rpm for 5 minutes to reduce silver ions present in the silver salt solution to prepare silver particles.
혼합액 중의 은 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고 건조하여 은 분말을 얻었다. After the silver particles in the mixed solution were allowed to settle, the supernatant of the mixed solution was discarded, and the mixed solution was filtered using a centrifugal separator. The media was washed with pure water and dried to obtain silver powder.
(2) 제2 수행조건에 따른 은 분말 제조(실시예 1 내지 9)(2) Preparation of Silver Powder According to Second Performance Conditions (Examples 1 to 9)
순수 1000 ml 에 500 g/l 농도의 질산은 용액을 하기 표 1에 나타낸 함량으로 투입한 후 질산 5ml, 암모니아수 96 ml를 순차적으로 첨가한 후 교반하여 은 염 용액을 제조하였다. 하이드로퀴논을 순수에 투입한 후 교반하여 완전히 녹여 20 g/l 농도의 환원 용액 1000ml 를 제조하였다.A silver salt solution was prepared by adding a silver nitrate solution having a concentration of 500 g / l to 1000 ml of pure water in the amounts shown in Table 1, and then sequentially adding 5 ml of nitric acid and 96 ml of ammonia water, followed by stirring. Hydroquinone was added to pure water and stirred to dissolve completely to prepare 1000 ml of a reducing solution having a concentration of 20 g / l.
상기 제조된 은 염 용액에 상기 제조된 환원 용액을 10초 이내로 모두 투입한 후 5분간 하기 표 1에 나타낸 교반속도로 교반하여 은 염 용액에 존재하는 은 이온들을 환원시켜 은 입자를 제조하였다. The prepared reducing solution was added to the prepared silver salt solution within 10 seconds, and stirred for 5 minutes at the stirring speed shown in Table 1 to reduce silver ions present in the silver salt solution to prepare silver particles.
혼합액 중의 은 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고 건조하여 은 분말을 얻었다. After the silver particles in the mixed solution were allowed to settle, the supernatant of the mixed solution was discarded, and the mixed solution was filtered using a centrifugal separator. The media was washed with pure water and dried to obtain silver powder.
(3) 비교예 1 내지 10(3) Comparative Examples 1 to 10
순수 1000 ml 에 500 g/l 농도의 질산은 용액을 하기 표 1에 나타낸 함량으로 투입한 후 질산 5ml, 암모니아수 96 ml를 순차적으로 첨가한 후 교반하여 은 염 용액을 제조하였다. 하이드로퀴논을 순수에 투입한 후 교반하여 완전히 녹여 20 g/l 농도의 환원 용액 1000ml 를 제조하였다.A silver salt solution was prepared by adding a silver nitrate solution having a concentration of 500 g / l to 1000 ml of pure water in the amounts shown in Table 1, and then sequentially adding 5 ml of nitric acid and 96 ml of ammonia water, followed by stirring. Hydroquinone was added to pure water and stirred to dissolve completely to prepare 1000 ml of a reducing solution having a concentration of 20 g / l.
상기 제조된 은 염 용액에 상기 제조된 환원 용액을 10초 이내로 모두 투입한 후 5분간 하기 표 1에 나타낸 교반속도로 교반하여 은 염 용액에 존재하는 은 이온들을 환원시켜 은 입자를 제조하였다. The prepared reducing solution was added to the prepared silver salt solution within 10 seconds, and stirred for 5 minutes at the stirring speed shown in Table 1 to reduce silver ions present in the silver salt solution to prepare silver particles.
혼합액 중의 은 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고 건조하여 은 분말을 얻었다. After the silver particles in the mixed solution were allowed to settle, the supernatant of the mixed solution was discarded, and the mixed solution was filtered using a centrifugal separator. The media was washed with pure water and dried to obtain silver powder.
(4) 비교예 11(4) Comparative Example 11
순수 1000 ml 에 500 g/l 농도의 질산은 용액 60 ml을 투입한 후 질산 5ml, 암모니아수 96 ml를 순차적으로 첨가한 후 교반하여 은 염 용액을 제조하였다. 하이드로퀴논을 순수에 투입한 후 교반하여 완전히 녹여 20 g/l 농도의 환원 용액 1000ml 를 제조하였다.A silver salt solution was prepared by adding 60 ml of a silver nitrate solution at a concentration of 500 g / l to 1000 ml of pure water, and then sequentially adding 5 ml of nitric acid and 96 ml of ammonia water, followed by stirring. Hydroquinone was added to pure water and stirred to dissolve completely to prepare 1000 ml of a reducing solution having a concentration of 20 g / l.
상기 제조된 은 염 용액, 환원 용액 및 분산제로서 아라빅검 1g을 10초 이내로 모두 투입한 후 5분간 100rpm 속도로 교반하여 은 염 용액에 존재하는 은 이온들을 환원시켜 은 입자를 제조하였다. 1 g of arabic gum was added to the prepared silver salt solution, reducing solution, and dispersant within 10 seconds, and then stirred at 100 rpm for 5 minutes to reduce silver ions present in the silver salt solution to prepare silver particles.
혼합액 중의 은 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고 건조하여 은 분말을 얻었다. 분산제로 아라빅검을 사용한 경우 은 분말이 점도를 가지게 되어 끈적한 상태를 유지하기 때문에 과량의 가성소다를 이용하여 3회 이상 세척한다. After the silver particles in the mixed solution were allowed to settle, the supernatant of the mixed solution was discarded, and the mixed solution was filtered using a centrifugal separator. The media was washed with pure water and dried to obtain silver powder. In the case of using Arabic gum as a dispersant, the silver powder has a viscosity and remains sticky, so it is washed three times or more using an excess of caustic soda.
(rpm)Stirring speed
(rpm)
실험예Experimental Example
(1) SEM(scanning electron microscope) 측정(1) scanning electron microscope (SEM) measurement
실시예 1 및 비교예 11에 의해 제조된 은 분말의 표면 형상을 측정한 주사전자현미경 사진을 도 1 및 도 2에 각각 나타내었으며 분말 100개 각각의 지름 크기를 측정한 후 평균을 내어 SEM size 를 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. Scanning electron micrographs of the surface shape of the silver powders prepared by Example 1 and Comparative Example 11 are shown in Figs. 1 and 2, respectively. It measured and the result is shown in Table 2.
(2) PSA(particle size analyzer) 측정(2) PSA (particle size analyzer) measurement
실시예 및 비교예에 의해 제조된 은 분말 0.03g을 에탄올 30ml에 투입 후, 초음파 1분 하여 에탄올에 은 분말을 분산시킨 후 입도 분석 장비에 투입하여 입도 분포를 측정하였다. 입경의 누적분포도에서, 그래프의 전체 넓이를 기준으로 가장 큰 입경으로부터 넓이가 10%인 입경을 D10으로 표현하며, 그래프의 전체 넓이를 기준으로 가장 큰 입경으로부터 넓이가 50%인 입경을 D50으로 표현하고, 그래프의 전체 넓이를 기준으로 가장 큰 입경(Dmax)으로부터 넓이가 90%인 입경을 D90으로 표현한다. 0.03 g of the silver powder prepared in Examples and Comparative Examples was added to 30 ml of ethanol, and then ultrasonically dispersed for 1 minute to disperse the silver powder in ethanol, and then put into a particle size analyzer to measure the particle size distribution. In the cumulative distribution diagram of the particle size, D10 represents the particle size of 10% from the largest particle size based on the total area of the graph, and D50 represents the particle size of 50% from the largest particle size, based on the total area of the graph. Based on the total area of the graph, the particle size having a width of 90% from the largest particle size (Dmax) is expressed as D90.
(3) 탭 밀도(Tap density) 측정(3) Tap density measurement
실시예 및 비교예에 의해 제조된 은 분말의 D50 대비 탭 밀도를 계산한 결과를 하기 표 2에 나타내었다. Table 2 shows the results of calculating the tap density versus D50 of the silver powders prepared by Examples and Comparative Examples.
(4) 유기물 함량 측정(4) organic matter content measurement
세이코 인스트루먼트(Seiko instrument) 회사제 TG/DTA EXART6600을 이용하여, 공기 중, 승온 속도 10℃/min로 상온에서 500℃까지의 범위에서 TGA 분석을 행하여 유기물 함량(Ignition loss)을 측정하였다.Using TG / DTA EXART6600 manufactured by Seiko instrument, TGA analysis was performed at room temperature to 500 ° C. at an elevated temperature rate of 10 ° C./min to measure organic loss (Ignition loss).
(g/cm3)Tap density
(g / cm 3 )
(/SEM Avr.)D10
(/ SEM Avr.)
(/SEM Avr.)D50
(/ SEM Avr.)
(/SEM Avr.)D90
(/ SEM Avr.)
(/SEM Avr.)Dmax
(/ SEM Avr.)
(1.02)1.26
(1.02)
(2.02)2.51
(2.02)
(3.25)4.03
(3.25)
(8.87)11
(8.87)
(1.03)1.22
(1.03)
(1.89)2.25
(1.89)
(2.90)3.45
(2.90)
(7.55)8.98
(7.55)
(1.02)1.24
(1.02)
(1.90)2.32
(1.90)
(2.92)3.56
(2.92)
(7.88)9.61
(7.88)
(1.01)1.22
(1.01)
(1.81)2.19
(1.81)
(2.98)3.60
(2.98)
(7.64)9.25
(7.64)
(0.95)1.21
(0.95)
(1.75)2.22
(1.75)
(2.89)3.67
(2.89)
(7.28)9.25
(7.28)
(1.05)1.07
(1.05)
(1.96)2.00
(1.96)
(3.00)3.12
(3.00)
(7.96)8.12
(7.96)
(1.07)1.65
(1.07)
(1.86)2.86
(1.86)
(2.43)3.74
(2.43)
(6.44)9.91
(6.44)
(1.01)1.36
(1.01)
(1.88)2.54
(1.88)
(2.58)3.48
(2.58)
(7.57)10.22
(7.57)
(1.05)1.02
(1.05)
(1.93)1.87
(1.93)
(2.97)2.88
(2.97)
(7.76)7.53
(7.76)
(1.07)0.88
(1.07)
(1.54)1.26
(1.54)
(2.89)2.37
(2.89)
(7.83)6.42
(7.83)
(1.03)1.24
(1.03)
(2.36)2.83
(2.36)
(3.34)4.01
(3.34)
(8.93)10.72
(8.93)
(1.01)1.27
(1.01)
(2.05)2.58
(2.05)
(3.15)3.97
(3.15)
(8.93)10.92
(8.93)
(0.99)1.37
(0.99)
(2.20)3.03
(2.20)
(3.30)4.56
(3.30)
(8.28)11.43
(8.28)
(1.04)2.01
(1.04)
(2.18)4.22
(2.18)
(3.02)5.85
(3.02)
(8.27)16.04
(8.27)
(1.00)1.43
(1.00)
(2.80)4.01
(2.80)
(3.97)5.67
(3.97)
(10.25)14.66
(10.25)
(0.93)1.09
(0.93)
(3.24)3.79
(3.24)
(3.62)4.23
(3.62)
(10.97)12.84
(10.97)
(1.04)1.77
(1.04)
(2.29)3.92
(2.29)
(3.11)5.31
(3.11)
(8.32)14.22
(8.32)
(1.04)0.81
(1.04)
(3.38)2.64
(3.38)
(5.60)4.37
(5.60)
(14.73)11.49
(14.73)
(0.99)1.34
(0.99)
(2.20)2.99
(2.20)
(3.98)5.41
(3.98)
(8.04)10.94
(8.04)
(1.02)1.50
(1.02)
(2.48)3.64
(2.48)
(4.24)6.23
(4.24)
(9.02)13.26
(9.02)
(1.11)1.03
(1.11)
(3.08)2.86
(3.08)
(4.00)3.72
(4.00)
(11.55)10.74
(11.55)
상기 표 2에 나타나는 것과 같이 제2 수행조건에 따라 제조된 은 분말 입자의 SEM size는 0.82 내지 1.54μm 로서, 제1 수행조건에 따라 제조된 은 분말 입자의 크기와 0.5μm 이하의 크기 차이를 보여 거의 동일한 크기로 볼 수 있다. As shown in Table 2, the SEM size of the silver powder particles prepared according to the second performance condition is 0.82 to 1.54 μm, and shows a size difference of 0.5 μm or less from the size of the silver powder particles prepared according to the first performance condition. It can be seen at about the same size.
그러나 상기 SEM 입자 크기에 대한 PSA D50 값의 비가 2.0 이하이고, SEM 입자 크기에 대한 PSA D90 값의 비가 3.0 이하이며, SEM 입자 크기에 대한 PSA Dmax 값의 비가 8.0 이하로서, 광산란에 의하여 다분산된 입자를 하나의 입자로 입도 분석이 이루어지는 PSA 입자 크기가 각각의 입자를 SEM 입자 크기와 차이가 적을수록 분산이 잘 된 것을 의미한다. However, the ratio of the PSA D50 value to the SEM particle size is 2.0 or less, the ratio of the PSA D90 value to the SEM particle size is 3.0 or less, and the ratio of the PSA Dmax value to the SEM particle size is 8.0 or less, which is polydispersed by light scattering. The smaller the particle size of the PSA particle size analysis, the smaller the particle and the SEM particle size, the better the dispersion.
또한 본 발명에 따라 제조된 은 분말의 5.5 내지 6.0 g/cm3로서, 제1 수행조건에 따라 제조된 은 분말의 탭 밀도(5.49g/cm3)보다 증가하여 분산성이 개선된 것으로 볼 수 있다. In addition, as 5.5 to 6.0 g / cm 3 of the silver powder prepared according to the present invention, it can be seen that the dispersibility is improved by increasing than the tap density (5.49 g / cm 3 ) of the silver powder prepared according to the first performance conditions have.
(5) 도전성 페이스트 및 태양전지의 제조(5) Preparation of Conductive Paste and Solar Cell
상기 제조된 은 분말 88 중량%, 유리 프릿 3 중량%, 유기 비히클 6.5 중량%, 첨가제 2.5 중량%를 자전공전식 진공 교반 탈포 장치로 혼합한 후 삼본롤을 사용함으로써, 도전성 페이스트를 얻었다. The electrically conductive paste was obtained by mixing 88 weight% of said silver powder, 3 weight% of glass frits, 6.5 weight% of organic vehicles, and 2.5 weight% of additives with the magnetoelectric vacuum stirring degassing apparatus, and using a three bone roll.
상기 얻어진 도전성 페이스트를 wafer의 전면에 50㎛ 메쉬의 스크린 프린팅 기법으로 패턴 인쇄하고, 벨트형 건조로를 사용하여 200~350 ℃에서 20초에서 30초 동안 건조시켰다. 이후 Wafer의 후면에 Al paste를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900 ℃사이로 20초에서 30초간 소성을 행하여 태양전지 Cell을 제작하였다. The obtained conductive paste was pattern printed on the front surface of the wafer by a 50 μm mesh screen printing technique, and dried at 200 to 350 ° C. for 20 to 30 seconds using a belt type drying furnace. After printing the Al paste on the back of the wafer and dried in the same way. The cell formed by the above process was calcined for 20 seconds to 30 seconds between 500 to 900 ° C. using a belt type kiln to manufacture solar cells.
(6) 변환효율 분석(6) Conversion efficiency analysis
상기 제조된 Cell은 태양전지 효율측정장비(Halm社, cetisPV-Celltest 3)를 사용하여, 변환효율(Eff), 단락전류(Isc), 개방전압(Voc), 곡선인자(FF), 선저항(Rser)을 하기 표 3에 나타내었다. 또한 소성 직후 단선 발생 개수를 측정하여 하기 표 3에 나타내었으며, 가혹조건(온도 85℃, 습도 85%) 에서의 태양전지 cell의 단선 정도를 나타낸 이미지를 도 3 및 도 4에 나타내었다. The manufactured cell is a solar cell efficiency measuring equipment (Halm, cetisPV-Celltest 3), conversion efficiency (Eff), short circuit current (Isc), open voltage (Voc), curve factor (FF), line resistance ( Rser) is shown in Table 3 below. In addition, the number of disconnections generated immediately after firing was measured and shown in Table 3, and images showing the degree of disconnection of the solar cell under severe conditions (temperature 85 ° C. and humidity 85%) are shown in FIGS. 3 and 4.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like illustrated in the above-described embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, contents related to such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (10)
용매에 환원제를 첨가하고 혼합하여 환원 용액을 제조하는 환원 용액 제조단계(S2); 및
상기 은 염 용액 및 상기 환원 용액을 혼합하고 교반하여 은 입자를 석출하는 환원 반응단계(S3);를 포함하는 은 분말 제조방법에 대하여,
상기 은 염 용액 제조단계(S1)에서 질산은 용액의 첨가량을 조절하여 은 염 용액을 제조하고, 상기 환원 반응단계(S3)에서 교반 속도를 조절하여 은 입자를 석출하고,
상기 은 염 용액 제조단계(S1)는 용매 1000ml에 대하여 질산은 용액을 70 내지 90 ml, 질산을 3 내지 10 ml, 암모니아수는 90 내지 110 ml 비율로 첨가하여 은 염 용액을 제조하고,
상기 환원 반응단계(S3)는 은 염 용액과 환원 용액을 혼합하고 20 내지 60rpm 의 교반 속도로 교반하여 은 입자를 석출하여, 분산제를 사용하지 않고 은 분말의 분산성을 개선하는 은 분말 제조방법.
A silver salt solution preparing step (S1) of adding a silver nitrate solution, nitric acid, and ammonia water to the solvent to prepare a silver salt solution;
Reducing solution manufacturing step of adding a reducing agent to the solvent and mixing to produce a reducing solution (S2); And
With respect to the silver powder manufacturing method comprising; a reduction reaction step (S3) of mixing the silver salt solution and the reducing solution and stirring to precipitate the silver particles,
In the silver salt solution manufacturing step (S1) to adjust the amount of the silver nitrate solution to prepare a silver salt solution, in the reduction reaction step (S3) to adjust the stirring rate to precipitate the silver particles,
The silver salt solution preparing step (S1) is a silver salt solution to prepare a silver salt solution by adding a silver nitrate solution 70 to 90 ml, nitric acid 3 to 10 ml, ammonia water 90 to 110 ml with respect to 1000 ml of the solvent,
The reduction reaction step (S3) is a silver powder manufacturing method for mixing the silver salt solution and the reducing solution and stirred at a stirring speed of 20 to 60rpm to precipitate the silver particles, thereby improving the dispersibility of the silver powder without using a dispersant.
상기 환원 용액 제조단계(S2)는 상기 은 염 용액 내의 질산은 용액에 포함된 은 함량의 45 내지 55 중량% 함량의 환원제를 용매와 혼합하여 10 내지 30 g/l 농도의 환원 용액을 제조하는 단계인, 분산제를 사용하지 않고 은 분말의 분산성을 개선하는 은 분말 제조방법.
The method of claim 1,
The reducing solution preparation step (S2) is a step of preparing a reducing solution of 10 to 30 g / l concentration by mixing a reducing agent of 45 to 55% by weight of the silver content in the silver nitrate solution with the solvent in the silver salt solution Silver powder manufacturing method which improves the dispersibility of silver powder, without using a dispersing agent.
SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 입자 100개의 각각의 지름 크기를 측정한 후 평균을 내어 측정한 SEM 입경이 0.5 내지 2.0μm이고,
상기 은 분말은 상기 SEM 입경에 대한 PSA(Particle Size Analyzer)를 이용하여 측정한 D50 값의 비가 2.0 이하이며,
상기 은 분말은 상기 SEM 입경에 대한 PSA(particle size analyzer)를 이용하여 측정한 D90 값의 비가 3.0 이하이며,
상기 은 분말은 TGA 분석으로 측정된 유기물 함량이 1.00 이하인 분산성이 개선된 은 분말의 제조방법.
The method of claim 1,
The SEM particle diameter measured by averaging the diameter size of each of 100 particles using a scanning electron microscope (SEM) is 0.5 to 2.0 μm,
The silver powder has a ratio of the D50 value measured using a Particle Size Analyzer (PSA) to the SEM particle diameter of 2.0 or less,
The silver powder has a ratio of the D90 value measured using a particle size analyzer (PSA) to the SEM particle diameter of 3.0 or less,
The silver powder is a method of producing a silver powder with improved dispersibility of less than 1.00 organic matter content measured by TGA analysis.
상기 은 분말은 상기 SEM 입경에 대한 PSA(particle size analyzer)를 이용하여 측정한 Dmax 값의 비가 8.0 이하인 분산성이 개선된 은 분말의 제조방법.
The method of claim 5,
The silver powder is a method of producing a silver powder with improved dispersibility, the ratio of the Dmax value measured using a particle size analyzer (PSA) to the SEM particle diameter of 8.0 or less.
상기 은 분말의 탭 밀도는 5.5 내지 6.0g/cm3 인 분산성이 개선된 은 분말의 제조방법.The method of claim 5,
The tap density of the silver powder is 5.5 to 6.0 g / cm 3 The production method of the silver powder with improved dispersibility.
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