KR102061718B1 - 표면 처리된 은 분말 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 은 분말의 표면처리방법 및 표면처리된 은 분말 제조방법으로서, 은 분말을 고급 아민을 이용하여 표면처리함으로써 700℃ 이상의 온도에서 고온 소결할 경우 소결 밀도가 우수한 은 분말을 제공한다.

Description

표면 처리된 은 분말 및 이의 제조방법{Surface-treated silver powder and method for producing the same}
본 발명은 표면 처리된 은 분말 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 태양전지용 전극이나 적층 콘덴서의 내부전극, 회로 기판의 도체 패턴 등 전자 부품에서 전극을 형성시키기 위한 도전성 페이스트에 사용되기 적합한 은 분말 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
도전성 금속 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.
특히, 은 페이스트(Silver Paste)는 복합계 도전성 페이스트 중에서 가장 화학적으로 안정하고 도전성이 우수하여 전도성 접착 및 코팅용 그리고 미세회로 형성 등 여러 분야에 있어서 상당히 그 응용범위가 넓다. PCB(Printed Circuit Board)등과 같은 신뢰성을 특별히 중요시하는 전자부품에 있어서 은 페이스트의 용도는 STH(Silver Through Hole)용, 접착 또는 코팅재 등으로 다양하게 사용되고 있다.
현재 실용화되고 있는 도전성 금속 페이스트는 200℃ 이하의 낮은 온도에서 수지의 경화에 의하여 도전성 필러가 압착되어 도통(導通)을 확보하는 수지 경화형과, 500 내지 1200℃의 고온 분위기 하에서 유기 비히클 성분이 휘발하여 도전성 필러가 소결해서 도통을 확보하는 소결형이 있다.
이 중, 소결형 도전성 페이스트는 귀금속을 중심으로 하는 도전성 필러와 글라스 프릿(glass frit), 유기 비히클(수지와 유기 용제)로 구성되며, 도포된 도막을 건조한 후, 고온에서 처리함에 따라 유기 비히클 성분이 소성 증발되고, 금속 필러들 사이에 융착이 일어나 소결된 도막은 전도성을 발현하게 된다.
도전성 필러로 미립의 금속 분말이 사용되는데, 금속 분말이 고온에서 소결되는 경우 도전성 페이스트 내부에 존재하는 기공 또는 유기물의 분해로 인하여 내부 공극이 필수적으로 생성되므로 금속 분말의 소결 밀도는 상기 금속의 이론 밀도보다 낮은 밀도를 갖게 되며, 금속 분말의 소결 밀도가 낮아질수록 도전성 페이스트를 이용하여 제조한 도막의 전기 전도도 역시 낮아지는 문제점이 있다.
종래 기술로는 금속분말의 외면에 코팅분말을 피복시켜 필러를 형성함으로써 낮은 비중을 갖도록 하여 도막밀도가 높아져 광변환효율을 증가시키는 방법(특허문헌 1)이나, 전극에 대한 국부적 레이저 조사를 통해 전극의 조직 치밀도를 향상시켜 전기적 특성을 개선하는 방법(특허문헌 2) 등을 제시하고 있으나, 상기 종래 기술들은 공정수가 증가하고 비용이 증가하는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-1315105호 (2013.09.30) 2. 한국등록특허 제10-1188486호 (2012.09.27)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 소결밀도가 높은 은 분말 및 이의 제조방법, 제조된 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 제공하는 것이다. 또한 상기 도전성 페이스트를 이용하여 전면 전극을 형성함으로써 태양전지의 변환 효율을 개선시키는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 은 분말 또는 제1 처리제를 이용하여 1차 처리된 은 분말을 고급 아민(fatty amine)을 포함하는 제2 처리제를 이용하여 표면처리하는 제2 표면처리단계(S42)를 포함하는 은 분말의 표면처리방법을 제공한다.
또한 상기 고급 아민(fatty amine)은 탄소수 6 내지 24의 알킬 아민을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 알킬 아민은 트리에틸아민(Triethylamine), 헵틸아민(Heptylamine), 옥타데실아민(Octadecylamine), 헥사데실아민(Hexadecylamine), 데실아민(Decylamine), 옥틸아민(Octylamine), 디데실아민(Didecylamine) 또는 트리옥틸아민(Trioctylamine)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 표면처리단계(S42)는 상기 제2 처리제에 은 분말 또는 제1 처리제를 이용하여 1차 처리된 은 분말을 첨가한 후 10 내지 30 분간 교반하는 것을 포함하는 단계인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제2 표면처리단계(S42)는 상기 은 분말 또는 제1 처리제를 이용하여 1차 처리된 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 고급 아민이 0.1 내지 1.0 중량부가 혼합되도록 하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 표면처리단계(S42)는 상기 고급 아민(fatty amine)을 포함하는 알코올 용액에 상기 은 분말 또는 제1 처리제를 이용하여 1차 처리된 은 분말을 넣고 교반하는 단계이고, 상기 고급 아민(fatty amine)을 포함하는 알코올 용액은 용액 전체 중량에 대하여 상기 고급 아민이 10 내지 15 wt%로 용해된 용액인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 처리제를 이용하여 1차 처리된 은 분말은, 용제에 은 분말 및 제1 처리제를 넣고 혼합 교반하는 제1 표면처리단계(S41)를 통해 처리된 은 분말인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 처리제는 알킬 설페이트(alkyl sulfate), 에톡실화 알킬 설페이트(ethoxylated alkyl sulfate), 알킬 글리세릴 에테르 설포네이트(alkyl glyceryl ether sulfonate), 알킬 에톡시 에테르 설포네이트(alkyl ethoxy ether sulfonate), 아실 메틸 타우레이트(acyl methyl taurate), 지방 아실 글리시네이트(fatty acyl glycinate), 알킬 에톡시 카르복실레이트(alkyl ethoxy carboxylate), 아실 글루타메이트(acyl glutamate), 아실 이세티오네이트(acyl isethionate), 알킬 설포석시네이트(alkyl sulfosuccinate), 알킬 에톡시설포석시네이트(alkyl ethoxy sulfosuccinate), 알킬 포스페이트 에스테르(alkyl phosphate ester), 아실 사르코시네이트(acyl carcosinate), 아실 아스파르테이트(acyl aspartate), 알콕시 아실 아미드 카르복실레이트(alkoxy acyl amide carboxylate), 아실 에틸렌 디아민 트리아세테이트(acyl ethylene diamine triacetate), 아실 히드록시에틸 이세티오네이트(acyl hydroxyethyl isethionate), 및 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 표면처리단계(S41)는 상기 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 용제를 300 내지 500 중량부, 상기 제1 처리제를 0.1 내지 1.0 중량부 사용하는 단계인 인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 표면처리단계(S41)는 상기 용제에 은 분말을 넣고 제1 처리제를 넣은 후 2000 내지 4000rpm으로 10 내지 30분간 교반하는 단계인 인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 은 이온, 암모니아(NH3) 및 질산(HNO3)을 포함하는 제1 반응액 및 환원제를 포함하는 제2 반응액을 제조하는 반응액제조단계(S21) 및 제1 반응액 및 제2 반응액을 반응시켜 은 분말을 얻는 석출단계(S22)를 포함하는 은 염 환원단계(S2); 상기 얻어진 은 분말 또는 상기 얻어진 은 분말을 제1 처리제를 이용하여 1차 처리한 은 분말을 고급 아민(fatty amine)을 포함하는 제2 처리제를 이용하여 표면처리하는 제2 표면처리단계(S42)를 포함하는, 표면 처리된 은 분말을 제조하는 은 분말 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제1 처리제를 이용하여 1차 처리한 은 분말은 용제에 상기 얻어진 은 분말 및 제1 처리제를 넣고 혼합 교반하는 제1 표면처리단계(S41)를 통해 처리된 은 분말인 인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 평균 입자 크기(D50)가 1.6 내지 2.0 μm 인 은 분말로서, 상기 은 분말은 고급 아민(fatty amine)을 포함하는 처리제를 이용하여 표면처리된 은 분말인 인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 도전성 페이스트용 은 분말을 포함하는 금속 분말; 및 용제 및 유기 바인더를 포함하는 유리 비히클; 을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다.
또한 상기 도전성 페이스트는 700℃ 이상의 온도에서 고온 소결할 경우 소결 밀도가 3.75 g/cc 이상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 도전성 페이스트용 은 분말을 포함하는 금속 분말; 유리 프릿; 및 용제 및 유기 바인더를 포함하는 유기 비히클;을 포함하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공한다.
본 발명은 700℃ 이상의 온도에서 고온 소결할 경우 소결 밀도가 3.75g/cc 이상인 소결밀도가 높은 은 분말 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 소결 밀도가 높은 은 분말을 포함하여 제조되는 도전성 페이스트는 소결 후 낮은 비저항을 가지므로 이를 이용하여 제조된 전극의 전기 전도도를 높일 수 있으며, 태양전지의 전면 전극으로 형성하는 경우 변환 효율이 증가하는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 소성 온도 프로파일을 나타낸 것이다.
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.
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.
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.
본 발명은 제조 과정에서 지방 아민(fatty amine)을 이용하여 은 분말을 표면처리함으로써 제조되는 은 분말의 소결 특성을 개선하여, 상기 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 제조된 전극의 비저항을 감소시키는 효과를 제공한다.
특히 본 발명에 따라 제조된 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트로 태양전지의 전면 전극을 형성하는 경우, 비저항이 낮아지므로 태양전지의 발전 효율을 상승시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 은 분말의 제조방법은 은 염 제조단계(S1); 은 염 환원단계(S2); 여과 및 세척 등 정제단계(S3); 및 표면처리단계(S4);를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 따른 은 염 제조단계(S1)는 잉곳, 립, 그래뉼 형태의 은(silver, Ag)을 산처리하여 은 이온(Ag+)을 포함하는 은 염(silver salt) 용액을 제조하는 단계로서, 본 단계를 거쳐 은 염 용액을 직접 제조하여 은 분말을 제조할 수 있으나, 시중에서 구입한 질산은(AgNO3), 은 염 착체 또는 은 중간체 용액을 이용하여 이 후 단계를 진행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 은 염 환원단계(S2)는 은 염 용액에 환원제 및 암모니아를 첨가하여 은 이온을 환원시켜 은 입자(silver particle)를 석출하는 단계로서, 은 이온, 암모니아 및 질산을 포함하는 제1 반응액 및 환원제를 포함하는 제2 반응액을 제조하는 반응액제조단계(S21) 및 제1 반응액 및 제2 반응액을 반응시켜 은 분말을 얻는 석출단계(S22)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 반응액제조단계(S21)는 은 이온을 포함하는 은 염 용액에 암모니아 및 질산을 첨가하고 교반하여 용해시켜 제1 반응액을 제조한다.
상기 은 이온은 은 양이온의 형태로 포함되는 물질이라면 제한되지 않는다. 일례로 질산은(AgNO3), 은 염 착체 또는 은 중간체일 수 있다. 바람직하게는 질산은(AgNO3)을 사용하는 것이 좋다. 이하 은 이온을 포함하는 질산은(AgNO3)을 사용하는 것을 일 예시로 서술한다.
암모니아(NH3)는 수용액 형태로 사용될 수 있으며, 25% 암모니아 수용액을 사용하는 경우 질산은(AgNO3) 100 중량부에 대하여 100 내지 150 중량부로 첨가한다. 암모니아 수용액이 100 중량부 미만으로 첨가되는 경우 반응 pH가 낮아서 은 이온이 모두 환원되지 않거나, 균일한 입자 분포를 형성시키는데 문제가 있으며, 150 중량부를 초과하여 첨가되는 경우 제조된 은 분말 중 유기물 함량이 지나치게 높아지는 문제점이 있다. 바람직하게는 질산은(AgNO3) 100 중량부에 대하여 25% 암모니아 수용액을 120 내지 140 중량부로 첨가하는 것이 좋다. 상기 암모니아는 그 유도체를 포함한다.
질산(HNO3)은 수용액 형태로 사용될 수 있으며, 60% 질산 수용액을 사용하는 경우 질산은(AgNO3) 100 중량부에 대하여 40 내지 120 중량부로 첨가한다. 질산(HNO3)이 40 중량부 미만으로 첨가되는 경우 은 분말의 크기(size)를 조절 하는데 어려움이 있으며, 질산(HNO3)이 120 중량부를 초과하여 첨가되는 경우 유기물 함량이 크게 증가하는 문제점이 있다. 바람직하게는 질산은(AgNO3) 100 중량부에 대하여 60% 질산 수용액을 80 내지 100 중량부로 첨가하는 것이 좋다. 상기 질산은 그 유도체를 포함한다.
은 이온, 암모니아 및 질산을 포함하는 제1 반응액은 물 등의 용제에 은 이온, 암모니아 수용액 및 질산 수용액을 첨가하고 교반하여 용해시켜 수용액 상태로 제조될 수 있으며, 또한 슬러리 형태로 제조될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 반응액제조단계(S21)는 또한 환원제를 포함하는 제2 반응액을 제조한다.
상기 환원제는 아스코르브산, 알칸올아민, 하이드로퀴논, 히드라진 및 포르말린으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이 중에서 하이드로퀴논을 바람직하게 선택할 수 있다. 환원제의 함량은 제1 반응액에 포함되는 질산은(AgNO3) 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 10 중량부 미만을 사용하는 경우, 은 이온이 모두 환원되지 않을 수 있고, 20 중량부를 초과하여 사용하는 경우 유기물 함량이 증가하는 문제가 있다. 바람직하게는 질산은 100 중량부에 대하여 환원제를 14 내지 16 중량부 사용하여 제2 반응액을 제조하는 것이 좋다.
환원제를 포함하는 제2 반응액은 물 등의 용매에 환원제를 첨가하고 교반하여 용해시켜 수용액 상태로 제조될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 석출단계(S22)는 제1 반응액 및 제2 반응액을 반응시켜 은 분말을 얻는 단계로서, 반응액제조단계(S21)에 의해 제조된 제1 반응액을 교반하는 상태에서 제2 반응액을 천천히 적가하거나, 일괄 첨가하여 반응시킬 수 있다. 바람직하기로는 일괄 첨가한 후 5분 내지 10분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시키는 것이 빠른 시간 내에 환원 반응이 일괄 종료되어 입자끼리의 응집을 방지하고 분산성을 높일 수 있어 좋다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 은 입자의 분산성 향상 및 응집 방지를 위해 상기 분산제가 더 첨가되어 반응시키는 것을 권리범위에서 제외하지 않는다. 분산제의 예로는 지방산, 지방산염, 계면활성제, 유기 금속, 킬레이트 형성제 및 보호 콜로이드 등을 들 수 있다.
그러나, 상기 분산제가 첨가되는 경우, 잔존 유기물 함량이 증가하여 문제될 수 있으므로, 분산제의 첨가 없이 은 분말의 입경, 잔존 유기물 함량 및 결정자 지름을 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 정제단계(S3)는 은 염 환원단계(S2)를 통해 은 입자 석출 반응을 완료한 후 수용액 또는 슬러리 내에 분산되어 있는 은 분말을 여과 등을 이용하여 분리하고 세척하는 단계(S31)를 포함한다. 더욱 구체적으로는 은 분말 분산액 중의 은 입자를 침강시킨 후, 분산액의 상등액을 버리고 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정한다. 세척을 하는 과정은 분말을 세척한 세척수를 완전히 제거를 해야 이루어 진다. 선택적으로 여과 전에 반응 완료 용액에 상기 언급된 분산제를 첨가하여 은 분말의 응집을 방지하는 것도 가능하다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 정제단계(S3)는 세척 후 건조 및 해쇄단계(S34)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 표면처리단계(S4)는 상기 단계를 통해 제조된 은 분말뿐만 아니라 일반적인 방법이나 종래의 방법으로 제조되는 은 분말에 범용적으로 처리될 수 있는 방법이다.
은 분말의 친수 표면을 소수화하는 단계로서, 고급 아민(fatty amine)을 이용하여 표면 처리하는 단계이다. 더욱 구체적으로는 고급 아민을 포함하는 표면처리제가 용해된 용액에 은 분말을 첨가하여 은 분말에 소수성을 부여할 수 있다. 이 후 다시 여과, 세정, 건조, 해쇄 과정을 거쳐 은 분말을 얻을 수 있다. 은 분말을 표면처리할 때 분말의 분산이 잘 되어야 표면처리가 충분히 이루어지고, 함수율이 낮으면 분산 효율이 떨어지기 때문에 일정량의 함수율을 가지고 표면처리를 하는 것이 좋다.
표면처리단계(S4)는 제1 처리제를 이용한 제1 표면처리단계(S41) 및 제2 처리제를 이용한 제2 표면처리단계(S42)를 포함한다. 제1 표면처리단계(S41)는 생략할 수 있으나 제1 표면처리단계(S41)를 수행하는 것이 더욱 우수한 은 분말의 소결 밀도 특성을 나타낸다.
제1 표면처리단계(S41)는 은 분말의 표면에 제2 처리제가 더욱 잘 코팅되도록 하기 위하여 제1 처리제로 1차 처리하는 단계로서, 용제에 제조된 은 분말 및 제1 처리제를 넣고 혼합 교반하여 분산 용액을 얻는 단계이다. 더욱 구체적으로 용제에 은 분말을 넣고 제1 처리제를 넣은 후 믹서를 이용하여 2000 내지 4000rpm으로 10 내지 30분간 교반하여 분산 용액을 얻는다. 바람직하게는 2500 내지 3500rpm으로 15 내지 25분간 교반하여 분산 용액을 얻는 것이 좋다.
제1 표면처리단계(S41)는 은 분말 100 중량부에 대하여 용제를 300 내지 500 중량부 사용하며, 바람직하게는 350 내지 450 중량부 사용한다. 용제는 물, 에탄올, 이소프로필알코올, 에틸렌글리콜 헥실에테르, 디에틸렌글리콜, 부틸에테르 프로필렌글리콜, 프로필에테르 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 물을 사용한다.
제1 표면처리단계(S41)는 은 분말 100 중량부에 대하여 제1 처리제를 0.1 내지 1.0 중량부 사용한다. 제1 처리제가 0.1 중량부 미만으로 사용되는 경우 표면처리가 완전하게 되지 않는 문제점이 있고, 1.0 중량부 초과하여 사용되는 경우 잔존 유기물이 남아 페이스트 특성에 영향을 주거나, 전기적 특성에 영향을 주는 문제점이 있다. 바람직하게는 은 분말 100 중량부에 대하여 제1 처리제를 0.3 내지 0.8 중량부 사용하는 것이 좋다.
제1 처리제는 알킬 설페이트(alkyl sulfate), 에톡실화 알킬 설페이트(ethoxylated alkyl sulfate), 알킬 글리세릴 에테르 설포네이트(alkyl glyceryl ether sulfonate), 알킬 에톡시 에테르 설포네이트(alkyl ethoxy ether sulfonate), 아실 메틸 타우레이트(acyl methyl taurate), 지방 아실 글리시네이트(fatty acyl glycinate), 알킬 에톡시 카르복실레이트(alkyl ethoxy carboxylate), 아실 글루타메이트(acyl glutamate), 아실 이세티오네이트(acyl isethionate), 알킬 설포석시네이트(alkyl sulfosuccinate), 알킬 에톡시설포석시네이트(alkyl ethoxy sulfosuccinate), 알킬 포스페이트 에스테르(alkyl phosphate ester), 아실 사르코시네이트(acyl carcosinate), 아실 아스파르테이트(acyl aspartate), 알콕시 아실 아미드 카르복실레이트(alkoxy acyl amide carboxylate), 아실 에틸렌 디아민 트리아세테이트(acyl ethylene diamine triacetate), 아실 히드록시에틸 이세티오네이트(acyl hydroxyethyl isethionate), 및 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는 포스페이트계 물질을 사용하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 포스페이트 에스테르를 사용하는 것이 좋다.
제2 표면처리단계(S42)는 은 분말의 표면에 제2 처리제가 코팅되도록 제2 처리제로 2차 처리하는 단계로서, 제2 처리제에 상기 제조된 은 분말 또는 1차 처리된 은 분말을 넣고 혼합 교반하여 표면 처리된 은 분말을 얻는 단계이다. 더욱 구체적으로 제2 처리제에 은 분말을 넣고 10 내지 30분간 교반한 후 여과, 세정 건조하여 표면 처리된 은 분말을 얻는다.
제2 표면처리단계(S42)는 제2 처리제로서 고급 아민(fatty amine)을 포함하는 알코올 용액에 은 분말을 넣고 교반한다. 이 때 용액 전체 중량에 대하여 고급 아민이 10 내지 15 wt%로 용해된 알코올 용액을 사용한다. 알코올은 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 벤질알코올, 테르피네올(Terpineol) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에탄올을 사용한다.
은 분말 100 중량부에 대하여 고급 아민이 0.1 내지 1.0 중량부 혼합되도록 한다. 고급 아민이 0.1 중량부 미만으로 혼합되는 경우 표면처리 양이 부족하여 그 효과가 잘 발현되지 않는 문제점이 있고, 1.0 중량부 초과하여 혼합되는 경우 잔존 표면처리제가 오히려 전기적 특성을 악화시키는 문제점이 있다. 바람직하게는 은 분말 100 중량부에 대하여 고급 아민이 0.2 내지 0.5 중량부 혼합되도록 하는 것이 좋다.
상기 고급 아민은 탄소수 6 내지 24의 알킬 아민을 포함하며, 예를 들어 트리에틸아민(Triethylamine), 헵틸아민(Heptylamine), 옥타데실아민(Octadecylamine), 헥사데실아민(Hexadecylamine), 데실아민(Decylamine), 옥틸아민(Octylamine), 디데실아민(Didecylamine) 또는 트리옥틸아민(Trioctylamine)을 포함한다. 탄소수 6 미만의 알킬 아민을 사용하는 경우 원하는 효과가 발현되지 않는 문제점이 있고, 탄소수 24 초과하는 알킬 아민을 사용하는 경우 용제에 녹이는데 어려움이 있고, 표면처리가 잘 되지 않는 문제점이 있다.
바람직하게는 탄소수 8 내지 18의 알킬 아민을 포함하며, 예를 들어 옥타데실아민(Octadecylamine), 헥사데실아민(Hexadecylamine), 데실아민(Decylamine) 또는 옥틸아민(Octylamine)을 포함하는 것이 후술할 실험예에 뒷받침되는 것과 같이 소결 특성 및 비저항 특성이 더욱 우수한 효과를 나타낸다.
본 발명은 또한 본 발명의 일실시예에 따라 제조되는 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다. 도전성 페이스트는 금속 분말 및 유기 비히클을 포함한다.
상기 금속 분말로는 본 발명의 일실시예에 따라 제조되는 은 분말을 사용한다. 금속 분말의 함량은 인쇄 시 형성되는 전극 두께 및 전극의 선저항을 고려할 때 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 85 내지 95 중량% 포함되는 것이 바람직하다.
상기 유기 비히클은 용제에 유기 바인더가 5 내지 15 중량%로 혼합된 것으로서, 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 5 내지 15 중량% 포함되는 것이 바람직하다.
상기 유기 바인더는 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.
조성물의 희석을 위해 사용되는 용제로서는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 벤질알코올, 테르피네올(Terpineol) 등 의 알코올류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 이소포론, 아세틸아세톤 등의 케톤류; N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 테트라히드로푸란, 디옥산, 메틸셀로솔브, 디글림, 부틸카르비톨 등의 에테르류; 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 탄산 디에틸, TXIB(1-이소프로필-2,2-디메틸트리메틸렌디이소부티레이트), 아세트산 카르비톨, 아세트산 부틸카르비톨 등의 에스테르류; 디메틸술폭시드, 술포란 등의 술폭시드 및 술폰류; 염화메틸렌, 클로로포름, 사염화탄소, 1,1,2-트리클로로에탄 등의 지방족 할로겐화 탄화수소; 벤젠, 톨루엔, o-크실렌, p-크실렌, m-크실렌, 모노클로로벤젠, 디클로로벤젠 등의 방향족류 등으로 이루어진 화합물 중에서 적어도 1종 이상 선택되어 사용되는 것이 좋다.
또한 태양전지 전극 형성용으로 사용되는 경우 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 금속 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하여 이루어진다.
상기 금속 분말로는 본 발명의 일실시예에 따라 제조되는 은 분말을 사용한다. 금속 분말의 함량은 인쇄 시 형성되는 전극 두께 및 전극의 선저항을 고려할 때 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 85 내지 95 중량% 포함하는 것이 바람직하다.
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.
유리 프릿의 평균 입경은 제한되지 않으나 0.5 내지 10㎛ 범위 내의 입경을 가질 수 있으며, 평균 입경이 다른 다종의 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 적어도 1종의 유리 프릿은 평균 입경(D50)이 2㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 이를 통해 소 성시 반응성이 우수해지고, 특히 고온에서 n층의 데미지를 최소화할 수 있으며 부착력이 개선되고 개방전압(Voc)을 우수하게 할 수 있다. 또한, 소성시 전극의 선폭이 증가하는 것을 감소시킬 수 있다.
유리 프릿의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 5 중량%가 바람직한데, 1 중량% 미만이면 불완전 소성이 이루어져 전기 비저항이 높아질 우려가 있고, 5 중량% 초과하면 은 분말의 소성체 내에 유리 성분이 너무 많아져 전기 비저항이 역시 높아질 우려가 있다.
상기 유기 비히클로는 제한되지 않으나 유기 바인더와 용제 등이 포함될 수 있다. 때로는 용제가 생략될 수 있다. 유기 비히클은 제한되지 않으나 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%가 바람직하다.
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.
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.
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.
본 발명에 의한 도전성 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 알려져 있는 첨가제, 예를 들면, 분산제, 가소제, 점도 조정제, 계면활성제, 산화제, 금속 산화물, 금속 유기 화합물 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 도전성 페이스트를 기재 위에 도포하고, 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 태양전지 전극을 제공한다. 본 발명의 태양전지 전극 형성방법에서 상기 특성의 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하는 것을 제외하고, 기재, 인쇄, 건조 및 소성은 통상적으로 태양전지의 제조에 사용되는 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다. 일예로 상기 기재는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
실시예 및 비교예 은 분말의 제조
(1) 실시예 1
상온의 순수 660g에 질산은 128g, 암모니아(농도 25%) 157g 및 질산 (농도 60%) 126g 을 넣고 교반하여 용해시켜 제1 수용액을 조제하였다. 한편 상온의 순수 1000g에 하이드로퀴논 20g을 넣고 교반하여 용해시켜 제2 수용액을 조제하였다. 이어서, 제1 수용액을 교반한 상태로 하고, 이 제1 수용액에 제2 수용액을 일괄 첨가하여, 첨가 종료 후부터 5분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 건조하여, 은 분말을 얻었다.
상기 얻어진 은 분말에 소수성을 부여하기 위하여 표면처리를 진행하였다. 400ml 순수에 은 분말 100g과 음이온계 계면활성제인 PS-810E(ADEKA社)을 0.5g 넣은 후 호모믹서(K&S company, Lab용)를 3000RPM으로 20분 교반하여 건조된 은 분말을 분산시켰다.
상기 은 분말이 분산된 용액에 옥타데실아민(Octadecylamine) 에탄올 용액(옥타데실아민 함량 11.25중량%) 2.7g을 넣고 20분간 교반하였다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 70℃에서 12시간 건조하여 표면처리된 은 분말을 얻었다. 이 은 분말을 푸드믹서기에서 분쇄하고, Jet-mill에서 해쇄하였다.
(2) 실시예 2
상온의 순수 660g에 질산은 128g, 암모니아(농도 25%) 157g 및 질산 (농도 60%) 126g 을 넣고 교반하여 용해시켜 제1 수용액을 조제하였다. 한편 상온의 순수 1000g에 하이드로퀴논 20g을 넣고 교반하여 용해시켜 제2 수용액을 조제하였다. 이어서, 제1 수용액을 교반한 상태로 하고, 이 제1 수용액에 제2 수용액을 일괄 첨가하여, 첨가 종료 후부터 5분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 건조하여, 은 분말을 얻었다.
상기 얻어진 은 분말에 소수성을 부여하기 위하여 표면처리를 진행하였다. 400ml 순수에 은 분말 100g과 음이온계 계면활성제인 PS-810E(ADEKA社)을 0.5g 넣은 후 호모믹서(K&S company, Lab용)를 3000RPM으로 20분 교반하여 건조된 은 분말을 분산시켰다.
상기 은 분말이 분산된 용액에 헥사데실아민(Hexadecylamine) 에탄올 용액(헥사데실아민 함량 11.25중량%) 2.7g을 넣고 20분간 교반하였다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 70℃에서 12시간 건조하여 표면처리된 은 분말을 얻었다. 이 은 분말을 푸드믹서기에서 분쇄하고, Jet-mill에서 해쇄하였다.
(3) 실시예 3
상온의 순수 660g에 질산은 128g, 암모니아(농도 25%) 157g 및 질산 (농도 60%) 126g 을 넣고 교반하여 용해시켜 제1 수용액을 조제하였다. 한편 상온의 순수 1000g에 하이드로퀴논 20g을 넣고 교반하여 용해시켜 제2 수용액을 조제하였다. 이어서, 제1 수용액을 교반한 상태로 하고, 이 제1 수용액에 제2 수용액을 일괄 첨가하여, 첨가 종료 후부터 5분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 건조하여, 은 분말을 얻었다.
상기 얻어진 은 분말에 소수성을 부여하기 위하여 표면처리를 진행하였다. 400ml 순수에 은 분말 100g과 음이온계 계면활성제인 PS-810E(ADEKA社)을 0.5g 넣은 후 호모믹서(K&S company, Lab용)를 3000RPM으로 20분 교반하여 건조된 은 분말을 분산시켰다.
상기 은 분말이 분산된 용액에 데실아민(Decylamine) 에탄올 용액(데실아민 함량 11.25중량%) 2.7g을 넣고 20분간 교반하였다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 70℃에서 12시간 건조하여 표면처리된 은 분말을 얻었다. 이 은 분말을 푸드믹서기에서 분쇄하고, Jet-mill에서 해쇄하였다.
(4) 실시예 4
상온의 순수 660g에 질산은 128g, 암모니아(농도 25%) 157g 및 질산 (농도 60%) 126g 을 넣고 교반하여 용해시켜 제1 수용액을 조제하였다. 한편 상온의 순수 1000g에 하이드로퀴논 20g을 넣고 교반하여 용해시켜 제2 수용액을 조제하였다. 이어서, 제1 수용액을 교반한 상태로 하고, 이 제1 수용액에 제2 수용액을 일괄 첨가하여, 첨가 종료 후부터 5분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 건조하여, 은 분말을 얻었다.
상기 얻어진 은 분말에 소수성을 부여하기 위하여 표면처리를 진행하였다. 400ml 순수에 은 분말 100g과 음이온계 계면활성제인 PS-810E(ADEKA社)을 0.5g 넣은 후 호모믹서(K&S company, Lab용)를 3000RPM으로 20분 교반하여 건조된 은 분말을 분산시켰다.
상기 은 분말이 분산된 용액에 옥틸아민(Octylamine) 에탄올 용액(옥틸아민 함량 11.25중량%) 2.7g을 넣고 20분간 교반하였다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 70℃에서 12시간 건조하여 표면처리된 은 분말을 얻었다. 이 은 분말을 푸드믹서기에서 분쇄하고, Jet-mill에서 해쇄하였다.
(5) 실시예 5
상온의 순수 660g에 질산은 128g, 암모니아(농도 25%) 157g 및 질산 (농도 60%) 126g 을 넣고 교반하여 용해시켜 제1 수용액을 조제하였다. 한편 상온의 순수 1000g에 하이드로퀴논 20g을 넣고 교반하여 용해시켜 제2 수용액을 조제하였다. 이어서, 제1 수용액을 교반한 상태로 하고, 이 제1 수용액에 제2 수용액을 일괄 첨가하여, 첨가 종료 후부터 5분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 건조하여, 은 분말을 얻었다.
400mL 순수에 상기 얻어진 은 분말 100g과 옥타데실아민(Octadecylamine) 에탄올 용액(옥틸아민 함량 11.25중량%) 2.7g을 넣고 20분간 교반하였다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 70℃에서 12시간 건조하여 표면처리된 은 분말을 얻었다. 이 은 분말을 푸드믹서기에서 분쇄하고, Jet-mill에서 해쇄하였다.
(6) 실시예 6 내지 17
하기 표 1에 나타난 처리제의 성분 및 함량으로 표면처리한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 분말을 제조하였다.
(7) 비교예 1
상온의 순수 660g에 질산은 128g, 암모니아(농도 25%) 157g 및 질산 (농도 60%) 126g 을 넣고 교반하여 용해시켜 제1 수용액을 조제하였다. 한편 상온의 순수 1000g에 하이드로퀴논 20g을 넣고 교반하여 용해시켜 제2 수용액을 조제하였다. 이어서, 제1 수용액을 교반한 상태로 하고, 이 제1 수용액에 제2 수용액을 일괄 첨가 후 30초 뒤에 스테아린산(Stearic acid) 에탄올용액(스테아린산 함량 11.25중량%) 2.7g을 넣고 5분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하였다. 또한 70℃에서 12시간 건조하여 은 분말을 얻었다. 이 은 분말을 푸드믹서기에서 분쇄하고, Jet-mill에서 해쇄하였다.
(8) 비교예 2
상기 비교예 1에 의해 얻어진 은 분말 120g을 소형분쇄기(샘플밀) (랩코퍼레이션社)에 투입해 30초간 예비 분쇄해, 옥타데실아민 0.36g(은분에 대한 옥타데실아민 0.3%)의 반량을 첨가해 30초간 해쇄한 후, 나머지의 반량의 옥타데실아민을 첨가해 30초간 해쇄하여 아민을 추가로 표면처리 하였다.
(9) 비교예 3
상온의 순수 660g에 질산은 128g, 암모니아(농도 25%) 157g 및 질산 (농도 60%) 126g 을 넣고 교반하여 용해시켜 제1 수용액을 조제하였다. 한편 상온의 순수 1000g에 하이드로퀴논 20g을 넣고 교반하여 용해시켜 제2 수용액을 조제하였다. 이어서, 제1 수용액을 교반한 상태로 하고, 이 제1 수용액에 제2 수용액을 일괄 첨가하여, 첨가 종료 후부터 5분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 건조하여, 은 분말을 얻었다.
400mL 순수에 상기 은 분말 100g을 분산시키고, 상기 은 분말이 분산된 용액에 스테아린산(Stearic acid) 에탄올용액(스테아린산 함량 11.25중량%)2.7g을 넣고 20분간 교반하였다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 70℃에서 12시간 건조하여 표면처리된 은 분말을 얻었다. 이 은 분말을 푸드믹서기에서 분쇄하고, Jet-mill에서 해쇄하였다.
(10) 비교예 4
상온의 순수 660g에 질산은 128g, 암모니아(농도 25%) 157g 및 질산 (농도 60%) 126g 을 넣고 교반하여 용해시켜 제1 수용액을 조제하였다. 한편 상온의 순수 1000g에 하이드로퀴논 20g을 넣고 교반하여 용해시켜 제2 수용액을 조제하였다. 이어서, 제1 수용액을 교반한 상태로 하고, 이 제1 수용액에 제2 수용액을 일괄 첨가하여, 첨가 종료 후부터 5분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 건조하여, 은 분말을 얻었다.
400mL 순수에 상기 은 분말 100g을 분산시키고, 상기 은 분말이 분산된 용액에 스테아로아미드(stearamide) 에탄올용액(stearamide 함량 11.25중량%) 2.7g을 넣고 20분간 교반하였다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 70℃에서 12시간 건조하여 표면처리된 은 분말을 얻었다. 이 은 분말을 푸드믹서기에서 분쇄하고, Jet-mill에서 해쇄하였다.
(11) 비교예 5 내지 8
하기 표 1에 나타난 처리제의 성분 및 함량으로 표면처리한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 은 분말을 제조하였다.
(12) 비교예 9
상온의 순수 660g에 질산은 128g, 암모니아(농도 25%) 157g 및 질산 (농도 60%) 126g 을 넣고 교반하여 용해시켜 제1 수용액을 조제하였다. 한편 상온의 순수 1000g에 하이드로퀴논 20g을 넣고 교반하여 용해시켜 제2 수용액을 조제하였다. 이어서, 제1 수용액을 교반한 상태로 하고, 이 제1 수용액에 제2 수용액을 일괄 첨가하여, 첨가 종료 후부터 5분간 더 교반하여 혼합액 중에서 입자를 성장시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하고, 건조하여, 은 분말을 얻었다.
400ml 순수에 상기 얻어진 은 분말 100g과 Disperbyk-111(BYK 케미(주)제) 을 0.5g 넣은 후 호모믹서(K&S company, Lab용)를 3000RPM으로 20분 교반하여 건조된 은 분말을 분산시켰다. 그 후 교반을 멈추고, 혼합액 중의 입자를 침강시킨 후, 혼합액의 상등액을 버리고 혼합액을 원심분리기를 이용하여 여과하고, 여재를 순수로 세정하였다. 또한 70℃에서 12시간 건조하여 은 분말을 얻었다. 이 은 분말을 푸드믹서기에서 분쇄하고, Jet-mill에서 해쇄하였다.
은 분말(g) 제1 처리제 제2 처리제
성분 함량(g) 성분 함량(g)
실시예 1 100 Phosphate type 0.5 Octadecylamine 0.3
실시예 2 100 Phosphate type 0.5 Hexadecylamine 0.3
실시예 3 100 Phosphate type 0.5 Decylamine 0.3
실시예 4 100 Phosphate type 0.5 Octylamine 0.3
실시예 5 100 - - Octadecylamine 0.3
실시예 6 100 Phosphate type 0.3 Octadecylamine 0.3
실시예 7 100 Phosphate type 0.8 Hexadecylamine 0.3
실시예 8 100 Phosphate type 0.5 Decylamine 0.2
실시예 9 100 Phosphate type 0.5 Octylamine 0.5
실시예 10 100 Phosphate type 0.1 Octadecylamine 0.3
실시예 11 100 Phosphate type 1.0 Hexadecylamine 0.3
실시예 12 100 Phosphate type 0.5 Decylamine 0.1
실시예 13 100 Phosphate type 0.5 Octylamine 1.0
실시예 14 100 Phosphate type 0.5 Heptylamine 0.3
실시예 15 100 Phosphate type 0.5 Didecylamine 0.3
실시예 16 100 Phosphate type 0.5 Trioctylamine 0.3
실시예 17 100 Phosphate type 0.5 Triethylamine 0.3
비교예 1 100 Stearic acid 0.3 - -
비교예 2 120 Stearic acid 0.3 Octadecylamine 0.36
비교예 3 100 - - Stearic acid 0.3
비교예 4 100 - - stearamide 0.3
비교예 5 100 Phosphate type 0.05 Octadecylamine 0.3
비교예 6 100 Phosphate type 1.2 Hexadecylamine 0.3
비교예 7 100 Phosphate type 0.5 Decylamine 0.05
비교예 8 100 Phosphate type 0.5 Octylamine 1.2
비교예 9 100 Phosphate type 0.5 - -
실험예 1 은 분말 물성 분석
(1) 비표면적 분석
상기 실시예 및 비교예에 따른 은 분말을 100℃에서 1시간 동안 수분을 제거한 후, 비표면적 측정 장치(BELSORP mini-Ⅱ, BEL Japan社)를 이용하여 질소 흡착에 의한 비표면적을 분석하여 하기 표 2에 나타내었다.
(2) 입도 분포 분석
레이저 회절법에 의한 입도 분포는 은 분말 50mg을 에탄올 30ml에 첨가해, 초음파 세척기에 3분간 분산시킨 후, 입도 분포 측정 장치(S3500, Microtrac社)를 이용해 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
D10(μm) D50(μm) D90(μm) Dmax(μm) BET(m2/g)
실시예1 0.9 1.7 2.5 7.8 0.40
실시예2 0.9 1.8 2.6 7.8 0.42
실시예3 1.0 1.8 2.6 9.3 0.43
실시예 4 1.1 1.8 2.7 9.3 0.43
실시예 5 0.8 1.6 2.4 7.8 0.50
실시예 6 0.8 1.7 2.4 9.3 0.40
실시예 7 0.9 1.7 2.5 9.3 0.42
실시예 8 1.0 1.9 2.8 9.3 0.44
실시예 9 1.0 1.9 2.9 11.0 0.48
실시예 10 1.0 1.8 2.8 9.3 0.50
실시예 11 1.2 1.8 2.9 9.3 0.48
실시예 12 1.2 2.0 3.0 11.0 0.38
실시예 13 1.1 2.0 2.9 11.0 0.40
실시예 14 0.9 1.6 2.3 9.3 0.42
실시예 15 0.9 1.6 2.5 7.8 0.40
실시예 16 0.8 1.6 2.4 7.8 0.38
실시예 17 1.0 1.8 2.7 7.8 0.37
비교예 1 1.0 1.7 2.7 7.8 0.44
비교예 2 1.1 1.6 2.5 7.8 0.39
비교예 3 0.8 1.7 2.8 11.0 0.38
비교예 4 1.2 2.0 2.9 11.0 0.40
비교예 5 0.9 1.7 2.4 9.3 0.40
비교예 6 0.9 1.6 2.3 9.3 0.42
비교예 7 1.0 1.8 2.5 9.3 0.42
비교예 8 1.2 1.8 2.9 9.3 0.40
비교예 9 1.1 2.0 2.9 11.0 0.48
제조예 도전성 페이스트의 제조 및 소성
ETHOCELTM Std200 Ethylcellulose (The Dow Chemical Company) 7.7 중량%와 Buthyl cabitol acetate (대정화금) 92.3 중량%가 혼합된 바인더 10g과 실시예 및 비교예에 따라 제조된 은 분말 90g을 자전공전식 진공 교반 탈포장치로 혼합한 후 삼본롤을 사용하여 도전성 페이스트를 얻었다.
알루미나 판에 200μm 두께의 polyimide tape으로 1cm x 1cm의 틀을 형성하고 도전성 페이스트를 채운 뒤 슬라이드 글라스로 윗면을 평탄하게 하였다. 또한 polyimide tape을 제거하여 200μm 두께의 필름을 형성하였다.
이를 태양전지용 소성로(㈜고려전기로개발)에서 도 1과 같은 온도 프로파일(1차 가열하여 400℃로 승온 후 200℃까지 온도가 낮아지면 다시 2차 가열하여 750℃로 승온한 후 가열을 중단하였다.)로 샘플을 소결하였다.
실험예 2 소결 특성 분석
(1) 전극의 소결밀도 측정
상기 실시예 및 비교예에 따른 은 분말을 제조예에 따라 소성 후 Digimatic micrometer(Mitutoyo社)를 사용하여 두께를 측정하고(면적은 1cm2) 정밀 저울로 무게를 측정하여 소결 밀도를 계산하여 하기 표 3에 나타내었다.
(2) 전극의 비저항 측정
상기 실시예 및 비교예에 따른 은 분말을 제조예에 따라 소성 후 Low resistivity meter (MCP-T700, Mitsubishi chemical社)로 두께 1μm일 때의 저항을 측정하고, 두께를 적용하여 비저항을 계산하여 하기 표 3에 나타내었다.
전극 소결밀도
(g/cc)		 비저항
(10-8 Ω㎝)
실시예1 5.88 3.15
실시예2 6.76 3.23
실시예3 6.15 3.22
실시예 4 6.34 3.62
실시예 5 4.25 4.15
실시예 6 5.15 3.54
실시예 7 5.20 3.62
실시예 8 5.76 3.61
실시예 9 4.77 4.02
실시예 10 4.55 4.13
실시예 11 4.87 4.11
실시예 12 3.88 5.45
실시예 13 3.96 4.20
실시예 14 3.75 4.77
실시예 15 4.12 5.15
실시예 16 4.26 5.02
실시예 17 4.31 4.86
비교예 1 3.42 6.45
비교예 2 3.15 6.79
비교예 3 2.76 7.22
비교예 4 2.22 7.45
비교예 5 2.79 7.13
비교예 6 3.80 5.99
비교예 7 2.45 6.92
비교예 8 3.15 6.15
비교예 9 3.34 6.20
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.

Claims (16)

  1. 용제에 은 분말 및 제1 처리제를 넣고 혼합 교반하는 제1 표면처리단계(S41); 및
    상기 제1 처리제를 이용하여 1차 처리된 은 분말을 탄소수 6 내지 24의 알킬 아민을 포함하는 제2 처리제를 이용하여 표면처리하는 제2 표면처리단계(S42);를 포함하고,
    상기 제1 표면처리단계(S41)는 상기 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 제1 처리제를 0.1 내지 1.0 중량부 사용하는 단계이며,
    상기 제2 표면처리단계(S42)는 상기 제1 처리제를 이용하여 1차 처리된 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 알킬 아민이 0.1 내지 1.0 중량부가 혼합되도록 하는 단계이며,
    상기 제1 처리제는 알킬 포스페이트 에스테르(alkyl phosphate ester)를 포함하는,
    은 분말의 표면처리방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알킬 아민은 트리에틸아민(Triethylamine), 헵틸아민(Heptylamine), 옥타데실아민(Octadecylamine), 헥사데실아민(Hexadecylamine), 데실아민(Decylamine), 옥틸아민(Octylamine), 디데실아민(Didecylamine) 또는 트리옥틸아민(Trioctylamine)을 포함하는,
    은 분말의 표면처리방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 표면처리단계(S42)는 상기 제2 처리제에 제1 처리제를 이용하여 1차 처리된 은 분말을 첨가한 후 10 내지 30 분간 교반하는 것을 포함하는 단계인,
    은 분말의 표면처리방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 표면처리단계(S42)는 상기 알킬 아민을 포함하는 알코올 용액에 상기 은 분말 또는 제1 처리제를 이용하여 1차 처리된 은 분말을 넣고 교반하는 단계이고,
    상기 알킬 아민을 포함하는 알코올 용액은 용액 전체 중량에 대하여 상기 알킬 아민이 10 내지 15 wt%로 용해된 용액인,
    은 분말의 표면처리방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 표면처리단계(S41)는 상기 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 용제를 300 내지 500 중량부 사용하는 단계인,
    은 분말의 표면처리방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 표면처리단계(S41)는 상기 용제에 은 분말을 넣고 제1 처리제를 넣은 후 2000 내지 4000rpm으로 10 내지 30분간 교반하는 단계인,
    은 분말의 표면처리방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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