WO2021193736A1 - 銀粉およびその製造方法、並びに導電性ペースト - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to silver powder, a method for producing the same, and a conductive paste.
  • the conductive paste for example, a paste containing a low melting point metal such as metal tellurium or tellurium oxide as an additive has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the inclusion of the low melting point metal can improve the contact resistance, for example, when forming the electrodes of a solar cell.
  • the low melting point metal means a metal having a melting point of 500 ° C. or lower, for example, zinc (melting point 419.6 ° C.), lead (melting point 327.5 ° C.), tin (melting point 231.97 ° C.), bismuth (melting point 271. 3 ° C.), tellurium (melting point 449.5 ° C.), and selenium (melting point 217 ° C.).
  • a substance having a melting point below the firing temperature of the conductive paste a low melting point metal compound such as tellurium dioxide
  • a chemical reaction physical change
  • a paste containing a tellurium alloy compound such as silver tellurium as an additive has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • An object of the present invention is to provide silver powder and a method for producing the same, which can obtain high adhesive strength when a conductive pattern is formed, and a conductive paste containing the same.
  • the present inventor has investigated that the adhesive strength of the conductive pattern cannot be increased when the conductive paste contains silver particles and a metal oxide powder having a low melting point, and the decrease in the adhesive strength is due to the decrease in the adhesive strength between silver and the metal oxide. It was considered that this was due to the difference in specific gravity with the powder.
  • the specific gravity of a metal oxide having a low melting point is smaller than that of silver (about 10.5 g / cm 3). Since silver powder and metal oxide powder can move freely in the conductive paste, those having a large specific gravity and those having a small specific gravity gather together before or after applying the conductive paste, and silver particles or metal. Oxide powder may be unevenly distributed.
  • Some metal oxides have the effect of lowering the softening point temperature of the glass frit mixed with the conductive paste.
  • the glass flows faster when the coating film is fired, and moves to the interface between the film and the substrate faster than silver sinters to form a strong bond, ensuring adhesion strength. do.
  • the metal oxides are unevenly distributed here, it is expected that the softening point temperature of the glass will be uneven, and as a result, the softening point lowering action will not work effectively.
  • the inside of the film of the conductive pattern after firing becomes non-uniform, the contact point between different phases becomes the starting point, and the possibility of film destruction increases. It was considered that if the metal oxides were dispersed inside the film, the starting point of film fracture due to non-uniformity would be reduced, leading to an improvement in the strength of the conductive pattern.
  • the present inventor has studied a method for suppressing uneven distribution of silver particles and metal oxide powder having a low melting point, and previously adheres a metal oxide having a low melting point to the surface of silver particles having a large specific gravity as an adherend. I focused on the method.
  • the silver particles By coating the silver particles with a metal oxide having a low melting point in this way, even if the silver powder is mixed with the conductive paste, the uneven distribution of the metal oxide having a low melting point due to the difference in specific gravity can be suppressed, and the conductive pattern can be formed.
  • the adhesive strength can be increased. As a result, electrode peeling can be reduced even when the conductive pattern is formed with a high aspect ratio.
  • the first aspect of the present invention is It is a silver powder having silver particles and an adherend containing a metal oxide having a melting point lower than that of silver, which adheres to the surface of the silver particles.
  • a second aspect of the present invention is, in the first aspect,
  • the metal oxide is at least one of Te oxide, Bi oxide, Pb oxide, Tl oxide and V oxide.
  • a third aspect of the present invention is, in the first or second aspect,
  • the content of the metal component constituting the metal oxide is 0.01% by mass to 10% by mass with respect to silver.
  • a fourth aspect of the present invention is the first to third aspects.
  • the adherend has a metal composed of a metal component constituting the metal oxide or a second adherend containing an alloy of the metal component and silver.
  • a fifth aspect of the present invention is, in the fourth aspect,
  • the metal component is at least one of Te, Bi, Pb, Tl, and V.
  • a sixth aspect of the present invention is the first to fifth aspects.
  • the total amount of the metal components other than silver constituting the metal oxide in the adherend is 0.1% by mass to 10% by mass with respect to silver.
  • a seventh aspect of the present invention is It has a step of adding a reducing agent and an aqueous solution containing a metal component constituting a metal oxide having a melting point lower than that of silver to the silver complex solution.
  • This is the method for producing silver powder according to the first aspect, wherein the metal oxide of the metal component is precipitated and adhered to the surface of the silver particles while the silver particles are reduced and precipitated.
  • the eighth aspect of the present invention is It is a conductive paste containing the silver powder of the first to sixth aspects, a silver powder having no metal-containing adherend on its surface, an organic binder, a glass frit, and a solvent.
  • a ninth aspect of the present invention is the eighth aspect of the present invention.
  • the content of the metal component constituting the metal oxide contained in the silver powder of the first to sixth aspects is 0.001% by mass to 0.03% by mass with respect to the silver contained in the conductive paste. Is.
  • FIG. 1 is a diagram showing element mapping for the surface of the silver powder of Example 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing element mapping for a cross section of the silver powder of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing element mapping for the surface of the silver powder of Example 4.
  • FIG. 4 is a diagram showing element mapping for a cross section of the silver powder of Example 4.
  • FIG. 5 is a diagram showing element mapping of cross sections of each conductor pattern of Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3.
  • silver particles is an expression when focusing on individual silver particles
  • siver powder is an expression when a large number of silver particles are treated as an aggregate.
  • the numerical range represented by using “-” means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
  • Silver powder is blended in a conductive paste for forming a conductive pattern such as an electrode or a circuit in an electronic component (for example, a solar cell).
  • the silver powder of the present embodiment includes silver particles and an adherend containing a metal oxide having a melting point lower than that of silver, which adheres to the surface of the silver particles. be.
  • the adherend contains a metal oxide having a melting point lower than that of silver.
  • the adherend lowers the softening point temperature of the glass frit during the sintering process of the conductive paste.
  • By lowering the softening point temperature of the glass it is possible to make the glass flow faster than the sintering of silver, and to promote the flow of the glass evenly to the interface between the coating film and the substrate.
  • microcracks in the conductor pattern after firing can be reduced to increase the strength, and the adhesive strength with the substrate can also be increased.
  • the adherend is provided by adhering to the silver particles so as to cover a part or all of the surface of the silver particles.
  • the adherends are scattered and distributed on the surface of the silver particles so as to cover a part of the surface of the silver particles.
  • the adhesion means a state in which the silver particles are attached to the surface of the silver particles more strongly than the simple adhesion. In the case where silver powder and low melting point metal oxide powder are simply mixed, even if the metal oxide powder adheres to the surface of the silver particles, the metal oxide powder and the silver particles are easily separated from each other. Is what is done.
  • the strength of adhesion of the adherend to the silver particles can be set so that the adherend does not separate from the surface of the silver particles even if the metal oxide adhered silver powder is crushed, for example.
  • the adherend can be present together with the silver particles. That is, it is possible to suppress uneven distribution of silver particles and metal oxides having a low melting point.
  • the adherend contains a metal oxide.
  • the metal oxide is not particularly limited as long as it has a lower melting point than silver, and is, for example, tellurium (Te) oxide, bismuth (Bi) oxide, lead (Pb) oxide, thallium (Tl) oxide, and vanadium. It is preferably an oxide (V). Te oxide, Bi oxide, Pb oxide, Tl oxide, and V oxide are TeO 2 (melting point 733 ° C), B 2 O 3 (melting point 817 ° C), PbO 2 (melting point 223 ° C), and Pb, respectively.
  • Examples include 3 O 4 (melting point 686 ° C.), PbO (melting point 290 ° C.), Tl 2 O 3 (melting point 717 ° C.), and V 2 O 5 (melting point 690 ° C.), all of which are higher than the silver melting point (962 ° C.). Low. Of these, tellurium (Te) oxide or bismuth (Bi) oxide is particularly preferable. According to these oxides, the softening point temperature of the glass frit added to the conductive paste can be lowered. As a result, for example, when the conductive paste is fired, the gaps between the silver particles can be easily filled with the molten glass, and the adhesion and fusion between the silver particles can be promoted. As a result, the strength of the conductor pattern can be improved. Moreover, the contact resistance of the conductor pattern can be lowered by the fire-through.
  • the adherend of the present embodiment may include a second adherend different from the first adherend when the above-mentioned metal oxide is used as the first adherend.
  • the second adherend includes a metal composed of a metal component constituting a metal oxide in the first adherend, or an alloy of the metal component and silver. If the metal oxide in the first adherend contains Te oxide, Bi oxide, Pb oxide, Tl oxide, and V oxide, the second adherend includes Te, Bi, Pb, Tl, A simple substance of V metal or an alloy of them and silver may be contained. For example, if the first adherend contains Te oxide, the second adherend may contain Te metal alone or Ag—Te alloy. Further, the adherend may contain silver together with the metal oxide, or may be in an amorphous state of the metal oxide and silver.
  • the ratio of the first adherend to the second adherend is preferably 1: 9 to 10: 0 (the ratio of the first adherend is 10 to 100%), preferably 1: 9 to 10. More preferably, it is 9: 1 (the ratio of the first adherend is 10 to 90%).
  • the ratio of the first adherend to the second adherend indicates the ratio of the number of metal component atoms constituting each adherend.
  • the second adherend the adhesion between the first adherend and the surface of the silver particles can be further strengthened.
  • the ratio of the number of atoms of the metal component constituting the metal oxide in the first adherend to the metal component (excluding silver in the alloy) in the second adherend is measured by the result of the state analysis of the silver particle surface by ESCA. It shall be.
  • ESCA a sample in which silver particles are densely present may be measured with an analysis area of, for example, 800 ⁇ m ⁇ , and the surface of a plurality of silver particles (for example, 100 or more) may be measured.
  • tellurium is a metalloid element, it is referred to in the present specification as a metal, a metal component, or a metal in a metal oxide without distinguishing it from other metal elements for the sake of convenience.
  • the total amount of the metal components other than silver constituting the metal oxide in the adherend is 0.1% by mass to 10% by mass with respect to the silver contained in the metal oxide-coated silver powder. It is preferable to have. More preferably, it is 0.1% by mass to 3% by mass.
  • the metal component other than silver constituting the metal oxide is, for example, a metal oxide when the adherend is composed of a metal component or the adherend is in an amorphous state of the metal oxide and silver. The content of the metal component constituting the above is shown.
  • the adherend when the adherend includes the first adherend and the second adherend, the metal component constituting the metal oxide in the first adherend and the metal component (silver in the alloy) in the second adherend. (Excluding) and the total content of.
  • the proportion of the metal component constituting the metal oxide in the first adherend is 10 to 100% of the total amount of the total metal components.
  • the amount of the metal component constituting the metal oxide is preferably 0.01% by mass to 10% by mass, preferably 0.01% by mass, based on the silver contained in the metal oxide-coated silver powder. It is more preferably% to 9% by mass, and further preferably 0.1% by mass to 3% by mass.
  • the effect of the metal oxide having a low melting point can be obtained more reliably.
  • the content of the metal oxide having a low melting point is excessively large, the resistance of the conductive pattern may increase and the conductivity may be impaired.
  • the content is set to 10% by mass or less with respect to silver, it is possible to maintain high conductivity of the conductor pattern while obtaining the effect of the metal oxide having a low melting point.
  • the total contents of silver contained in the metal oxide-coated silver powder, the metal components constituting the metal oxide in the first adherend, and the metal components excluding silver in the second adherend are as follows. It is good to measure. First, the silver content is determined by the gravimetric method (mass method) in which the metal oxide-coated silver powder is completely dissolved in nitric acid, then hydrochloric acid is added to precipitate silver chloride and filtered, and the mass of silver chloride is measured. It is good to measure with. The total amount of the metal components constituting the metal oxide in the first adherend and the metal components in the second adherend is determined by heating and dissolving the metal oxide adhered silver powder with nitric acid, and then using aqua regia or the like as necessary.
  • the Te oxide is dissolved in nitric acid together with Te, the first and second adherends were measured without distinction using nitric acid as described above, but the metal oxide is nitric acid. If it can be recovered as a precipitate without being dissolved at all, the amount of the metal component constituting the metal oxide in the first adherend is measured from the amount of the metal oxide recovered by solid-liquid separation, and the second cover from the filtrate is measured. The amount of metal components other than silver in the kimono may be measured.
  • the particle size of the metal oxide-coated silver powder is not particularly limited, but it is preferable that the cumulative 50% particle size (D50) on a volume basis is 0.5 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • D50 cumulative 50% particle size
  • 0.1 g of silver powder was dispersed in isopropyl alcohol (IPA), stirred with a biomixer (model: BM-4) manufactured by Nissei Tokyo Office for 2 minutes, and then laser diffraction type particle size distribution measuring device (size distribution). It is advisable to measure using a Microtrack MT3300EXII) manufactured by Nissei Tokyo Office.
  • each particle in the metal oxide-coated silver powder is not particularly limited, but may be, for example, a spherical shape, an elliptical shape, a flake shape, or an indefinite shape.
  • the specific surface area of the metal oxide-coated silver powder by the BET 1-point method is not particularly limited, but is preferably 0.45 to 1.2 m 2 / g, for example.
  • the silver complex solution may be prepared, for example, by adding a complexing agent to an aqueous solution containing silver ions to form a silver complex.
  • a complexing agent for example, a silver-ammine complex aqueous solution.
  • a known source of silver ions can be used.
  • inorganic silver salts such as silver nitrate, silver sulfate, silver carbonate, silver chloride, and silver oxide can be used.
  • the silver ion concentration in the aqueous solution is preferably 0.1% by mass to 10% by mass before the addition of the reducing agent described later.
  • the silver ion complexing agent for example, aqueous ammonia, ammonium ions such as ammonium salts, and chelate compounds such as salts of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) can be used.
  • ammonium ions are preferable because they easily form a complex with silver ions, are easy to wash, and impurities are unlikely to remain.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • ammonium ions are preferable because they easily form a complex with silver ions, are easy to wash, and impurities are unlikely to remain.
  • ammonium ion is used as the complexing agent, a silver-ammine complex is formed in an aqueous solution. At this time, since the coordination number of the ammine complex is 2, it is preferable to add 2 mol or more of ammonium ions per 1 mol of silver ions.
  • a reducing agent for reducing the silver complex and precipitating silver particles can be used as the reducing agent.
  • organic substances such as formalin, ascorbic acid, hydrazine, alkanolamine, hydroquinone, oxalic acid, formic acid, aldehydes, alcohols and sugars, lower oxides of metals, sodium borohydride and the like can be used.
  • ascorbic acid, glucose, formaldehyde, hydrazine and hydrazine carbonate are preferable, and formaldehyde, hydrazine and hydrazine carbonate are more preferable because the reactivity is stable and silver can be rapidly reduced.
  • One type of reducing agent may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • a metal component that is, oxidized constituting the metal oxide having a melting point lower than that of silver
  • An aqueous solution containing (a metal component that sometimes forms a metal oxide having a lower melting point than silver) is prepared.
  • the aqueous solution containing the metal component may be prepared by dissolving an inorganic salt such as a metal oxide or nitrate selected from, for example, Te, Bi, Pb, Tl, and V in water. This aqueous solution becomes acidic or basic by dissolving an inorganic salt containing the metal component.
  • this aqueous solution preferably has a pH of 9 or more and is basic.
  • the pH may be adjusted to 9 or more by adding an alkaline solution such as NaOH in advance before reduction.
  • a reducing agent and an aqueous solution containing the metal component are added to the silver complex solution.
  • a reducing agent silver particles are reduced and precipitated from the silver complex.
  • an aqueous solution containing the metal component the metal can be precipitated on the surface of the precipitated silver particles to form an adherend containing an oxide of the metal. As a result, a slurry containing the metal oxide adhered silver powder is obtained.
  • the amount of the reducing agent added is not particularly limited, but is preferably 1 equivalent or more with respect to silver from the viewpoint of increasing the yield of silver.
  • the reducing agent As a method of adding the reducing agent, it is preferable to add the reducing agent at a rate of 1 equivalent / min or more with respect to the amount of silver ions from the viewpoint of suppressing aggregation of the reduced and precipitated metal oxide-adhered silver powder. Further, it is preferable to stir the reaction solution from the addition of the reducing agent to the completion of the reduction precipitation.
  • the temperature of the reaction solution during reduction is preferably 5 ° C to 80 ° C, more preferably 5 ° C to 40 ° C.
  • the method of adding the aqueous solution containing the metal component should be carried out from the addition of the reducing agent until the precipitation of silver particles is completed.
  • the aqueous solution may be added within a few seconds after the reducing agent is added.
  • the grain growth of the silver particles is prioritized, so that the precipitation of the metal component on the surface of the silver particles is inhibited and an adherend can be formed. It may disappear.
  • the reducing agent and the aqueous solution containing the metal component may be added to the silver complex solution to start precipitating the metal oxide-coated silver powder, and then the reducing agent may be further added. Adhesion can be promoted by further adding a reducing agent.
  • a surface treatment agent may be added to the obtained slurry, if necessary. According to the surface treatment agent, the dispersibility of the metal oxide-coated silver powder can be maintained.
  • the surface treatment agent conventionally known substances such as fatty acids or salts thereof can be used.
  • the obtained slurry is filtered to recover the metal oxide-adhered silver powder. Then, the recovered metal oxide adhered silver powder is washed with water. It is preferable to wash with water until the electric conductivity of the liquid after passing water becomes 0.2 mS / m or less.
  • the metal oxide-coated silver powder washed with water is dried by, for example, vacuum drying.
  • the drying conditions may be, for example, 73 ° C. for 10 hours.
  • a dry powder is obtained.
  • a part or all of the metal component contained in the adherend may be oxidized.
  • the obtained dry powder is crushed to obtain the metal oxide-coated silver powder of the present embodiment.
  • the adherend is adhered to the surface of the silver particles. Therefore, even when the metal oxide-coated silver powder is crushed, the detachment of the adherend is suppressed. Can be done.
  • the conductive paste of the present embodiment includes silver powder (metal oxide-coated silver powder) having the above-mentioned adherend on the surface of silver particles, silver powder having no metal-containing adherend on the surface, an organic binder, and glass. It is composed of a frit and a solvent.
  • the silver powder having no metal-containing adherend on its surface is a silver powder having no first or second adherend on its surface, such as the above-mentioned metal oxide-adhered silver powder, and is manufactured. It is preferable that the surface does not contain any metal component other than silver, except for the unavoidable impurities of.
  • the ratio of the metal oxide-coated silver powder to the conductive paste is reduced by blending with the conductive paste. As a result, the content of the metal component contained in the conductive paste can be reduced, the resistance of the conductive pattern can be reduced, and the conductivity can be increased.
  • the silver powder having no adherend containing the metal on its surface may be coated with a conventionally known surface treatment agent known to be used for silver powder such as fatty acid on its surface.
  • the silver powder having no metal-containing adherend on its surface is not particularly limited, and conventionally known ones can be used. Further, the shape thereof is not particularly limited, and various shapes such as spherical shape, flake shape, resin shape, and wire can be appropriately selected, and a plurality of different shapes may be used in combination.
  • the addition ratio of the metal oxide-coated silver powder and the silver powder having no metal-containing adherend on the surface is not particularly limited, but the metal component derived from the adherend in the metal oxide-coated silver powder is not particularly limited. It is preferable that the addition ratio of the above is 0.001% by mass to 0.03% by mass with respect to the total amount of silver in the conductive paste.
  • a known resin or a resin dissolved in a solvent can be used.
  • cellulose derivatives such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose
  • polyvinyl alcohols such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose
  • polyvinyl alcohols such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose
  • polyvinyl alcohols such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose
  • polyvinyl alcohols such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose
  • polyvinyl alcohols such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose
  • polyvinyl alcohols such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose
  • polyvinyl alcohols such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose
  • the glass frit mainly contains a component selected from lead (Pb), tellurium (Te), lithium (Li), zinc (Zn), silicon (Si), aluminum (Al), and bismuth (Bi). It is preferably a frit, and other components include sodium (Na), potassium (K), boron (B), tungsten (W), molybdenum (Mo), manganese (Mn), iron (Fe), and vanadium (V). , Phosphorus (P), Antimon (Sb), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba), Titanium (Ti), Zirconium (Zr), Lantern (La), etc. You may. If the ICP analysis value is 0.1% by mass or more, it is considered to be "contained”.
  • the glass frit can be appropriately selected according to the purpose of use of the conductive paste. For example, for solar cell applications, it is preferable to use a glass frit called a Pb-Te-Bi system. It is preferable that the glass frit appropriately erodes the antireflection layer formed on the semiconductor layer of the solar cell and adheres a fired product of the conductive paste, that is, a silver electrode to the semiconductor layer.
  • the solvent can be appropriately selected according to the purpose of use of the conductive paste.
  • BCA butyl carbitol acetate
  • BC butyl carbitol
  • ECA ethyl carbitol acetate
  • EC ethyl carbitol
  • hexane toluene
  • ethyl cellosolve cyclohexanone
  • butyl cellosolve butyl cellosolve acetate
  • diethylene glycol diethyl ether Diacetone alcohol
  • tarpineol methyl ethyl ketone
  • benzyl alcohol methyl ethyl ketone
  • tetradecane tetralin
  • propyl alcohol isopropyl alcohol, dihydro tarpineol, dihydro tarpineol acetate, ethyl carbitol, 2,2,4-trimethyl-1,3- One or more
  • a surfactant for example, a surfactant, a dispersant, a rheology adjuster, a silane coupling agent, an ion collecting material and the like can be used.
  • the metal oxide powder may be unevenly distributed.
  • the coating film in such an unevenly distributed state is fired, the softening point temperature of the glass frit becomes uneven and the film itself becomes non-uniform, so that the contact points between different phases become the starting point, and the film may be destroyed. Increase.
  • the obtained conductor pattern not only has a low strength due to the occurrence of cracks or the like, but also cannot sufficiently secure the adhesive strength with the substrate.
  • the metal oxide-coated silver powder of the present embodiment a metal oxide having a melting point lower than that of silver is coated on the surface of the silver particles.
  • the conductive paste containing such metal oxide-coated silver powder when applied to a substrate, silver and a metal oxide having a low melting point are unevenly distributed in the coating film due to the difference in specific gravity. Can be suppressed.
  • the microcracks in the conductive pattern can be reduced to increase the strength, and the adhesive strength of the conductor pattern to the substrate can also be increased.
  • the metal oxide having a melting point lower than that of silver contained in the adherend is preferably at least one of Te oxide, Bi oxide, Pb oxide, Tl oxide and V oxide. According to such an oxide, excessive sintering of silver particles can be more reliably suppressed, so that the strength of the conductive pattern and the adhesive strength can be further increased. Moreover, according to the Te oxide and the Bi oxide, the softening point temperature of the glass frit can be further lowered, so that the strength of the conductor pattern can be further increased.
  • the content of the metal oxide having a lower melting point than the silver contained in the adherend is 0.01 mass by mass with respect to the silver contained in the metal oxide adhered silver powder when the adherend contains only the metal oxide. It is preferably% to 10% by mass. Further, when not only the first adherend containing the metal oxide but also the metal component constituting the metal oxide or the second adherend containing the alloy of this and silver is formed, the total metal component The content is preferably 0.1% by mass to 10% by mass with respect to the silver contained in the metal oxide-coated silver powder. With such a content, it is possible to obtain the effect of improving the strength of the conductor pattern and the adhesive strength due to the metal oxide while suppressing the decrease in the conductivity due to the metal oxide.
  • a silver complex solution was prepared. Specifically, 3670.1 g of a silver nitrate aqueous solution having a silver concentration of 1.4% by mass was placed in a glass beaker, and 161.8 g of ammonia water having a silver concentration of 28% by mass (2. Ammonia per mol of silver) was added to the silver nitrate aqueous solution. 67 mol equal amount) was added to obtain an aqueous silver-ammine complex solution.
  • a 21.0% by mass formaldehyde aqueous solution obtained by diluting formalin with pure water was prepared.
  • an tellurium aqueous solution was prepared as an aqueous solution containing a metal component that forms a metal oxide having a melting point lower than that of silver when oxidized.
  • the tellurium aqueous solution was prepared by adding 3.4 g of tellurium dioxide (tellurium dioxide powder manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%) to 10 g of sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 20% by mass and 27 g of pure water to dissolve them.
  • the slurry in which the silver particles are precipitated is filtered, water is passed through the starch on the filter paper, and the washing water is washed with water until the electric conductivity of the washing water after the water flow becomes 0.2 mS / m or less.
  • the product was vacuum dried at 73 ° C. for 10 hours to obtain a dry powder.
  • the obtained dry powder was put into a crusher (SK-10 type manufactured by Kyoritsu Riko Co., Ltd.), and crushing for 30 seconds was repeated twice to obtain the tellurium adherent silver powder of Example 1.
  • FIGS. 1 and 2 are diagram showing element mapping for the surface of the silver powder of Example 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing element mapping for a cross section of the silver powder of Example 1.
  • the adhesion of the Te component to the Ag surface is performed on the surface of the silver particles, and the adhesion of the Te component to the surface of the silver particles is not uniform but partially. It turned out that it was done.
  • Te amount The content of tellurium (Te) contained in the silver powder was measured. Specifically, the silver content is determined by a gravimetric method (mass method) in which the tellurium-coated silver powder is completely dissolved in nitric acid, hydrochloric acid is added to precipitate silver chloride, and the mixture is filtered to measure the mass of silver chloride. ). The Te content was measured by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry (SII, SPS5100) after the tellurium adherent silver powder was heated and dissolved with nitric acid. As a result, it was found that the content of Te was 1.3% by mass with respect to silver. In this measurement, since all the metal oxides, metals and alloys of tellurium are dissolved and measured, the total amount of the metal component with respect to silver is 1.3% by mass regardless of the distinction between them.
  • ICP inductively coupled plasma
  • ESCA measurement Using ESCA (manufactured by ULVAC PFI Co., Ltd., model 5800), the state of the surface of the tellurium-coated silver powder (about several nm from the sample surface) was analyzed. Specifically, it was measured whether tellurium, which is an adherend, was in the state of an oxide, a simple substance of a metal, or an alloy. The measurement conditions at this time were an analysis area of 800 ⁇ m ⁇ and an applied power of 150.0 W. As a result, at least Te (or alloyed Te) and TeO 2 of elemental metal coexist on the surface of the tellurium adhered silver powder, and between Te (or alloyed Te) of elemental metal and TeO 2 .
  • the ratio of the number of Te atoms was 12: 7. Since the state is identified from the difference in the binding energy of the atoms in the state analysis, it was not possible to distinguish between Te of a simple substance of metal and Te of alloying. Since the total amount of the metal component with respect to silver is 1.3% by mass, the content of the metal component (Te) constituting the Te oxide is calculated to be 0.48% by mass with respect to silver.
  • the particle size distribution of the tellurium adherent silver powder of Example 1 was measured. Specifically, 0.1 g of tellurium adherent silver powder is dispersed in isopropyl alcohol (IPA), stirred with a biomixer (model: BM-4) manufactured by Nissei Tokyo Office for 2 minutes, and then laser diffraction. The measurement was performed using a formula particle size distribution measuring device (Microtrack MT3300EXII manufactured by Nissei Tokyo Office). As a result, the cumulative 10% particle size (D10) was 1.11 ⁇ m, the cumulative 50% particle size was 1.77 ⁇ m, and the cumulative 90% particle size (D90) was 2.93.
  • IPA isopropyl alcohol
  • the specific surface area of the tellurium adherent silver powder of Example 1 was measured. Specifically, using a BET specific surface area measuring device (Macsorb HM-model 1210 manufactured by Mountech Co., Ltd.), a Ne-N 2 mixed gas (30% nitrogen) was flowed into the measuring device at 60 ° C. for 10 minutes. After degassing, it was measured by the BET 1-point method. As a result, the specific surface area of the tellurium-coated silver powder of Example 1 was 0.52 m 2 / g.
  • a conductive paste was prepared as follows. Specifically, the tellurium adherent silver powder of Example 1 (the amount of tellurium with respect to silver is 1.3% by mass) and the silver powder having no adherend containing a metal (AG-4-8F manufactured by DOWA Hightech Co., Ltd.).
  • a roll gap was passed through a roll gap of 100 ⁇ m to 20 ⁇ m and kneaded to obtain a conductive paste.
  • the ratio of tellurium-coated silver powder to silver powder was adjusted so that the content of tellurium was 0.015% by mass with respect to the total amount of silver contained in the conductive paste.
  • the conductive pattern was formed as follows. First, using a screen printing machine (Microtech Co., Ltd., MT-320TV) on a silicon substrate for solar cells (100 ⁇ / ⁇ ), aluminum paste (Toyo Aluminum Co., Ltd., Alsolar 14-7021) is used on the back surface of the substrate. ) was used to form a solid pattern of 154 mm. Next, after filtering the conductive paste with a 500 ⁇ m mesh, a finger electrode having a width of 27 ⁇ m in the plate design and four bus bar electrodes having a width of 0.95 mm in the plate design are placed on the surface side of the substrate at a squeegee speed of 350 mm /. Printing was performed in sec.
  • the conductivity of the conductive pattern was evaluated by the series resistance value and conversion efficiency. Specifically, a digital multimeter (R6551 manufactured by ADVANTEST) was used to measure the series resistance value of the obtained conductive pattern, and further, a solar simulator (Wacom Denso Co., Ltd., WXS-156S-10, AM1. The conversion efficiency was measured using 5G).
  • the adhesive strength of the conductive pattern was evaluated by the peel strength when the conductive pattern was peeled off from the substrate. Specifically, after breaking the silicon substrate to adjust the size to about 6 cm ⁇ 6 cm, the back surface of the substrate was attached and fixed with double-sided tape. Subsequently, a non-halogen non-rosin flux was applied to the bus bar portion on the surface of the substrate using a cotton swab. Next, a solder ribbon (0.9 mm width) was placed on the bus bar on a hot plate set at 50 ° C., and flux was applied again.
  • a soldering iron (temperature set at 380 ° C.) was applied to the end of the solder ribbon from above the solder ribbon, and the other end was scanned for about 2 to 3 seconds for soldering. Then, using the universal tensile tester EZ-SX (test speed: 15 mm / sec, stroke 100 mm) manufactured by Shimadzu Corporation, the solder ribbon is moved to peel off in the opposite direction by 180 °, and the peel strength (180 ° peel strength). ) was measured.
  • Example 2 a silver-ammine complex aqueous solution, a formaldehyde aqueous solution, and a tellurium aqueous solution were prepared in the same manner as in Example 1. Further, as a reducing agent aqueous solution for post-addition, an aqueous solution prepared by adding 10.0 g of a 20% sodium hydroxide aqueous solution to 71.5 g of a 21.0% formaldehyde aqueous solution was prepared.
  • Example 2 similarly to Example 1, a formaldehyde aqueous solution and a tellurium aqueous solution were added to the silver-ammine complex aqueous solution, and 10 seconds after the tellurium aqueous solution was added, a reducing agent aqueous solution for post-addition was further added. , Promoted reduction. Then, after 1 minute, 6.01 g of an ethanol stearate solution having a concentration of 1.55% by mass was added to the slurry containing the silver particles to terminate the reduction reaction, stirring was stopped, and the silver particles were precipitated. After that, filtration, washing, drying and crushing were carried out in the same procedure as in Example 1 to obtain tellurium-coated silver powder of Example 2.
  • the content of tellurium (Te) contained in the silver powder was measured in the same manner as in Example 1, and the content of tellurium (Te) with respect to silver was 3.0% by mass. rice field. Further, when ESCA measurement was performed, it was confirmed that Te of the metal alone was not present in the adherend, and TeO 2 was present at 100%. Further, when the tellurium adherent silver powder of Example 2 was subjected to elemental mapping of the adherend using a field emission transmission electron microscope (HF-2200 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), the tellurium adhered silver powder was uniformly mapped in the layer of the adherend.
  • HF-2200 field emission transmission electron microscope
  • Example 2 Using the silver powder of Example 2, a conductive paste and a conductor pattern were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 In Example 3, the same operation as in Example 2 was performed except that the amount of tellurium dioxide added was increased from 3.4 g to 5.7 g in the preparation of the tellurium aqueous solution to obtain the tellurium-coated silver powder of Example 3. rice field.
  • the content of tellurium (Te) contained in the silver powder was measured in the same manner as in Example 1, and the content of tellurium (Te) with respect to silver was 3.6% by mass. rice field. Further, when ESCA measurement was performed, it was confirmed that Te of the metal alone was not present in the adherend and TeO 2 was present at 100%, as in Example 2. Further, it was expected that Ag and TeO 2 were amorphized and existed in the adherend. Moreover, when the particle size distribution was measured in the same manner as in Example 1, D10 was 1.1 ⁇ m, D50 was 1.7 ⁇ m, and D90 was 2.7 ⁇ m. Moreover, when the specific surface area was measured in the same manner as in Example 1, it was 0.68 m 2 / g.
  • Example 3 Using the silver powder of Example 3, a conductive paste and a conductor pattern were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Example 4 In Example 4, the same operation as in Example 2 was carried out except that the bismuth aqueous solution was used instead of the tellurium aqueous solution, and the bismuth-adhered silver powder of Example 4 was prepared.
  • the bismuth aqueous solution was prepared by adding 4.367 g of bismuth nitrate pentahydrate (Wako Pure Chemicals bismuth nitrate pentahydrate purity> 99.5%) to 10 g of sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 20% by mass and dissolving it. ..
  • FIG. 3 is a diagram showing element mapping for the surface of the silver powder of Example 4.
  • FIG. 4 is a diagram showing element mapping for a cross section of the silver powder of Example 4.
  • the content of bismuth (Bi) contained in the silver powder was measured in the same manner as in Example 1, and the content of bismuth (Bi) with respect to silver was 3.0% by mass. rice field. Further, when ESCA measurement was performed, it was confirmed that Bi, which is a simple substance of metal, was not present in the adherend, and Bi 2 O 3 was present at 100%. Moreover, when the particle size distribution was measured in the same manner as in Example 1, D10 was 1.3 ⁇ m, D50 was 1.9 ⁇ m, and D90 was 2.9 ⁇ m. Moreover, when the specific surface area was measured in the same manner as in Example 1, it was 0.60 m 2 / g.
  • Example 4 Using the silver powder of Example 4, a conductive paste and a conductor pattern were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1.
  • Comparative Example 1 a conductive paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that only the silver powder containing no metal-containing adherend was added without using the tellurium-coated silver powder.
  • Comparative example 2 In Comparative Example 2, instead of tellurium-coated silver powder, metal tellurium powder (purity 99.9% manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) was used, and the content of tellurium was based on the total amount of silver contained in the conductive paste. A conductive paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the paste was mixed so as to be 0.015% by mass.
  • Comparative Example 3 In Comparative Example 3, instead of tellurium-coated silver powder, tellurium dioxide powder (tellurium dioxide powder manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%) was used, and the content of tellurium was based on the total amount of silver contained in the conductive paste. A conductive paste was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the mixture was mixed so as to be 0.015% by mass.
  • tellurium dioxide powder manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity 99.9%
  • Tables 1 and 2 The evaluation results of Examples and Comparative Examples are shown in Tables 1 and 2 below.
  • Table 1 summarizes the specific surface area, particle size distribution, amount of adherend to silver, and analysis of the state of the adherend by ESCA for the silver powders of Examples 1 to 4.
  • Table 1 for comparison with the silver powders of Examples 1 to 4 on which metal oxides and the like are adhered, silver powders having no adherend (“AG-4-8F” manufactured by DOWA Hightech Co., Ltd.” are shown.
  • Specific surface area and particle size distribution are described.
  • Table 2 summarizes the conversion efficiency, series resistance, and peel strength of each conductor pattern produced using the silver powders of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.
  • the amount of the metal component contained in the adherend with respect to silver is in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less. It was inside. Further, it was confirmed that the silver powders of Examples 1 to 4 having an adherend had a larger specific surface area than the silver powder (AG-4-8F) having no adherend.
  • Example 2 As shown in Table 2, according to Examples 1 to 3 in which tellurium-coated silver powder was added to the conductive paste and Example 4 in which bismuth-coated silver powder was added, there was no adherend containing a metal oxide. It was confirmed that the peel strength can be improved while maintaining the conversion efficiency as compared with Comparative Example 1 containing only silver powder. Further, according to Example 1, as compared with Comparative Example 2 to which the metal tellurium powder and the silver powder are added and Comparative Example 3 to which the tellurium dioxide powder and the silver powder are added, the series resistance value can be lowered and the conversion efficiency can be improved. It was confirmed that the peel strength could be greatly improved.
  • FIG. 5 is a diagram showing element mapping of cross sections of each conductor pattern of Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3.
  • a conductive pattern blue: mainly silver
  • Te components light blue to yellowish green to yellow
  • FIG. 5 shows that Specifically, as compared with Example 1, in Comparative Example 2 and Comparative Example 3, many portions (yellowish green to yellow) having a high probability of existence of Te were observed, and it was found that the Te components were unevenly distributed. ..
  • Example 1 by using silver powder having an adherend containing a metal oxide having a melting point lower than that of silver on the surface of the silver particles, the metal components constituting the metal oxide are appropriately dispersed. It was found that a conductive pattern can be obtained. As a result, it was found that the conductive pattern can obtain high adhesive strength.
  • the conductive paste when the conductive paste is sintered to form a conductive pattern by adhering an oxide of a metal component having a melting point lower than that of silver on the surface of silver particles, in the thickness direction thereof. Since the uneven distribution of silver and the metal component having a low melting point can be suppressed, the adhesive strength can be improved while maintaining high conductivity of the conductive pattern.

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Abstract

銀粒子と、銀粒子の表面に被着する、銀よりも融点が低い金属酸化物を含む被着物と、を有する、銀粉である。

Description

銀粉およびその製造方法、並びに導電性ペースト
 本発明は、銀粉およびその製造方法、並びに導電性ペーストに関する。
 近年、銀粉を用いた導電性ペーストには、電子部品の小型化による導体パターンの高密度化や配線太さを細くするファインライン化が求められている。また、太陽電池の集光面積を増やして発電効率を向上させるためにも、フィンガー電極の細線化が要求されている。
 導電性ペーストとしては、例えば金属テルルやテルル酸化物などの低融点金属を添加物として含有したものが提案されている(例えば特許文献1を参照)。低融点金属の含有により、例えば太陽電池の電極を形成したときに接触抵抗を改善することができる。低融点金属とは、融点が500℃以下の金属をいい、例えば、亜鉛(融点419.6℃)、鉛(融点327.5℃)、スズ(融点231.97℃)、ビスマス(融点271.3℃)、テルル(融点449.5℃)、セレン(融点217℃)が挙げられている。さらに、低融点金属に代えて、導電性ペーストの焼成温度以下の融点を有する物質(二酸化テルルのような低融点金属系化合物)または導電性ペーストの焼成温度以下の温度において化学反応(物理変化)を起こす物質を用いることができるとされている。
 また例えば、導電性ペーストとしては、テルル化銀などのテルル合金化合物を添加物として含有させたものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
国際公開第2010/016186号 特開2018-190967号公報
 ところで、導体パターンの高密度化や配線太さを細くするファインライン化においては、接地面積を狭くしながら導体抵抗を抑えるために、接地幅に対する電極高さ(アスペクト比)を大きくすることが求められている。
 また、導電パターンの信頼性を高めるには、下地との間で高い接着強度を得られることが必要とされる。例えば太陽電池の場合であれば、フィンガー電極やバスバー電極の電極剥がれが問題となり、これらの電極には下地であるSi面またはSiN面との間で高い接着強度を得られることが求められる。
 しかし、特許文献1や2の導電性ペーストでは、導電パターンと下地との接着強度を高くできないため、導電パターンのアスペクト比を大きくしたときに、電極剥がれが生じやすいことがある。
 本発明は、導電パターンを形成したときに高い接着強度を得られるような銀粉およびその製造方法、並びにそれを含む導電性ペーストを提供することを目的とする。
 本発明者は、導電性ペーストに銀粒子とともに低融点の金属酸化物粉を含有させたときに、導電パターンの接着強度を高くできないことについて検討を行い、接着強度の低下は銀と金属酸化物粉との比重の差に起因するものと考えた。低融点の金属酸化物の比重は、銀の比重(約10.5g/cm)に対して小さい。導電性ペーストでは銀粉や金属酸化物粉が自由に動くことができるので、導電性ペーストを塗布する前または塗布後において、比重の大きなもの同士、比重の小さなもの同士がそれぞれ集まり、銀粒子や金属酸化物粉が偏在するおそれがある。
 金属酸化物には、導電性ペーストに混合させるガラスフリットの軟化点温度を低下させる効果を持つものがある。ガラスフリットの軟化点温度が下がることで塗布膜の焼成時にガラスが早く流動し、銀が焼結するよりも早く膜と基板との界面に移動して強固な結合を形成し、密着強度を担保する。ここで金属酸化物の偏在が生じた場合、ガラスの軟化点温度にムラが生じ、結果として軟化点降下作用が効果的に働かないと予想される。さらに、焼成後の導電パターンの膜内部が不均一になるため異なる相同士の接触点が起点となり、膜の破壊が生じる可能性が高まる。金属酸化物が膜内部に分散して存在していれば不均一による膜破壊の起点が減少し、導電パターンの強度向上に繋がると考えた。
 そこで、本発明者は、銀粒子と低融点の金属酸化物粉の偏在を抑制する方法について検討を行い、比重の大きな銀粒子の表面に低融点の金属酸化物を被着物として予め被着させる方法に着目した。このよう銀粒子に低融点の金属酸化物を被着させることにより、銀粉を導電性ペーストに配合しても、比重差による低融点の金属酸化物の偏在を抑制することができ、導電パターンの接着強度を高くできることが見出された。その結果、導電パターンを高いアスペクト比で形成した場合でも電極剥がれを低減できる。
 以上の知見を基に創出されたのが以下の各態様である。
 本発明の第1の態様は、
 銀粒子と、当該銀粒子の表面に被着する、銀よりも融点が低い金属酸化物を含む被着物と、を有する、銀粉である。
 本発明の第2の態様は、第1の態様において、
 前記金属酸化物がTe酸化物、Bi酸化物、Pb酸化物、Tl酸化物およびV酸化物の少なくとも1つである。
 本発明の第3の態様は、第1または第2の態様において、
 前記金属酸化物を構成する金属成分の含有量は、銀に対して0.01質量%~10質量%である。
 本発明の第4の態様は、第1~第3の態様において、
 前記被着物は、前記金属酸化物を第1被着物としたとき、前記金属酸化物を構成する金属成分からなる金属または当該金属成分と銀との合金を含む第2被着物を有する。
 本発明の第5の態様は、第4の態様において、
 前記金属成分がTe、Bi、Pb、Tl、Vの少なくとも1つである。
 本発明の第6の態様は、第1~第5の態様において、
 前記被着物における前記金属酸化物を構成する、銀を除く金属成分の総量は、銀に対して0.1質量%~10質量%である。
 本発明の第7の態様は、
 銀錯体溶液に、還元剤と、銀よりも融点が低い金属酸化物を構成する金属成分を含む水溶液とを添加する工程を有し、
 銀粒子を還元析出させつつ、当該銀粒子の表面に前記金属成分の金属酸化物を析出させて被着させる、第1の態様の銀粉の製造方法である。
 本発明の第8の態様は、
 第1~第6の態様の銀粉と、金属を含有する被着物を表面に有さない銀粉と、有機バインダと、ガラスフリットと、溶剤と、を含む導電性ペーストである。
 本発明の第9の態様は、第8の態様において、
 第1~第6の態様の銀粉に含まれる、前記金属酸化物を構成する前記金属成分の含有量が、前記導電性ペーストに含まれる銀に対して0.001質量%~0.03質量%である。
 導電パターンを形成したときに高い接着強度を得ることができる。
図1は、実施例1の銀粉の表面についての元素マッピングを示す図である。 図2は、実施例1の銀粉の断面についての元素マッピングを示す図である。 図3は、実施例4の銀粉の表面についての元素マッピングを示す図である。 図4は、実施例4の銀粉の断面についての元素マッピングを示す図である。 図5は、実施例1、比較例2および比較例3の各導体パターンの断面の元素マッピングを示す図である。
<本発明の一実施形態>
 以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、本明細書において、「銀粒子」とは、個々の銀粒子に着目した場合の表現であり、「銀粉」とは、多数の銀粒子を集合体として扱う場合の表現である。また、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
(銀粉)
 銀粉は、電子部品(例えば太陽電池など)における電極や回路といった導電パターンを形成するための導電性ペーストに配合されるものである。本実施形態の銀粉は、銀粒子と、銀粒子の表面に被着する、銀よりも融点の低い金属酸化物を含む被着物と、を備えて構成されており、金属酸化物被着銀粉である。
 被着物は、銀よりも融点の低い金属酸化物を含む。被着物は、導電性ペーストの焼結過程において、ガラスフリットの軟化点温度を低下させる。ガラスの軟化点温度を低下させることで、ガラスを銀の焼結よりも早く流動させ、ガラスを塗布膜と基板との界面までムラなく流動させることを促進することができる。これにより、焼成後の導体パターンでのマイクロクラックを低減して強度を高め、下地との接着強度も高めることができる。
 被着物は、銀粒子の表面の一部または全部を被覆するように銀粒子に被着して設けられる。好ましくは、被着物は、銀粒子の表面の一部を被覆するように、銀粒子の表面に点在して分布するとよい。ここで、被着とは、単なる付着よりも強く銀粒子の表面に付いている状態を示す。銀粉と低融点金属酸化物の粉とを単に混ぜたような場合では、仮に銀粒子の表面に金属酸化物粉が付着していたとしても、その金属酸化物粉と銀粒子とは容易に離されるものである。本実施形態では、後述するように、銀粒子の還元析出の際に、低融点の金属酸化物を銀粒子の表面に被着させるように析出させている。そのため、銀粒子への被着物の被着の強さを、例えば金属酸化物被着銀粉の解砕を行っても銀粒子の表面から被着物が離れないような強さとすることができる。これにより、金属酸化物被着銀粉を導電性ペーストに混練したときでも、被着物を銀粒子とともに存在させることができる。つまり、銀粒子および低融点の金属酸化物の偏在を抑制することができる。
 被着物は、金属酸化物を含む。金属酸化物は、銀よりも融点の低いものであれば特に限定されないが、例えばテルル(Te)酸化物、ビスマス(Bi)酸化物、鉛(Pb)酸化物、タリウム(Tl)酸化物、バナジウム(V)酸化物であることが好ましい。Te酸化物、Bi酸化物、Pb酸化物、Tl酸化物、V酸化物は、それぞれ、TeO(融点733℃)、B(融点817℃)、PbO(融点223℃)、Pb(融点686℃)、PbO(融点290℃)、Tl(融点717℃)、V(融点690℃)が例示され、いずれも銀の融点(962℃)よりも低い。この中でも、特に、テルル(Te)酸化物またはビスマス(Bi)酸化物であることがより好ましい。これらの酸化物によれば、導電性ペーストに添加するガラスフリットの軟化点温度を低くすることができる。これにより例えば、導電性ペーストの焼成時に、銀粒子間の隙間を溶融ガラスで埋めやすくなり、銀粒子間の密着と融結を促すことができる。この結果、導体パターンの強度を向上させることができる。しかも、ファイヤースルーにより導体パターンの接触抵抗を低くすることができる。
 本実施形態の被着物は、上述の金属酸化物を第1被着物としたときに、第1被着物とは別の異なる第2の被着物を含んでもよい。第2被着物は、第1の被着物における金属酸化物を構成する金属成分からなる金属またはこの金属成分と銀との合金を含む。第1被着物における金属酸化物がTe酸化物、Bi酸化物、Pb酸化物、Tl酸化物、V酸化物を含む場合であれば、第2被着物には、Te、Bi、Pb、Tl、Vの金属単体、もしくは、それらと銀との合金が含まれていてもよい。例えば、第1被着物にTe酸化物が含まれるのであれば、第2被着物にはTe金属単体もしくはAg-Te合金が含まれていてもよい。さらに、被着物は金属酸化物とともに銀を含んでもよく、金属酸化物と銀のアモルファス状態であっても良い。
 銀粒子の表面において、第1被着物と第2被着物との比は、1:9~10:0(第1被着物の割合が10~100%)であることが好ましく、1:9~9:1(第1被着物の割合が10~90%)であることがより好ましい。ここで、第1被着物と第2被着物との比とは、各被着物を構成する金属成分原子の数の比を示す。第2被着物があると、第1被着物と銀粒子表面との間の密着性をより強くすることができる。第1被着物における金属酸化物を構成する金属成分と、第2被着物における金属成分(合金での銀を除く)との原子の数の比は、ESCAによる銀粒子表面の状態分析結果により測定するものとする。ESCAでは、銀粒子が密集して存在しているサンプルに対し分析エリアを例えば800μmφとして測定を行い、複数の銀粒子(例えば100個以上)の表面に対し測定すれば良い。
 なお、テルルは半金属元素であるが、本明細書中では便宜的に他の金属元素と区別せずに金属、金属成分または金属酸化物における金属に含めて呼ぶこととする。
 金属酸化物被着銀粉において、被着物における金属酸化物を構成する、銀を除く金属成分の総量は、金属酸化物被着銀粉に含まれる銀に対して0.1質量%~10質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.1質量%~3質量%とするとよい。ここで、金属酸化物を構成する、銀を除く金属成分とは、例えば被着物が金属成分からなる、もしくは被着物が金属酸化物と銀とのアモルファス状態である場合であれば、金属酸化物を構成する金属成分の含有量を示す。また例えば、被着物が、第1被着物および第2被着物を含む場合であれば、第1被着物における金属酸化物を構成する金属成分と、第2被着物における金属成分(合金での銀を除く)と、を合計した含有量を示す。そして、被着物が第1被着物および第2被着物を含む場合、前記合計した金属成分の総量のうち、第1被着物における金属酸化物を構成する金属成分の割合としては、10~100%であることが好ましく、金属酸化物を構成する金属成分の量は、金属酸化物被着銀粉に含まれる銀に対して0.01質量%~10質量%であることが好ましく、0.01質量%~9質量%であることがより好ましく、0.1質量%~3質量%とすることがさらに好ましい。金属酸化物を構成する金属成分の含有量を銀に対して0.01質量%以上とすることにより、低融点の金属酸化物による効果をより確実に得ることができる。一方、低融点の金属酸化物の含有量が過度に多くなると、導電パターンの抵抗が大きくなり導電性が損なわれることがある。この点、含有量を銀に対して10質量%以下とすることにより、低融点の金属酸化物による効果を得ながらも、導体パターンの導電性を高く維持することができる。
 なお、金属酸化物被着銀粉に含まれる銀や、第1被着物における金属酸化物を構成する金属成分と第2被着物における銀を除く金属成分の総量の各含有量は、以下のように測定するとよい。まず、銀の含有量は、金属酸化物被着銀粉を硝酸で完全に溶解させた後、塩酸を加えて塩化銀を沈殿させてろ過し、塩化銀の質量を測定する重量法(質量法)で測定するとよい。第1被着物における金属酸化物を構成する金属成分と第2被着物における金属成分の総量は、金属酸化物被着銀粉を硝酸で加熱溶解させた後、必要に応じて王水などを用いて完全に溶解させ、結合誘導プラズマ(ICP)発光分析などで測定するとよい。なお、本実施形態においては、Te酸化物はTeと共に硝酸で溶解するため上記のように硝酸を用いて第1被着物と第2被着物とを区別なく測定したが、金属酸化物が硝酸では全く溶けずに沈殿物として回収できる場合には、固液分離によって回収した金属酸化物の量から第1被着物における金属酸化物を構成する金属成分の量を測定し、ろ液から第2被着物における銀を除く金属成分の量を測定しても良い。
 金属酸化物被着銀粉の粒径は、特に限定されないが、体積基準の累積50%粒径(D50)が0.5μm~4μmであることが好ましい。粒度分布は、銀粉0.1gをイソプロピルアルコール(IPA)中に分散させ、日本精機製作所製のバイオミキサー(型式:BM-4)で2分間撹拌を行った後、レーザー回折式粒度分布測定装置(日機装株式会社製のマイクロトラックMT3300EXII)を用いて測定するとよい。なお、金属酸化物被着銀粉における個々の粒子の形状は、特に限定されないが、例えば球形、楕円体形、フレーク状、又は不定形状であるとよい。金属酸化物被着銀粉のBET1点法による比表面積は、特に限定されないが、例えば0.45~1.2m/gであることが好ましい。
(銀粉の製造方法)
 続いて、上述した金属酸化物被着銀粉の製造方法について説明する。
 まず、銀粒子を形成するための銀錯体溶液を準備する。銀錯体溶液は、例えば銀イオンを含む水溶液に錯化剤を添加して銀錯体を生成することで調製するとよい。銀錯体水溶液としては、例えば銀-アンミン錯体水溶液などがある。
 銀イオンの供給源としては、公知のものを使用することができる。例えば硝酸銀、硫酸銀、炭酸銀、塩化銀、酸化銀等の無機銀塩を用いることができる。水溶液中の銀イオン濃度は、後述する還元剤の添加前の段階で0.1質量%~10質量%であることが好ましい。
 銀イオンの錯化剤としては、例えばアンモニア水、アンモニウム塩等のアンモニウムイオン、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)の塩等のキレート化合物を用いることができる。この中でも、銀イオンと錯体を形成し易く、洗浄が容易で不純物が残存し難いことから、アンモニウムイオンが好ましい。錯化剤としてアンモニウムイオンを用いると、水溶液中で銀-アンミン錯体が形成される。このとき、アンミン錯体の配位数は2であるため、銀イオン1モル当たりアンモニウムイオンを2モル以上添加するとよい。
 また、銀錯体を還元させて銀粒子を析出させるための還元剤を準備する。還元剤としては、従来公知のものを使用することができる。例えば、ホルマリン、アスコルビン酸、ヒドラジン、アルカノールアミン、ヒドロキノン、シュウ酸、ギ酸、アルデヒド、アルコール、糖類等の有機物や金属の低級酸化物、水素化ホウ素ナトリウム等を用いることができる。この中でも、反応性が安定で、かつ銀を速やかに還元できることから、アスコルビン酸、ブドウ糖、ホルムアルデヒド、ヒドラジンおよび炭酸ヒドラジンが好ましく、ホルムアルデヒド、ヒドラジンおよび炭酸ヒドラジンがより好ましい。還元剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 また本実施形態では、銀粒子の表面に、銀よりも融点が低い金属酸化物を含む被着物を形成するために、銀よりも融点が低い金属酸化物を構成する金属成分(つまり、酸化したときに銀よりも融点が低い金属酸化物を形成するような金属成分)を含む水溶液を準備する。具体的には、当該金属成分を含む水溶液は、例えばTe、Bi、Pb、Tl、Vから選択される金属の酸化物または硝酸塩などの無機塩を水に溶解させることで調製するとよい。この水溶液は、当該金属成分を含む無機塩の溶解により、酸性または塩基性となる。この水溶液は、銀錯体水溶液のpHを大きく変動させない観点からは、pHが9以上であって塩基性であることが好ましい。当該金属成分を含む無機塩を溶解させたときの水溶液が酸性となる場合は、還元前に予めNaOHなどのアルカリ溶液を添加することでpHを9以上に調整するとよい。
 続いて、銀錯体溶液に還元剤と当該金属成分を含む水溶液とを添加する。還元剤の添加により、銀錯体から銀粒子を還元析出させる。また、当該金属成分を含む水溶液の添加により、析出する銀粒子の表面に当該金属を析出させ、当該金属の酸化物を含む被着物を形成することができる。これにより、金属酸化物被着銀粉を含むスラリーを得る。
 還元剤の添加量は、特に限定されないが、銀の収率を高める観点から、銀に対して1当量以上とすることが好ましい。
 還元剤の添加方法としては、還元析出した金属酸化物被着銀粉の凝集を抑制する観点から、銀イオン量に対して還元剤1当量/min以上の速さで添加するのが好ましい。また、還元剤を添加してから還元析出を終えるまでの間、反応液を攪拌することが好ましい。また、還元中の反応液の温度は5℃~80℃とすることが好ましく、5℃~40℃とすることがより好ましい。
 当該金属成分を含む水溶液の添加方法は、還元剤を添加してから銀粒子の析出が完了するまで行うとよい。特に、銀錯体水溶液に添加した還元剤の還元力が持続している間に当該水溶液を添加するとよい。例えば、還元剤を添加した後に数秒以内に当該水溶液を添加するとよい。また例えば、銀錯体水溶液に予め当該水溶液を添加し始めた後に、還元剤を添加するとよい。一方、還元剤を添加してから、当該水溶液の添加が過度に遅くなると、銀粒子の粒成長が優先されるため、当該金属成分の銀粒子表面への析出が阻害され、被着物を形成できなくなるおそれがある。
 また、銀錯体溶液に還元剤と金属成分を含む水溶液とを添加し、金属酸化物被着銀粉を析出させ始めた後、さらに還元剤を添加してもよい。還元剤をさらに添加することにより、被着を促進できる。
 得られたスラリーには、必要に応じて、表面処理剤を添加してもよい。表面処理剤によれば、金属酸化物被着銀粉の分散性を維持することができる。表面処理剤としては、例えば脂肪酸もしくはその塩など、従来公知のものを使用することができる。
 続いて、得られたスラリーをろ過し、金属酸化物被着銀粉を回収する。その後、回収した金属酸化物被着銀粉を水洗する。水洗は、通水後の液の電気電導度が0.2mS/m以下となるまで水洗することが好ましい。
 続いて、水洗した金属酸化物被着銀粉を例えば真空乾燥により乾燥させる。乾燥条件としては、例えば73℃で10時間とするとよい。この乾燥により、乾燥粉を得る。なお、乾燥粉において、被着物に含まれる当該金属成分の一部または全部が酸化されていてもよい。
 続いて、得られた乾燥粉を解砕することにより、本実施形態の金属酸化物被着銀粉を得る。なお、金属酸化物被着銀粉では、被着物が銀粒子の表面に被着しているため、金属酸化物被着銀粉を解砕した場合であっても、被着物の脱離を抑制することができる。
(導電性ペースト)
 続いて、導電性ペーストについて説明する。
 本実施形態の導電性ペーストは、銀粒子表面に上述した被着物を有する銀粉(金属酸化物被着銀粉)と、金属を含有する被着物を表面に有さない銀粉と、有機バインダと、ガラスフリットと、溶剤と、を含んで構成される。
 上記の金属を含有する被着物を表面に有さない銀粉とは、上述の金属酸化物被着銀粉のような第1被着物や第2被着物を表面に有さない銀粉であり、製造上の不可避的な不純物を除き、表面に銀以外の金属成分を含まないものであることが好ましい。当該銀粉によれば、導電性ペーストに配合することで、導電性ペーストに占める金属酸化物被着銀粉の割合を低くする。これにより、導電性ペーストに含まれる当該金属成分の含有量を少なくすることができ、導電パターンの抵抗を小さくして導電性を高くすることができる。なお、当該金属を含有する被着物を表面に有さない銀粉は、その表面に脂肪酸などの銀粉に使用することが知られている従来公知の表面処理剤が被着していてもよい。
 金属を含有する被着物を表面に有さない銀粉としては、特に限定されず、従来公知のものを使用することができる。また、その形状も特に限定されず、例えば球状、フレーク状、樹脂状、ワイヤなど種々の形状を適宜選択することができ、異なる形状のものを複数併用してもよい。
 導電性ペーストにおいて、金属酸化物被着銀粉と、金属を含有する被着物を表面に有さない銀粉との添加比率は特に限定されないが、金属酸化物被着銀粉における被着物に由来する金属成分の含有量が、導電性ペースト中の銀の総量に対して、0.001質量%~0.03質量%となるような添加比率とすることが好ましい。
 有機バインダとしては、公知の樹脂または樹脂を溶媒にとかしたものを用いることができる。例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、フェノール系樹脂、脂肪族系石油樹脂、酢酸ビニル系樹脂、酢酸ビニル-アクリル酸エステル共重合体、ポリビニルブチラール等のブチラール樹脂誘導体の有機バインダなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 ガラスフリットとしては、鉛(Pb)、テルル(Te)、リチウム(Li)、亜鉛(Zn)、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、およびビスマス(Bi)から選ばれる成分が主として含有されるガラスフリットであることが好ましく、他の成分としてナトリウム(Na)、カリウム(K)、ホウ素(B)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、リン(P)、アンチモン(Sb)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ランタン(La)などが含有されていてもよい。なお、ICP分析値として各々0.1質量%以上であれば「含有される」とする。
 ガラスフリットは、導電性ペーストの使用目的に応じて適宜選択することができる。例えば太陽電池用途としては、Pb-Te-Bi系と呼ばれるガラスフリットを使用することが好ましい。このガラスフリットは、太陽電池の半導体層上に形成された反射防止層を適度に侵食すると共に、導電性ペーストの焼成物すなわち銀電極を半導体層に接着するものであることが好ましい。
 溶剤は、導電性ペーストの使用目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ブチルカルビトールアセテート(BCA)、ブチルカルビトール(BC)、エチルカルビトールアセテート(ECA)、エチルカルビトール(EC)、ヘキサン、トルエン、エチルセロソルブ、シクロヘキサノン、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジアセトンアルコール、ターピネオール、メチルエチルケトン、ベンジルアルコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラデカン、テトラリン、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ジヒドロターピネオール、ジヒドロターピネオールアセテート、エチルカルビトール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオールモノイソブチレート(テキサノール)などから、1種以上の溶媒を選択して使用することができる。なお、溶剤の含有量は、導電性ペーストに対して1~40質量%であるのが好ましい。
 また、導電性ペーストには、上記成分以外に、必要に応じて、その他の成分を適宜配合することができる。その他の成分としては、例えば、界面活性剤、分散剤、レオロジー調整剤、シランカップリング剤、イオン捕集材などを用いることができる。
<本実施形態に係る効果>
 本実施形態によれば、以下の1つまたは複数の効果を奏する。
 比較形態として、例えば銀粉と銀よりも融点の低い金属酸化物粉とを導電性ペーストに添加した場合、基板に塗布したときに、比重の大きなもの同士、比重の小さなもの同士がそれぞれ集まって偏在し、金属酸化物粉が偏在することがある。このような偏在状態の塗膜を焼成すると、ガラスフリットの軟化点温度にムラが生じ、膜自体が不均一になるため、異なる相同士の接触点が起点となり、膜の破壊が生じる可能性が高まる。この結果、得られる導体パターンは、クラックの発生などにより強度が低くなるばかりか、基板との接着強度を十分に確保できなくなる。
 この点、本実施形態の金属酸化物被着銀粉では、銀粒子の表面に、銀よりも融点の低い金属酸化物を被着させている。このような金属酸化物被着銀粉を含む導電性ペーストによれば、基板に塗布したときに、その塗膜中で銀と低融点の金属酸化物とがこれらの比重差に起因して偏在することを抑制することができる。その結果、導電パターンでのマイクロクラックを低減して強度を高めるとともに、導体パターンの基板との接着強度も高くすることができる。
 被着物に含まれる銀よりも融点の低い金属酸化物は、Te酸化物、Bi酸化物、Pb酸化物、Tl酸化物およびV酸化物の少なくとも1つであることが好ましい。このような酸化物によれば、銀粒子の過剰な焼結をより確実に抑制できるので、導電パターンの強度および接着強度をより高くすることができる。しかも、Te酸化物およびBi酸化物によれば、さらにガラスフリットの軟化点温度を低くできるので、導体パターンの強度をより高くすることができる。
 また、被着物に含まれる銀よりも融点の低い金属酸化物の含有量は、被着物が金属酸化物のみを含む場合では、金属酸化物被着銀粉に含まれる銀に対して0.01質量%~10質量%であることが好ましい。また、金属酸化物を含む第1被着物だけでなく、金属酸化物を構成する金属成分、または、これと銀との合金を含む第2被着物が形成される場合では、合計した金属成分の含有量が、金属酸化物被着銀粉に含まれる銀に対して0.1質量%~10質量%であることが好ましい。このような含有量とすることにより、金属酸化物による導電性の低下を抑制しながらも、金属酸化物による導体パターンの強度および接着強度の向上という効果を得ることができる。
 次に、本発明について実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
<実施例1>(金属酸化物被着銀粉の作製)
 まず、銀錯体溶液を調製した。具体的には、銀濃度1.4質量%の硝酸銀水溶液3670.1gをガラス製ビーカーに入れ、この硝酸銀水溶液に、濃度28質量%のアンモニア水161.8g(銀1モルに対してアンモニア2.67モル等量)を加えて、銀-アンミン錯体水溶液を得た。
 また、還元剤として、ホルマリンを純水で希釈した21.0質量%のホルムアルデヒド水溶液を準備した。さらに、酸化したときに銀よりも融点が低い金属酸化物を形成する金属成分を含む水溶液としてテルル水溶液を準備した。テルル水溶液は、二酸化テルル(和光純薬株式会社製 二酸化テルル粉 純度99.9%)3.4gを濃度20質量%の水酸化ナトリウム水溶液10gと純水27gに加えて溶解させることで調製した。
 次に、調製した銀-アンミン錯体水溶液に濃度20質量%の水酸化ナトリウム水溶液7.5gを加えて3分間攪拌した。その後、銀-アンミン錯体水溶液を攪拌しながら、還元剤としてホルムアルデヒド水溶液を357.6g(銀1モルに対して12.4モル等量)を添加し、銀粒子を還元析出させた。還元剤の添加開始から5秒後にテルル水溶液を添加した。これにより、銀粒子の表面にテルル酸化物を被着させるようにした。1分後、銀粒子を含むスラリーに濃度1.55質量%のステアリン酸エタノール溶液6.01gを加えて還元反応を終了させ、撹拌を停止して銀粒子を沈降させた。
 次に、銀粒子が沈殿したスラリーをろ過し、ろ紙上の澱物に対して通水して通水後の洗浄水の電気電導度が0.2mS/m以下になるまで水洗した後、澱物を73℃で10時間真空乾燥させて乾燥粉を得た。得られた乾燥粉を解砕機(協立理工株式会社製のSK-10型)に投入し、30秒間の解砕を2回繰り返して本実施例1のテルル被着銀粉を得た。
 得られた実施例1のテルル被着銀粉について以下の測定を行った。
(EPMA分析)
 実施例1のテルル被着銀粉の表面および断面を、電子線マイクロアナライザEPMA(装置名JXA-8200、日本電子株式会社製)を用いて、1万5千倍に拡大して測定した。その結果を図1および図2に示す。図1は、実施例1の銀粉の表面についての元素マッピングを示す図である。図2は、実施例1の銀粉の断面についての元素マッピングを示す図である。図1および図2に示すように、Ag表面へのTe成分の被着は銀粒子の表面に行われており、また、Te成分の被着は銀粒子表面に均一にではなく、部分的に行われていることが分かった。
(Te量)
 銀粉に含まれるテルル(Te)の含有量を測定した。具体的には、銀の含有量は、テルル被着銀粉を硝酸で完全に溶解させた後、塩酸を加えて塩化銀を沈殿させてろ過し、塩化銀の質量を測定する重量法(質量法)により測定した。また、Teの含有量は、テルル被着銀粉を硝酸で加熱溶解させた後、結合誘導プラズマ(ICP)発光分析(SII社製、SPS5100)で測定した。その結果、銀に対してTeの含有量が1.3質量%であることが分かった。なお、本測定においては、テルルの金属酸化物もメタルも合金もすべて溶解して測定しているため、それらの間の区別なく、銀に対する当該金属成分の総量が1.3質量%である。
(ESCA測定)
 ESCA(アルバック・ファイ株式会社製、型式 5800)を用いて、テルル被着銀粉の表面(試料表面から数nm程度)の状態分析を行った。具体的には、被着物であるテルルが酸化物、金属単体それとも合金のいずれの状態であるか、を測定した。このときの測定条件は、分析エリアを800μmφ、印加電力を150.0Wとした。その結果、テルル被着銀粉の表面では、少なくとも金属単体のTe(または合金化したTe)とTeOが共存しており、金属単体のTe(または合金化したTe)とTeOとの間のTe原子の数の比が12:7であることが分かった。なお、状態分析では原子の結合エネルギの違いから状態を同定しているため、金属単体のTeか、それとも合金化したTeかは判別できなかった。
 銀に対する当該金属成分の総量が1.3質量%であることから、Te酸化物を構成する当該金属成分(Te)の含有量は、銀に対して0.48質量%と計算される。
(粒度分布測定)
 実施例1のテルル被着銀粉について粒度分布測定を行った。具体的には、テルル被着銀粉0.1gをイソプロピルアルコール(IPA)中に分散させ、株式会社日本精機製作所製のバイオミキサー(型式:BM-4)で2分間撹拌を行った後、レーザー回折式粒度分布測定装置(日機装株式会社製のマイクロトラックMT3300EXII)を用いて測定した。その結果、累積10%粒径(D10)は1.11μm、累積50%粒径は1.77μm、累積90%粒径(D90)は2.93であった。
(比表面積測定)
 実施例1のテルル被着銀粉について比表面積測定を行った。具体的には、BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製のMacsorb HM-model 1210)を使用して、測定装置内に60℃で10分間Ne-N混合ガス(窒素30%)を流して脱気した後、BET1点法により測定した。その結果、実施例1のテルル被着銀粉の比表面積は0.52m/gであった。
(導電性ペーストの作製)
 実施例1のテルル被着銀粉を用いて以下のように導電性ペーストを作製した。具体的には、実施例1のテルル被着銀粉(銀に対するテルル量が1.3質量%)と、金属を含有する被着物を有さない銀粉(DOWAハイテック株式会社製 AG-4-8F)と、を合計で89.6質量%、有機バインダとして高速印刷用ビヒクル(テルピネオールとテキサノールとブチルカルピトールアセテートの混合物)を6.2質量%、ワックス(ヒマシ油)を1.0質量%、ジメチルポリシロキサン100csを0.4質量%、トリエタノールアミンを0.2質量%、オレイン酸を0.2質量%、さらに、Pb-Te-Bi系ガラスフリットを2.0質量%、溶剤(ターピネオールとテキサノールの混合)0.4質量%を、プロペラレス自公転式攪拌脱泡装置(株式会社シンキ―製のAR250)を用いて1400rpmで30秒撹拌し混合した後、3本ロール(EXAKT社製の80S)を用いて、ロールギャップを100μm~20μmまで通過させて混錬し、導電性ペーストを得た。なお、テルル被着銀粉と銀粉との比率は、テルルの含有量が導電性ペーストに含まれる銀の総量に対して0.015質量%となるように調整した。
(導電パターンの形成)
 導電パターンの形成は以下のように行った。まず、太陽電池用シリコン基板(100Ω/□)上に、スクリーン印刷機(マイクロテック株式会社製、MT-320TV)を用いて、基板裏面にアルミニウムペースト(東洋アルミニウム株式会社製、アルソーラー14-7021)を用いて154mmのベタパターンを形成した。次に、上記導電性ペーストを500μmメッシュにてろ過した後、基板表面側に、版設計で27μm幅のフィンガー電極と、版設計で0.95mm幅の4本のバスバー電極を、スキージ速度350mm/secにて印刷を行った。200℃で10分間の熱風乾燥を行った後、高速焼成炉IR炉(日本ガイシ株式会社、高速焼成試験4室炉)を用いて、ピーク温度770℃、インアウト時間41秒の焼成を行い、導電パターンを得た。
(導電パターンの評価)
 導電パターンの導電性および接着強度を以下のように測定した。
 導電パターンの導電性について直列抵抗値および変換効率により評価した。具体的には、デジタルマルチメーター(ADVANTEST社製 R6551)を用いて、得られた導電パターンの直列抵抗値を測定し、さらに、ソーラーシュミレーター(株式会社ワコム電創製、WXS-156S-10,AM1.5G)を用いて、変換効率の測定を行った。
 導電パターンの接着強度について、導電パターンを基板から剥離するときのピール強度により評価した。具体的には、シリコン基板を割って大きさをおよそ6cm×6cmに整えた後、基板裏面を両面テープで張り付け固定した。続いて、基板表面のバスバー部分に綿棒を用いてノンハロゲン非ロジン系フラックスを塗布した。次に、50℃設定のホットプレート上で、はんだリボン(0.9mm幅)をバスバーの上に置き、もう一度フラックスを塗布した。はんだリボンの上から半田ごて(温度380℃設定)をはんだリボンの端に当て、他端までを約2~3secで走査してはんだ付けした。そして、株式会社島津製作所製の万能引張試験機EZ-SX(試験速度:15mm/sec、ストローク100mm)を用いて、はんだリボンを180°反対方向に引き剥がすよう動かし、ピール強度(180°ピール強度)を測定した。
(導電パターンの断面評価)
 また、焼成後の導電パターンの断面を観察し、Te原子がどのように分布しているかについて、EPMAを用いて分析した。電子線マイクロアナライザEPMA(装置名JXA-8200 日本電子株式会社製)を用いて、3千倍に拡大して測定した。
<実施例2>
 実施例2では、実施例1と同様に、銀-アンミン錯体水溶液、ホルムアルデヒド水溶液およびテルル水溶液を準備した。さらに、後添加用還元剤水溶液として、21.0%のホルムアルデヒド水溶液71.5gに20%水酸化ナトリウム水溶液10.0gを添加したものを準備した。実施例2では、実施例1と同様に、銀-アンミン錯体水溶液にホルムアルデヒド水溶液とテルル水溶液を添加した後、テルル水溶液を添加してから10秒後に、後添加用還元剤水溶液をさらに添加して、還元を促進させた。そして、1分後、銀粒子を含むスラリーに濃度1.55質量%のステアリン酸エタノール溶液6.01gを加えて還元反応を終了させ、撹拌を停止して銀粒子を沈降させた。その後は、実施例1と同様の手順でろ過、洗浄、乾燥および解砕を行い、実施例2のテルル被着銀粉を得た。
 実施例2のテルル被着銀粉について、実施例1と同様に、銀粉に含まれるテルル(Te)の含有量を測定したところ、銀に対するテルル(Te)の含有量は3.0質量%であった。また、ESCA測定を行ったところ、被着物には金属単体のTeは存在せず、TeOが100%で存在することが確認された。また、実施例2のテルル被着銀粉について、電界放出型透過電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製HF-2200)を用いて被着物の元素マッピングを行ったところ、被着物の層内で均一に、AgとTeと酸素が原子%で1:1:2の関係を有していることが分かった。このことから、被着物においてAgとTeOとがアモルファス化して存在していると予想される。また、実施例1と同様に粒度分布を測定したところ、D10は1.1μm、D50は1.7μm、D90は2.7μmであった。また、実施例1と同様に比表面積を測定したところ、0.68m/gであった。
 実施例2の銀粉を用いて、実施例1と同様に、導電性ペーストおよび導体パターンを作製し評価を行った。
<実施例3>
 実施例3では、テルル水溶液の調製において、二酸化テルルの添加量を3.4gから5.7gに増やした以外は、実施例2と同様の操作を行い、実施例3のテルル被着銀粉を得た。
 実施例3のテルル被着銀粉について、実施例1と同様に、銀粉に含まれるテルル(Te)の含有量を測定したところ、銀に対するテルル(Te)の含有量は3.6質量%であった。また、ESCA測定を行ったところ、実施例2と同様に、被着物には金属単体のTeは存在せず、TeOが100%で存在することが確認された。また、被着物においてAgとTeOとがアモルファス化して存在していると予想された。また、実施例1と同様に粒度分布を測定したところ、D10は1.1μm、D50は1.7μm、D90は2.7μmであった。また、実施例1と同様に比表面積を測定したところ、0.68m/gであった。
 実施例3の銀粉を用いて、実施例1と同様に、導電性ペーストおよび導体パターンを作製し評価を行った。
<実施例4>
 実施例4では、テルル水溶液の代わりにビスマス水溶液を用いた以外は、実施例2と同様の操作を行い、実施例4のビスマス被着銀粉を作製した。ビスマス水溶液は、硝酸ビスマス五水和物(和光純薬硝酸ビスマス五水和物 純度>99.5%)4.367gを濃度20質量%の水酸化ナトリウム水溶液10gに加えて溶解させることで調製した。
 実施例4のビスマス被着銀粉の表面および断面を、実施例1と同様にEPMAを用いて、測定したところ、図3および図4の結果を得られた。図3は、実施例4の銀粉の表面についての元素マッピングを示す図である。図4は、実施例4の銀粉の断面についての元素マッピングを示す図である。図3および図4に示すように、Ag表面へのBi成分の被着は銀粒子の表面に行われており、また、Bi成分の被着は銀粒子表面に均一にではなく、部分的に行われていることが分かった。
 実施例4のビスマス被着銀粉について、実施例1と同様に、銀粉に含まれるビスマス(Bi)の含有量を測定したところ、銀に対するビスマス(Bi)の含有量は3.0質量%であった。また、ESCA測定を行ったところ、被着物には金属単体のBiは存在せず、Biが100%で存在することが確認された。また、実施例1と同様に粒度分布を測定したところ、D10は1.3μm、D50は1.9μm、D90は2.9μmであった。また、実施例1と同様に比表面積を測定したところ、0.60m/gであった。
 実施例4の銀粉を用いて、実施例1と同様に、導電性ペーストおよび導体パターンを作製し評価を行った。
<比較例1>
 比較例1では、テルル被着銀粉を使用せずに、金属を含有する被着物を有さない銀粉のみを添加した以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し評価を行った。
<比較例2>
 比較例2では、テルル被着銀粉の代わりに、金属テルル粉(株式会社高純度化学研究所製 純度99.9%)を、テルルの含有量が導電性ペーストに含まれる銀の総量に対して0.015質量%となるように混合した以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し評価を行った。
<比較例3>
 比較例3では、テルル被着銀粉の代わりに、二酸化テルル粉(和光純薬株式会社製 二酸化テルル粉 純度99.9%)を、テルルの含有量が導電性ペーストに含まれる銀の総量に対して0.015質量%となるように混合した以外は、実施例1と同様に導電性ペーストを作製し評価を行った。
<評価結果>
 実施例および比較例の各評価結果を以下の表1および表2に示す。表1には、実施例1~4の銀粉について比表面積、粒度分布、および、被着物の銀に対する量とESCAによる被着物の状態分析をまとめる。なお、表1には、金属酸化物などが被着した実施例1~4の銀粉との比較のために、被着物を有さない銀粉(DOWAハイテック株式会社製の「AG-4-8F」)の比表面積および粒度分布を記載している。また表2には、実施例1~4および比較例1~3の銀粉を用いて作製した各導体パターンについて変換効率、直列抵抗およびピール強度をまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すように、テルルもしくはビスマスの被着物を有する実施例1~4の銀粉はいずれも、被着物に含まれる金属成分の銀に対する量が0.1質量%以上10質量%以下の範囲内であった。また、被着物を有する実施例1~4の銀粉は、被着物を持たない銀粉(AG-4-8F)と比べて、比表面積が大きくなることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示すように、導電性ペーストにテルル被着銀粉を添加した実施例1~3、ビスマス被着銀粉を添加した実施例4によれば、金属酸化物を含有する被着物を有さない銀粉のみを含む比較例1と比べて、変換効率を維持しながらも、ピール強度を向上できることが確認された。また、実施例1によれば、金属テルル粉および銀粉を添加した比較例2や、二酸化テルル粉および銀粉を添加した比較例3と比べて、直列抵抗値を低くして変換効率を向上できるだけでなく、ピール強度を大きく向上できることが確認された。
 また、実施例1、比較例2および比較例3における導体パターンの断面をEPMAを用いて観察したところ、図5に示すような結果が得られた。図5は、実施例1、比較例2および比較例3の各導体パターンの断面の元素マッピングを示す図である。図5では、基板(濃青色)上に、空隙(黒色)を含む導電パターン(青色:主に銀)が形成され、その導電パターン中に、Te成分(水色~黄緑~黄色)が分布していることが確認された。具体的には、実施例1に比べて、比較例2および比較例3では、Teの存在確率の高い部分(黄緑~黄色)が多く見られ、Te成分が偏在していることが分かった。また、実施例1のように、銀よりも融点が低い金属酸化物を含む被着物を銀粒子の表面に有する銀粉を用いることにより、金属酸化物を構成する金属成分が適度に分散した状態の導電パターンを得られることが分かった。この結果、導電パターンは高い接着強度を得ることができることが分かった。
 以上のように、銀粒子の表面に、銀よりも融点の低い金属成分の酸化物を被着させることにより、導電性ペーストを焼結して導電パターンを形成するときに、その厚さ方向で銀と融点の低い金属成分との偏在を抑制できるので、導電パターンの導電性を高く維持しながらも接着強度を向上させることができる。

Claims (9)

  1.  銀粒子と、当該銀粒子の表面に被着する、銀よりも融点が低い金属酸化物を含む被着物と、を有する、銀粉。
  2.  前記金属酸化物がTe酸化物、Bi酸化物、Pb酸化物、Tl酸化物およびV酸化物の少なくとも1つである、請求項1に記載の銀粉。
  3.  前記金属酸化物を構成する金属成分の含有量は、銀に対して0.01質量%~10質量%である、請求項1又は2に記載の銀粉。
  4.  前記被着物は、前記金属酸化物を第1被着物としたとき、前記金属酸化物を構成する金属成分からなる金属または当該金属成分と銀との合金を含む第2被着物を有する、請求項1乃至3に記載の銀粉。
  5.  前記金属成分がTe、Bi、Pb、Tl、Vの少なくとも1つである、請求項4に記載の銀粉。
  6.  前記被着物における前記金属酸化物を構成する、銀を除く金属成分の総量は、銀に対して0.1質量%~10質量%である、請求項1~5のいずれか1項に記載の銀粉。
  7.  銀錯体溶液に、還元剤と、銀よりも融点が低い金属酸化物を構成する金属成分を含む水溶液とを添加する工程を有し、
     銀粒子を還元析出させつつ、当該銀粒子の表面に前記金属成分の金属酸化物を析出させて被着させる、請求項1に記載の銀粉の製造方法。
  8.  請求項1~6に記載の銀粉と、金属を含有する被着物を表面に有さない銀粉と、有機バインダと、ガラスフリットと、溶剤と、を含む導電性ペースト。
  9.  請求項1~6に記載の銀粉に含まれる、前記金属酸化物を構成する前記金属成分の含有量が、前記導電性ペーストに含まれる銀に対して0.001質量%~0.03質量%である、請求項8に記載の導電性ペースト。
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