本發(fā)明屬于晶體硅太陽能電池技術領域，涉及一種化學還原法制備高比表面積銀粉的方法，尤其是涉及一種提高太陽能電池電極導電性的高比表面積的銀粉及制備方法。

背景技術：

晶體硅太陽能電池是通過光電效應把光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。在半導體的P-N結(jié)上入射的合適波長的輻射充當在該半導體中產(chǎn)生空穴-電子對的外部能量源。由于P-N結(jié)處存在電勢差，空穴和電子在內(nèi)部電勢差的驅(qū)動下以相反的方向跨過該P-N結(jié)移動。電子移動到負極觸點，空穴移動到正極觸點，從而產(chǎn)生向外部電路輸送電力的電流。所以太陽能電池的正面電極對電流的收集和電池的性能起到關鍵性作用。

太陽能電池正面電極漿料是制作光電太陽能電池的重要基礎材料，晶體硅太陽能電池的正面電極漿料是由有機載體、玻璃粉、無機添加劑、銀粉和有機添加劑組成；其中有機載體主要作用是粉體的潤濕、印刷性、外觀、高寬比的構(gòu)筑；玻璃粉主要作用是燒穿絕緣的氮化硅減反膜，幫助形成Ag/Si歐姆接觸、提供附著力；銀粉主要作用是作為導電介質(zhì)，形成電極柵線、且具有低的柵線電阻，以及提供良好的導電網(wǎng)絡；無機添加劑和有機添加劑主要作用是用于改善漿料的填充、印刷、拉力等性能。

隨著技術的發(fā)展，目前在晶體硅太陽能電池中廣泛使用的銀粉材料主要為：微米級類球形銀粉、超細納米級銀粉、片狀銀粉等，其中正面銀漿中廣泛使用的微米級類球形銀粉或超細納米級銀粉能與晶體硅基片形成良好的歐姆接觸，有效降低接觸電阻，形成良好導電性，但由于類球形銀粉之間的接觸為點接觸，接觸面積較小，導電網(wǎng)絡仍有待優(yōu)化改善，且粉體用量大，銀漿制備和使用成本高。而片狀銀粉因具有比表面積較大，粉體性質(zhì)穩(wěn)定，顆粒間接觸為面接觸、線接觸、點接觸混合模式，導電網(wǎng)絡中接觸面積更充分，可以具有很低的接觸電阻和柵線電阻，從而導電性能更優(yōu)良，同時片狀銀粉可以有效降低制作過程中的銀含量。但片狀銀粉因尺寸形貌等自身因素限制難以適應正電極細柵網(wǎng)版的印刷要求。綜上可知，類球形狀和片狀銀粉作為晶體硅太陽能電池正面電極漿料的導電相因各自形貌、尺寸等方面的缺陷而在使用中受到一定的局限。

技術實現(xiàn)要素：

針對在太陽能電池正面銀漿中，現(xiàn)有類球形狀銀粉和片狀銀粉各自局限的問題，為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種提高太陽能電池電極導電性的高比表面積銀粉及制備方法，使用本發(fā)明高比表面積銀粉制備的正極漿料，正極柵線的導電能力得到優(yōu)化提升，即柵線內(nèi)部導電網(wǎng)絡的構(gòu)筑更致密完善，所以可得到更優(yōu)異的晶體硅太陽能電池。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供一種提高太陽能電池電極導電性的高比表面積銀粉，所述銀粉的平均粒徑為0.6-7.5μm，松裝密度為2.5-5.0g/mL，振實密度為4.15-6.95g/mL，比表面積為0.45-0.75m²/g。

進一步地說，所述銀粉為表面布滿片狀凸起的類球形顆粒、表面布滿針狀凸起的類球形顆?；虮砻娌紳M桿狀凸起的類球形顆粒。

優(yōu)選的，所述銀粉的平均粒徑為2.0-6.5μm，松裝密度為2.8-4.8g/mL，振實密度為4.5-6.95g/mL，比表面積為0.50-0.72m²/g。

進一步地說，一種所述的提高太陽能電池電極導電性的高比表面積銀粉的制備方法，經(jīng)過下列步驟：

S01.用去離子水分別制備濃度為0.3-2.5mol/L的硝酸銀溶液和濃度為0.35-2.5mol/L的還原劑溶液；

S02.取硝酸銀質(zhì)量的1％-15％的分散劑，加入步驟S01所得硝酸銀溶液中，并在超聲波儀器中以400-650r/min轉(zhuǎn)速攪拌進行分散，攪拌時間5min-15min，然后加入調(diào)節(jié)酸堿值的溶液，使調(diào)節(jié)后的酸堿值為2-5，得到銀前驅(qū)物溶液；

S03.取還原劑質(zhì)量的1％-15％的分散劑，加入步驟S01所得還原劑溶液中，以200-400r/min轉(zhuǎn)速攪拌進行分散，攪拌時間5min-15min，得到還原劑混合溶液；

S04.按還原劑:硝酸銀的摩爾比為0.2:1-5:1，將步驟S02所得的銀前驅(qū)物溶液和步驟S03所得的還原劑混合溶液采用“并流加入”方式同時注入反應容器中，各項反應體系溶液注入速度范圍皆為：0.05-1.5L/min，同時伴隨攪拌，轉(zhuǎn)速400-650r/min，維持反應溫度25℃-60℃，投料完成后繼續(xù)攪拌10min-30min；

S05.按還原劑:硝酸銀的摩爾比為0.2:1-5:1，再次以“并流加入”方式向反應體系溶液中加入步驟S02所得的銀前驅(qū)物溶液和步驟S03所得的還原劑混合溶液，各項反應體系溶液注入速度范圍皆為：0.05-1.5L/min，同時伴隨攪拌，轉(zhuǎn)速400-650r/min，維持反應溫度25℃-60℃，投料完成后繼續(xù)攪拌5min-30min；

S06.反應完成后，離心分離出固體沉淀物和液體，然后將固體物用去離子水和乙醇各洗滌1-5次，并在70-90℃下烘干3-6小時，即得到銀粉。

所述還原劑為水合肼、羥胺、雙氧水、次亞磷酸鈉、連二亞硫酸鈉、硼氫化鈉、硫酸亞鐵、亞硫酸鉀、抗壞血酸、甲酸、葡萄糖、還原糖、乙二醛、三乙醇胺、丙酮醛和對氨基苯酚中的至少一種。

進一步地說，所述步驟S02和S03的分散劑皆為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、明膠、羥甲基纖維素、聚丙烯酸鈉、阿拉伯樹膠、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、吐溫、檸檬酸鈉、二元羧酸和乙二胺四乙酸鈉中的至少一種。

進一步地說，所述步驟S02中調(diào)節(jié)酸堿值的溶液為硝酸、氨水、氫氧化鈉和氫氧化鉀中的至少一種。

進一步地說，所述步驟S05中所述再次以“并流加入”方式向反應體系溶液中加入的各項反應溶液的總體積為步驟S04中加入總量的0.25倍-0.75倍。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明公開了一種提高太陽能電池電極導電性的高比表面積銀粉及制備方法，銀粉的平均粒徑為0.6-7.5μm，松裝密度為2.5-5.0g/mL，振實密度為4.15-6.95g/mL，比表面積為0.45-0.75m²/g。通過“二次加入”方式，使用還原劑還原硝酸銀溶液，控制銀的還原成核率和銀晶體生長速率，在分散劑的保護與誘導生長作用下，生成的銀顆粒表面呈球狀，粒徑大小均勻，具有高分散性和良好結(jié)晶面，將其用于晶體硅太陽能電池正面銀電極漿料能有效提高光電轉(zhuǎn)換效率，尤其在短路電流、填充因子等方面具有優(yōu)異特性。

本發(fā)明的上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的制備方法的工藝流程示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例1的SEM示范性結(jié)構(gòu)形貌圖之一(16000倍)；

圖3是本發(fā)明的實施例2的SEM示范性結(jié)構(gòu)形貌圖之二(16000倍)；

圖4是本發(fā)明的實施例3的SEM示范性結(jié)構(gòu)形貌圖之三(20000倍)。

具體實施方式

以下通過特定的具體實施例說明本發(fā)明的具體實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的優(yōu)點及功效。本發(fā)明也可以其它不同的方式予以實施，即，在不背離本發(fā)明所揭示的范疇下，能予不同的修飾與改變。

實施例1：

如圖1所示，所述的提高太陽能電池電極導電性的高比表面積銀粉的制備方法，具體經(jīng)過如下步驟進行：

S01.用去離子水分別制備濃度為1.45mol/L的硝酸銀和濃度為1.2mol/L的抗壞血酸溶液；

S02.取硝酸銀質(zhì)量的1.5％的明膠，加入步驟S01所得硝酸銀溶液中，并在超聲波儀器中，結(jié)合以400r/min轉(zhuǎn)速攪拌進行分散，攪拌時間10min，然后加入調(diào)節(jié)酸堿值的溶液，使調(diào)節(jié)后的酸堿值為2，得到銀前驅(qū)物溶液；

S03.取抗壞血酸溶液質(zhì)量的1.5％的明膠，加入步驟S01所得還原劑溶液中，以400r/min轉(zhuǎn)速攪拌進行分散，攪拌時間10min，得到還原劑混合溶液；

S04.按還原劑:硝酸銀的摩爾比為0.8:1，將步驟S02所得銀前驅(qū)物溶液和步驟S03所得還原劑溶液采用“并流加入”方式同時注入反應容器中，兩項反應體系溶液注入速度分別為：0.06L/min和0.5L/min，同時伴隨攪拌，轉(zhuǎn)速550r/min，維持反應溫度30℃，投料完成后繼續(xù)攪拌25min；

S05.按還原劑:硝酸銀的摩爾比為0.8：1，再次以“并流加入”方式向反應體系溶液中加入步驟S02所得銀前驅(qū)物溶液和步驟S03所得還原劑溶液，兩項反應體系溶液注入速度分別為：0.1L/min和1.2L/min，總量為步驟S04中加入總量的0.25倍，同時伴隨攪拌，轉(zhuǎn)速550r/min，維持反應溫度30℃，投料完成后繼續(xù)攪拌15min；

S06.反應完成后，分離出固體沉淀物和液體，然后將固體物用去離子水和乙醇各洗滌3次，并在80℃下烘干3小時，即得到銀粉。

如圖2所示，所述銀粉為表面布滿片狀凸起的類球形顆粒(如布滿魚鱗狀凸起的類球形顆粒)，平均粒徑為2.5-3.0um，松裝密度為4.2g/mL，振實密度為5.55g/mL，比表面積為0.65m²/g。

實施例2：

所述的提高太陽能電池電極導電性的高比表面積銀粉的制備方法，具體經(jīng)過如下步驟進行：

S01.用去離子水分別制備濃度為0.6mol/L的硝酸銀和濃度為0.4mol/L的抗壞血酸溶液；

S02.取硝酸銀質(zhì)量的6.25％檸檬酸鈉和6.25％聚乙烯醇，加入步驟S01所得硝酸銀溶液中，并在超聲波儀器中，結(jié)合以400r/min轉(zhuǎn)速攪拌進行分散，攪拌時間10min，然后加入調(diào)節(jié)酸堿值的溶液，使調(diào)節(jié)后的酸堿值為2.5，得到銀前驅(qū)物溶液；

S03.取抗壞血酸溶液質(zhì)量的6.25％檸檬酸鈉和6.25％聚乙烯醇，加入步驟S01所得還原劑溶液中，以400r/min轉(zhuǎn)速攪拌進行分散，攪拌時間10min，得到還原劑混合溶液；

S04.按還原劑:硝酸銀的摩爾比為0.8:1，將步驟S02所得銀前驅(qū)物溶液和步驟S03所得還原劑溶液采用“并流加入”方式同時注入反應容器中，兩項反應體系溶液注入速度分別為：0.06L/min和0.5L/min，同時伴隨攪拌，轉(zhuǎn)速550r/min，維持反應溫度30℃。投料完成后繼續(xù)攪拌25min；

S05.按還原劑:硝酸銀的摩爾比為0.8:1，再次以“并流加入”方式向反應體系溶液中加入步驟S02所得銀前驅(qū)物溶液和步驟S03所得還原劑溶液，兩項反應體系溶液注入速度分別為：0.1L/min和1.2L/min，總量為步驟S04中加入總量的0.5倍，同時伴隨攪拌，轉(zhuǎn)速550r/min，維持反應溫度30℃，投料完成后繼續(xù)攪拌15min；

S06.反應完成后，分離出固體沉淀物和液體，然后將固體物用去離子水和乙醇各洗滌3次，并在80℃下烘干3小時，即得到銀粉。

如圖3所示，所述銀粉為表面布滿針狀凸起的類球形顆粒(如菊花狀類球形顆粒)，平均粒徑為1.5-2.0μm，松裝密度為4.5g/mL，振實密度為6.2g/mL，比表面積為0.75m²/g。

實施例3：其他與實施例1相同，不同之處在于改變“二次并流”加入的量為：為步驟S04中加入量的0.5倍。

如圖4所示，所述銀粉為表面布滿桿狀凸起的類球形顆粒，平均粒徑為2.5-4.0μm，松裝密度為3.0g/mL，振實密度為6.65g/mL，比表面積為0.60m²/g。

實施例4：其他與實施例1相同，不同之處在于改變分散劑為1％明膠和3％聚乙烯吡咯烷酮。

對本發(fā)明的實施例1到實施例4的樣品進行物理性能測試，記錄如表1。

表1：實施例1-4中銀粉的物理性能測試數(shù)據(jù)。

表1

將上述實施例1-4中銀粉以及對比組常規(guī)類球形銀粉，在制備晶體硅太陽能電池片時同配方中同比例使用，分別記為M-1、M-2、M-3、M-4及對比組。將實施例組分M-1、M-2、M-3、M-4及對比組制備的銀粉應用于多晶156×156的方阻85測試數(shù)據(jù)：其光電轉(zhuǎn)換效率(EFF)、填充因子(FF)、并聯(lián)電阻(Rsh)、串聯(lián)電阻(Rs)、短路電流(Isc)和開路電壓(Voc)等測試結(jié)果見表2，其各項指標的測試方法均為本領域常規(guī)方法，具體測試過程與條件均采用統(tǒng)一測試環(huán)境、測試條件。測試方法描述：電性能(包括開路電壓Voc，光電轉(zhuǎn)換效率EFF，填充因子FF，串聯(lián)電阻Rs，并聯(lián)電阻Rsh和短路電流Isc)是通過太陽模擬器或I-V測試儀測量所得數(shù)據(jù)。太陽模擬器或I-V測試儀所用光源光照強度需要通過密封“標片”(密封的電池片)進行校準標定，測量時光照強度需通過“標片”調(diào)整為AM1.5G的光照強度(即1000mW/cm²)。電性能測試過程中，待測試電池片放置于光源下的真空吸盤上，且吸盤的溫度會通過冷卻儀控制在24(±1)℃。I-V測試儀通過掃描電壓(-0.2V～+1.2V)和測試電流繪制出明場和暗場條件下的I-V曲線。常規(guī)電池片電性能數(shù)據(jù)如：光電轉(zhuǎn)換效率EFF、開路電壓Voc、串聯(lián)電阻Rs、并聯(lián)電阻Rsh、短路電流Isc和短路電流密度Jsc均可在上述條件下通過I-V測試儀獲得。電池片的光電轉(zhuǎn)換效率EFF(等同于填充因子)是衡量電池片電性能優(yōu)劣的關鍵參數(shù)。填充因子為電池具有最大輸出功率時的電流和電壓的乘積與短路電流和開路電壓乘積的比值。本發(fā)明實施例中電性能相關結(jié)果均可通過電池片工業(yè)上I-V測試儀或相關測量工具獲得。

表2

由表2可見，本發(fā)明實施例1-4銀粉制備的晶體硅太陽能電池片與對比組常規(guī)類球形銀粉生產(chǎn)的晶體硅太陽能電池片的電性能相比，實施例1-4組其光電轉(zhuǎn)換效率、填充因子、并聯(lián)電阻、串聯(lián)電阻和短路電流性能均有不同程度的優(yōu)化提升，尤其在短路電流、填充因子性能上有大幅度提升。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。