一种导电银浆及其制备方法和应用

1.本技术涉及导电银浆技术领域，特别是涉及一种导电银浆及其制备方法和应用。


背景技术：

2.导电银浆是一种常用的半导体器件电极材料。为了提高半导体器件性能，导电银浆需要具备缺陷率低、均匀程度高的精细化丝网印刷性能。银浆中的组分复杂，常出现相分离和粘度变化的现象，导致银浆印刷效果受影响以及施工稳定性不佳。
3.导电银浆的主要成分包括银粉、玻璃粉和有机相。现有研究中对玻璃粉和银粉都有比较多的研究和报道；但是，针对有机相优化的研究和报道相对较少。如何进一步提高导电银浆的性能，使其能够更好的满足日益发展的半导体器件精细化图案印刷的使用需求，仍然是导电银浆亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种改进的导电银浆及其制备方法和应用。
5.本技术采用了以下技术方案：
6.本技术的一方面公开了一种导电银浆，其包括银粉、玻璃粉和有机载体，其中，有机载体由有机树脂粘结剂、溶剂和表面活性剂组成。
7.需要说明的是，本技术的导电银浆，由于在有机载体中添加和使用表面活性剂，利用表面活性剂的亲水、亲油基团，提高导电银浆的稳定性，使得导电银浆具有缺陷率低、均匀程度高等优点，从而能够更好的满足半导体器件精细化图案印刷的使用需求。本技术的导电银浆能够有效地提高银浆各组分的相容性，改善银浆粘度和流平性，解决了银浆稳定性差和印刷良率下降的问题，并能提高半导体器件的电气性能。
8.还需要说明的是，本技术的导电银浆，其关键在于有机载体的改进和优化，至于银粉、玻璃粉以及这些组分的用量等，都可以参考现有的导电银浆，在此不作具体限定。
9.本技术的一种实现方式中，有机树脂粘结剂为丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚氨酯树脂、石油树脂、萜烯树脂中的至少一种。
10.本技术的一种实现方式中，溶剂为醇酯十二、醇酯十六、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、已二酸二甲酯、乙二醇丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯、磷酸三丁酯、松油醇、甲苯、对二甲苯、苯甲醇、对苯醚、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
11.本技术的一种实现方式中，表面活性剂为烷基酚聚乙烯基醚、脂肪醇聚乙烯基醚、脂肪酸酯聚乙烯基醚、聚氧烯烷基酰胺、聚醚改性硅油、烷醇酰胺改性聚硅氧烷、氟碳表面活性剂、炔醇类表面活性剂中的至少一种。
12.本技术的一种实现方式中，有机载体占导电银浆总重量的5％-40％，银粉占导电
银浆总重量的50％-90％。
13.需要说明的是，本技术的导电银浆中，银粉、玻璃粉和有机载体的配比可以根据使用需求而定，例如导电银浆用于太阳能电池时，可以参考现有的太阳能电池银浆配方；又例如，用于低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic ltcc)器件时，导电银浆的配方可以参考现有的ltcc银浆配方。
14.本技术的一种实现方式中，有机树脂粘结剂占有机载体重量的0.1％-10％，表面活性剂占有机载体重量的0.1％-15％。
15.需要说明的是，为了确保导电银浆的稳定性，本技术的有机载体中表面活性剂占有机载体重量的0.1％-15％。
16.本技术的再一面公开了本技术的导电银浆在层叠电容器的内部电极、ltcc、太阳能电池、5g滤波器、离子体显示面板、触摸面板、pet为基材的薄膜开关、柔性电路板、压敏电阻和热敏电阻、压电陶瓷或碳膜电位器中的应用。
17.本技术的再一面公开了一种太阳能电池，该太阳能电池的硅片采用本技术的导电银浆印刷、烧结。
18.本技术的再一面公开了一种ltcc器件，该ltcc器件使用本技术的导电银浆在生瓷带上印刷、烧结。
19.需要说明的是，本技术的太阳能电池和ltcc器件，由于采用本技术的导电银浆印刷、烧结，导电银浆在整个生产过程中具有良好的稳定性和一致性，不仅能够更好的满足精细化图案印刷的使用需求，而且确保了太阳能电池和ltcc器件的质量和产品稳定性，并改善了太阳能电池和ltcc器件的电气性能。
20.本技术的再一面公开了本技术的导电银浆的制备方法，包括称取有机树脂粘结剂、溶剂和表面活性剂，将其混合均匀，在40-100℃的温度和不低于200rpm的搅拌速度下保温至少1h，获得有机载体；然后，将银粉、玻璃粉和有机载体混合均匀，即获得本技术的导电银浆。
21.需要说明的是，本技术的导电银浆的制备方法，其关键在于有机载体的制备，至于将银粉、玻璃粉和有机载体混合制备导电银浆，可以参考现有的导电银浆制备工艺，在此不作具体限定。例如，银粉、玻璃粉和有机载体混合后，搅拌至膏状，再研磨至所需细度，如采用三辊机研磨。
22.本技术的有益效果在于：
23.本技术的导电银浆，利用表面活性剂的亲水、亲油基团，提高导电银浆的稳定性，使得导电银浆具有缺陷率低、均匀程度高等优点，能够更好的满足半导体器件精细化图案印刷的使用需求。本技术的导电银浆能够有效地提高银浆各组分的相容性，改善银浆粘度和流平性，解决了银浆稳定性差和印刷良率下降的问题，并能提高半导体器件的电气性能。
附图说明
24.图1是本技术实施例中导电银浆制备的硅太阳能电池的el测试照片；
25.图2是本技术实施例中对比试验的导电银浆制备的硅太阳能电池的el测试照片。
具体实施方式
26.随着半导体技术的研究和发展，对半导体器件精细化图案印刷提出了更高的要求，从而对导电银浆的稳定性、流平性等也有了更高的要求。
27.本技术创造性的采用有机树脂粘结剂、溶剂和表面活性剂组成的有机载体制备导电银浆，利用表面活性剂的亲水、亲油基团，提高导电银浆的稳定性，使得导电银浆具有缺陷率低、均匀程度高等优点；有效的提高了导电银浆各组分的相容性，改善了银浆粘度和流平性，从而解决了现有的导电银浆稳定性差和印刷良率下降的问题。采用本技术的导电银浆进行半导体器件精细化图案印刷，能有效的提高半导体器件的电气性能。
28.下面通过具体实施例和附图对本技术作进一步详细说明。以下实施例仅对本技术进行进一步说明，不应理解为对本技术的限制。
29.实施例1
30.本例采用聚醚改性硅油作为表面活性剂，有机树脂粘结剂采用乙基纤维素，溶剂采用醇酯十二和二乙二醇丁醚醋酸酯，制作有机载体；本例分别在有机载体中添加不同用量的聚醚改性硅油，并采用不添加聚醚改性硅油的有机载体作为对照，分别制备导电银浆。具体试验如下：
31.试验1：
32.(1)有机载体的制备：称取5wt％的乙基纤维素、20wt％的醇酯十二、70wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯，5wt％的聚醚改性硅油，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
33.(2)银浆的制备：称取90wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、8wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
34.试验2：
35.(1)有机载体的制备：称取5wt％的乙基纤维素、20wt％的醇酯十二、71wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯，4wt％的聚醚改性硅油，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
36.(2)银浆的制备：称取90wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、8wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
37.试验3：
38.(1)有机载体的制备：称取5wt％的乙基纤维素、20wt％的醇酯十二、72wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯，3wt％的聚醚改性硅油，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
39.(2)银浆的制备：称取90wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、8wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
40.试验4：
41.(1)有机载体的制备：称取5wt％的乙基纤维素、20wt％的醇酯十二、73wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯，2wt％的聚醚改性硅油，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
42.(2)银浆的制备：称取90wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、8wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
43.试验5：
44.(1)有机载体的制备：称取5wt％的乙基纤维素、20wt％的醇酯十二、74wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯，1wt％的聚醚改性硅油，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
45.(2)银浆的制备：称取90wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、8wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
46.对比试验1：
47.(1)有机载体的制备：称取5wt％的乙基纤维素、20wt％的醇酯十二、75wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
48.(2)银浆的制备：称取90wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、8wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
49.将以上试验1至5和对比试验1的导电银浆应用于硅太阳能电池正面栅线，具体的，分别将以上导电银浆通过丝网印刷制成电池片，网板参数为430目、丝径13μm、线宽22μm的无网结网板，烧结峰值温度为850℃，并通过iv测试机测试烧结好的电池片的电性能，包括短路电流密度(isc)、开路电压(voc)、填充因子(ff)、rs(太阳电池的串联电阻)和光电转换效率(eta)等，测试温度为25℃。并通过激光共聚焦显微镜观察测量栅线的宽度。各项测试的结果如表1所示。
50.表1导电银浆制成硅太阳能电池正面栅线的性能测试
[0051] voc/visc/mars/mωff/％eta/％线宽/μm断栅/个试验10.6409.2242.4179.3519.1827《2试验20.6419.2612.2679.4519.2026《2试验30.6419.2622.1579.6219.2326《2试验40.6409.2522.3879.4919.1827《2试验50.6409.2242.5179.2519.1127《2对比试验10.6369.1933.8677.4818.4832》5
[0052]
将以上试验1至5和对比试验1的导电银浆在20℃环境中静置存放30天，每隔10天使用粘度计测量银浆粘度。测量结果如表2所示。
[0053]
表2导电银浆稳定性测试结果
[0054] 初始粘度/pa
·
s第10天粘度/pa
·
s第20天粘度/pa
·
s第30天粘度/pa
·
s试验168676666试验269686767试验371717171试验472727273试验574747475对比试验179818384
[0055]
部分太阳能电池的el测试照片如图1和图2所示，图1为采用试验3的银浆制备的太阳能电池的测试图；图2为对比试验1的银浆制备的太阳能电池的测试图。
[0056]
表1和表2的结果显示，本例在有机载体中添加表面活性剂能够改善银浆粘度和流平性；相同的印刷条件下，添加表面活性剂，能够制备线宽26-27μm的栅线，能够更好的满足
精细化图案印刷的使用需求；而不添加表面活性剂的线宽为32μm，远高于试验1至试验5；并且，添加表面活性剂后，滑移特性显著提高，断栅的个数明显减少；试验1至试验5的导电银浆，能够提高开路电压和短路电流密度、降低太阳电池的串联电阻、增加填充因子、提高光电转换效率，改善太阳能电池性能。
[0057]
并且，表2的结果显示，试验1至试验5的导电银浆，在添加表面活性剂后，稳定性显著增强，室温放置30天后银浆粘度几乎没有变化；而对比试验1的粘度增加，说明导电银浆发生沉积或分散均匀性发生变化。
[0058]
以上结果可以看出，本例通过在有机载体中添加亲水改性的硅油作为表面活性剂，提高了银浆各组分的相容性，提高了银浆的稳定性，并降低了银浆粘度。试验1至试验5的导电银浆，提高了银浆的滑移特性和流平性，解决了印刷良率下降的问题，并能提高正银细栅纵横比，改善太阳能电池电气特性。
[0059]
实施例2
[0060]
本例采用烷基酚聚乙烯基醚作为表面活性剂，具体的，烷基酚聚乙烯基醚为二壬基酚聚氧乙烯醚；有机树脂粘结剂采用聚乙烯醇缩丁醛；溶剂采用二乙二醇单丁醚、醇酯十二和二乙二醇丁醚醋酸酯，制作有机载体；本例分别在有机载体中添加不同用量的二壬基酚聚氧乙烯醚，并采用不添加二壬基酚聚氧乙烯醚的有机载体作为对照，分别制备导电银浆。具体试验如下：
[0061]
试验6：
[0062]
(1)有机载体的制备：称取5wt％的聚乙烯醇缩丁醛、10％二乙二醇单丁醚、20wt％的醇酯十二、60wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯、5wt％的二壬基酚聚氧乙烯醚，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
[0063]
(2)银浆的制备：称取88wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、10wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
[0064]
试验7：
[0065]
(1)有机载体的制备：称取5wt％的聚乙烯醇缩丁醛、10％二乙二醇单丁醚、21wt％的醇酯十二、60wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯、4wt％的二壬基酚聚氧乙烯醚，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
[0066]
(2)银浆的制备：称取88wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、10wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
[0067]
试验8：
[0068]
(1)有机载体的制备：称取5wt％的聚乙烯醇缩丁醛、10％二乙二醇单丁醚、22wt％的醇酯十二、60wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯、3wt％的二壬基酚聚氧乙烯醚，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
[0069]
(2)银浆的制备：称取88wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、10wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
[0070]
试验9：
[0071]
(1)有机载体的制备：称取5wt％的聚乙烯醇缩丁醛、10％二乙二醇单丁醚、23wt％的醇酯十二、60wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯、2wt％的二壬基酚聚氧乙烯醚，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
[0072]
(2)银浆的制备：称取88wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、10wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
[0073]
试验10：
[0074]
(1)有机载体的制备：称取5wt％的聚乙烯醇缩丁醛、10％二乙二醇单丁醚、24wt％的醇酯十二、60wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯、1wt％的二壬基酚聚氧乙烯醚，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
[0075]
(2)银浆的制备：称取88wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、10wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
[0076]
对比试验2：
[0077]
(1)有机载体的制备：称取5wt％的聚乙烯醇缩丁醛、10％二乙二醇单丁醚、25wt％的醇酯十二、60wt％的二乙二醇丁醚醋酸酯，混合均匀后，在60℃充分加热，经500rpm速度搅拌1h，得到有机载体；
[0078]
(2)银浆的制备：称取88wt％的银粉、2wt％的玻璃粉、10wt％的有机载体，混合均匀后搅拌至膏状，经三辊机研磨至细度小于5μm。
[0079]
将以上试验6至10和对比试验2的导电银浆应用于ltcc电极，具体的，分别将导电银浆经丝网印刷在生瓷带上，经程序升温至520℃保持2h，再经程序升温至880℃保温30min。对烧结完成的ltcc银电极用激光3d共聚焦显微镜进行表面粗糙度ra的测量，用四探针法测量电极的电阻率ρ，测试结果如表3所示。
[0080]
表3银电极的表面粗糙度ra和电阻率ρ测试结果
[0081] ra/μmρ/mω
·
mm试验60.820.135试验70.660.124试验80.840.139试验90.950.141试验101.030.143对比试验21.790.155
[0082]
表3的结果显示，本例通过在有机载体中添加表面活性剂提高了银浆的施工稳定性，并提高了银浆的流平性能。进一步地，在生瓷带上印刷烧结后，显著地降低了银电极的表面粗糙度，并提高了电极的导电性能。
[0083]
实施例3
[0084]
本例在实施例1的基础上，进一步的，对不同的有机树脂粘结剂、溶剂和表面活性剂进行试验，并对有机树脂粘结剂和表面活性剂的用量分别进行了试验。
[0085]
结果显示，有机树脂粘结剂可以采用丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚氨酯树脂、石油树脂或萜烯树脂。溶剂可以采用醇酯十二、醇酯十六、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、已二酸二甲酯、乙二醇丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯、磷酸三丁酯、松油醇、甲苯、对二甲苯、苯甲醇、对苯醚、n-甲基吡咯烷酮或者这种溶剂的任意组合。表面活性剂可以采用烷基酚聚乙烯基醚、脂肪醇聚乙烯基醚、脂肪酸酯聚乙烯基醚、聚氧烯烷基酰
胺、聚醚改性硅油、烷醇酰胺改性聚硅氧烷、氟碳表面活性剂或炔醇类表面活性剂。
[0086]
至于有机载体中有机树脂粘结剂和表面活性剂的用量，结果显示，有机树脂粘结剂占有机载体重量的0.1％-10％，表面活性剂占有机载体重量的0.1％-15％，采用这样配方的有机载体制备导电银浆，都能够不同程度的提高导电银浆的稳定性，提高银浆各组分的相容性，改善银浆粘度、滑移特性和流平性，解决银浆稳定性差和印刷良率下降的问题，并改善太阳能电池电气特性。
[0087]
以上内容是结合具体的实施方式对本技术所作的进一步详细说明，不能认定本技术的具体实施只局限于这些说明。对于本技术所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本技术的保护范围。