一種硅墨水及制備方法和制備晶體硅電池發(fā)射極的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的制備領(lǐng)域，涉及一種硅墨水及制備方法和制備晶體硅電池發(fā)射極的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，晶體硅電池常規(guī)生產(chǎn)工藝已很成熟，基本概括為清洗制絨一擴(kuò)散制結(jié)一刻蝕及二次清洗一沉積減反射膜一印刷導(dǎo)電漿料一燒結(jié)制備電極等幾個(gè)步驟。其中，擴(kuò)散制結(jié)為關(guān)鍵步驟，擴(kuò)散條件決定PN結(jié)深度和N型層中磷的濃度，PN結(jié)深度和N型層中磷的濃度影響發(fā)射極的導(dǎo)電性和光譜響應(yīng)，進(jìn)而影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率。磷摻雜濃度高、PN結(jié)深，方塊電阻低，發(fā)射極導(dǎo)電性強(qiáng)但藍(lán)光響應(yīng)差，反之則方塊電阻高，發(fā)射極藍(lán)光響應(yīng)好但導(dǎo)電性弱。傳統(tǒng)電池的擴(kuò)散工藝難以達(dá)到二者的最佳匹配效果，另外適合高方阻的正面銀漿成本較高。
[0003]針對(duì)上述問題，業(yè)界提出選擇性發(fā)射極電池，即受光區(qū)采用輕摻磷，提高電池藍(lán)光相應(yīng)，而非受光區(qū)(銀電極覆蓋區(qū))采用重?fù)搅?，燒結(jié)時(shí)與銀電極形成良好歐姆接觸，降低了電池的串聯(lián)電阻，得到高開路電壓、高短路電流、高填充因子的高效率電池。此類電池生產(chǎn)工藝在其常規(guī)工藝中增加了反刻法、掩膜法、磷漿法等，但反刻法和掩膜法新增步驟繁多、工藝復(fù)雜，成本高而限制了其廣泛應(yīng)用；磷漿法由于印刷后需要清洗而產(chǎn)生二次污染，印刷磷漿后需進(jìn)行清洗，清洗過程中會(huì)有金屬離子殘留，殘留的金屬離子經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散步驟進(jìn)入硅片內(nèi)部而影響電池轉(zhuǎn)換效率，這些缺點(diǎn)也限制了磷漿法的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種硅墨水及制備方法和制備晶體硅電池發(fā)射極的方法，使用該硅墨水制成的晶體硅電池發(fā)射極藍(lán)光響應(yīng)好，導(dǎo)電性強(qiáng)，工藝步驟簡單，成本低。
[0005]為完成上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種硅墨水，按重量比計(jì)算，其由以下原料制成的粘度為10-80Pa-S的硅墨水，10-30的含有5-20%磷的納米硅粉、50-85的有機(jī)溶劑和5-15的增稠劑；所述的有機(jī)溶劑為混合溶劑，按重量比計(jì)算，其由50-80的松油醇、20-50的酯類、2-5的異丙醇或環(huán)己醇組成；增稠劑為甲基纖維素或羥乙基纖維素。
[0006]上述所述的酯類為磷酸三辛酯和磷酸三乙酯中的一種或兩種混合物。
[0007]上述所述的硅墨水的制備方法，其包括以下步驟:(I)將所述量的含磷的納米硅粉分散在有機(jī)溶劑中制得硅墨水(2)加入所述量的增稠劑，混合均勻，調(diào)節(jié)粘度至10-80Pa.Sc
[0008]上述所述的硅墨水制備晶體硅電池發(fā)射極的方法，其包括以下步驟:(1)硅片清洗制絨；(2)印刷、烘干硅墨水并進(jìn)行三氯氧磷擴(kuò)散；(3)濕法刻蝕及去磷硅玻璃；(4)沉積氮化硅減反射膜；(5)印刷、烘干背面銀漿和鋁漿；(6)對(duì)準(zhǔn)硅墨水圖形印刷正面銀漿并烘干；(7)燒結(jié)銀漿和鋁漿制備金屬電極； 其中步驟(2)印刷、烘干硅墨水并進(jìn)行三氯氧磷擴(kuò)散的方法是:將所述的硅墨水按照正面電極柵線圖形的要求印刷到硅片正面絨面上，要求細(xì)柵線的寬度為80-200微米，具體方法是:采用邵氏硬度60-90的PU刮條均勻的將硅墨水涂布在280-400目聚酯網(wǎng)版上，再在與聚酯網(wǎng)版60°夾角方向上施加60-90N的印刷壓力，以100-220mm/s的印刷速度將硅墨水印刷到硅片正面絨面上，將印刷后的硅片在180-40(TC的鏈?zhǔn)胶娓蔂t中進(jìn)行烘干1-5分鐘；將烘干后的硅片置于擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散，利用氮?dú)鈹y帶三氯氧磷進(jìn)入擴(kuò)散爐，在800_85(TC條件下，沉積5-30分鐘，實(shí)現(xiàn)高低方阻差異，硅墨水覆蓋區(qū)方阻值20-50 Ω/sq，非覆蓋區(qū)方阻值達(dá)到90-120 Ω /sq ；
步驟￠)對(duì)準(zhǔn)硅墨水圖形印刷正面銀漿并烘干的方法是:采用對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)印刷有硅墨水圖形的硅片進(jìn)行精確對(duì)位，將正面用銀漿印刷到硅墨水圖形上，在200-400°C溫度下烘干。
[0009]上述所述步驟(2)中的鏈?zhǔn)胶娓蔂t采用無金屬的陶瓷爐帶。
[0010]采用本發(fā)明的硅墨水制備的晶體硅太陽能電池選擇性發(fā)射極的優(yōu)點(diǎn)如下:
1、本發(fā)明的硅墨水印刷性好，柵線寬度可控性提高，同時(shí)，硅墨水印刷完成后無需清洗即可進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散，避免了清洗過程中的二次污染問題。2、采用本發(fā)明的硅墨水制備選擇性發(fā)射極電池，其硅墨水覆蓋區(qū)方阻值20-50 Ω /sq,非覆蓋區(qū)方阻值90-120 Ω /sq,達(dá)到了低串聯(lián)電阻和高藍(lán)光響應(yīng)的目的，電池轉(zhuǎn)換效率得到明顯提升，提高了 0.5%以上。同時(shí)，低串聯(lián)電阻的電池可采用成本較低的銀漿制作電極，進(jìn)一步降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，每塊電池可降低成本3%以上。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0012]實(shí)施例1:本實(shí)施例的硅墨水是由以下原料制成的:20的含有15%磷的納米硅粉、80的有機(jī)溶劑和10的甲基纖維素。有機(jī)溶劑按重量比計(jì)算，其由70的松油醇、25的磷酸三辛酯、5的異丙醇組成。(I)將所述量的含磷的納米硅粉分散在有機(jī)溶劑中制得硅墨水(2)加入所述量的甲基纖維素混合均勻，粘度至20Pa.S。
[0013]上述所述的硅墨水制備晶體硅電池發(fā)射極的方法，其包括以下步驟:(1)硅片清洗制絨；(2)印刷、烘干硅墨水并進(jìn)行三氯氧磷擴(kuò)散；(3)濕法刻蝕及去磷硅玻璃；(4)沉積氮化硅減反射膜；(5)印刷、烘干背面銀漿和鋁漿；(6)對(duì)準(zhǔn)硅墨水圖形印刷正面銀漿并烘干；(7)燒結(jié)銀漿和鋁漿制備金屬電極。所述步驟1、3、4、5、7均為常規(guī)生產(chǎn)工藝。其中步驟(2)印刷、烘干硅墨水并進(jìn)行三氯氧磷擴(kuò)散的方法是:將所述的硅墨水按照正面電極柵線圖形的要求印刷到硅片正面絨面上，要求細(xì)柵線的寬度為80-200微米，具體采用邵氏硬度75的PU刮條均勻的將硅墨水涂布在352目聚酯網(wǎng)版上，再在與聚酯網(wǎng)版60°夾角方向上施加60N的印刷壓力，以150mm/s的印刷速度將硅墨水印刷到硅片正面絨面上，將印刷后的硅片在260°C的鏈?zhǔn)胶娓蔂t中進(jìn)行烘干2分鐘；將烘干后的硅片置于擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散，利用氮?dú)鈹y帶三氯氧磷進(jìn)入擴(kuò)散爐，在800°C條件下，沉積10分鐘，實(shí)現(xiàn)高低方阻差異，硅墨水覆蓋區(qū)方阻值20 Ω/sq，非覆蓋區(qū)方阻值達(dá)到100 Ω/sq。步驟(6)對(duì)準(zhǔn)硅墨水圖形印刷正面銀漿并烘干的方法是:采用對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)印刷有硅墨水圖形的硅片進(jìn)行精確對(duì)位，將正面用銀漿印刷到硅墨水圖形上，在400°C溫度下烘干。制成的單晶硅選擇性發(fā)射極電池(156*156)的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18.82%，成本降低了 3%。
[0014]實(shí)施例2:本實(shí)施例的硅墨水是由以下原料制成的:25的含有6%磷的納米硅粉、60的有機(jī)溶劑和15的羥乙基纖維素。有機(jī)溶劑按重量比計(jì)算，其由60的松油醇、38的磷酸三乙酯、2的環(huán)己醇組成。(I)將所述量的含磷的納米硅粉分散在有機(jī)溶劑中制得硅墨水
(2)加入所述量的羥乙基纖維素混合均勻，粘度至32Pa.S。
[0015]上述所述的硅墨水制備晶體硅電池發(fā)射極的方法，其包括以下步驟:(1)硅片清洗制絨；(2)印刷、烘干硅墨水并進(jìn)行三氯氧磷擴(kuò)散；(3)濕法刻蝕及去磷硅玻璃；(4)沉積氮化硅減反射膜；(5)印刷、烘干背面銀漿和鋁漿；(6)對(duì)準(zhǔn)硅墨水圖形印刷正面銀漿并烘干；(7)燒結(jié)銀漿和鋁漿制備金屬電極。其中步驟(2)印刷、烘干硅墨水并進(jìn)行三氯氧磷擴(kuò)散的方法是:將所述的硅墨水按照正面電極柵線圖形的要求印刷到硅片正面絨面上，要求細(xì)柵線的寬度為80-200微米，具體采用邵氏硬度70的PU刮條均勻的將硅墨水涂布在400目聚酯網(wǎng)版上，再在與聚酯網(wǎng)版60°夾角方向上施加70N的印刷壓力，以180mm/s的印刷速度將硅墨水印刷到硅片正面絨面上，將印刷后的硅片在350°C的鏈?zhǔn)胶娓蔂t中進(jìn)行烘干2分鐘；將烘干后的硅片置于擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散，利用氮?dú)鈹y帶三氯氧磷進(jìn)入擴(kuò)散爐，在830°C條件下，沉積7分鐘，實(shí)現(xiàn)高低方阻差異，硅墨水覆蓋區(qū)方阻值20Q/Sq，非覆蓋區(qū)方阻值達(dá)到90 Ω/sq。步驟(6)對(duì)準(zhǔn)硅墨水圖形印刷正面銀漿并烘干的方法是:采用對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)印刷有硅墨水圖形的硅片進(jìn)行精確對(duì)位，將正面用銀漿印刷到硅墨水圖形上，在380°C溫度下烘干。制成的單晶硅選擇性發(fā)射極電池(156*156)的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.01%，成本降低了 3% ο
[0016]實(shí)施例3:本實(shí)施例的硅墨水是由以下原料制成的:30的含有5%磷的納米硅粉、50的有機(jī)溶劑和5的甲基纖維素。有機(jī)溶劑按重量比計(jì)算，其由50的松油醇、20的磷酸三辛酯和磷酸三乙酯混合物(比例為1:1)、3的環(huán)己醇組成。(I)將所述量的含磷的納米硅粉分散在有機(jī)溶劑中制得硅墨水(2)加入所述量的羥乙基纖維素混合均勻，粘度至63Pa*S。
[0017]上述所述的硅墨水制備晶體硅電池發(fā)射極的方法，其包括以下步驟:(1)硅片清洗制絨；(2)印刷、烘干硅墨水并進(jìn)行三氯氧磷擴(kuò)散；(3)濕法刻蝕及去磷硅玻璃；(4)沉積氮化硅減反射膜；(5)印刷、烘干背面銀漿和鋁漿；(6)對(duì)準(zhǔn)硅墨水圖形印刷正面銀漿并烘干；(7)燒結(jié)銀漿和鋁漿制備金屬電極。其中步驟(2)印刷、烘干硅墨水并進(jìn)行三氯氧磷擴(kuò)散的方法是:將所述的硅墨水按照正面電極柵線圖形的要求印刷到硅片正面絨面上，要求細(xì)柵線的寬度為80-200微米，具體采用邵氏硬度60的PU刮條均勻的將硅墨水涂布在280目聚酯網(wǎng)版上，再在與聚酯網(wǎng)版60°夾角方向上施加65N的印刷壓力，以100mm/s的印刷速度將硅墨水印刷到硅片正面絨面上，將印刷后的硅片在180°C的鏈?zhǔn)胶娓蔂t中進(jìn)行烘干I分鐘；將烘干后的硅片置于擴(kuò)散爐中進(jìn)行擴(kuò)散，利用氮?dú)鈹y帶三氯氧磷進(jìn)入擴(kuò)散爐，在810°C條件下，沉積5分鐘，實(shí)現(xiàn)高低方阻差異，硅墨水覆蓋區(qū)方阻值30Q/Sq，非覆蓋區(qū)方阻值達(dá)到110 Ω/sq。步驟(6)對(duì)準(zhǔn)硅墨水圖形印刷正面銀漿并烘干的方法是:采用對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)印刷有硅墨水圖形的硅片進(jìn)行精確對(duì)位，將正面用銀漿印刷到硅墨水圖形上，在200°C溫度下烘干。制成的單晶硅選擇性發(fā)射極電池(156*156)的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18.98%，成本降低了 3% ο
[0018]實(shí)施例4:本實(shí)施例的硅墨水是由以下原料制成的:12的含有10%磷的納米硅粉、70的有機(jī)溶劑和7的甲基纖維素。有機(jī)溶劑按重量比計(jì)算，其由80的松油醇、30的磷酸三辛酯和磷酸三乙酯混合物(比例為2:1