CN103489932B - 一种纳米硅磷浆及其制备方法和应用 - Google Patents

一种纳米硅磷浆及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103489932B
CN103489932B CN201310397907.1A CN201310397907A CN103489932B CN 103489932 B CN103489932 B CN 103489932B CN 201310397907 A CN201310397907 A CN 201310397907A CN 103489932 B CN103489932 B CN 103489932B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
nano
phosphorus
parts
slurry
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310397907.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103489932A (zh
Inventor
刘国钧
万剑
沈晓东
蒋红彬
成汉文
沈晓燕
杨晓旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SUZHOU JINRUICHEN SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
SUZHOU JINRUICHEN SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SUZHOU JINRUICHEN SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical SUZHOU JINRUICHEN SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201310397907.1A priority Critical patent/CN103489932B/zh
Publication of CN103489932A publication Critical patent/CN103489932A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103489932B publication Critical patent/CN103489932B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/24—Alloying of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, with a semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
    • H01L21/2251—Diffusion into or out of group IV semiconductors
    • H01L21/2254—Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides
    • H01L21/2257—Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides the applied layer being silicon or silicide or SIPOS, e.g. polysilicon, porous silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种纳米硅磷浆的组成及其制备方法，还公开了使用该纳米硅磷浆生产正面接触p型太阳能电池的应用方法以及生产出的太阳能电池的结构；所述纳米硅磷浆用丝网印刷方法印在涂有氮化硅减反射膜的太阳能电池硅片上面，在烧结正面银浆金属电极时，纳米硅磷浆穿透氮化硅（SiNx)减反射膜，使纳米硅直接与硅片基板接触；纳米硅磷浆释放磷原子扩散到硅片中对浆体覆盖区域进行掺杂，增加覆盖区发射极厚度，进一步防止p/n结被烧穿；烧结完成后，纳米硅与银共晶析出，银栅线与硅基板形成良好的欧姆接触，增强银栅线的附着力；所述方法简化太阳能电池生产步骤。

Description

一种纳米硅磷浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米硅磷浆的制备方法及其应用。
背景技术
目前，生产普通正面接触p型太阳能电池的工艺流程可简单地概括为：1、硅片清洗制绒，2、POCl3扩散，3、清洗磷硅玻璃，4、沉积SiNx膜，5、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，6、烧结银浆和铝浆金属电极。步骤2POCl3扩散是整个生产流程的核心部分。此步骤在硅片正面（即阳光面）进行磷扩散。将表面层转变成n型，并与p型基板形成p/n结，扩散条件决定n型层中磷的浓度和厚度。在太阳能电池中，n型层也称为发射极，其导电性通常用方阻值表示。扩散条件越强，磷掺杂浓度越高、扩散层越厚，则发射极方阻值越低。反之亦然。发射极方阻值与太阳能电池的效率关系密切。高方阻发射极电池的效率通常要高出2～8%。目前，适用于高方阻发射极电池的银浆还处于发展中。主要问题在于正面银浆。烧结时，银栅线必须与硅片基板形成良好的接触，又不穿透发射极、破坏p/n结。针对这一问题，业界提出许多生产选择性发射极电池的工艺。其精髓可概括为两个方面。第一，对受光区（即银栅线之间的区域）采用轻掺磷。方阻值范围80～120Ω/□。由于扩散层磷杂质浓度低，电池蓝光效应好。这种电池开路电压高、短路电流大，光电转换效率高。第二，对银栅线覆盖区选择重掺磷，方阻值在40Ω/□左右。重掺区容易与银电极形成欧姆接触，电子顺畅地从发射极导入电极。电池填充因子大，效率高。第三，重掺区扩撒层厚，发射极不易被烧穿，保护p/n结不受损伤。烧结工艺窗口大，成品率高。总之，选择性发射极电池光电二者兼顾，光电转换效率可相对提高10%。实验室结果已有报道提升6%，生产线上也实现提升3%。总体说来，生产选择性发射极电池工艺比较复杂。工艺路线繁多。比较常见的几种技术路线包括反刻法、掩膜法、和磷浆法。基本流程如下所述。
反刻法制备选择性发射极电池（参见CN102637772A）：
1、硅片清洗制绒，2、POCl3扩散，3、清除磷硅玻璃，4、印刷刻蚀浆料或印刷栅线掩护膜，5、刻蚀，6、清洗刻蚀浆料或清洗栅线掩护膜，7、沉积SiNx减反射层，8、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，9、烧结银浆和铝浆金属电极。上述步骤2中的POCl3扩散通常使用重掺，方阻值在40Ω/□左右；扩散层厚度约1微米左右。步骤4在受光区印刷刻蚀浆料或在栅线覆盖区印刷掩护膜；步骤5对受光区进行刻蚀，减薄扩散层厚度，使其方阻增至80～100Ω/□。
掩膜法制备选择性发射极电池：
1、硅片清洗制绒，2、高温生长SiO2掩护膜，3、印刷SiO2刻蚀浆料于栅线覆盖区或印刷刻蚀掩护膜于受光区，4、刻蚀SiO2，5、清除SiO2刻蚀浆料或清除刻蚀掩护膜，6、POCl3扩散，7、清除磷硅玻璃和SiO2膜，8、沉积SiNx减反射层，9、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，10、烧结银浆和铝浆金属电极。其中步骤4的目的是把将要被银栅线覆盖区域的SiO2膜刻蚀掉。同时，保留受光区域的SiO2膜。步骤6使用重扩散工艺对银栅线覆盖区进行重掺磷，方阻值在40Ω/□左右。由于SiO2膜对磷扩散的阻滞作用，受光区为轻掺磷，方阻控制在80～100Ω/□之间。
磷浆法制备选择性发射极电池：
1、硅片清洗制绒，2、印刷、烘干磷浆，3、清洗，4、POCl3扩散，5、清除磷硅玻璃，6、沉积SiNx减反射层，8、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，9、烧结银浆和铝浆金属电极。上述步骤2在印刷银栅线前印刷一层磷浆，对栅线覆盖区进行重掺磷。步骤3清除磷浆印刷时带来的污染。步骤4采用轻掺磷工艺，控制发射极方阻在80～100Ω/□之间。由于磷浆的作用，栅线覆盖区方阻可控制在40Ω/□左右。
上述工艺的缺点如下：
反刻法的主要缺点有两条。第一，反刻法制备出的发射极方阻不均匀。主要原因在于植绒后的硅片表面是金字塔组成。塔尖与塔底的刻蚀速率不一样，导致塔尖扩散层薄塔底扩散层厚。电池p/n结厚薄不均，导致电池效率下降。第二，反刻法必须增加三个工艺步骤。它们是1）印刷刻蚀浆料或掩护膜；2）刻蚀；3)清洗刻蚀浆料或掩护膜。工艺复杂。成品率较低。
掩膜法的主要缺点也有两条。第一，高温生长氧化膜容易造成对硅片基板的损伤。缩短少数载流子寿命，降低电池效率。第二，化学腐蚀法刻蚀氧化膜必须增加三个步骤：1）印刷刻蚀浆料或刻蚀掩护膜；2）刻蚀；3)清洗。然后进入下一步扩散。增加工艺复杂程度。增加硅片基板破碎率。
磷浆法的缺点主要来自于步骤3，这步清洗意在清除步骤2磷浆印刷时对硅片带来的污染。清洗时，大部分磷浆被洗掉，造成浪费，污染设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米硅磷浆的制备方法以及这种磷浆在生产正面接触p型太阳能电池时的应用方法，在烧结太阳能电池金属电极时，纳米硅磷浆中的添加剂刻蚀氮化硅（SiNx)减反射膜，使浆体直接与硅片基板接触；同时，纳米硅颗粒与银浆形成低温共融物，防止金属银穿透发射极，破坏p/n结；添加剂同时释放磷原子扩散到硅片中对纳米硅磷浆覆盖区域进行掺杂。烧结完成后，纳米硅与银共晶析出，增强银栅线粘附力，同时也简化了生产步骤。
本发明的另一目的是提供一种根据上述应用方法制得的选择性发射极电池的结构。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种纳米硅磷浆，其特征在于，包括以下组分：
磷包覆纳米硅粉：10～30份；
添加剂：5～15份；
有机溶剂：50～85份；
所述磷包覆纳米硅粉含磷，磷的重量百分比浓度为5～20%；
所述添加剂的组分为10～30份氧化铅、20～60份聚磷酸三甲基硅和30～70份松油醇；
所述有机溶剂为松油醇或檀香。
上述纳米硅磷浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备磷包覆的纳米硅粉
（2）制备磷包覆的纳米硅悬浊液；
（3）添加剂合成；
（4）纳米硅磷浆合成；
如上所述的纳米硅磷浆的制备方法，具体步骤如下：
（1）用送料气体将10～100微米级硅粉传入高温等离子体腔，经过气化、成核、生长等三个过程制得平均粒径50nm的纳米硅颗粒，利用活性气体对纳米硅进行活性处理，将一种混合溶剂喷雾气化，得到经活性化处理的纳米硅悬浊液。将悬浊液导入回流冷凝圆底烧瓶，引入一定量的接枝化合物，在60～230℃回流2小时～5小时，并蒸发除去溶剂，得到含磷量为5～20%的磷包覆纳米硅粉。
作为补充优化，上述喷雾气化的混合溶剂的组成为1～5份三辛基氧化磷、5～15份稀丙基磷酸二乙酯和20～50份异丙醇；所述活性气体为氢气；所述接枝化合物是烯烃或炔烃的一种或多种的混合物。
（2）取10～30份步骤（1）制得的磷包覆的纳米硅粉，向其中加入20～80份檀香，待硅粉完全湿润后，用2000rpm自传速度和800rpm公转速度对硅粉进行搅拌2～10分钟制得磷包覆的纳米硅悬浊液；
（3）合成添加剂：在有氮气保护下的三颈圆底烧瓶中，按一定比例加入六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇，接入回流管，搅拌10～30分钟至混合均匀，然后加热至沸腾，温度为150～350℃，回流2～4小时，冷却至室温后，收集粘稠状的混合体在塑料容器里,得到聚磷酸三甲基硅；分别取10～30份氧化铅、20～60份聚磷酸三甲基硅和30～70份松油醇，搅拌均匀即得添加剂。
上述六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇的添加比例为5～10份六甲基二硅氧烷、5～10份五氧化二磷和20～50份松油醇。
（4）取5～15份步骤（3）制得的添加剂和10～30份步骤（2）制得的纳米硅悬浊液，用2000rpm自转速度和800rpm公转速度进行搅拌2～10分钟制成最终产品即纳米硅磷浆。
进一步的，所述步骤（1）制备磷包覆纳米硅粉的方法具体为：
A）以10～100微米的硅粉为原料；
B)用送料气体将微米级硅粉传入高温等离子体腔，经过气化、成核、生长等三个过程形成纳米级硅粒；送料气体包括惰性气体，所述惰性气体为氩气和氦气中的一种或两种，所述送料气体流速范围为每分钟0.2～2立方米；
C)在等离子体发生器的中间段至尾部引入含有1%～3.5%氢气的冷却气流对纳米硅表面进行活化处理，所述冷却气流的流速范围为每小时1～5立方米；
D)活化反应完成后，将一种溶剂或混合溶剂喷雾气化，由于物理碰撞和分子间吸引，雾化的溶剂分子凝聚在纳米硅表面，使纳米硅粒沉降于悬浊液中；
E)在盛有硅粒悬浊液的圆底烧瓶中接上回流冷凝管，引入一定量的接枝化合物，加热至回流，温度控制在60℃～230℃,回流时间控制在2～5小时。反应完成后，蒸发除去溶剂。得到磷包覆的纳米硅颗粒。接枝反应过程中通入保护气氛。接枝反应在悬浊液回流的气氛下进行。更容易控制反应进程，提高硅颗粒的分散性和均匀性，也可进一步提高成品转化率；
作为优化，所述步骤D）中的喷雾收集溶剂含1～5份三辛基氧化磷、5～15份稀丙基磷酸二乙酯、20～50份异丙醇。收集5～20份纳米硅粉后，通过步骤E）中所述加热回流，完成接枝反应。然后，通过蒸发除去异丙醇。
如上所述的纳米硅磷浆应用于制备选择性发射极电池的方法，包括如下步骤：1、硅片清洗制绒；2、POCl3扩散；3、清洗磷硅玻璃；4、沉积SiNx减反射层；5、印刷、烘干纳米硅磷浆；6、印刷、烘干背面银浆和铝浆以及正面银浆；7、烧结银浆铝浆等金属电极；其特征在于，所述步骤1～4为常规生产电池的工艺，所述步骤5～7的具体步骤为：
步骤5：使用邵氏硬度75～90的PU刮条将纳米硅磷浆均匀地涂铺在300～400目的网版上；在刮条与网板30～60度角的方向施加70～90N的印刷压力，以150～200mm/s的印刷速度，将纳米硅磷浆印刷在硅片的SiNx减反射层上面；室温干燥2～5分钟后，缓缓升温至150～400℃，烘干5～20分钟除去溶剂等挥发性物质；
步骤6：使用具有对位功能的丝网印刷机，在纳米硅磷浆上印刷正面银浆，在200～400℃温度下烘干2～5分钟，除去溶剂等挥发性物质；
步骤7：a、以每分钟30～200℃的速度升温至400～600℃，延续1～5分钟；b、以每分钟30～200℃的速度升温至650～800℃，延续1～60秒钟；c、冷却至室温。
进一步的：上述应用方法的步骤5完成后将印有纳米硅磷浆的硅片经干燥后于扩散炉中，扩散温度在800～830℃之间，扩散时间为10～40分钟，进一步将磷驱入磷浆覆盖区。
利用如上所述应用方法制得的选择性发射极电池的结构，其特征在于：包括硅片，所述硅片上沉积有氮化硅减反射层，所述氮化硅减反射层上印有纳米硅磷浆，所述纳米硅磷浆穿透氮化硅减反射层与所述硅片直接接触，所述纳米硅磷浆上印有银浆作为银栅线。
磷浆应用的原理：本发明所述的纳米硅磷浆是一种复合浆料，具有多种功能。第一，它可以刻蚀SiNx减反射层。第二，浆料可以对覆盖区进行磷掺杂。第三，在烧结金属电极时，纳米硅与金属银共晶析出，防止银穿透发射极，破坏p/n结。最后，纳米硅磷浆印在SiNx减反射层上面。避免对硅片污染。印刷后不需要清洗。
在烧结太阳能电池金属电极时，添加剂发生热分解。刻蚀SiNx减反射层。同时释放磷原子对浆体覆盖区下面的硅片基板进行掺磷，增加发射极厚度。更重要的是，纳米硅与金属银作用，形成银硅低温共熔物。冷却时，共晶析出。纳米硅磷浆既防止金属银穿透发射极破坏p/n结，又增强银栅线的附着力。
发明优点：
本发明所述的纳米硅磷浆用于制备选择性发射极电池时具有如下优点：
1、使用本发明纳米硅磷浆简化选择性发射极电池的生产工艺，比反刻法少了两个步骤，比掩膜法少了三步，比磷浆法少了两步；
2、纳米硅磷浆中的添加剂刻蚀氮化硅（SiNx)减反射膜，使浆体直接与硅片基板接触；
3、纳米硅颗粒与银浆形成低温共融物，防止金属银穿透发射极，破坏p/n结；
4、纳米硅磷浆中的添加剂同时释放磷原子扩散到硅片中对纳米硅磷浆覆盖区域进行掺杂。烧结完成后，纳米硅与银共晶析出，增强银栅线粘附力；
5、本发明所述方法简单易行，适合规模化生产。
附图说明
图1为本发明制备选择性发射极电池时的电池结构变化图；
图2为应用本发明所述方法制备的选择性发射极电池的结构示意图；
其中，101、硅片；102、氮化硅减反射层；103、纳米硅磷浆；104、银栅线。
具体实施方式
以下结合附图及优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1：
一种纳米硅磷浆，包括以下组分：
磷包覆纳米硅粉：10份；
添加剂：10份；
有机溶剂：80份；
所述磷包覆纳米硅粉含磷，磷的重量百分比浓度为12.5%；
所述添加剂的组分为15份氧化铅、50份聚磷酸三甲基硅和35份松油醇；
所述有机溶剂为松油醇。
(1)制备磷包覆的纳米硅粉
A）以20微米的硅粉为原料；
B)用送料气体将20微米的硅粉传入高温等离子体腔，等离子体发生器功率为50千瓦，频率为10兆赫兹；经过气化、成核、生长等三个过程形成纳米级硅粒；送料气体为氩气，所述送料气体流速为每分钟0.5立方米；
C)在等离子体发生器的中间段至尾部引入含有氢气的冷却气流对纳米级硅粒进行活化处理，氢气的浓度为3%，流速为每小时1立方米；
D)将3份三辛基氧化磷、15份稀丙基磷酸二乙酯、35份异丙醇混合后，喷雾气化至腔体，收集6份步骤C)制得的纳米硅生成纳米硅悬浊液。
E)将装有步骤D)制得的硅粒悬浊液的圆底烧瓶接上回流冷凝管，加热回流，温度控制在90℃,回流时间控制在3小时。反应完成后，蒸发除去溶剂。得含磷量为12.5%的磷包覆纳米硅。
(2)制备磷包覆纳米硅悬浊液
取20份步骤（1）制得的纳米硅粉，向其中加入40份檀香，待硅粉完全湿润后，用2000rpm自传速度和800rpm公转速度对硅粉进行搅拌5分钟制得纳米硅悬浊液；
(3)添加剂合成
在有氮气保护下的三颈圆底烧瓶中，按一定比例加入六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇，接入回流管，搅拌10分钟至混合均匀，然后加热至沸腾，温度为250℃，回流3小时，冷却至室温后，收集粘稠状的混合体在塑料容器里,得到聚磷酸三甲基硅；分别取15份氧化铅、50份聚磷酸三甲基硅和35份松油醇，搅拌均匀即得添加剂；
上述六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇的添加比例为5份六甲基二硅氧烷、10份五氧化二磷和30份松油醇；
(4)纳米硅浆料合成
取10份步骤（3）制得的添加剂和10份步骤（2）制得的纳米硅悬浊液，用2000rpm自转速度和800rpm公转速度进行搅拌10分钟制成最终产品即纳米硅磷浆。
利用上述制备方法制得的纳米硅磷浆在制备选择性发射极电池的应用，包括如下步骤：
(a）取常规电池工艺已镀SiNx硅片，使用邵氏硬度75的PU刮条将纳米硅磷浆均匀地涂铺在325目的网版上；在刮条与网板45度角的方向施加70N的印刷压力，以180mm/s的印刷速度，将纳米硅磷浆印刷在硅片的SiNx减反射层上面；室温干燥3分钟后，缓缓升温至400℃，烘干10分钟除去溶剂等挥发性物质；
(b)使用具有对位功能的丝网印刷机，在纳米硅磷浆上印刷正面银浆，在400℃温度下烘干5分钟，除去溶剂等挥发性物质；
(c)以每分钟50℃的速度升温至400℃，延续2分钟；然后以每分钟100℃的速度升温至800℃，延续30秒钟；后冷却至室温。完成浆料烧结。
如图2所示：利用上述应用方法制得的选择性发射极电池的结构如下：包括硅片101，所述硅片101上沉积有氮化硅减反射层102，所述氮化硅减反射层102上印有纳米硅磷浆103，所述纳米硅磷浆103穿透氮化硅减反射层102与所述硅片101直接接触，所述纳米硅磷浆103上印有银浆作为银栅线104。
实施例2：
一种纳米硅磷浆，包括以下组分：
磷包覆纳米硅粉：10份；
添加剂：15份；
有机溶剂：75份；
所述磷包覆纳米硅粉含磷，磷的重量百分比浓度为9%；
所述添加剂的组分为30份氧化铅、35份聚磷酸三甲基硅和35份松油醇；
所述有机溶剂为檀香。
上述纳米硅磷浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备磷包覆的纳米硅粉
A）以50微米的硅粉为原料；
B)用送料气体将20微米的硅粉传入高温等离子体腔，等离子体发生器功率为60千瓦，频率为10兆赫兹；经过气化、成核、生长等三个过程形成纳米级硅粒；送料气体为氩气，所述送料气体流速为每分钟0.5立方米；
C)在等离子体发生器的中间段至尾部引入含有氢气的冷却气流对纳米级硅粒进行活化处理，氢气的浓度为3%，流速为每小时1立方米；
D)将1份三辛基氧化磷、10份稀丙基磷酸二乙酯、20份异丙醇混合后，喷雾气化至腔体，收集10份步骤C)制得的纳米硅生成纳米硅悬浊液。
E)将装有步骤D)制得的硅粒悬浊液的圆底烧瓶接上回流冷凝管，加热回流，温度控制在90℃,回流时间控制在3小时。反应完成后，蒸发除去溶剂。得含磷量为9%的磷包覆纳米硅。
（2）制备磷包覆的纳米硅悬浊液
取30份步骤（1）制得的磷包覆的纳米硅粉，加入50份檀香，待硅粉完全湿润后，用2000rpm自传速度和800rpm公转速度对硅粉进行搅拌6分钟制得磷包覆的纳米硅悬浊液；
（3）添加剂合成
在有氮气保护下的三颈圆底烧瓶中，按一定比例加入六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇，接入回流管，搅拌15分钟至混合均匀，然后加热至沸腾，温度为200℃，回流4小时，冷却至室温后，收集粘稠状的混合体在塑料容器里,得到聚磷酸三甲基硅；分别取30份氧化铅、35份聚磷酸三甲基硅和35份松油醇，搅拌均匀即得添加剂；
上述六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇的添加比例为8份六甲基二硅氧烷、5份五氧化二磷和20份松油醇.
（4）纳米硅浆料合成
取15份步骤（3）制得的添加剂和10份步骤（2）制得的纳米硅悬浊液，用2000rpm自转速度和800rpm公转速度进行搅拌8分钟制成最终产品即纳米硅磷浆。
利用上述制备方法制得的纳米硅磷浆在制备选择性发射极电池的应用，包括如下步骤：
（a）取常规电池工艺已镀SiNx硅片，使用邵氏硬度75的PU刮条将纳米硅磷浆均匀地涂铺在325目的网版上；在刮条与网板45度角的方向施加70N的印刷压力，以180mm/s的印刷速度，将纳米硅磷浆印刷在硅片的SiNx减反射层上面；室温干燥3分钟后，缓缓升温至400℃，烘干10分钟除去溶剂等挥发性物质；
(b)使用具有对位功能的丝网印刷机，在纳米硅磷浆上印刷正面银浆，在400℃温度下烘干5分钟，除去溶剂等挥发性物质；
(c)：以每分钟50℃的速度升温至400℃，延续2分钟；然后以每分钟100℃的速度升温至800℃，延续30秒钟；后冷却至室温。完成浆料烧结。
如图2所示：利用上述应用方法制得的选择性发射极电池的结构如下：包括硅片101，所述硅片101上沉积有氮化硅减反射层102，所述氮化硅减反射层102上印有纳米硅磷浆103，所述纳米硅磷浆103穿透氮化硅减反射层102与所述硅片101直接接触，所述纳米硅磷浆103上印有银浆作为银栅线104。
实施例3：
一种纳米硅磷浆，包括以下组分：
磷包覆纳米硅粉：20份；
添加剂：10份；
有机溶剂：70份；
所述磷包覆纳米硅粉含磷，磷的重量百分比浓度为6%；
所述添加剂的组分为20份氧化铅、40份聚磷酸三甲基硅和40份松油醇；
所述有机溶剂为松油醇。
上述纳米硅磷浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备磷包覆的纳米硅粉
A）以100微米的硅粉为原料；
B)用送料气体将20微米的硅粉传入高温等离子体腔，等离子体发生器功率为100千瓦，频率为10兆赫兹；经过气化、成核、生长等三个过程形成纳米级硅粒；送料气体为氩气，所述送料气体流速为每分钟0.5立方米；
C)在等离子体发生器的中间段至尾部引入含有氢气的冷却气流对纳米级硅粒进行活化处理，氢气的浓度为3%，流速为每小时1立方米；
D)将1份三辛基氧化磷、5份稀丙基磷酸二乙酯、20份异丙醇混合后，喷雾气化至腔体，收集10份步骤C)制得的纳米硅生成纳米硅悬浊液。
E)将装有步骤D)制得的硅粒悬浊液的圆底烧瓶接上回流冷凝管，加热回流，温度控制在90℃,回流时间控制在3小时。反应完成后，蒸发除去溶剂。得含磷量为6%的磷包覆纳米硅。
（2）制备磷包覆的纳米硅悬浊液
取30份步骤（1）制得的磷包覆的纳米硅粉，加入50份檀香。待硅粉完全湿润后，用2000rpm自传速度和800rpm公转速度对硅粉进行搅拌6分钟制得磷包覆的纳米硅悬浊液；
（3）添加剂合成
在有氮气保护下的三颈圆底烧瓶中，按一定比例加入六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇，接入回流管，搅拌30分钟至混合均匀，然后加热至沸腾，温度为300℃，回流2小时，冷却至室温后，收集粘稠状的混合体在塑料容器里,得到聚磷酸三甲基硅；分别取20份氧化铅、40份聚磷酸三甲基硅和40份松油醇，搅拌均匀即得添加剂；
上述六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇的添加比例为10份六甲基二硅氧烷、7份五氧化二磷和40份松油醇.
（4）纳米硅浆料合成
取10份步骤（3）制得的添加剂和20份步骤（2）制得的纳米硅悬浊液，用2000rpm自转速度和800rpm公转速度进行搅拌10分钟制成最终产品即纳米硅磷浆。
利用上述制备方法制得的纳米硅磷浆在制备选择性发射极电池的应用，包括如下步骤：：
（a）取常规电池工艺已镀SiNx硅片，使用邵氏硬度70的PU刮条将纳米硅磷浆均匀地涂铺在300目的网版上；在刮条与网板45度角的方向施加80N的印刷压力，以150mm/s的印刷速度，将纳米硅磷浆印刷在硅片的SiNx减反射层上面；室温干燥3分钟后，缓缓升温至400℃，烘干10分钟除去溶剂等挥发性物质；
(b)使用具有对位功能的丝网印刷机，在纳米硅磷浆上印刷正面银浆，在400℃温度下烘干10分钟，除去溶剂等挥发性物质；
(c)以每分钟40℃的速度升温至400℃，延续3分钟；然后以每分钟100℃的速度升温至800℃，延续30秒钟；后冷却至室温。完成浆料烧结。
如图2所示：利用上述应用方法制得的选择性发射极电池的结构如下：包括硅片101，所述硅片101上沉积有氮化硅减反射层102，所述氮化硅减反射层102上印有纳米硅磷浆103，所述纳米硅磷浆103穿透氮化硅减反射层102与所述硅片101直接接触，所述纳米硅磷浆103上印有银浆作为银栅线104。
需要指出的是，以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对本发明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。

Claims (4)

1.一种纳米硅磷浆的制备方法，其特征在于，
所述纳米硅磷浆包括以下组分：
磷包覆纳米硅粉：10～30份；
添加剂：5～15份；
有机溶剂：50～85份；
所述磷包覆纳米硅粉含磷，磷的重量百分比浓度为5～20％；
所述添加剂的组分为10～30份氧化铅、20～60份聚磷酸三甲基硅和30～70份松油醇；
所述有机溶剂为松油醇或檀香；
所述制备方法包括如下制备步骤：
(1)用送料气体将10-100微米级硅粉传入高温等离子体腔，经过气化、成核、生长三个过程制得平均粒径50nm的纳米硅颗粒；利用活性气体对纳米硅进行活化处理，将一种溶剂混合物喷雾气化，由于物理碰撞和分子间吸引，雾化的溶剂分子凝聚在纳米硅表面，使纳米硅沉降，得到纳米硅悬浊液；将悬浊液导入回流冷凝圆底烧瓶，引入接枝化合物，在60～230℃温度下回流2～5小时，蒸发除去溶剂，得到磷包覆纳米硅粉；
(2)取步骤(1)制得的磷包覆的纳米硅粉10～30份，向其中加入20～80份的檀香，待硅粉完全湿润后，用2000rpm自转速度和800rpm公转速度对硅粉进行搅拌2～10分钟制得磷包覆的纳米硅悬浊液；
(3)合成添加剂：在有氮气保护下的三颈圆底烧瓶中，按一定比例加入六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇，接入回流管，搅拌10～30分钟至混合均匀，然后加热至沸腾，温度为150～350℃，回流2～4小时，冷却至室温后，收集粘稠状的混合体在塑料容器里,得到聚磷酸三甲基硅；分别取10～30份氧化铅、20～60份聚磷酸三甲基硅和30～70份松油醇，搅拌均匀即得添加剂；
上述六甲基二硅氧烷、五氧化二磷和松油醇的添加比例为5～10份六甲基二硅氧烷、5～10份五氧化二磷和20～50份松油醇；
(4)取步骤(3)制得的5～15份添加剂和步骤(2)制得的10～30份纳米硅悬浊液，用2000rpm自转速度和800rpm公转速度进行搅拌2～10分钟制成最终产品即纳米硅磷浆；
所述步骤(1)中喷雾气化的混合溶剂的组成为1～5份三辛基氧化磷、5～15份稀丙基磷酸二乙酯和20～50份异丙醇；所述活性气体为氢气；所述接枝化合物是烯烃或炔烃的一种或多种的混合物。
2.利用权利要求1所述制备方法制得的纳米硅磷浆应用于制备选择性发射极电池的方法，其特征在于，包括如下步骤：1、硅片清洗制绒；2、POCl3扩散；3、清洗磷硅玻璃；4、沉积SiNx减反射层；5、印刷、烘干纳米硅磷浆；6、印刷、烘干背面银浆和铝浆以及正面银浆；7、烧结金属电极,其特征在于，所述步骤1～4为常规生产电池的工艺，所述步骤5、6、7具体为：
步骤5：使用邵氏硬度75～90的PU刮条将纳米硅磷浆均匀地涂铺在300～400目的网版上；在刮条与网板30～60度角的方向施加70～90N的印刷压力，以150～200mm/s的印刷速度，将纳米硅磷浆印刷在硅片的SiNx减反射层上面；室温干燥2～5分钟后，缓缓升温至150～400℃，烘干5～20分钟除去挥发性物质；
步骤6：使用具有对位功能的丝网印刷机，在纳米硅磷浆上面印刷正面银浆，在200～400℃温度下烘干2～5分钟，除去挥发性物质；
步骤7：a、以每分钟30～200℃的速度升温至400～600℃，延续1～5分钟；b、以每分钟30～200℃的速度升温至650～800℃，延续1～60秒钟；c、冷却至室温。
3.根据权利要求2所述制备选择性发射极电池的方法，其特征在于，当完成步骤5后，将印有纳米硅磷浆的硅片经干燥后于扩散炉中，扩散温度在800～830℃之间，扩散时间为10～40分钟，进一步将磷驱入磷浆覆盖区，然后进行步骤6的操作。
4.利用权利要求2～3任一项所述制备方法制得的选择性发射极电池的结构，其特征在于：包括硅片，所述硅片上沉积有氮化硅减反射层，所述氮化硅减反射层上印有纳米硅磷浆，所述纳米硅磷浆穿透氮化硅减反射层与所述硅片直接接触，所述纳米硅磷浆上印有银浆作为银栅线。
CN201310397907.1A 2013-09-04 2013-09-04 一种纳米硅磷浆及其制备方法和应用 Expired - Fee Related CN103489932B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310397907.1A CN103489932B (zh) 2013-09-04 2013-09-04 一种纳米硅磷浆及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310397907.1A CN103489932B (zh) 2013-09-04 2013-09-04 一种纳米硅磷浆及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103489932A CN103489932A (zh) 2014-01-01
CN103489932B true CN103489932B (zh) 2016-03-30

Family

ID=49830026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310397907.1A Expired - Fee Related CN103489932B (zh) 2013-09-04 2013-09-04 一种纳米硅磷浆及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103489932B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105017848A (zh) * 2014-04-27 2015-11-04 巨力新能源股份有限公司 一种硅墨水及制备方法和制备晶体硅电池发射极的方法
CN111341877B (zh) * 2018-12-17 2024-04-16 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 双面perc电池的制备方法
CN113035996B (zh) * 2019-12-25 2023-04-14 新疆硅基新材料创新中心有限公司 一种基于含高浓度硼纳米硅浆的高效电池及制作方法
CN114122163A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种叠瓦电池、组件的制作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7001455B2 (en) * 2001-08-10 2006-02-21 Evergreen Solar, Inc. Method and apparatus for doping semiconductors
CN101814547A (zh) * 2009-02-19 2010-08-25 上海交大泰阳绿色能源有限公司 一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法
TW201237944A (en) * 2010-12-14 2012-09-16 Innovalight Inc High fidelity doping paste and methods thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7001455B2 (en) * 2001-08-10 2006-02-21 Evergreen Solar, Inc. Method and apparatus for doping semiconductors
CN101814547A (zh) * 2009-02-19 2010-08-25 上海交大泰阳绿色能源有限公司 一种选择性发射极晶体硅太阳能电池的制备方法
TW201237944A (en) * 2010-12-14 2012-09-16 Innovalight Inc High fidelity doping paste and methods thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN103489932A (zh) 2014-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI480930B (zh) 光伏電池的製造方法
JP5535851B2 (ja) エッチングおよびドーピング複合物質
JP6185845B2 (ja) 酸化アルミニウムベースの金属配線バリア
CN110265497B (zh) 一种选择性发射极的n型晶体硅太阳电池及其制备方法
CN102782810B (zh) 形成低电阻硅金属触点的方法
CN107968127A (zh) 一种钝化接触n型太阳能电池及制备方法、组件和系统
CN103811588B (zh) 一种太阳能电池的双面扩散工艺
JP2012160697A (ja) シリコン基板の製造方法、シリコン基板、太陽電池用シリコン基板、太陽電池素子の製造方法、太陽電池素子及び太陽電池
TWI558676B (zh) 形成ｎ型擴散層的組成物、ｎ型擴散層的製造方法及太陽電池元件的製造方法
EP2662883B1 (en) Composition for forming p-type diffusion layer, method for forming p-type diffusion layer, and method for producing photovoltaic cell
CN105826409B (zh) 一种局部背场n型太阳能电池的制备方法
CN103489499A (zh) 一种纳米硅银浆及其制备方法以及应用
CN110504332A (zh) 一种perc电池的制备方法及双面选择性发射极perc电池
CN103489932B (zh) 一种纳米硅磷浆及其制备方法和应用
CN105428453A (zh) 一种叉指型背接触电池的制作方法
CN110416355B (zh) 一种溶液法制备晶体硅太阳能电池的工艺
TWI485875B (zh) 形成不純物擴散層的組成物、形成ｎ型擴散層的組成物、ｎ型擴散層的製造方法、形成ｐ型擴散層的組成物、ｐ型擴散層的製造方法及太陽能電池的製造方法
TW201508821A (zh) 形成ｎ型擴散層的組成物、ｎ型擴散層的製造方法及太陽電池元件的製造方法
CN105826408B (zh) 局部背表面场n型太阳能电池及制备方法和组件、系统
JP5541138B2 (ja) ｐ型拡散層形成組成物、ｐ型拡散層の製造方法及び太陽電池セルの製造方法
US9520529B2 (en) Composition for forming P-type diffusion layer, method of forming P-type diffusion layer, and method of producing photovoltaic cell
CN101840955B (zh) 基于硅量子点超晶格结构的晶硅太阳能电池的制备方法
CN108666007A (zh) 光伏电极银浆
CN108666002A (zh) 太阳能电池用导电银浆
CN108666003A (zh) 光伏电池用导电银浆

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160330

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee