CN106158991A - 一种应用高温扩散工艺制备的n型电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用高温扩散工艺制备的N型电池，包括硅片，在硅片正面印刷有发射极层，所述发射极层由纳米硅硼浆高温扩散而成；在所述发射极层上依次沉积有钝化膜层和正面减反层，在正面减反层上激光开孔并印刷烧结有正面金属电极，所述正面金属电极通过贯穿所述正面减反层和钝化膜层的开孔与所述硅片形成点接触；在硅片背面沉积有背面减反层，在背面减反层上激光开孔并印刷烧结有背面金属电极，所述背面金属电极通过贯穿所述背面减反层的开孔与所述硅片形成点接触。本发明可以使得硼掺杂分布均匀，提高电池性能，并且可以降低成本，可以避免使用昂贵的设备以实现规模化的量产。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种应用纳米硅硼浆的N型电池及其制备方法。
背景技术
目前，普通P型晶体硅太阳能电池的效率通常低于20％。目前，一种效率高于20％的双面发电电池正走出实验室面向量产。而这种双面电池中的发射极层现有的制备方法主要有两种方式：1)三溴化硼等气态源进行扩散形成发射极；2)使用特殊昂贵的离子注入设备，将硼元素注入形成发射极。方法1使用三溴化硼等气态源扩散在高温下，不仅有很大的安全隐患，且在扩散腔体设备中，气态的分布不均匀导致不同区域扩散效果相差很大；方法2使用昂贵的离子注入设备(约3000万/台)，设备投资成本大，较难实现批量量产，而且还需在离子注入后添加退火工艺，以保持掺杂的效果，进一步增加了量产难度。
在本申请人早前申请的专利103232040A和103280491A中，披露了生产掺硼纳米硅的工艺方法、生产设备等，本发明在此基础上进一步披露了该类纳米含硼硅浆料在一种特殊结构的太阳能电池的应用。本发明描述应用了掺硼纳米硅材料后，再辅助以丝网印刷、高温扩散的工艺后，得到了一种特殊结构的电池结构，该特殊结构的电池经过试验验证具有＞21％的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用纳米硅硼浆形成发射极的N型电池及其制备方法，使用纳米硅硼浆形成发射极可以使得硼掺杂分布均匀，并且可以降低成本，可以避免使用昂贵的设备以实现规模化的量产。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种应用纳米硅硼浆的N型电池，包括硅片，其特征在于，在硅片正面印刷有发射极层，所述发射极层由纳米硅硼浆高温扩散而成；
在所述发射极层上依次沉积有钝化膜层和正面减反层，在正面减反层上激光开孔并印刷烧结有正面金属电极，所述正面金属电极通过贯穿所述正面减反层和钝化膜层的开孔与所述硅片形成点接触；
在硅片背面沉积有背面减反层，在背面减反层上激光开孔并印刷烧结有背面金属电极，所述背面金属电极通过贯穿所述背面减反层的开孔与所述硅片形成点接触；
所述硅片为掺杂磷元素的N型硅片。
优选的，所述纳米硅硼浆按重量配比由3-20份掺硼纳米硅、20-80份檀香、0-50份檀香油和0-10份添加剂组成，所述添加剂为流平剂或消泡剂的一种或两种。
优选的，所述掺硼纳米硅为以硅为载体的含硼球形结构，所述掺硼纳米硅的粒径为10-200nm。
所述掺硼纳米硅的微观形貌为具有核壳结构的均一球形，且其特点在于通过较宽的粒径分布(或双峰粒径分布)和适当的大小搭配提高纳米硅的堆积密度。掺硼纳米硅的制备是采用高温物理法，非化学合成而成。
本发明的还一点创新之处在于檀香不仅作为接枝改性剂，经过进一步的蒸馏提纯，檀香也具有改善浆料粘度及流变性等功能，与檀香油配合使用，可调节浆料的粘度在3000-10000mPa.s，适合不同丝网印刷或旋涂的工艺。
添加剂为流平剂、消泡剂等小分子物质。因本发明不使用高聚物树脂作为 粘度增稠剂，在通常的烘干温度下(＜230℃)即可去除全部有机物，本发明所述纳米硅硼浆在烘干后仅仅只剩下硅硼组合物，无碳残留，不会对硅片基底造成污染。
优选的，所述钝化膜层(3)由三氧化二铝或二氧化硅构成，所述正面减反层(4)和背面减反层(6)由氮化硅构成。
优选的，所述正面金属电极(5)为银浆或银铝浆，所述背面金属电极为银浆。
如上所述的应用纳米硅硼浆的N型电池的制备方法，
其特征在于，包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、在硅片正面印刷纳米硅硼浆制备发射极；3、清洗；4、正面沉积钝化膜层；5、双面沉积减反层；6、双面激光开孔穿透钝化膜层和减反层，7、正面印刷金属电极；8、背面印刷金属电极；9、烧结金属电极；所述步骤2中在硅片正面印刷纳米硅硼浆采用全覆盖印刷，烘干后对所述纳米硅硼浆进行高温处理。
优选的，步骤2中在工业红外烘干炉内对印刷后的纳米硅硼浆进行烘干，烘干温度为180～220℃，烘干时间为1～2分钟，烘干后的纳米硅硼浆的厚度为0.5～10μm。
优选的，步骤2中高温处理纳米硅硼浆在工业管式扩散炉进行，温度范围900-1050℃，时间为1-2小时。
在高温的处理过程中，纳米浆料中的硼覆盖区域逐渐扩散进入硅片里面，形成整面掺杂得到发射极功能层，且纳米浆料是以5N级纳米硅为掺杂源载体，通过高温处理时可与硅片基底融合而不影响其电池性能，而非印刷区域的硅片无掺杂源物质也不会形成任何掺杂绕射。在印刷完纳米硅硼浆后，实现高温掺 杂区域的硅基底上所测的方阻值在30-120Ω/□范围内可调。
发明优点：
本发明所述N型电池采用特定组成的纳米硅硼浆制备发射极，可以使得硼掺杂分布均匀，提高电池性能，并且可以降低成本，可以避免使用昂贵的设备以实现规模化的量产，而且使用的纳米硅硼浆在烘干后仅仅只剩下硅硼组合物，无碳残留，不会对硅片基底造成污染。另外，采用硼浆固态源作为扩散手段，只有硼浆覆盖区域才形成掺杂，对其他区域不会形成绕射，扩散的均匀性完全得到保障。同时，利用现有成熟的丝网印刷方式，最大化的利用现有工艺和设备，工业化实施时更为方便，也较大的节省了投资。
附图说明
图1为本发明所述N型电池的结构示意图；
图2为本发明制备所述N型电池的工艺流程图；
其中，1、硅片；2、发射极层；3、钝化膜层；4、正面减反层；5、正面金属电极；6、背面减反层；7、背面金属电极。
具体实施方式
以下实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1：如上所述，按工艺路线制备N型电池：
(1)包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、在硅片正面印刷纳米硅硼浆制备发射极；3、清洗；4、正面沉积钝化膜层；5、双面沉积减反层；6、双面激 光开孔穿透钝化膜层和减反层，7、正面印刷金属电极；8、背面印刷金属电极；9、烧结金属电极；
(2)在步骤2中在硅片正面印刷纳米硅硼浆采用全覆盖印刷，印刷干膜厚度为3微米，其中纳米硅硼浆的组成为：纳米硅硼浆按重量配比由15份粒径为30纳米的掺硼纳米硅、50份檀香、20份檀香油和0.5份聚氧乙烯甘油消泡剂，经湿法球磨制得粘度为6000mPa.s的浆料。
(3)将印刷完的硅片在180℃的温度下烘干2分钟，然后再将半成品在950℃下完成30分钟的高温扩散处理，控制方阻值在45Ω/□，然后在弱碱中超声清洗掉残留物；
(4)将半成品的正面进行PECVD的三氧化二铝镀膜，然后再完成正反面的氮化硅镀膜，再进行银浆印刷、烧结制成电池片。
实施例2：如上所述，按工艺路线制备N型电池：
(1)包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、在硅片正面印刷纳米硅硼浆制备发射极；3、清洗；4、正面沉积钝化膜层；5、双面沉积减反层；6、双面激光开孔穿透钝化膜层和减反层，7、正面印刷金属电极；8、背面印刷金属电极；9、烧结金属电极；
(2)在步骤2中在硅片正面印刷纳米硅硼浆采用全覆盖印刷，印刷干膜厚度为4微米，其中纳米硅硼浆的组成为：纳米硅硼浆按重量配比由20份粒径为40纳米的掺硼纳米硅、40份檀香、30份檀香油和0.5份聚氧乙烯甘油消泡剂，经湿法球磨制得粘度为7500mPa.s的浆料。
(3)将印刷完的硅片在200℃的温度下烘干1.5分钟，然后再将半成品在1000℃ 下完成30分钟的高温扩散处理，控制方阻值在40Ω/□，然后在弱碱中超声清洗掉残留物；
(4)将半成品的正面进行PECVD的三氧化二铝镀膜，然后再完成正反面的氮化硅镀膜，再进行银浆印刷、烧结制成电池片。
实施例3：如上所述，按工艺路线制备N型电池：
(1)包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、在硅片正面印刷纳米硅硼浆制备发射极；3、清洗；4、正面沉积钝化膜层；5、双面沉积减反层；6、双面激光开孔穿透钝化膜层和减反层，7、正面印刷金属电极；8、背面印刷金属电极；9、烧结金属电极；
(2)在步骤2中在硅片正面印刷纳米硅硼浆采用全覆盖印刷，印刷干膜厚度为5微米，其中纳米硅硼浆的组成为：纳米硅硼浆按重量配比由20份粒径为30纳米的掺硼纳米硅、5份粒径为50纳米的掺硼纳米硅、40份檀香、40份檀香油和1.0份聚氧乙烯甘油消泡剂，经湿法球磨制得粘度为8000mPa.s的浆料。
(3)将印刷完的硅片在210℃的温度下烘干1分钟，然后再将半成品在1050℃下完成30分钟的高温扩散处理，控制方阻值在35Ω/□，然后在弱碱中超声清洗掉残留物；
(4)将半成品的正面进行PECVD的三氧化二铝镀膜，然后再完成正反面的氮化硅镀膜，再进行银浆印刷、烧结制成电池片。
性能测试：
上述实施例的电性能测试如下：
与常规电池的性能比较，实施例中的N型电池使用纳米硅硼浆进行高温扩散，其整面印刷实现了扩散方阻的均匀性，所以电池的开路电压和短路电流均有所提升，尤其是短路电流提升明显，使得最终的成品电池效率可达到21％的光电转换效率。
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 (8)
1.一种应用高温扩散工艺制备的N型电池，包括硅片(1)，其特征在于，在硅片(1)正面印刷有发射极层(2)，所述发射极层(2)由纳米硅硼浆高温扩散而成；
在所述发射极层(2)上依次沉积有钝化膜层(3)和正面减反层(4)，在正面减反层(4)上激光开孔并印刷烧结有正面金属电极(5)，所述正面金属电极(5)通过贯穿所述正面减反层(4)和钝化膜层(3)的开孔与所述硅片(1)形成点接触；
在硅片(1)背面沉积有背面减反层(6)，在背面减反层(6)上激光开孔并印刷烧结有背面金属电极(7)，所述背面金属电极(7)通过贯穿所述背面减反层(6)的开孔与所述硅片(1)形成点接触；
所述硅片为掺杂磷元素的N型硅片。
2.根据权利要求1所述的一种应用高温扩散工艺制备的N型电池，其特征在于，所述纳米硅硼浆按重量配比由3-20份掺硼纳米硅、20-80份檀香、0-50份檀香油和0-10份添加剂组成，所述添加剂为流平剂或消泡剂的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的一种应用高温扩散工艺制备的N型电池，其特征在于，所述掺硼纳米硅为以硅为载体的含硼球形结构，所述掺硼纳米硅的粒径为10-200nm。
4.根据权利要求1所述的一种应用高温扩散工艺制备的N型电池，其特征在于，所述钝化膜层(3)由三氧化二铝或二氧化硅构成，所述正面减反层(4)和背面减反层(6)由氮化硅构成。
5.根据权利要求1所述的一种应用高温扩散工艺制备的N型电池，其特征在于，所述正面金属电极(5)为银浆或银铝浆，所述背面金属电极为银浆。
6.如权利要求1～5任一项所述的一种应用高温扩散工艺制备的N型电池的制备方法，
其特征在于，包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、在硅片正面印刷纳米硅硼浆制备发射极；3、清洗；4、正面沉积钝化膜层；5、双面沉积减反层；6、双面激光开孔穿透钝化膜层和减反层，7、正面印刷金属电极；8、背面印刷金属电极；9、烧结金属电极；所述步骤2中在硅片正面印刷纳米硅硼浆采用全覆盖印刷，烘干后对所述纳米硅硼浆进行高温处理。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤2中在工业红外烘干炉内对印刷后的纳米硅硼浆进行烘干，烘干温度为180～220℃，烘干时间为1～2分钟，烘干后的纳米硅硼浆的厚度为0.5～10μm。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2中高温处理纳米硅硼浆在工业管式扩散炉进行，温度范围900-1050℃，时间为1-2小时。
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