CN106158999A - 一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，包括n型硅片基底，所述n型硅片基底设有正面和背面，所述正面印刷有含Ⅲ族元素掺杂源纳米材料的正面栅线，所述背面印刷有含Ⅴ族元素掺杂源纳米材料的背面栅线，所述正面栅线和背面栅线经激光开槽分别形成正面凹槽和背面凹槽，所述正面凹槽内的Ⅲ族元素掺杂源纳米材料与n型硅片基底融合，所述背面凹槽内的Ⅴ族元素掺杂源纳米材料与n型硅片基底融合，所述正面凹槽和背面凹槽在完成掺杂后喷印纳米银复合材料。本发明通过激光将Ⅲ族元素掺杂源纳米材料和Ⅴ族元素掺杂源纳米材料分别重掺杂进入n型硅片基底的正面和背面，提升了电池的输出功率，减少使用银材料，减少遮光面积，减少对电池的损害。

Description

一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体的说，是涉及一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池及其制备方法。
背景技术
硅基太阳能电池是常见的一种太阳能电池。它的原理是将高纯度的半导体材料(硅)加入掺质物使其呈现不同的性质，以形成p型半导体及n型半导体，并将pn两型半导体相接合，形成p-n接面。当太阳光照射p-n结构的半导体时，光子所提供的能量会把半导体中的电子激发出来产生电子-空穴对。通过电极的设置使空穴往电场的方向移动并使电子往相反的方向移动，形成太阳能电池。
一般来说，要对太阳能电池进行改良，需要从提升其光电转换效率着手。在过去的几年里，虽然普通量产的晶体硅太阳能电池的光电转换效率已由原来的17％提升至19％，然而，即便现有的高温烧结银浆和铝浆等辅材的改进均达到有史以来的最佳状态，但是太阳能电池的光电转换效率一直没能提升至20％。
究其原因，是因为制备太阳能电池时，高温烧结(约850℃)对太阳能电池造成损害，以及金属导电材料(导体)与电池硅(半导体)基底不能形成非常良好的欧姆接触，电流无法收集完全并有效导出。
再有，太阳能电池的表面因金属化所牺牲的受光面积(银栅线的主栅宽度一般大于1500微米，细栅线大于100微米，因此会占用一定比例的受光区域，导致该占用区域无法发电)，这也是目前太阳能电池制备解决的技术难题。
关于上述两个亟待解决的技术难题，目前行内主要采用如下解决方案：
(1)通过改进丝网印刷的银浆。
目前太阳能电池所用的银浆的成分组成为银粉、玻璃粉和有机粘结树脂等，其作用机理是在高温下腐蚀氮化硅膜层，让银与硅基底形成接触，但是烧结的温度(＞750℃)无法降低到较低值，还是会对硅片本身造成高温损害。
(2)减少金属栅线的遮光面积。
目前太阳能电池减少遮盖面积的做法主要是将主栅线由原来的2根变化为3～4根，同时增加细栅线的数量。但是这对于目前的丝网印刷工艺而言，一方面对印刷网版有所限制，硅作为半导体，硅片轻微掺杂后其电阻率仍然比较高(1～10Ω.m),与银粉的接触不好；另一方面栅线太细很容易出现断栅等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池。
本发明的第二目的是提供所述高效太阳能电池的制备方法。
为解决上述的技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，包括n型硅片基底，所述n型硅片基底设有正面和背面，所述正面和背面经激光开槽分别形成正面凹槽和背面凹槽，所述正面凹槽内设有Ⅲ族元素掺杂源纳米材料，所述背面凹槽内设有Ⅴ族元素掺杂源纳米材料。
所述正面印刷有含Ⅲ族元素掺杂源纳米材料的正面栅线，所述背面印刷有含Ⅴ族元素掺杂源纳米材料的背面栅线，所述正面栅线和背面栅线经激光开槽分别形成正面凹槽和背面凹槽，所述正面凹槽内的Ⅲ族元素掺杂源纳米材料与n型硅片基底融合，所述背面凹槽内的Ⅴ族元素掺杂源纳米材料与n型硅片基底融合。
所述正面凹槽和背面凹槽在完成掺杂后喷印纳米银复合材料，所述纳米银复合材料的喷印的栅线宽度大于或等于激光开槽的栅线宽度。
所述正面从上往下依次设有第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层，所述第一减反射膜层的上方印刷有含硼硅纳米复合材料的正面栅线；所述背面设有第二减反射膜层，所述第二减反射膜层的上方印刷有含磷硅纳米复合材料的背面栅线；所述正面栅线和背面栅线经激光开槽分别形成正面凹槽区域和背面凹槽区域；所述正面凹槽区域穿过第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层并进入到n型硅片基底；所述背面凹槽区域穿过第二减反射膜层并进入到n型硅片基底。
所述硼硅纳米复合材料在第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层之间形成硼硅纳米复合材料激光共融层，所述硼硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成硼掺杂功能区；所述磷硅纳米复合材料在第二减反射膜层和n型硅片基底之间形成磷硅纳米复合材料激光共融层，所述磷硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成磷掺杂功能区。
所述硼掺杂功能区的掺杂深度为3～8微米，掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3，所述磷掺杂功能区的掺杂深度为1～10微米，掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3。
所述硼硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，硼与硅的摩尔比为1:50～1:5的纳米组合物；所述磷硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，磷与硅的摩尔比为1:40～1:3的纳米组合物。
所述激光开槽的宽度为30～80微米，所述激光开槽的距离为1～5毫米。
一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池的制备方法，包括的步骤如下：
(1)制备发射极层：在n型硅片基底的正面通过硼源扩散形成发射极层；
(2)制备钝化膜层：在发射极层的上方通过PECVD法形成Al2O3钝化膜层；
(3)制备氮化硅减反射膜层：在经步骤(1)和(2)处理的n型硅片基底的正面和背面通过PECVD法分别形成第一减反射膜层和第二减反射膜层；
(4)太阳能电池正面的加工处理：在经步骤(3)处理的n型硅片基底的正面印刷含硼硅纳米复合材料的栅线，激光开槽，得到正面凹槽区域；所述正面凹槽区域内的硼硅纳米复合材料在第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层之间形成硼硅纳米复合材料激光共融层；在激光的作用下，所述硼硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成硼掺杂功能区；所述正面凹槽区域完成掺杂后喷印纳米银复合材料；
(5)太阳能电池背面的加工处理：在经步骤(3)处理的n型硅片基底的背面印刷含硼硅纳米复合材料的栅线，激光开槽，得到背面凹槽区域；所述背面凹槽区域内的磷硅纳米复合材料在第二减反射膜层和n型硅片基底之间形成磷硅纳米复合材料激光共融层；在激光的作用下，所述磷硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成磷掺杂功能区；所述背面凹槽区域完成掺杂后喷印纳米银复合材料；
(6)太阳能电池的低温烧结：将经步骤(4)和步骤(5)处理的n型硅片基底在150～300℃、2～30min的条件下完成烘干烧结。
所述激光开槽的条件为：波长532纳米，激光功率10～50W，脉冲宽度为20～200纳秒，频率1000～3000KHz，所述激光开槽的宽度为30～80微米，所述激光开槽的距离为1～5毫米。
所述硼掺杂功能区的掺杂深度为3～8微米，掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3，所述磷掺杂功能区的掺杂深度为1～10微米，掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3。
所述硼硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，硼与硅的摩尔比为1:50～1:5的纳米组合物。
所述磷硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，磷与硅的摩尔比为1:40～1:3的纳米组合物。
所述硼硅纳米复合材料的制备方法为：将重掺硼元素的区熔法FZ单晶硅通过物理气化成纳米硅，再与粘度调节剂、分散剂和溶剂混合得到5～25％固含量的硼硅纳米复合材料。
所述磷硅纳米复合材料的制备方法为：将重掺磷元素的区熔法FZ单晶硅通过物理气化成纳米硅，再与粘度调节剂、分散剂和溶剂混合得到5～25％固含量的磷硅纳米复合材料。
所述重掺硼或磷元素的区熔法FZ单晶硅：粘度调节剂：溶剂：分散剂的重量比为(15～30)：(10～60)：(20～60)：(0.5～2)。
所述粘度调节剂为碳原子数为8-32的多羟基醇，粘度的条件根据碳原子数和分子量调节。
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸三胺、β-丙氨酸中的任意一种或多种。
所述溶剂为异丙醇、乙二醇、丙三醇中的任意一种或多种，且所述溶剂的表面张力＞20达厘/厘米,与减反射膜层的接触角＞20°。
所述混合方法为采用湿法球磨或三辊轧机混合。
所述纳米银复合材料的制备过程为：将纳米银经等离子体在2500℃以上气化，在惰性载气的控制下冷却，冷却载气的流量为1～10L/min，在冷却到200～300℃时，通入硅烷偶联剂活性液体进行包覆，再与分散剂和溶剂经湿法球磨，然后经粒径小于100纳米的微孔过滤器过滤后，得到30～80％固含量的纳米银复合材料。
所述纳米银：硅烷偶联剂活性液体：分散剂：溶剂的重量比为(50～60)：20：2：(15～20)。
所述惰性载气为氮气、氩气、氦气中的任意一种。
所述硅烷偶联剂活性液体为六甲基二硅胺、六甲基硅氧烷、二甲基硅氧烷、四甲基二硅氧烷中的任意一种或多种。
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸酯改性丁二烯树脂、聚丙烯酸胺中的任意一种或多种。
所述溶剂为水、环己烷、二氧六环、庚烷中的任意一种或多种。
原理说明
本发明在n型硅片基底的正面先通过硼源扩散形成发射极层，再在发射极层通过PECVD法形成Al2O3钝化膜层，然后在n型硅片基底的正面和背面通过PECVD法分别形成第一减反射膜层和第二减反射膜层，且在经处理的n型硅片基底的正面和背面分别印刷含硼硅纳米复合材料的栅线和含磷硅纳米复合材料的栅线；在此结构基础上，通过激光将太阳能电池正面的第一减反射膜层、钝化膜层、发射极层及背面的第二减反射膜层开槽打开至n型硅片基底，推进硼硅纳米复合材料和磷硅纳米复合材料分别与n型硅片基底融合，并且形成了一定深度的重掺杂。
本发明通过特定的激光条件，使具有特定组分的硼硅纳米复合材料在第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层之间形成硼硅纳米复合材料激光共融层，所述硼硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成硼掺杂功能区。所述硼硅纳米复合材料激光共融层和磷硅纳米复合材料激光共融层为纳米硅载体消融形成的可见区域，所述硼硅纳米复合材料激光共融层表面的硼浓度最高可达1*1022atom/cm3，该表面因硼的重掺杂具有较好的电导率。所述硼掺杂功能区在激光的作用下，掺杂深度可达3～8微米，掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3，与掺杂浓度相应的硼硅纳米复合材料激光共融层的电阻率可降低为1*10-4Ω.m，n型硅片基底的电导率相比重掺杂前提升好几个数量级，具有较好的电流导出性能。
本发明通过特定的激光条件，使具有特定组分的磷硅纳米复合材料在第二减反射膜层和n型硅片基底之间形成磷硅纳米复合材料激光共融层，所述磷硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成磷掺杂功能区。所述磷硅纳米复合材料激光共融层同样因磷的重掺杂使得该区域的电阻率降低为1*10-4Ω.m，具有良好的导电性。所述磷掺杂功能区由于磷原子在1～10微米的深度形成磷原子掺杂的阶梯浓度差(掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3)，形成局部的“场效应”，使得少数载流子不易形成表面复合，从而增加少数载流子的寿命，达到提升电池输出电压的目的，最终增加单位面积电池的输出功率。
完成激光开槽掺杂后，本发明在开槽区域进行纳米银复合材料的喷墨精细印刷，所述纳米银复合材料的喷印的栅线宽度大于或等于激光开槽的栅线宽度，也在30～80微米。由于n型硅片基底完成电极金属化后，遮光面积仅约4％，远小于传统金属化8％的遮光面积(即印刷面积减少)，使得电池的受光面积增大，同时节约金属银的使用量(纳米银本身的导电性高，与传统银浆达到相同电阻率则使用材料要少)。而且纳米银复合材料的粒径小(只有5～50纳米)，其导电性是普通银的10～20倍。在印刷完成后，该电池可以在使用150～300℃、2～30min的条件下完成烘干烧结并形成连续的银导电层，导电层电阻率可低于2*10-8Ω.m。纳米银复合材料经过多次喷印形成＞80％的高宽比(即栅线高度与宽度的比例)，可进一步减少电阻。
本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：
第一，通过激光将Ⅲ族元素掺杂源纳米材料和Ⅴ族元素掺杂源纳米材料分别重掺杂进入n型硅片基底的正面和背面，得到具有良好导电性的掺杂区域，并形成一层具有良好导电性能的纳米硅共融层，与后续的金属导电层可以形成良好的欧姆接触，从而实现提升太阳能电池的输出功率。
第二，在n型硅片基底的正面和背面重掺后使用纳米银复合材料形成金属化导电，不仅使金属化使用的银材料大大降低，遮光面积大大减少，而且可以实现低温烧结(＜300℃)，从而减少对太阳能电池的损害。
附图说明
图1是本发明一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池的剖面示意图；
图2是本发明n型硅片基底在完成掺杂后纳米银复合材料喷印的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合附图以及实施例，对本发明一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池及其制备方法进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参照图1-2所示，本发明一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，包括n型硅片基底1，所述n型硅片基底1设有正面和背面，所述正面从上往下依次设有第一减反射膜层3、钝化膜层4和发射极层5，所述第一减反射膜层3的上方印刷有含硼硅纳米复合材料的正面栅线；所述背面设有第二减反射膜层6，所述第二减反射膜6层的上方印刷有含磷硅纳米复合材料的背面栅线；所述正面栅线和背面栅线经激光开槽分别形成正面凹槽区域和背面凹槽区域；所述正面凹槽区域穿过第一减反射膜层3、钝化膜层4和发射极层5并进入到n型硅片基底1；所述背面凹槽区域穿过第二减反射膜层6并进入到n型硅片基底1。
所述硼硅纳米复合材料在第一减反射膜层3、钝化膜层4和发射极层5之间形成硼硅纳米复合材料激光共融层7，所述硼硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成硼掺杂功能区8；所述磷硅纳米复合材料在第二减反射膜层6和n型硅片基底1之间形成磷硅纳米复合材料激光共融层9，所述磷硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成磷掺杂功能区10。
所述正面凹槽区域和背面凹槽区域在完成掺杂后喷印纳米银复合材料2，所述纳米银复合材料的喷印的栅线宽度大于激光开槽的栅线宽度。
所述硼掺杂功能区的掺杂深度为3～8微米，掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3，所述磷掺杂功能区的掺杂深度为1～10微米，掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3。
所述硼硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，硼与硅的摩尔比为1:50～1:5的纳米组合物；所述磷硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，磷与硅的摩尔比为1:40～1:3的纳米组合物。
所述激光开槽的宽度为30～80微米，所述激光开槽的距离为1～5毫米。
一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池的制备方法，包括的步骤如下：
(1)硅片清洗，去除损伤层，表面为酸制绒或碱制绒；
(2)制备发射极层：在n型硅片基底1的正面通过硼源扩散形成发射极层5；
(3)制备钝化膜层：在发射极层5的上方通过PECVD法形成Al2O3钝化膜层4；
(4)制备氮化硅减反射膜层：在经步骤(2)和(3)处理的n型硅片基底1的正面和背面通过PECVD法分别形成第一减反射膜层3和第二减反射膜层6；
(5)太阳能电池正面的加工处理：在经步骤(4)处理的n型硅片基底的正面印刷含硼硅纳米复合材料的栅线，激光开槽，得到正面凹槽区域；所述正面凹槽区域内的硼硅纳米复合材料在第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层之间形成硼硅纳米复合材料激光共融层；在激光的作用下，所述硼硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成硼掺杂功能区；所述正面凹槽区域完成掺杂后喷印纳米银复合材料；
(6)太阳能电池背面的加工处理：在经步骤(4)处理的n型硅片基底的背面印刷含硼硅纳米复合材料的栅线，激光开槽，得到背面凹槽区域；所述背面凹槽区域内的磷硅纳米复合材料在第二减反射膜层和n型硅片基底之间形成磷硅纳米复合材料激光共融层；在激光的作用下，所述磷硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成磷掺杂功能区；所述背面凹槽区域完成掺杂后喷印纳米银复合材料；
(7)太阳能电池的低温烧结：将经步骤(5)和步骤(6)处理的n型硅片基底在150～300℃、2～30min的条件下完成烘干烧结。
所述激光开槽的条件为：波长532纳米，激光功率10～50W，脉冲宽度为20～200纳秒，频率1000～3000KHz，所述激光开槽的宽度为30～80微米，所述激光开槽的距离为1～5毫米。
所述硼掺杂功能区的掺杂深度为3～8微米，掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3，所述磷掺杂功能区的掺杂深度为1～10微米，掺杂浓度在1*1016～1*1022atom/cm3。
所述硼硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，硼与硅的摩尔比为1:50～1:5的纳米组合物。
所述磷硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，磷与硅的摩尔比为1:40～1:3的纳米组合物。
所述硼硅纳米复合材料的制备方法为：将重掺硼元素的区熔法FZ单晶硅通过物理气化成纳米硅，再与粘度调节剂、分散剂和溶剂混合得到5～25％固含量的硼硅纳米复合材料。
所述磷硅纳米复合材料的制备方法为：将重掺磷元素的区熔法FZ单晶硅通过物理气化成纳米硅，再与粘度调节剂、分散剂和溶剂混合得到5～25％固含量的磷硅纳米复合材料。
所述重掺硼或磷元素的区熔法FZ单晶硅：粘度调节剂：溶剂：分散剂的重量比为(15～30)：(10～60)：(20～60)：(0.5～2)。
所述粘度调节剂为碳原子数为8-32的多羟基醇，粘度的条件根据碳原子数和分子量调节。
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸三胺、β-丙氨酸中的任意一种或多种。
所述溶剂为异丙醇、乙二醇、丙三醇中的任意一种或多种，也可以是其他的小分子醇类，且所述溶剂的表面张力＞20达厘/厘米,与减反射膜层的接触角＞20°。
所述混合方法可以为采用湿法球磨或三辊轧机混合。
所述纳米银复合材料的制备过程为：将纳米银经等离子体在2500℃以上气化，在惰性载气的控制下冷却，冷却载气的流量为1～10L/min(因纳米银粒径小且为均一的球形，其表面活性高，在纳米银冷却过程中，通过控制冷却载气的流量可以得到不同粒径的纳米银；载气流量越大，得到的纳米银粒径越小)，在冷却到200～300℃时，通入硅烷偶联剂活性液体进行包覆(纳米银比表面积大，活性高，在冷却到200℃以下时，通入硅烷偶联剂活性液体进行包覆，一方面可以吸附在纳米银表面，相互结合形成包覆，避免表面氧化，另一方面可以有利于纳米银的收集和分散，避免团聚，达到纳米颗粒沉降和收集的目的)，再与分散剂和溶剂经湿法球磨，然后经粒径小于100纳米的微孔过滤器过滤后，得到30～80％固含量的纳米银复合材料。
所述纳米银：硅烷偶联剂活性液体：分散剂：溶剂的重量比为(50～60)：20：2：(15～20)。
所述惰性载气为氮气、氩气、氦气中的任意一种。
所述硅烷偶联剂活性液体为六甲基二硅胺、六甲基硅氧烷、二甲基硅氧烷、四甲基二硅氧烷中的任意一种或多种。
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸酯改性丁二烯树脂、聚丙烯酸胺中的任意一种或多种。
所述溶剂为水、环己烷、二氧六环、庚烷中的任意一种或多种。
实施例2
本发明制备一种N型双面电池a，包括如下步骤和工艺：
(1)选择156mm尺寸n型的单晶硅片，对角线线长210mm，清洗制绒；
(2)通入三溴化硼气体高温扩散形成发射极层；
(3)清洗刻蚀后，利用PECVD方式在硅基底正面沉积20nm厚的三氧化二铝钝化层；
(4)然后，利用PECVD方式在正面沉积120nm的氮化硅减反射层，在背面沉积110nm的氮化硅层，保护背面；
(5)在正面采用丝网印刷的工艺印刷硼硅纳米复合材料，印刷宽度为100微米，线间距为1毫米，依次排列，与硅片边缘间距1毫米，以精准对位的方式让激光扫描开槽，开槽宽度为40微米，激光扫描图形为连续线条；
(6)在正面开槽的线条处喷印上纳米银，80℃烘干，厚度为30微米；
(7)在背面采用丝网印刷的工艺印刷磷硅纳米复合材料，印刷宽度为100微米，线间距为1.5毫米，依次排列，与硅片边缘间距1毫米，以精准对位的方式让激光扫描开槽，开槽宽度为40微米，激光扫描图形为连续线条；
(8)在背面开槽的线条处喷印上纳米银，80℃烘干，厚度为35微米；
(9)将半成品电池片竖放，在烧结炉中250℃下继续烧结15分钟制得成品电池。
在步骤(5)中硅片正面印刷硼硅纳米复合材料的粘度为9500mPa.s，其中硼硅纳米复合材料的组成为：按重量配比由20份粒径为80纳米的掺硼纳米硅(其中硼与硅的摩尔质量比为1：15)、50份PEG400、2份乙基纤维素和0.5份柠檬酸三胺，先经过高速搅拌混合后，再经三辊轧机轧至细度小于5。
所用激光器参数：波长532nm，脉冲宽度40纳秒，频率1500KHz，功率20W，激光掺杂后硼掺杂深度约为5微米，表面硼浓度约为5*1021atom/cm3。
在步骤(7)中硅片背面印刷磷硅纳米复合材料的粘度为9000mPa.s，其中磷硅纳米复合材料的组成为：按重量配比由15份粒径为60纳米的掺磷纳米硅(其中磷与硅的摩尔质量比为1：10)、50份PEG400、1.5份乙基纤维素和1份柠檬酸三胺，先经过高速搅拌混合后，再经三辊轧机轧至细度小于5。
所用激光器参数：波长532nm，脉冲宽度40纳秒，频率1500KHz，功率22W，激光掺杂后磷掺杂深度约为7微米，该深度下磷的掺杂浓度由1*1021atom/cm3的表面浓度降至1*1018atom/cm3。
在步骤(6)和步骤(8)中正背面的纳米银复合材料，其组成为：60份粒径为10纳米的银粒，在纳米银冷却过程中，通入20份六甲基二硅胺活性喷雾液滴，吸附纳米颗粒、沉降并收集，与2份聚乙烯吡咯烷酮和20份水共同混合后，经湿法球磨、微孔过滤后成纳米银复合材料。
实施例3
本发明制备一种N型双面电池b，包括如下步骤和工艺：
(1)选择156mm尺寸n型的单晶硅片，对角线线长210mm，清洗制绒；
(2)以离子注入机进行离子注入、退火形成发射极层；
(3)清洗刻蚀后，利用PECVD方式在硅基底正面沉积15nm厚的三氧化二铝钝化层；
(4)然后，利用PECVD方式在正面沉积110nm的氮化硅减反射层，在背面沉积150nm的氮化硅层，保护背面；
(5)在正面采用丝网印刷的工艺印刷硼硅纳米复合材料，印刷宽度为90微米，线间距为1.5毫米，依次排列，与硅片边缘间距1毫米，以精准对位的方式让激光扫描开槽，开槽宽度为30微米，激光扫描图形为连续线条；
(6)在正面开槽的线条处喷印上纳米银，80℃烘干，厚度为40微米；
(7)在背面采用丝网印刷的工艺印刷磷硅纳米复合材料，印刷宽度为90微米，线间距为1毫米，依次排列，与硅片边缘间距1毫米，以精准对位的方式让激光扫描开槽，开槽宽度为40微米，激光扫描图形为连续线条；
(8)在背面开槽的线条处喷印上纳米银，80℃烘干，厚度为30微米；
(9)将半成品电池片竖放，在烧结炉中220℃下继续烧结25分钟制得成品电池。
在步骤(5)中硅片正面印刷硼硅纳米复合材料的粘度为11000mPa.s，其中硼硅纳米复合材料的组成为：按重量配比由30份粒径为60纳米的掺硼纳米硅(其中硼与硅的摩尔质量比为1：25)、60份三甲基双环庚基环己醇、4份羟丙基甲基纤维素和0.5份β-丙氨酸分散剂，先经过高速搅拌混合后，再经三辊轧机轧至细度小于5。
所用激光器参数：波长532nm，脉冲宽度40纳秒，频率1800KHz，功率22W，激光掺杂后硼掺杂深度约为6微米，表面硼浓度约为5*1021atom/cm3。
在步骤(7)中硅片背面印刷磷硅纳米复合材料的粘度为10000mPa.s，其中磷硅纳米复合材料的组成为：按重量配比由25份粒径为50纳米的掺磷纳米硅(其中磷与硅的摩尔质量比为1：18)、50份三甲基双环庚基环己醇、3份羟丙基甲基纤维素和0.5份β-丙氨酸分散剂，先经过高速搅拌混合后，再经三辊轧机轧至细度小于5。
所用激光器参数：波长532nm，脉冲宽度40纳秒，频率1800KHz，功率20W，激光掺杂后磷掺杂深度约为5微米，该深度下磷的掺杂浓度由7*1021atom/cm3的表面浓度降至1*1017atom/cm3。
在步骤(6)和步骤(8)中正背面的纳米银复合材料，其组成为：50份粒径为30纳米的银粒，在纳米银冷却过程中，通入20份四甲基二硅氧烷活性喷雾液滴，吸附纳米颗粒、沉降并收集，与2份丙烯酸酯改性丁二烯树脂和15份二氧六环共同混合后，经湿法球磨、微孔过滤后成纳米银复合材料。
结果表明：相对于传统太阳能电池，本发明的实施例2和实施例3的太阳能电池的金属化导电层的遮光面积得以大大改善。
而且本发明的实施例2和实施例3的太阳能电池均是在低温(＜300℃)情况下进行纳米银金属化的烧结堆积，而传统太阳能电池均采用微米级的银、玻璃粉及其他金属氧化物在高温下(＞800℃)形成金属导电层，导电率低，且高温对硅基底的损害大，不仅会破坏晶体结构还会形成热损害导致体电阻过大，而且导致总体收集电流能力差(太阳能电池的电流数据有较大的差异)。
本发明的实施例2和实施例3的太阳能电池的正面和背面在金属化的栅线低下均形成方阻较小的接触，因此太阳能电池的电流和电压得以进一步提升。
本发明的实施例2和实施例3的双面电池结构，如按照背面电池最低10％的功率贡献率来算，本发明的太阳能电池的光电转换效率应至少达到24％，极有应用前景。
值得注意的是，虽然本发明以N型掺杂硅片为例，但是本发明的制备方法及电池结构是适合于N型和P型掺杂硅太阳能电池的，因此P型掺杂硅太阳能电池应在本发明的保护范围。
综上所述，本发明通过激光将太阳能电池正面的第一减反射膜层、钝化膜层、发射极层及背面的第二减反射膜层开槽打开至n型硅片基底，将硼硅纳米复合材料和磷硅纳米复合材料分别重掺杂进入n型硅片基底的正面和背面形成重掺层，且重掺层形成的共融层和掺杂区域具有良好的导电性，实现提升太阳能电池的输出功率。同时在n型硅片基底的正面和背面重掺后使用纳米银复合材料形成金属化导电，不仅使金属化使用的银材料大大降低，遮光面积大大减少，而且可以实现低温烧结(＜300℃)，从而减少对太阳能电池的损害。
以上所述仅为本发明的优选实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案以及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，包括n型硅片基底，所述n型硅片基底设有正面和背面，其特征在于：所述正面和背面经激光开槽分别形成正面凹槽和背面凹槽，所述正面凹槽内设有Ⅲ族元素掺杂源纳米材料，所述背面凹槽内设有Ⅴ族元素掺杂源纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，其特征在于：所述正面印刷有含Ⅲ族元素掺杂源纳米材料的正面栅线，所述背面印刷有含Ⅴ族元素掺杂源纳米材料的背面栅线，所述正面栅线和背面栅线经激光开槽分别形成正面凹槽和背面凹槽，所述正面凹槽内的Ⅲ族元素掺杂源纳米材料与n型硅片基底融合，所述背面凹槽内的Ⅴ族元素掺杂源纳米材料与n型硅片基底融合。
3.根据权利要求1或2所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，其特征在于：所述正面凹槽和背面凹槽在完成掺杂后喷印纳米银复合材料，所述纳米银复合材料的喷印的栅线宽度大于或等于激光开槽的栅线宽度。
4.根据权利要求3所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，其特征在于：所述正面从上往下依次设有第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层，所述第一减反射膜层的上方印刷有含硼硅纳米复合材料的正面栅线；所述背面设有第二减反射膜层，所述第二减反射膜层的上方印刷有含磷硅纳米复合材料的背面栅线；所述正面栅线和背面栅线经激光开槽分别形成正面凹槽区域和背面凹槽区域；所述正面凹槽区域穿过第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层并进入到n型硅片基底；所述背面凹槽区域穿过第二减反射膜层并进入到n型硅片基底。
5.根据权利要求4所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，其特征在于：所述硼硅纳米复合材料在第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层之间形成硼硅纳米复合材料激光共融层，所述硼硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成硼掺杂功能区；所述磷硅纳米复合材料在第二减反射膜层和n型硅片基底之间形成磷硅纳米复合材料激光共融层，所述磷硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成磷掺杂功能区。
6.根据权利要求5所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，其特征在于：所述硼掺杂功能区的掺杂深度为3～8微米，掺杂浓度在1*1016atom/cm3-1*1022atom/cm3，所述磷掺杂功能区的掺杂深度为1～10微米，掺杂浓度在1*1016atom/cm3-1*1022atom/cm3。
7.根据权利要求4所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，其特征在于：所述硼硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，硼与硅的摩尔比为1:50～1:5的纳米组合物；所述磷硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，磷与硅的摩尔比为1:40～1:3的纳米组合物。
8.根据权利要求1所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池，其特征在于：所述激光开槽的宽度为30～80微米，所述激光开槽的距离为1～5毫米。
9.根据权利要求4所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括的步骤如下：
(1)制备发射极层：在n型硅片基底的正面通过硼源扩散形成发射极层；
(2)制备钝化膜层：在发射极层的上方通过PECVD法形成Al2O3钝化膜层；
(3)制备氮化硅减反射膜层：在经步骤(1)和(2)处理的n型硅片基底的正面和背面通过PECVD法分别形成第一减反射膜层和第二减反射膜层；
(4)太阳能电池正面的加工处理：在经步骤(3)处理的n型硅片基底的正面印刷含硼硅纳米复合材料的栅线，激光开槽，得到正面凹槽区域；所述正面凹槽区域内的硼硅纳米复合材料在第一减反射膜层、钝化膜层和发射极层之间形成硼硅纳米复合材料激光共融层，在激光的作用下，所述硼硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成硼掺杂功能区；所述正面凹槽区域完成掺杂后喷印纳米银复合材料；
(5)太阳能电池背面的加工处理：在经步骤(3)处理的n型硅片基底的背面印刷含硼硅纳米复合材料的栅线，激光开槽，得到背面凹槽区域；所述背面凹槽区域内的磷硅纳米复合材料在第二减反射膜层和n型硅片基底之间形成磷硅纳米复合材料激光共融层，在激光的作用下，所述磷硅纳米复合材料与n型硅片基底融合形成磷掺杂功能区；所述背面凹槽区域完成掺杂后喷印纳米银复合材料；
(6)太阳能电池的低温烧结：将经步骤(4)和步骤(5)处理的n型硅片基底在150～300℃、2～30min的条件下完成烘干烧结。
10.根据权利要求9所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述激光开槽的条件为：波长532纳米，激光功率10～50W，脉冲宽度为20～200纳秒，频率1000～3000KHz，所述激光开槽的宽度为30～80微米，所述激光开槽的距离为1～5毫米。
11.根据权利要求9所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述硼掺杂功能区的掺杂深度为3～8微米，掺杂浓度在1*1016atom/cm3-1*1022atom/cm3，所述磷掺杂功能区的掺杂深度为1～10微米，掺杂浓度在1*1016atom/cm3-1*1022atom/cm3。
12.根据权利要求9所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述硼硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，硼与硅的摩尔比为1:50～1:5的纳米组合物；所述磷硅纳米复合材料为以粒径为10～100纳米的纳米硅作为主要载体，磷与硅的摩尔比为1:40～1:3的纳米组合物。
13.根据权利要求9所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述硼硅纳米复合材料的制备方法为：将重掺硼元素的区熔法FZ单晶硅通过物理气化成纳米硅，再与粘度调节剂、分散剂和溶剂混合得到5～25％固含量的硼硅纳米复合材料；
所述磷硅纳米复合材料的制备方法为：将重掺磷元素的区熔法FZ单晶硅通过物理气化成纳米硅，再与粘度调节剂、分散剂和溶剂混合得到5～25％固含量的磷硅纳米复合材料；
所述重掺硼或磷元素的区熔法FZ单晶硅：粘度调节剂：溶剂：分散剂的重量比为(15～30)：(10～60)：(20～60)：(0.5～2)。
14.根据权利要求9所述的一种使用纳米材料制备的高效太阳能电池的制备方法，其特征在于：
所述纳米银复合材料的制备过程为：将纳米银经等离子体在2500℃以上气化，在惰性载气的控制下冷却，冷却载气的流量为1～10L/min，在冷却到200～300℃时(该温度段在纳米银冷却、沉降处，故温度是可以降低到200-300的)，通入硅烷偶联剂活性液体进行包覆，再与分散剂和溶剂混合，然后经粒径小于100纳米的微孔过滤器过滤后，得到30～80％固含量的纳米银复合材料；
所述纳米银：硅烷偶联剂活性液体：分散剂：溶剂的重量比为(50～60)：20：2：(15～20)。
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