CN110218563B - 一种刻蚀浆料及其制备方法和应用以及太阳能电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种刻蚀浆料及其制备方法和应用以及太阳能电池的制造方法。所述刻蚀浆料含有水性基体树脂、水性增稠树脂、填料和酸液，所述水性基体树脂在150～170℃下高温烘烤之后基本不会变稀且具有耐酸性。与激光刻蚀对比，本发明采用特定的刻蚀浆料进行刻蚀开槽的速度更快，不会损伤非晶硅基材；与光刻胶‑湿法刻蚀相比，本发明采用特定的刻蚀浆料进行刻蚀开槽能够以更低的成本实现相当的刻蚀效果；与遮蔽油墨‑湿法刻蚀相比，本发明采用特定的刻蚀浆料进行刻蚀开槽的工艺刻蚀浆料残留更少，工艺更为简单(工序减少了一半)、成本更低。

Description

一种刻蚀浆料及其制备方法和应用以及太阳能电池的制造 方法
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种刻蚀浆料及其制备方法和应用以及太阳能电池的制造方法。
背景技术
太阳能电池包括SE电池、PERC电池、IBC电池和HBC电池。其中，HBC电池所采用的是HIT和IBC相结合的技术，可以使电池效率进一步提升，其结构如下：在硅片表面同时采用本征的非晶硅进行表面钝化，在背面分别采用N型和P型的非晶硅薄膜形成异质结。HBC电池的优点是利用非晶硅优越的表面钝化性能，并结合IBC结构没有金属遮挡的结构优点，采用相同的器件结构，这是HBC电池的重要发展方向，目前日本松下和夏普公司取得了25％以上的电池效率。
目前制作太阳能电池交叉异质结P型和N型区域需要做掩膜开槽刻蚀，所采用的刻蚀方法主要有激光刻蚀法、光刻胶-湿法刻蚀法和遮蔽油墨-湿法刻蚀法。其中，激光刻蚀最简便，但是由于开槽面积大，激光开槽所需要的时间长，会造成硅片损伤。光刻胶-湿法刻蚀所采用的光刻胶均为进口光刻胶，价格太高，并且需要特定的涂布设备加工。遮蔽油墨-湿法刻蚀线路精度不够，并且清洗不净，会造成有机物残留。因此，亟需开发一种新的刻蚀方法以克服激光刻蚀、光刻胶-湿法刻蚀法和遮蔽油墨-湿法刻蚀的以上缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了克服采用现有的激光刻蚀、光刻胶-湿法刻蚀和遮蔽油墨-湿法刻蚀对太阳能电池交叉异质结P型和N型区域做开槽刻蚀时存在的以上缺陷，而提供一种具有较快刻蚀速率的刻蚀浆料及其制备方法和应用以及太阳能电池的制造方法。
具体地，本发明提供了一种刻蚀浆料，其中，所述刻蚀浆料含有水性基体树脂、水性增稠树脂、填料和酸液，所述水性基体树脂在150～170℃下高温烘烤之后基本不会变稀且具有耐酸性。
进一步的，所述刻蚀浆料中含有水性基体树脂15～40重量份、水性增稠树脂0.5～5重量份、填料5～30重量份以及酸液20～40重量份。
进一步的，所述水性基体树脂选自水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯和水性酚醛树脂中的至少一种。
进一步的，所述水性基体树脂的数均分子量为100,000以下，优选为80000～90000。
进一步的，所述水性增稠树脂选自冷结胶、可得然胶、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、魔芋胶、古尔胶、阿拉伯胶、聚乙二醇和聚丙二醇中的至少一种。
进一步的，所述水性增稠树脂的数均分子量为20000～80000。
进一步的，所述填料选自锂基蒙脱土、水性有机膨润土、高岭土、丙烯酸类光扩散剂、钛白粉、亲水二氧化硅、凹凸棒土、氢氧化铝、氯化钙、碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。
进一步的，所述酸液选自磷酸、焦磷酸、植酸、磷酸氢二钠水合物、硝酸、草酸、甲酸和盐酸中的至少一种。
进一步的，所述刻蚀浆料还含有溶剂和/或助剂。
进一步的，当所述刻蚀浆料中含有溶剂时，以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述溶剂的含量为10～30wt％。
进一步的，当所述刻蚀浆料中含有助剂时，以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述助剂的含量为1～5wt％。
进一步的，所述溶剂选自水、双氧水、丙三醇和乙二醇中的至少一种。
进一步的，所述助剂选自分散剂、消泡剂、流平剂和乳化剂中的至少一种。
进一步的，所述刻蚀浆料由水性基体树脂、水性增稠树脂、填料、酸液、溶剂和助剂组成，且以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述水性基体树脂的含量为15～40wt％，所述水性增稠树脂的含量为0.5～5wt％，所述填料的含量为5～30wt％，所述酸液的含量为20～40wt％，所述溶剂的含量为10～30wt％，所述助剂的含量为1～5wt％。
进一步的，本发明提供的刻蚀浆料的制备方法包括将所述水性基体树脂、水性增稠树脂、填料和酸液以及任选的溶剂和助剂混合均匀，得到刻蚀浆料。
进一步的，当所述刻蚀浆料含有溶剂和助剂时，所述混合的方式为将所述水性基体树脂和部分助剂在40～70℃下以50～200rpm的速率搅拌分散40～100min，之后在均质条件下以100～120g/min的速率滴加溶剂，滴加完毕之后再继续均质20～60min，再加入水性增稠树脂并以50～200rpm的速率搅拌分散20～60min，加入填料继续以80～150rpm的速率搅拌分散5～20min，最后加入酸液和剩余部分助剂并以200～300rpm的速率搅拌分散5～20min。
本发明还提供了所述刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构、减反射层中至少一者中的应用。
此外，本发明还提供了一种太阳能电池的制造方法，其中，所述太阳能电池交叉异质结P型硅和N型硅采用上述刻蚀浆料进行刻蚀开槽。
与激光刻蚀对比，本发明采用特定的刻蚀浆料进行刻蚀开槽的速度更快，不会损伤非晶硅基材；与光刻胶-湿法刻蚀相比，本发明采用特定的刻蚀浆料进行刻蚀开槽能够以更低的成本实现相当的刻蚀效果；与遮蔽油墨-湿法刻蚀相比，本发明采用特定的刻蚀浆料进行刻蚀开槽的工艺刻蚀浆料残留更少，工艺更为简单(工序减少了一半)、成本更低。
附图说明
图1为本发明提供的太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
以下将更详细地描述本发明。
在本发明中，所述水性基体树脂可以为现有的各种在150～170℃下高温烘烤之后基本不会变稀且具有耐酸性的水性树脂，其数均分子量优选为100,000以下，更优选为80000～90000，其能够完全分散于水、水溶性溶剂或者油溶性溶剂中，形成透明状或者乳液状。所述水性基体树脂的具体实例包括但不限于：水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯和水性酚醛树脂中的至少一种。
在本发明中，所述水性增稠树脂主要作用是提升刻蚀浆料的粘度，其具体实例包括但不限于：冷结胶、可得然胶、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、魔芋胶、古尔胶、阿拉伯胶、聚乙二醇和聚丙二醇中的至少一种。此外，所述水性增稠树脂的数均分子量优选为20000～80000。
在本发明中，所述填料的具体实例包括但不限于：锂基蒙脱土、水性有机膨润土、高岭土、丙烯酸类光扩散剂、钛白粉、亲水二氧化硅、凹凸棒土、氢氧化铝、氯化钙、碳酸钙和硫酸钡中的至少一种。其中，所述锂基蒙脱土、水性有机膨润土、高岭土、钛白粉、亲水二氧化硅、氢氧化铝、氯化钙、碳酸钙和硫酸钡的粒径优选为1μm以下。所述丙烯酸类光扩散剂的粒径优选为5μm以下。此外，所述锂基蒙脱土、水性有机膨润土优选具有10～20倍的遇水膨胀值。
在本发明中，所述酸液的具体实例包括但不限于：磷酸、焦磷酸、植酸、磷酸氢二钠水合物、硝酸、草酸、甲酸和盐酸中的至少一种。
在本发明中，所述水性基体树脂和水性增稠树脂的质量比优选为100:(10～30)，更优选为100:(20～30)。根据本发明的一种优选实施方式，所述刻蚀浆料中含有水性基体树脂15～40重量份、水性增稠树脂0.5～5重量份、填料5～30重量份以及酸液20～40重量份。
在本发明中，所述刻蚀浆料还可以含有溶剂和/或助剂。当所述刻蚀浆料中含有溶剂时，以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述溶剂的含量可以为10～30wt％。当所述刻蚀浆料中含有助剂时，以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述助剂的含量可以为1～5wt％。所述溶剂的具体实例包括但不限于：水、双氧水、丙三醇和乙二醇中的至少一种。所述助剂的具体实例包括但不限于：分散剂、消泡剂、流平剂和乳化剂中的至少一种。根据本发明的一种优选实施方式，所述刻蚀浆料由水性基体树脂、水性增稠树脂、填料、酸液、溶剂和助剂组成，且以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述水性基体树脂的含量为15～40wt％，所述水性增稠树脂的含量为0.5～5wt％，所述填料的含量为5～30wt％，所述酸液的含量为20～40wt％，所述溶剂的含量为10～30wt％，所述助剂的含量为1～5wt％。
本发明提供的刻蚀浆料的制备方法包括将所述水性基体树脂、水性增稠树脂、填料和酸液以及任选的溶剂和助剂混合均匀，得到刻蚀浆料。
根据本发明的一种优选实施方式，当所述刻蚀浆料含有溶剂和助剂时，所述混合的方式为将所述水性基体树脂和部分助剂在40～70℃下以50～200rpm的速率搅拌分散40～100min，之后在均质条件下以100～120g/min的速率滴加溶剂，滴加完毕之后再继续均质20～60min，再加入水性增稠树脂并以50～200rpm的速率搅拌分散20～60min，加入填料继续以80～150rpm的速率搅拌分散5～20min，最后加入酸液和剩余部分助剂并以200～300rpm的速率搅拌分散5～20min。
本发明还提供了所述刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构、减反射层中至少一者中的应用。即，所述刻蚀浆料可以分别刻蚀太阳能电池生产中的P型硅和N型硅。所述刻蚀浆料可以刻蚀太阳能电池生产中的P型硅和N型硅异质结结构。所述刻蚀浆料还可以刻蚀太阳能电池生产中的减反射层，例如，氮化硅、氮氧化硅、TCO等。
此外，本发明还提供了一种太阳能电池的制造方法，其中，所述太阳能电池交叉异质结P型硅和N型硅采用上述刻蚀浆料进行刻蚀开槽。具体地，如图1所示，在基材硅(C-Si)上表面镀上钝化层(Passivation layer)，然后在基材硅(C-Si)下表面整面镀上I层(itypea-Si)，在I层表面整面镀上P层(P-type-a-Si)，丝印刻蚀浆料到P层上，加热烘烤刻蚀，刻蚀形成图案，清洗去除刻蚀浆料，在P层上整面镀上N层(N-type-a-Si)，在N层上丝印刻蚀浆料，加热烘烤刻蚀，刻蚀形成图案，清洗去除刻蚀浆料，在上表面钝化层镀上减反射层(Antireflection layer)，在下表面N层上做导电极(Gnd electrode)。
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1～3
将水性基体树脂、分散剂、消泡剂加入乳化剂中，在50℃下以120rpm的速率搅拌分散60min，在均质条件下以100g/min的速率滴加溶剂，滴加完毕后再继续均质20min，之后加入水性增稠树脂并以80rpm的速率搅拌分散20min，加入填料之后以120rpm的速率高速搅拌10min，最后加入酸液和流平剂之后以200rpm的速率高速搅拌5min，得到刻蚀浆料。其中，各物质的用量如表1所示。
对比例1
按照实施例2的方法制备刻蚀浆料，不同的是，将水性增稠树脂采用相同重量份的水性聚氨酯替代，其余条件与实施例2相同，得到参比刻蚀浆料。其中，各物质的用量如表1所示。
表1(各组分用量，以重量份计)
Figure BDA0002090222620000051
注：表1中，羟基改性丙烯酸树脂购自德国巴斯夫公司，牌号为Luhydran S；水性丙烯酸树脂购自美国CCP化学公司，牌号为ESI-REZ 8460；水性聚氨酯购自陶氏罗门哈斯公司，牌号为RM2020；水性酚醛树脂购自美国陶氏公司，牌号为WB4001；水性环氧树脂购自瀚森迈图公司，牌号为EPlKOTE5003-W-55A；冷结胶购自江苏岚羽生物工程有限公司，牌号为高低酰基结冷胶；可得然胶购自广州鑫麒沅生物科技有限公司；羟甲基纤维素钠购自广州博峰公司。
测试例
将实施例1～3所得的刻蚀浆料以及对比例1所得的参比刻蚀浆料采用325目网版丝印分别涂覆于氮化硅、P型硅和N型硅表面，其中，在氮化硅表面的涂覆厚度为20μm，在P型硅表面的涂覆厚度为20μm，在N型硅表面的涂覆厚度为20μm，之后将所得测试片放入烘箱，于160℃下进行刻蚀，记录将涂覆层完全刻蚀所需要的时间，所得结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002090222620000061
从表2的结果可以看出，本发明提供的刻蚀浆料对氮化硅、P型硅和N型硅均具有较快的刻蚀速度，不易对非晶硅基材造成损伤。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (22)

1.一种刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，所述刻蚀浆料由水性基体树脂、水性增稠树脂、填料和酸液以及任选的溶剂和助剂组成，所述水性基体树脂在150～170℃下高温烘烤之后基本不会变稀且具有耐酸性；所述填料选自锂基蒙脱土、水性有机膨润土、高岭土、丙烯酸类光扩散剂、钛白粉、亲水二氧化硅、凹凸棒土、氢氧化铝、氯化钙、碳酸钙和硫酸钡中的至少一种；所述锂基蒙脱土、水性有机膨润土、高岭土、钛白粉、亲水二氧化硅、氢氧化铝、氯化钙、碳酸钙和硫酸钡的粒径为1μm以下；所述水性基体树脂的数均分子量为80000～90000；所述水性增稠树脂的数均分子量为20000～80000；所述助剂选自消泡剂、流平剂和乳化剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，所述刻蚀浆料中含有水性基体树脂15～40重量份、水性增稠树脂0.5～5重量份、填料5～30重量份以及酸液20～40重量份。
3.根据权利要求1或2所述的刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，所述水性基体树脂选自水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯和水性酚醛树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，所述水性增稠树脂选自冷结胶、可得然胶、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、魔芋胶、古尔胶、阿拉伯胶、聚乙二醇和聚丙二醇中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，所述酸液选自磷酸、焦磷酸、植酸、磷酸氢二钠水合物、硝酸、草酸、甲酸和盐酸中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，当所述刻蚀浆料中含有溶剂时，以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述溶剂的含量为10～30wt％。
7.根据权利要求1或2所述的刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，当所述刻蚀浆料中含有助剂时，以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述助剂的含量为1～5wt％。
8.根据权利要求1或2所述的刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，所述溶剂选自水、双氧水、丙三醇和乙二醇中的至少一种。
9.根据权利要求1或2所述的刻蚀浆料在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，所述刻蚀浆料由水性基体树脂、水性增稠树脂、填料、酸液、溶剂和助剂组成，且以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述水性基体树脂的含量为15～40wt％，所述水性增稠树脂的含量为0.5～5wt％，所述填料的含量为5～30wt％，所述酸液的含量为20～40wt％，所述溶剂的含量为10～30wt％，所述助剂的含量为1～5wt％。
10.权利要求1或2所述的刻蚀浆料的在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，所述刻蚀浆料按照以下方法制备得到：将所述水性基体树脂、水性增稠树脂、填料和酸液以及任选的溶剂和助剂混合均匀，得到刻蚀浆料。
11.权利要求10所述的刻蚀浆料的在刻蚀太阳能电池的P型硅和N型硅、P型硅和N型硅异质结结构中至少一者中的应用，其特征在于，当所述刻蚀浆料含有溶剂和助剂时，所述混合的方式为将所述水性基体树脂和部分助剂在40～70℃下以50～200rpm的速率搅拌分散40～100min，之后在均质条件下以100～120g/min的速率滴加溶剂，滴加完毕之后再继续均质20～60min，再加入水性增稠树脂并以50～200rpm的速率搅拌分散20～60min，加入填料继续以80～150rpm的速率搅拌分散5～20min，最后加入酸液和剩余部分助剂并以200～300rpm的速率搅拌分散5～20min。
12.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述太阳能电池交叉异质结P型硅和N型硅采用刻蚀浆料进行刻蚀开槽；所述刻蚀浆料由水性基体树脂、水性增稠树脂、填料和酸液以及任选的溶剂和助剂组成，所述水性基体树脂在150～170℃下高温烘烤之后基本不会变稀且具有耐酸性；所述填料选自锂基蒙脱土、水性有机膨润土、高岭土、丙烯酸类光扩散剂、钛白粉、亲水二氧化硅、凹凸棒土、氢氧化铝、氯化钙、碳酸钙和硫酸钡中的至少一种；所述锂基蒙脱土、水性有机膨润土、高岭土、钛白粉、亲水二氧化硅、氢氧化铝、氯化钙、碳酸钙和硫酸钡的粒径为1μm以下；所述水性基体树脂的数均分子量为80000～90000；所述水性增稠树脂的数均分子量为20000～80000；所述助剂选自消泡剂、流平剂和乳化剂中的至少一种。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述刻蚀浆料中含有水性基体树脂15～40重量份、水性增稠树脂0.5～5重量份、填料5～30重量份以及酸液20～40重量份。
14.根据权利要求12或13所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述水性基体树脂选自水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯和水性酚醛树脂中的至少一种。
15.根据权利要求12或13所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述水性增稠树脂选自冷结胶、可得然胶、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、魔芋胶、古尔胶、阿拉伯胶、聚乙二醇和聚丙二醇中的至少一种。
16.根据权利要求12或13所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述酸液选自磷酸、焦磷酸、植酸、磷酸氢二钠水合物、硝酸、草酸、甲酸和盐酸中的至少一种。
17.根据权利要求12或13所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，当所述刻蚀浆料中含有溶剂时，以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述溶剂的含量为10～30wt％。
18.根据权利要求12或13所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，当所述刻蚀浆料中含有助剂时，以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述助剂的含量为1～5wt％。
19.根据权利要求12或13所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述溶剂选自水、双氧水、丙三醇和乙二醇中的至少一种。
20.根据权利要求12或13所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述刻蚀浆料由水性基体树脂、水性增稠树脂、填料、酸液、溶剂和助剂组成，且以所述刻蚀浆料的总重量为基准，所述水性基体树脂的含量为15～40wt％，所述水性增稠树脂的含量为0.5～5wt％，所述填料的含量为5～30wt％，所述酸液的含量为20～40wt％，所述溶剂的含量为10～30wt％，所述助剂的含量为1～5wt％。
21.根据权利要求12或13所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述刻蚀浆料按照以下方法制备得到：将所述水性基体树脂、水性增稠树脂、填料和酸液以及任选的溶剂和助剂混合均匀，得到刻蚀浆料。
22.根据权利要求21所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，当所述刻蚀浆料含有溶剂和助剂时，所述混合的方式为将所述水性基体树脂和部分助剂在40～70℃下以50～200rpm的速率搅拌分散40～100min，之后在均质条件下以100～120g/min的速率滴加溶剂，滴加完毕之后再继续均质20～60min，再加入水性增稠树脂并以50～200rpm的速率搅拌分散20～60min，加入填料继续以80～150rpm的速率搅拌分散5～20min，最后加入酸液和剩余部分助剂并以200～300rpm的速率搅拌分散5～20min。
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