CN111430472A - 一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池领域，公开了一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料及其制备与应用。本发明制备方法包括将有机载体配制好，再将活性物质和添加剂分散于配制好的有机载体中，再将得到的粗浆料放置于三辊机中研磨均匀即可。本发明浆料的配方体系中含氟有机物或者含有机磷酸在烧结的过程中可以与组成钝化层的SiNx和Al2O3进行反应，从而腐蚀太阳能电池的表面钝化层，形成开槽。本发明浆料用于刻蚀太阳能电池钝化层，浆料残留量少，且不需要后续的清洗工序。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料及其制备与应用。
背景技术
开槽是太阳能电池生产中的一个重要步骤，其是指在太阳能电池片上的的钝化层上开设槽口，使正面或者背面电极与太阳能电池片形成更好的接触，便于制备电极栅线，从而使太阳能电池具有收集和运输电子的作用；降低开槽的宽度能够有效降低电池片表面的遮光面积，从而提高电池的转换效率。因此，降低刻蚀图形线宽一直是业内广泛关注的焦点。
目前，对太阳能电池钝化层的开槽方式主要有以下三种：1)激光开槽技术，利用高能脉冲激光束照射电池基片钝化层上，被照射区域快速升温、融化、形成开槽，将激光束沿一定的图形轨迹照射，便在电池基片表面形成相应的槽；2)光刻技术，先利用光刻和硬烘等手段将目标图形复制到光刻胶薄膜上，再主要利用湿法刻蚀技术将图形刻蚀到电池基片上；3)网版刻蚀技术，将刻蚀浆料透过具有图形的网版涂抹在电池基片表面的钝化层上，再在钝化层上刻蚀出相应图形，即得表面开槽的电池片。
上述三种开槽方式中，激光刻蚀成本高且容易损伤电池基片材料，从而影响基片的后续使用效果，光刻技术中需要利用湿法刻蚀技术，其操作过程十分复杂，且刻蚀过程中容易损伤光刻胶，从而难以获得完整图案；而网版刻蚀成本低、损伤小，成为刻蚀电池基片的首选方式，但是，现有的刻蚀浆料主要包括刻蚀剂和溶剂，其综合性能较差、易扩散。中国专利CN106531286B公开了一种刻蚀浆料及刻蚀方法，该刻蚀浆料包括有机聚合物、刻蚀剂、有机粘结剂、有机溶剂和助剂，该刻蚀浆料能够刻蚀出线宽在30μm以下的细线宽的槽，有利于提高电池效率，但是该刻蚀浆料中含有的刻蚀剂为氢氟酸、硝酸和磷酸等强酸，在刻蚀的过程中会对太阳能电池片产生影响，且用该浆料刻蚀后还需要将刻蚀完成的残余浆料进行清洗去除，处理工艺复杂。中国专利CN110218563A公开了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，该刻蚀浆料含有水性基体树脂、水性增稠树脂、填料和酸液，该刻蚀浆料中酸液为磷酸、焦磷酸、植酸、磷酸氢二钠水合物、硝酸、草酸、甲酸和盐酸中的一种，由于酸液的添加，在使用的时候该刻蚀浆料需要进行清洗，使得操作工艺复杂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料及其制备与应用，本发明刻蚀浆料丝网印刷性好，刻蚀温度低，使用该刻蚀浆料刻蚀钝化层开槽的槽宽宽度小，极大提高了太阳能电池的光电转换效率，且本发明制备工艺简单，适合工业化生产。
本发明的目的在于提供一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，该浆料由50～60重量份的活性成分、30～40重量份的有机载体和1～10重量份的添加剂混合制备而成，其中，所述活性成分为含氟有机物和有机磷酸中的至少一种。
优选的，所述的含氟有机物为氟化铵、氟化氢铵、三氟乙酸、四氟硼酸、六氟硅酸、四甲基氟化铵和四乙基氟化铵中的至少一种。
优选的，所述有机磷酸为乙基磷酸、氰乙基磷酸、苯基磷酸和乙烯基磷酸中的至少一种。
优选的，所述的有机载体包含溶剂、树脂和触变剂，所述的溶剂、树脂和触变剂的重量比为(10～20)：(60～80)：(10～20)。
优选的，所述的溶剂为松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇二丁醚中的至少一种。
优选的，所述的树脂选自水溶性树脂和油溶性树脂中的至少一种，其中所述的水溶性树脂为羟甲基纤维素树脂、乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和醇酸树脂中的至少一种，所述的油溶性树脂为松香树脂、环氧树脂和PVB树脂中的至少一种。
优选的，所述的添加剂选自有机膨润土、气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚乙烯蜡和改性聚脲中的至少一种。
本发明还提供了上述浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将溶剂、树脂和触变剂称取后混合均匀，边搅拌边于40～80℃温度下水浴加热30～60min制备得到有机载体；
(2)将活性成分和添加剂添加于步骤(1)制备得到的有机载体中分散均匀得到粗浆料，所述的分散速度为300～500rmp，分散时间为10～50s；
(3)将步骤(2)制备得到的粗浆料于三辊机进行继续混合3～5次，所述的三辊机进料辊间距为50～70μm，出料辊间距为30～50μm。
本发明还提供了上述浆料在刻蚀太阳能电池钝化层中的应用。
优选的，所述应用的方法为：将所述浆料通过丝网印刷于太阳能电池硅片的钝化层上，然后于100～400℃下烧结10～20min使得所述的钝化层上形成开槽，所述开槽的槽宽为20～40μm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明制备工艺简单，将有机载体配制好，然后将活性物质和添加剂分散于配制好的有机载体中得到粗浆料，最后将粗浆料放置于三辊机中研磨均匀即可。本发明浆料的配方体系中含氟有机物或者含有机磷酸在烧结的过程中可以与组成钝化层的SiNx和Al2O3进行反应，从而腐蚀太阳能电池的表面钝化层，形成开槽。本发明浆料用于刻蚀太阳能电池钝化层，浆料残留量少，且不需要后续的清洗工序。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明提供了一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，浆料由50～60重量份的活性成分、30～40重量份的有机载体和1～10重量份的添加剂混合制备而成，其中，所述活性成分为含氟有机物和有机磷酸中的至少一种。本发明先将有机载体配制好，然后将活性物质和添加剂溶解于配制好的有机载体中得到粗浆料，最后将粗浆料放置于三辊机中研磨均匀制备得到本发明用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，将该浆料用丝网印刷于太阳能电池的钝化层上，烧结后形成宽度为10～20μm的槽。申请人发现当活性成分、有机载体和添加剂的质量比为(50～60)：(30～40)：(1～10)时制备的刻蚀浆料的印刷的宽度、腐蚀性表现均比较良好，而优选的质量比为55：35：5。
活性成分的选择与用量：本发明中，含氟有机物优选选自氟化铵、氟化氢铵、三氟乙酸、四氟硼酸、六氟硅酸、四甲基氟化铵和四乙基氟化铵中的至少一种，更优选选自四甲基氟化铵和四乙基氟化铵中的至少一种；有机磷酸优选选自乙基磷酸、氰乙基磷酸、苯基磷酸和乙烯基磷酸中的至少一种，更优选选自乙基磷酸和氰乙基磷酸中的至少一种。本发明浆料中活性成分的添加量为50～60重量份，实验发现当浆料中活性成分的添加量低于50重量份的时候，则浆料不能将太阳能电池表面的钝化层全部腐蚀掉，当活性成分的添加量高于60重量份的时候，则会腐蚀部分太阳能电池的基材，破坏太阳能电池的电池结构，造成漏电的情况发生。
有机载体的选择与用量：本发明中，有机载体包含溶剂、树脂和触变剂，申请人发现当溶剂、树脂和触变剂的重量比为(10～20)：(60～80)：(10～20)时，该有机体系的塑形效果较好，更优选的质量比为15：70：15。其中溶剂优选为松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇二丁醚中的至少一种，更优选为松油醇和二乙二醇丁醚醋酸酯以任意比例互相溶。在有机载体中，溶剂的添加量为10～20重量份，当溶剂的添加量低于10重量份时，则不能很好的溶解活性成分和树脂，进而导致浆料的粘度变大，可塑性不好，当溶剂的添加量高于20重量份的时候，浆料的流动性强，不能很好的塑形，从而导致开槽的形状不好控制，不利于印刷。其中树脂为水溶性树脂和油溶性树脂中的至少一种，其中水溶性树脂优选选自羟甲基纤维素树脂、乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和醇酸树脂中一种或几种，油溶性树脂优选选自松香树脂、环氧树脂和PVB树脂中的一种。其中更优选的树脂为乙基纤维素树脂，申请人发现乙基纤维素树脂的热稳定性好，有优良的热塑性，这就使得浆料在烧结的过程中不会因为温度的变化使得粘度变小，导致浆料流动性变大的结果产生；在有机载体中，树脂的重量份数为60～80份，当树脂的重量份数低于60份时，刻蚀浆料的可塑性变差，当树脂的重量份数高于80份时，刻蚀浆料的流动性变大，槽宽的形成不可控。
添加剂的选择与用量：本发明的添加剂优选选自有机膨润土、气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚乙烯蜡和改性聚脲中的一种或几种，更优选为氢化蓖麻油和气相二氧化硅中的至少一种，申请人发现当使用氢化蓖麻油或者聚酰胺蜡在该配方体系中充当粘结剂的作用时，可以使得该配方体系中的各个组分很好的融合在一起，放置过程中不会出现分层的现象。
本发明的一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：称取溶剂、树脂和触变剂混合均匀，边搅拌边于40～80℃温度下水浴加热30～60min制备得到有机载体；
步骤2：将活性成分和添加剂添加于步骤1制备得到的有机载体中分散均匀得到粗浆料，其中分散速度为300～500rmp，分散时间为10～50s；
步骤3：将步骤2制备得到的粗浆料于三辊机进行继续混合3～5次得到用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，其中三辊机进料辊间距为50～70μm，出料辊间距为30～50μm。
在一些优选的实施例中，本发明的一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：称取溶剂、树脂和触变剂混合均匀，边搅拌边于60℃温度下水浴加热45min制备得到所述的有机载体；
步骤2：将活性物质添加于步骤1制备得到的有机载体中分散均匀得到粗浆料，所述的分散速度为400rmp，分散时间为30s；
步骤3：将步骤2制备得到的粗浆料于三辊机进行继续混合4次，所述的三辊机进料辊间距为60μm，出料辊间距为40μm。
采用本发明的方法制备得到的刻蚀浆料适用刻蚀于P型硅或者N型硅表面的钝化层，本发明以钝化膜厚度为80nm的P型硅为例，进行实验。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如无特殊说明，本发明中的原料均为市售。
实施例1
一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，其配方组分如下：
活性成分 55重量份；
有机载体 35重量份；
添加剂 5重量份。
其中，活性成分为四甲基氟化铵，添加剂为氢化蓖麻油，有机载体中包括15wt％溶剂(松油醇)、70wt％的树脂(乙基纤维素树脂)以及15wt％触变剂(聚酰胺钠)。
按照上述配方，提供一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取150g溶剂(松油醇)、700g树脂(乙基纤维素树脂)和150g触变剂(聚酰胺钠)混合均匀，边搅拌边于60℃温度下水浴加热45min制备得到有机载体；
步骤2：将1571.4g含氟有机物(四甲基氟化铵)和142.8g添加剂(氢化蓖麻油)添加于步骤1制备得到的有机载体中分散均匀得到粗浆料，分散速度为400rmp，分散时间为30s；
步骤3：将步骤2制备得到的粗浆料于三辊机进行继续混合4次，三辊机进料辊间距为60μm，出料辊间距为40μm。
然后，将本实施例得到的用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料通过丝网印刷于太阳能电池硅片的钝化层上，然后于200℃下烧结15min，在钝化层上形成槽宽为34.67μm的开槽，得到本实施例刻蚀硅片。
实施例2
一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，其配方组分如下：
活性成分 55重量份；
有机载体 35重量份；
添加剂 5重量份。
其中，活性成分为乙基磷酸，添加剂为气相二氧化硅，有机载体中包括15wt％溶剂(松油醇)、70wt％的树脂(乙基纤维素树脂)以及15wt％触变剂(聚酰胺钠)。
按照上述配方，提供一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取150g溶剂(松油醇)、700g树脂(乙基纤维素树脂)和150g聚酰胺钠混合均匀，边搅拌边于40℃温度下水浴加热60min制备得到有机载体；
步骤2：将1571.4g乙基磷酸和142.8g添加剂(气相二氧化硅)添加于步骤1制备得到的有机载体中分散均匀得到粗浆料，分散速度为300rmp，分散时间为50s；
步骤3：将步骤2制备得到的粗浆料于三辊机进行继续混合3次，三辊机进料辊间距为70μm，出料辊间距为50μm。
然后，将本实施例得到的用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料通过丝网印刷于太阳能电池硅片的钝化层上，然后于300℃下烧结10min，在钝化层上形成槽宽为22.23μm的开槽，得到本实施例刻蚀硅片。
实施例3
一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，其配方组分如下：
活性成分 55重量份；
有机载体 35重量份；
添加剂 5重量份。
其中，活性成分为四乙基氟化铵，添加剂为氢化蓖麻油和聚酰胺蜡的混合物，有机载体中包括10wt％溶剂(二乙二醇丁醚醋酸酯)、80wt％的树脂(乙基纤维素树脂和丙烯酸树脂的混合物)以及10wt％触变剂(聚酰胺钠)。
按照上述配方，提供一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取100g溶剂(二乙二醇丁醚醋酸酯)、800g树脂(乙基纤维素树脂和丙烯酸树脂的混合物)和100g聚酰胺钠混合均匀，边搅拌边于80℃温度下水浴加热30min制备得到有机载体；
步骤2：将1571.4g活性成分(四乙基氟化铵)和142.8g添加剂(氢化蓖麻油和聚酰胺蜡的混合物)添加于步骤1制备得到的有机载体中分散均匀得到粗浆料，分散速度为300rmp，分散时间为50s；
步骤3：将步骤2制备得到的粗浆料于三辊机进行继续混合5次，三辊机进料辊间距为50μm，出料辊间距为30μm。
然后，将本实施例得到的用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料通过丝网印刷于太阳能电池硅片的钝化层上，然后于100℃下烧结20min，在钝化层上形成槽宽为38.65μm的开槽，得到本实施例刻蚀硅片。
实施例4
一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，其配方组分如下：
活性成分 50重量份；
有机载体 40重量份；
添加剂 10重量份。
其中，活性成分为氰乙基磷酸，添加剂为改性聚脲，有机载体中包括15wt％溶剂(二乙二醇丁醚醋酸酯)、70wt％的树脂(醇酸树脂和丙烯酸树脂的混合物)以及15wt％触变剂(聚酰胺钠)。
按照上述配方，提供一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取150g二乙二醇丁醚醋酸酯、700g树脂(醇酸树脂和丙烯酸树脂的混合物)和150g聚酰胺钠混合均匀，边搅拌边于60℃温度下水浴加热45min制备得到有机载体；
步骤2：将1250g活性成分(氰乙基磷酸)和250g改性聚脲添加于步骤1制备得到的有机载体中分散均匀得到粗浆料，分散速度为400rmp，分散时间为30s；
步骤3：将步骤2制备得到的粗浆料于三辊机进行继续混合4次，三辊机进料辊间距为60μm，出料辊间距为40μm。
然后，将本实施例得到的用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料通过丝网印刷于太阳能电池硅片的钝化层上，然后于200℃下烧结15min，在钝化层上形成槽宽为25.65μm的开槽，得到本实施例刻蚀硅片。
实施例5
一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，其配方组分如下：
活性成分 60重量份；
有机载体 30重量份；
添加剂 10重量份。
其中，活性成分为四氟硼酸和六氟硅酸的混合物，添加剂为改性聚脲，有机载体中包括20wt％溶剂(二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇二丁醚)、60wt％的树脂(醇酸树脂和PVB树脂的混合物)以及20wt％触变剂(聚酰胺钠)。
按照上述配方，提供一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取200g溶剂(二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇二丁醚的混合物)、600g树脂(醇酸树脂和PVB树脂的混合物)和200g聚酰胺钠混合均匀，边搅拌边于60℃温度下水浴加热45min制备得到有机载体；
步骤2：将1250g活性成分(四氟硼酸和六氟硅酸的混合物)和333.5g添加剂(改性聚脲)添加于步骤1制备得到的有机载体中分散均匀得到粗浆料，分散速度为400rmp，分散时间为30s；
步骤3：将步骤2制备得到的粗浆料于三辊机进行继续混合4次，三辊机进料辊间距为60μm，出料辊间距为40μm。
然后，将本实施例得到的用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料通过丝网印刷于太阳能电池硅片的钝化层上，然后于200℃下烧结15min，在钝化层上形成槽宽为33.14μm的开槽，得到本实施例刻蚀硅片。
对比例
将实施例1中的“活性成分”，改成“氢氟酸”，其余制备方法同实施例1，然后将得到的刻蚀浆料通过丝网印刷于太阳能电池硅片的钝化层上，然后于200℃下烧结15min，在钝化层上形成槽宽为50.61μm的开槽，得到本对比例的刻蚀硅片。
实验例
将实施例1～5和对比例得到的刻蚀硅片采用透射电子显微镜(TEM)测量其刻蚀深度和刻蚀宽度，结果如表1所示：
表1
| 槽宽(μm) | 槽深(nm) | |
| 实施例1 | 22.23 | 82 |
| 实施例2 | 34.67 | 81 |
| 实施例3 | 25.65 | 83 |
| 实施例4 | 33.14 | 84 |
| 实施例5 | 38.65 | 83 |
| 对比例 | 50.61 | 90 |
由表1可知，本发明浆料丝网印刷性好，使用该刻蚀浆料刻蚀钝化层开槽的槽宽宽度小，且得到的槽深度适中，槽深小于85纳米(电池片表面钝化层厚度为80-85纳米)，既不破坏基材硅片的结构，也能使得后续印刷的浆料与硅片形成良好的欧姆接触，能够有效降低金属化复合，极大提高太阳能电池的光电转换效率。而采用对比例制得的刻蚀浆料刻蚀的硅片槽宽较宽，槽深较大，对电池片基材有破坏，使得电池片的表面复合增加，从而降低光电转换效率构。
最后指出，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于刻蚀太阳能电池钝化层的浆料，其特征在于：所述浆料由50～60重量份的活性成分、30～40重量份的有机载体和1～10重量份的添加剂混合制备而成，其中，所述活性成分为含氟有机物和有机磷酸中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：所述的含氟有机物为氟化铵、氟化氢铵、三氟乙酸、四氟硼酸、六氟硅酸、四甲基氟化铵和四乙基氟化铵中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：所述有机磷酸为乙基磷酸、氰乙基磷酸、苯基磷酸和乙烯基磷酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：所述的有机载体包含溶剂、树脂和触变剂，所述的溶剂、树脂和触变剂的重量比为(10～20)：(60～80)：(10～20)。
5.根据权利要求4所述的浆料，其特征在于：所述的溶剂为松油醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇二丁醚中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的浆料，其特征在于：所述的树脂选自水溶性树脂和油溶性树脂中的至少一种，其中所述的水溶性树脂为羟甲基纤维素树脂、乙基纤维素树脂、丙烯酸树脂和醇酸树脂中的至少一种，所述的油溶性树脂为松香树脂、环氧树脂和PVB树脂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：所述的添加剂选自有机膨润土、气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚乙烯蜡和改性聚脲中的至少一种。
8.权利要求4所述浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将溶剂、树脂和触变剂称取后混合均匀，边搅拌边于40～80℃温度下水浴加热30～60min制备得到有机载体；
(2)将活性成分和添加剂添加于步骤(1)制备得到的有机载体中分散均匀得到粗浆料，所述的分散速度为300～500rmp，分散时间为10～50s；
(3)将步骤(2)制备得到的粗浆料于三辊机进行继续混合3～5次，所述的三辊机进料辊间距为50～70μm，出料辊间距为30～50μm。
9.根据权利要求8所述制备方法制备得到的浆料或权利要求1～7任一项所述的浆料在刻蚀太阳能电池钝化层中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用的方法为：将所述浆料通过丝网印刷于太阳能电池硅片的钝化层上，然后于100～400℃下烧结10～20min使得所述的钝化层上形成开槽，所述开槽的槽宽为20～40μm。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200717 |