一种水溶性含磷油墨及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水溶性含磷油墨及其制备方法，用于太阳电池中形成N型掺杂层，特别是可简单方便地形成选择性发射层。含磷油墨按重量百分比的占比为：磷源5％～30％；有机溶剂40％～80％；填料0.5％～20％；助剂0.5％～50％。具体制备过程是先调制好磷源，然后将一定量的有机溶剂加入洁净石英或四氟容器，在室温下低速搅拌，再将配制好的磷源缓慢加入该容器中，保持低速搅拌，依次将助剂和填料缓慢加入该容器，保持温度在80～120℃，搅拌2小时以上，最后静置数小时，即可获得所需的含磷油墨。所制备的磷墨无毒环保，具有良好地保形性，可通过丝网印刷、喷墨打印等方式制作精细的磷墨图案，特别适用于选择性发射极太阳电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏领域，尤其涉及一种水溶性含磷油墨及其制备方法，用于太阳电池，尤其是选择性发射极太阳电池的磷掺杂。
技术介绍
磷是半导体工艺中一种常用的N型掺杂元素，在晶体硅太阳电池制作工艺中，人们经常通过磷掺杂P型硅衬底来获得P-N结，这是太阳电池的核心结构。目前常用的磷源为三氯氧磷(POCl3)液态源，但其是一种剧毒的化学试剂，对人体、环境、设备都有严重的危害，废液和废气都需要经过特殊的处理。一般通过气体携源方式对硅片进行掺杂，这种方法可获得较为均匀的掺杂层，称为均匀发射极；但是这种均匀发射极太阳电池存在短波光谱响应性能和电极接触性能的矛盾，即为了良好的短波响应，整个发射极应是轻掺杂，但这会导致接触电阻大的问题；为了形成欧姆接触，则要求表面为重掺杂，但这又会导致光谱响应差的问题。为了解决这个矛盾，选择性发射极技术应运而生，即保留金属接触区域重掺杂，其它区域轻掺杂。这时如果仍旧使用三氯氧磷作为掺杂源，则需要通过高温制备氧化掩膜或者其他掩膜并需要一定的开窗步骤，工艺复杂，成本较高。仅针对形成PN结而言，有人尝试开发低毒的固态磷源，然而难以形成固定的掺杂图案，因此只能用于均匀发射极的掺杂，而不适用对掺杂图案有要求的选择性发射极太阳电池。
技术实现思路
有鉴于现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是开发一种适用对掺杂图案有要求的选择性发射极太阳电池的磷掺杂技术。为实现上述目的，本专利技术提供了一种水溶性含磷油墨的制备方法，具体地，本专利技术提供的技术方案如下：一种水溶性含磷油墨的制备方法，其特征在于，步骤如下：a)将磷酸和磷酸铵盐配制形成磷源；b)将一定量的有机溶剂加入洁净石英或四氟容器，并在室温下低速搅拌；c)将配制好的磷源缓慢加入该容器中，保持低速搅拌；d)依次将助剂和填料缓慢加入该容器，保持温度在80～120℃继续搅拌，最后静置得到水溶性含磷油墨。优选地，步骤a中的配制方法为，将磷酸加入容器中，加热至30～50℃，一边缓慢加入磷酸铵盐颗粒，一边使用石英棒或四氟棒不断搅拌，直至磷酸铵盐颗粒完全溶解。优选地，磷源、有机溶剂、填料和助剂按重量百分比的占比为：磷源5％～30％；有机溶剂40％～80％；填料0.5％～20％；助剂0.5％～50％。优选地，步骤c中低速搅拌大于10分钟。优选地，步骤d中搅拌时间大于2小时。一种水溶性含磷油墨，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：磷源5％～30％；载体溶剂40％～80％；填料0.5％～20％；助剂0.5％～50％。优选地，磷源包括磷酸铵、磷酸、磷酸氢铵、次磷酸铵、磷酸酐、磷酸胍、聚磷酸、卵磷脂中的一种或几种组合。优选地，载体溶剂包括超纯水、聚乙二醇、羟乙基纤维素、乳化硅油、甘油、醚基改性硅油、氨基改性硅油中的一种或几种组合。优选地，填料包括微纳米二氧化硅颗粒与微纳米碳颗粒的一种或组合，粒径为5nm～20μm。优选地，助剂包括异丙醇、乙二醇、无水乙醇、季铵盐，甲基乙二胺、四甲基氢氧化铵、醇胺中的一种或几种组合。本专利技术提供了一种新的太阳电池磷掺杂技术，所制备得到的磷墨无毒环保，保形性好，可通过旋涂、喷墨打印、丝网印刷等方式来实现选择性掺杂的目的，适用对掺杂图案有要求的选择性发射极太阳电池的磷掺杂。以下将结合附图对本专利技术的方法及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的实施例2所制备的含磷油墨通过丝网印刷方式印刷在硅片表面的光学显微镜图像。具体实施方式本专利技术提供了一种保形性好，可实现覆盖区域重掺杂，非覆盖区域则轻掺杂的含磷油墨制备方法，磷墨的成分配比如下(按重量百分比计)：1)磷源5％～30％；2)载体溶剂40％～80％；3)填料0.5％～20％；4)助剂0.5％～50％。上述含磷油墨材料中的磷源主要包括磷酸铵、磷酸、磷酸氢铵、次磷酸铵、磷酸酐、磷酸胍、聚磷酸、卵磷脂的一种或几种组合；载体溶剂材料包括超纯水、聚乙二醇、羟乙基纤维素、乳化硅油、甘油、醚基改性硅油、氨基改性硅油的一种或几种组合，优选为聚乙二醇和甘油；填料包括微纳米二氧化硅颗粒、微纳米碳颗粒的一种或组合，粒径范围优选为5nm～20μm；助剂主要包括异丙醇、乙二醇、无水乙醇、季铵盐，甲基乙二胺、四甲基氢氧化铵、醇胺的一种或几种组合，优选为乙二醇和无水乙醇。在上述材料基础上，对于磷源的制备，将磷酸加入容器中，加热至30～50℃，一边缓慢加入磷酸铵盐颗粒，一边使用石英棒或四氟棒不断搅拌，直至磷酸铵盐颗粒完全溶解。然后进行含磷油墨的制备，将一定量的有机溶剂(载体溶剂)加入洁净石英或四氟容器，在室温下低速搅拌，按比例将配制好的磷源混合液缓慢加入该容器中，保持低速搅拌，10分钟后，依次将助剂和填料缓慢加入该容器，保持温度在80～120℃，然后搅拌2小时以上，最后静置数小时后，即可获得所需的含磷油墨。需注意的是，整个配制过程应在万级及以上的洁净环境中操作，以避免过量金属杂质被引入到磷墨中。以下结合几个实施例来进一步描述和理解本专利技术提出的含磷油墨制备方案及其效果。实施例1：将占量为15％的磷酸加入容器中，加热至50℃，一边缓慢加入占量为8％的磷酸氢铵，一边使用石英棒或四氟棒不断搅拌，直至磷酸氢铵完全溶解，形成所需磷源。然后将占量为66％的甘油加入洁净石英或四氟容器，在室温下低速搅拌，将配制好的磷源混合液缓慢加入该容器中，保持低速搅拌，10分钟后，依次将占量为3％的乙二醇和占量为8％的二氧化硅颗粒(粒径7～100nm)缓慢加入该容器，保持温度在90℃，然后搅拌2小时以上，最后静置数小时后，即可获得所需的含磷油墨。需注意的是，整个配制过程应在万级及以上的洁净环境中操作，以避免过量金属杂质被引入到磷墨中。实施例2：将占量为10％的磷酸加入容器中，加热至40℃，一边缓慢加入占量为5％的磷酸氢铵，一边使用石英棒或四氟棒不断搅拌，直至磷酸氢铵完全溶解，形成所需磷源。然后将占量为15％的聚乙二醇400和占量为50％的甘油加入洁净石英或四氟容器，在室温下低速搅拌，将配制好的磷源混合液缓慢加入该容器中，保持低速搅拌，10分钟后，依次将占量为10％的乙二醇和占量为10％的二氧化硅颗粒(粒径7～100nm)缓慢加入该容器，保持温度在80℃，然后搅拌2小时以上，静置数小时后，即可获得所需的含磷油墨。需注意的是，整个配制过程应在万级及以上的洁净环境中操作，以避免过量金属杂质被引入到磷墨中。我们将制备好的含磷油墨通过丝网印刷方式在硅片表面印刷出所需图案，并通过光学显微镜观察图案效果，如图1。图中标记，磷墨图案1，硅片表面2。可印刷的含磷油墨线宽约为200μm，可以很好地控制在某一区域，得到需要的图案，显示出良好的保形性。实施例3：将占量为5％的磷酸加入容器中，加热至40℃，一边缓慢加入占量为15％的磷酸氢铵，一边使用石英棒或四氟棒不断搅拌，直至磷酸氢铵完全溶解，形成所需磷源。然后将占量为60％的聚乙二醇400加入洁净石英或四氟容器，在室温下低速搅拌，将配制好的磷源混合液缓慢加入该容器中，保持低速搅拌，10分钟后，依次将占量为15％的乙二醇和占量为5％的二氧化硅颗粒(粒径7～100nm)缓慢加入该容器，保持温度在100℃，然后搅拌2小时以上，静置数小时后，即可获得所需的含磷油墨。需注意的是，整个配制过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水溶性含磷油墨的制备方法，其特征在于，步骤如下：a)将磷酸和磷酸铵盐配制形成磷源；b)将一定量的有机溶剂加入洁净石英或四氟容器，并在室温下低速搅拌；c)将配制好的磷源缓慢加入该容器中，保持低速搅拌；d)依次将助剂和填料缓慢加入该容器，保持温度在80～120℃继续搅拌，最后静置得到水溶性含磷油墨。

【技术特征摘要】
1.一种水溶性含磷油墨的制备方法，其特征在于，步骤如下：a)将磷酸和磷酸铵盐配制形成磷源；b)将一定量的有机溶剂加入洁净石英或四氟容器，并在室温下低速搅拌；c)将配制好的磷源缓慢加入该容器中，保持低速搅拌；d)依次将助剂和填料缓慢加入该容器，保持温度在80～120℃继续搅拌，最后静置得到水溶性含磷油墨。2.如权利要求1所述的水溶性含磷油墨的制备方法，其中步骤a中的配制方法为，将磷酸加入容器中，加热至30～50℃，一边缓慢加入磷酸铵盐颗粒，一边使用石英棒或四氟棒不断搅拌，直至磷酸铵盐颗粒完全溶解。3.如权利要求1所述的水溶性含磷油墨的制备方法，其中所述磷源、所述有机溶剂、所述填料和所述助剂按重量百分比的占比为：磷源5％～30％；有机溶剂40％～80％；填料0.5％～20％；助剂0.5％～50％。4.如权利要求1所述的水溶性含磷油墨的制备方法，其中步骤c中低速搅拌大于10分钟。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈文忠，刘锋，钟思华，谭杪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31