太阳电池用的墨及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种太阳电池用的墨，由以下组分的原料制备而成：有机钝化材料50~1000重量份；低维导电材料0.4~1.6重量份；分散溶剂0~950重量份；所述有机钝化材料选自聚苯乙烯磺酸、全氟磺酸、二壬基萘二磺酸、Ps‑b‑PERB、3‑吡啶磺酸和十二烷基苯磺酸中的一种或多种。与现有技术相比，本发明专利技术提供的太阳电池用的墨采用特定有机钝化材料，配合特定含量的低维导电材料，实现较好的相互作用，产品同时具有钝化效果、选择性传输光生载流子特性和高导电性，形成的纳米级薄膜用于硅太阳电池，成本低、效率高。

【技术实现步骤摘要】
太阳电池用的墨及其制备方法和应用
本专利技术涉及半导体
，具体地说是涉及一种太阳电池用的墨及其制备方法和应用。
技术介绍
流体材料在太阳电池中的起着重要作用，例如，使用丝网印刷和烧结等手段，在硅片表面制备金属化电极、背场，从而将光生载流子导出电极；又比如，硅太阳电池丝网印刷硼浆料或者磷浆料高温扩散形成一个重掺p+区或者n+区，实现载流子选择传输。太阳电池片表面丝网印刷银浆、铝浆、银铝浆，经过高温烧结后得到栅线电极或背场。然而对于部分不耐高温的基材，如果采用传统的高温浆料，有可能会破坏基材的结构，降低产品的最终性能；例如，具有非晶硅薄膜层的异质结太阳能电池，其所有的加工过程都需要在低温(小于220℃)下进行，如果采用传统高温烧结浆料制造电极，则会导致电池片性能的降低。而且，金-半接触形成金属化欧姆接触，这种严重的界面复合限制晶硅的转换效率。针对上述技术问题，需要结合真空技术制备的介电钝化材料辅以激光开槽技术，形成局部接触，采用局部钝化的方式制备的介电钝化薄膜，尽管能够实现较高的电池转换效率，但制备工艺复杂，而且还伴有高真空重设备，成本较高。因此，开发一种低温或室温下本身就具有类似介电薄膜的钝化效果，同时具有导电性能，还可选择性地传输光生载流子，实现高效率的太阳电池用的材料，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种太阳电池用的墨及其制备方法和应用，本专利技术提供的太阳电池用的墨同时具有钝化效果、选择性传输光生载流子特性和高导电性，形成的纳米级薄膜用于硅太阳电池，成本低、效率高。本专利技术提供了一种太阳电池用的墨，由以下组分的原料制备而成：有机钝化材料50～1000重量份；低维导电材料0.4～1.6重量份；分散溶剂0～950重量份；所述有机钝化材料选自聚苯乙烯磺酸、全氟磺酸、二壬基萘二磺酸、Ps-b-PERB、3-吡啶磺酸和十二烷基苯磺酸中的一种或多种。所述低维导电材料选自石墨烯、MoS2、黑磷、WSe2纳米管、碳纳米管、六方氮化硼和MXene中的一种或多种。所述分散溶剂选自水、乙醇、异丙醇、1-丙醇、异丁醇和二氯乙烷中的一种或多种。本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的太阳电池用的墨的制备方法，将有机钝化材料、低维导电材料和分散溶剂进行高速分散，得到太阳电池用的墨。所述高速分散的装置为高速组织匀浆机。所述高速分散的转速为8000～35000rpm，时间为1～3h。本专利技术还提供了一种太阳电池用钝化导电薄膜，采用上述技术方案所述的太阳电池用的墨在基体上涂布而成。优选的，所述涂布的方式为狭缝涂布、3D打印、喷涂或旋涂。优选的，所述太阳电池用导电钝化薄膜的厚度为50nm～2000nm，少子寿命为0.2ms～30ms。优选的，所述太阳电池用导电钝化薄膜在AM1.5光照、氧气氛围或外置偏压的条件下，少子寿命增加。与现有技术相比，本专利技术提供的太阳电池用的墨采用特定有机钝化材料，配合特定含量的低维导电材料，实现较好的相互作用，产品同时具有钝化效果、选择性传输光生载流子特性和高导电性，形成的纳米级薄膜用于硅太阳电池，成本低、效率高。另外，本专利技术提供的制备方法工艺简单，可直接涂于硅片表面，消除高温工艺和高真空重装备的使用，实现了一种低成本、高效率的新型太阳电池技术。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的不同浓度的墨水旋涂后的硅片的少子寿命曲线。图2为本专利技术实施例1中太阳电池结构图；其中，1为底电极，2为墨水，3为n型硅，4为n+，5为SiNx，6为顶电极。图3为本专利技术实施例1中碳纳米管为4mg的墨水所制备的太阳电池的I-V曲线。图4为本专利技术实施例2提供的墨水涂布后的硅片的少子寿命曲线。图5为本专利技术实施例3提供的墨水涂布后的硅片的少子寿命曲线。图6为本专利技术的物理机理示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种太阳电池用的墨，由包括以下组分的原料制备而成：有机钝化材料50重量份～1000重量份；低维导电材料0.4重量份～1.6重量份；分散溶剂0～950重量份；所述有机钝化材料选自聚苯乙烯磺酸、全氟磺酸、二壬基萘二磺酸、Ps-b-PERB、3-吡啶磺酸和十二烷基苯磺酸中的一种或多种。在本专利技术中，所述太阳电池用的墨包括有机钝化材料、低维导电材料和分散溶剂，优选由有机钝化材料、低维导电材料和分散溶剂组成。在本专利技术优选的实施例中，所述有机钝化材料本身具有分散溶剂的作用，在此基础上，所述太阳电池用的墨包括有机钝化材料和低维导电材料，优选由有机钝化材料和低维导电材料组成；即所述太阳电池用的墨包括0重量份的分散溶剂。在本专利技术中，所述有机钝化材料选自聚苯乙烯磺酸(PSS)、全氟磺酸(Nafion)、二壬基萘二磺酸、Ps-b-PERB、3-吡啶磺酸和十二烷基苯磺酸(DBSA)中的一种或多种，优选为全氟磺酸(Nafion)、Ps-b-PERB和十二烷基苯磺酸(DBSA)中的一种或两种；具体结构式如下：本专利技术对所述有机钝化材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述聚苯乙烯磺酸(PSS)、全氟磺酸(Nafion)、二壬基萘二磺酸、Ps-b-PERB、3-吡啶磺酸和十二烷基苯磺酸(DBSA)的市售商品即可。在本专利技术中，上述有机钝化材料中，聚苯乙烯磺酸(PSS)本身具有分散溶剂的作用，可不再加入分散溶剂；全氟磺酸(Nafion)、二壬基萘二磺酸、Ps-b-PERB、3-吡啶磺酸和十二烷基苯磺酸与分散溶剂配合使用。在本专利技术中，所述太阳电池用的墨包括50重量份～1000重量份的有机钝化材料。在本专利技术中，所述钝化是指：对于c-Si，Si半导体内部的Si原子彼此具有完美的共价键，但表面的原子总是有未配对的电子，即所谓的“悬挂”键；这些电子陷阱在硅片表面形成电荷载流子复合中心，是Si太阳中最致命的损耗机制之一；本专利技术采用上述特定种类的有机钝化材料可以与Si表面未配对的原子形成共价键，即钝化技术可以抑制Si表面的载流子复合。在本专利技术中，所述低维导电材料优选选自石墨烯、MoS2、黑磷、WSe2纳米管、碳纳米管、六方氮化硼和MXene中的一种或多种，更优选为石墨烯、黑磷和碳纳米管中的一种或两种。本专利技术对所述低维导电材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述石墨烯、MoS2、黑磷、WSe2纳米管、碳纳米管、六方氮化硼和MXene的市售商品即可。在本专利技术中，所述太阳电池用的墨包括0.4重量份～1.6重量份的低维导电材料。在本专利技术中，所述分散溶剂优选选自水、乙醇、异丙醇、1-丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳电池用的墨，其特征在于，由以下组分的原料制备而成：/n有机钝化材料50~1000重量份；/n低维导电材料0.4~1.6重量份；/n分散溶剂0~950重量份；/n所述有机钝化材料选自聚苯乙烯磺酸、全氟磺酸、二壬基萘二磺酸、Ps-b-PERB、3-吡啶磺酸和十二烷基苯磺酸中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种太阳电池用的墨，其特征在于，由以下组分的原料制备而成：
有机钝化材料50~1000重量份；
低维导电材料0.4~1.6重量份；
分散溶剂0~950重量份；
所述有机钝化材料选自聚苯乙烯磺酸、全氟磺酸、二壬基萘二磺酸、Ps-b-PERB、3-吡啶磺酸和十二烷基苯磺酸中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的太阳电池用的墨，其特征在于，所述低维导电材料选自石墨烯、MoS2、黑磷、WSe2纳米管、碳纳米管、六方氮化硼和MXene中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的太阳电池用的墨，其特征在于，所述分散溶剂选自水、乙醇、异丙醇、1-丙醇、异丁醇和二氯乙烷中的一种或多种。


4.一种权利要求1~3任一项所述的太阳电池用的墨的制备方法，将有机钝化材料、低维导电材料和分散溶剂进行高速分散，得到太阳电池用的墨。

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【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑辉，万露，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13