一种纳米硅银浆及其制备方法以及应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米硅银浆及其制备方法以及该纳米硅银浆在生产正面接触p型太阳能电池时的应用方法以及生产出的太阳能电池的结构，所述纳米硅银浆在烧结太阳能电池金属电极时，纳米硅银浆中的添加剂刻蚀氮化硅（SiNx)减反射膜，使浆体直接与硅片基板接触；同时，纳米硅颗粒与银浆形成低温共融物，防止金属银穿透发射极，破坏p/n结；添加剂同时释放磷原子扩散到硅片中对纳米硅银浆覆盖区域进行掺杂，烧结完成后，纳米硅与银共晶析出，增强银栅线粘附力，同时也简化了生产步骤。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米硅银浆及其制备方法以及应用
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种纳米硅银浆及其制备方法以及应用方法。
技术介绍
目前，生产普通正面接触p型太阳能电池的工艺流程可简单地概括为：1、硅片清洗制绒，2、POCl3扩散，3、清洗磷硅玻璃，4、沉积SiNx膜，5、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，6、烧结银浆和铝浆金属电极。步骤2POCl3扩散是整个生产流程的核心部分。此步骤在硅片正面(即阳光面)进行磷扩散。将表面层转变成n型，并与p型基板形成p/n结，扩散条件决定n型层中磷的浓度和厚度。在太阳能电池中，n型层也称为发射极，其导电性通常用方阻值表示。扩散条件越强，磷掺杂浓度越高、扩散层越厚，发射极方阻值越低。反之亦然。发射极方阻值与太阳能电池的效率关系密切。高方阻发射极电池的效率通常要高出2-8％。目前，适用于高方阻发射极电池的银浆还处于发展中。主要问题在于正面银浆。烧结时，银栅线必须与硅片基板形成良好的接触，又不穿透发射极、破坏p/n结。针对这一问题，业界提出许多生产选择性发射极电池的工艺。其精髓可概括为两个方面。第一，对受光区(即银栅线之间的区域)采用轻掺磷。方阻值范围80-120Ω/□。由于扩散层磷杂质浓度低，电池蓝光效应好。这种电池开路电压高、短路电流大。因此，光电转换效率高。第二，对银栅线覆盖区选择重掺磷，方阻值在40Ω/□左右。重掺区容易与银电极形成欧姆接触，电子顺畅地从发射极导入电极。电池填充因子大，效率高。第三，重掺区扩撒层厚，发射极不易被烧穿，保护p/n结不受损伤。烧结工艺窗口大，成品率高。总之，选择性发射极电池光电二者兼顾，光电转换效率可提高相对10％。实验室结果已有报道提升6％，生产线上也实现提升3％。总体说来，生产选择性发射极电池工艺比较复杂。工艺路线繁多。比较常见的几种技术路线包括反刻法、掩膜法、和磷浆法。基本流程如下所述。反刻法制备选择性发射极电池(参见CN102637772A)：1、硅片清洗制绒，2、POCl3扩散，3、清除磷硅玻璃，4、印刷刻蚀浆料或印刷栅线掩护膜，5、刻蚀，6、清洗刻蚀浆料或清洗栅线掩护膜，7、沉积SiNx减反射层，8、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，9、烧结银浆和铝浆金属电极。上述步骤2中的POCl3扩散通常使用重掺，方阻值在40Ω/□左右；扩散层厚度约1微米左右。步骤4在受光区印刷刻蚀浆料或在栅线覆盖区印刷掩护膜；步骤5对受光区进行刻蚀，减薄扩散层厚度，使其方阻增至80-100Ω/□。掩膜法制备选择性发射极电池：1、硅片清洗制绒，2、高温生长SiO2膜，3、印刷SiO2刻蚀浆料于栅线覆盖区或印刷掩护膜于受光区，4、刻蚀SiO2，5、清除SiO2刻蚀浆料或清除刻蚀掩护膜，6、POCl3扩散，7、清除磷硅玻璃和SiO2膜，8、沉积SiNx减反射层，9、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，10、烧结银浆和铝浆金属电极。其中步骤4的目的是把将要被银栅线覆盖区域的SiO2膜刻蚀掉。同时，保留受光区域的SiO2膜。步骤6使用重扩散工艺对银栅线覆盖区进行重掺磷，方阻值在40Ω/□左右。由于SiO2膜对磷扩散的阻滞作用，受光区为轻掺磷，方阻控制在80-100Ω/□之间。磷浆法制备选择性发射极电池：1、硅片清洗制绒，2、印刷、烘干磷浆，3、清洗，4、POCl3扩散，5、清除磷硅玻璃，6、沉积SiNx减反射层，8、印刷、烘干背面银铝浆和正面银浆，9、烧结银浆和铝浆金属电极。上述步骤2在印刷银栅线前印刷一层磷浆，对栅线覆盖区进行重掺磷。步骤3清除磷浆印刷时带来的污染。步骤4采用轻掺磷工艺，控制发射极方阻在80-100Ω/□之间。由于磷浆的作用，栅线区方阻可控制在40Ω/□左右。上述工艺的缺点如下：反刻法的主要缺点有两条。第一，反刻法制备出的发射极方阻不均匀。主要原因在于制绒后的硅片表面是金字塔组成。塔尖与塔底的刻蚀速率不一样，导致塔尖扩散层薄塔底扩散层厚。电池p/n结厚薄不均，导致电池效率下降。第二，反刻法必须增加三个工艺步骤。它们是1)印刷刻蚀浆料或掩护膜；2)刻蚀；3)清洗刻蚀浆料或掩护膜。工艺复杂。成品率较低。掩膜法的主要缺点也有两条。第一，高温生长氧化膜容易造成对硅片基板的损伤。缩短少数载流子寿命，降低电池效率。第二，化学腐蚀法刻蚀氧化膜必须增加三个步骤：1)印刷刻蚀浆料或掩护膜；2)刻蚀；3)清洗。然后进入下一步扩散。增加工艺复杂程度。增加硅片基板破碎率。磷浆法的缺点主要来自于步骤3，这步清洗意在清除步骤2磷浆印刷时对硅片带来的污染。清洗时，大部分磷浆被洗掉，造成浪费，污染设备。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纳米硅银浆及其制备方法以及这种银浆在生产正面接触p型太阳能电池时的应用方法，在烧结太阳能电池金属电极时，纳米硅银浆中的添加剂刻蚀氮化硅(SiNx)减反射膜，使浆体直接与硅片基板接触；同时，纳米硅颗粒与银浆形成低温共融物，防止金属银穿透发射极，破坏p/n结；添加剂同时释放磷原子扩散到硅片中对纳米硅银浆覆盖区域进行掺杂。烧结完成后，纳米硅与银共晶析出，增强银栅线粘附力，同时也简化了生产步骤。本专利技术的另一目的是提供一种根据上述应用方法制得的选择性发射极电池的结构。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种纳米硅银浆，其特征在于，包括如下组分：所述添加剂的组分为1-10份表面活性剂如聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物、20-60份磷酸或1-10份含铅玻璃粉以及5-20份去离子水；所述有机溶剂为松油醇或檀香。溶剂和添加剂的作用主要是分散银粉和硅粉，增强浆体的均匀性，调节浆料体系的触变性能，满足工业印刷的要求。如上所述的纳米硅银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用等离子高温气化将10～100微米级硅粉制得平均粒径50nm的纳米硅颗粒，利用活性气体对纳米硅进行活化处理，将一种混合溶剂喷雾气化，收集纳米硅粉，得到纳米硅悬浊液；将悬浊液导入回流冷凝圆底烧瓶，引入一定量的接枝化合物，在60-230℃温度下回流2～5小时，并蒸发除去溶剂，得到磷包覆纳米硅粉；制得的纳米硅粉中含磷量为5～20％。(2)取步骤(1)制得的磷包覆的纳米硅粉10～40份和10～80份的银粉于碾钵中，向碾钵中加入20～80份的檀香，碾磨10-30分钟至均匀糊状；所述银粉的平均直径为1-5微米；(3)合成添加剂：取1-10份表面活性剂如聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物和20-60份磷酸或1-10份含铅玻璃粉，溶于5-20份去离子水中制得添加剂；(4)取步骤(3)制得的10-20份添加剂和步骤(2)制得的10-40份纳米硅银粉糊状物，用2000rpm自转速度和800rpm公转速度进行搅拌2-10分钟制成最终产品即纳米硅银浆。作为补充优化，所述步骤(1)中喷雾气化的混合溶剂的组成为1-5份三辛基氧化磷、5-15份稀丙基磷酸二乙酯和20-50份异丙醇；所述活性气体为氢气；所述接枝化合物是烯烃或炔烃的一种或多种的混合物。进一步的，所述步骤(1)制备磷包覆纳米硅粉的方法具体为：A)以10～100微米的硅粉为原料；B)用送料气体将微米级硅粉传入高温等离子体腔，经过气化、成核、生长等三个过程形成纳米级硅粒；送料气体包括惰性气体，所述惰性气体为氩气和氦气中的一种或两种，所述送料气体流速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米硅银浆，其特征在于，包括如下组分：磷包覆的纳米硅粉：???1?10份；纳米硅粉中含磷量为5～20%银粉：???????????????40?80份；所述银粉的平均直径为1?5微米；添加剂：?????????????10?30份；有机溶剂：???????????10?40份；所述添加剂的组分为1?10份表面活性剂如聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物、20?60份磷酸或1?10份含铅玻璃粉以及5?20份去离子水；所述有机溶剂为松油醇或檀香。

【技术特征摘要】
1.一种纳米硅银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用等离子高温气化将10～100微米级硅粉制得平均粒径50nm的纳米硅颗粒，利用活性气体对纳米硅进行活化处理，将一种混合溶剂喷雾气化，收集纳米硅粉，得到纳米硅悬浊液；将悬浊液导入回流冷凝圆底烧瓶，引入一定量的接枝化合物，在60-230℃温度下回流2～5小时，并蒸发除去溶剂，得到磷包覆纳米硅粉；制得的磷包覆纳米硅粉中含磷量为5～20％；(2)取步骤(1)制得的磷包覆纳米硅粉1～10份和40～80份的银粉于碾钵中，向碾钵中加入20～80份的檀香，碾磨10-30分钟至均匀糊状；所述银粉的平均直径为1-5微米；(3)合成添加剂：取1-10份表面活性剂和20-60份磷酸混合，或者取1-10份表面活性剂和1-10份含铅玻璃粉，溶于5-20份去离子水中制得添加剂；(4)取步骤(3)制得的10-20份添加剂和步骤(2)制得的10-40份纳米硅银粉糊状物，用2000rpm自转速度和800rpm公转速度进行搅拌2-10分钟制成最终产品即纳米硅银浆。2.根据权利要求1所述的纳米硅银浆的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中喷雾气化的混合溶剂的组成为1-5份三辛基氧化磷、5-15份稀丙基磷酸二乙酯和20-50份异丙醇；所述活性气体为氢气；所述接枝化合物是烯烃或炔烃的一种或多种的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国钧，万剑，成汉文，蒋红彬，沈晓燕，沈晓东，
申请(专利权)人：苏州金瑞晨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：