纳米硅硼浆及其应用于制备太阳能电池的方法.pdf

本发明公开了一种纳米硅硼浆及其应用于制备N型复合发射极和改良P型太阳能电池的方法。本发明采用纳米硅硼浆为载体，通过激光或高温处理在太阳能电池背面银栅线覆盖区实现局部硼掺杂。当所述方法用于生产N型电池时，结合通常的铝浆烧结工艺制备N型复合发射极电池，解决了普通铝浆烧结工艺仅在铝浆覆盖区形成发射极在银栅线覆盖区发射极不连续的缺陷，从而提升N型铝发射极电池的光电转换效率。当所述方法用于生产P型电池时，结合通常的铝浆烧结工艺制备改良P型电池，解决了普通P型电池仅在铝浆覆盖区形成背场在银栅线覆盖区背场不连续的缺陷。

权利要求书1.  一种纳米硅硼浆，其特征在于，按重量配比，含有10～50份纳米硅粉、20～100份溶剂、0～20份添加剂，纳米硅的粒径为10～200纳米；其中，所述纳米硅粉含有单质硼或硼化合物或二者混合物，其组成为50-100份硅、0.05-50份硼、0-50份硼化合物；所述硼化合物含有硼化硅或三氧化二硼或二者混合物。2.  根据权利要求1所述的纳米硅硼浆，其特征在于，所述溶剂为松油醇、或檀香或二者混合物，所述混合物配比为0～80份松油醇和20～100份檀香；所述添加剂为乙基纤维素。3.  如权利要求1或2任一项所述的纳米硅硼浆应用于制备太阳能电池的方法，包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、POCl3扩散；3、清洗磷硅玻璃，背面抛光；4、正面沉积SiNx减发射膜；5、印刷烘干铝浆/银浆；6、烧结铝浆/银浆；其特征在于，在所述步骤4之后、步骤5之前，在硅片背面印刷并烘干所述纳米硅硼浆，印刷时所述纳米硅硼浆全覆盖在硅片背面或者局部覆盖在硅片背面，烘干完成后对所述纳米硅硼浆进行激光处理。4.  根据权利要求3所述的制备太阳能电池的方法，其特征在于，对所述纳米硅硼浆进行激光处理的工艺参数为532nm，激光功率10-100w，频率0.1-50MHz，扫描速度1-50m/s，光斑尺寸1-200um。5.  如权利要求1或2任一项所述的纳米硅硼浆应用于制备太阳能电池的工艺，包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、POCl3扩散；3、清洗磷硅玻璃，背面抛光；4、正面沉积SiNx减发射膜；5、印刷烘干铝浆/银浆；6、烧结铝浆/银浆；其特征在于，在所述步骤1之后、步骤2之前，在硅片背面印刷所述纳米硅硼浆，采用全覆盖在硅片背面或者局部覆盖，烘干后，对所述纳米硅硼浆进行高温处理。6.  根据权利要求5所述的制备太阳能电池的方法，其特征在于，所述高温处理纳米硅硼浆在工业管式扩散炉进行，温度范围900-1050℃，时间为1-2小时。7.  根据权利要求3或5所述制备太阳能电池的方法，其特征在于，完成印刷所述纳米硅硼浆后，在工业红外烘干炉内烘干，烘干温度为100～200℃，烘干时间为1～5分钟。8.  利用权利要求3～7任一项所述方法制得的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为N型复合发射极太阳能电池，所述硅片为N型硅片，在所述N型硅片背面沉积有硼发射极和铝发射极，在所述硼发射极背面依次覆盖有纳米硅硼浆和银栅线电极，在所述铝发射极背面覆盖有铝电极。9.  利用权利要求3～7任一项所述方法制得的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池为改良P型太阳能电池，所述硅片为P型硅片，在所述P型硅片背面沉积有硼背场和铝背场，在所述硼背场背面依次覆盖有纳米硅硼浆和银栅线电极，在所述铝背场背面覆盖有铝电极。10.  根据权利要求8或9所述的太阳能电池，其特征在于，所述硼发射极或硼背场的厚度为0.01～10um。11.  根据权利要求8或9所述的太阳能电池，其特征在于，所述银栅线电极为全范围覆盖，或局部覆盖，或连续覆盖，或间隔覆盖，所述银栅线厚度为1～50um。

说明书纳米硅硼浆及其应用于制备太阳能电池的方法
技术领域
本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种纳米硅硼浆及其应用于制备太阳能电池，所述太阳能电池为N型复合发射极或改良P型太阳能电池。
背景技术
发射极是太阳能电池的核心部分。它的作用是将硅片从阳光中吸收的光能转换为电能。目前，普通铝发射极电池通过烧结铝浆形成铝发射极。
铝发射极电池背面结构如图1所示，①为N型硅片；②为硅片背部表面；⑤为银栅线；⑥为铝电极；⑦为铝发射极。
普通铝发射极电池仅在铝浆覆盖区形成发射极，在银栅线覆盖区不形成发射极。发射极在银栅线覆盖区不连续，影响电池光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米硅硼浆及其应用于制备一种具有复合发射极太阳能电池的方法。针对普通铝发射极在银栅线覆盖区不连续的缺陷，使用纳米硅硼浆在银栅线覆盖区形成硼发射极。同时，按传统工艺方法在铝浆覆盖区形成铝发射极。硼发射极和铝发射极形成复合发射极。复合发射极电池弥补铝发射极电池的缺陷，从而提高电池效率。
同时，本发明提供一种N型复合发射极太阳能电池和改良P型太阳能电池的结构。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种纳米硅硼浆，其特征在于，按重量配比，含有10～50份纳米硅粉、20～100份溶剂、0～20份添加剂，纳米硅的粒径为10～200纳米；其中，所述纳米硅粉含 有单质硼或硼化合物或二者混合物，其组成为50-100份硅、0.05-50份硼、0-50份硼化合物；所述硼化合物含有硼化硅或三氧化二硼或二者混合物。
优选的，所述溶剂为松油醇、或檀香或二者混合物，所述混合物配比为0～80份松油醇和20～100份檀香；所述添加剂为乙基纤维素。
激光处理工艺路线：
利用上述的纳米硅硼浆应用于制备一种N型复合发射极太阳能电池的方法，包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、POCl3扩散；3、清洗磷硅玻璃，背面抛光；4、正面沉积SiNx减发射膜；5、印刷烘干铝浆/银浆；6、烧结铝浆/银浆；其特征在于，在所述步骤4之后、步骤5之前，在硅片背面印刷并烘干所述纳米硅硼浆，印刷时所述纳米硅硼浆全覆盖在硅片背面或者局部覆盖在硅片背面，烘干完成后对所述纳米硅硼浆进行激光处理。
优选的，对所述纳米硅硼浆进行激光处理的工艺参数为532nm，激光功率10-100w，频率0.1-50MHz，扫描速度1-50m/s，光斑尺寸1-200um。
高温处理工艺路线：
利用上述的纳米硅硼浆应用于制备一种N型复合发射极的工艺，包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、POCl3扩散；3、清洗磷硅玻璃，背面抛光；4、正面沉积SiNx减发射膜；5、印刷烘干铝浆/银浆；6、烧结铝浆/银浆；其特征在于，在所述步骤1之后、步骤2之前，在硅片背面印刷所述纳米硅硼浆，采用全覆盖在硅片背面或者局部覆盖，烘干后，对所述纳米硅硼浆进行高温处理。
优选的，所述高温处理纳米硅硼浆在工业管式扩散炉进行，温度范围900-1050℃，时间为1-2小时。
优选的，完成印刷所述纳米硅硼浆后，在工业红外烘干炉内烘干，烘干温 度为100～200℃，烘干时间为1～5分钟。
一种N型复合发射极太阳能电池，其特征在于，所述硅片为N型硅片，在所述N型硅片背面沉积有硼发射极和铝发射极，在所述硼发射极背面依次覆盖有纳米硅硼浆和银栅线电极，在所述铝发射极背面覆盖有铝电极。
优选的，所述硼发射极的厚度为0.01～10um。
优选的，所述纳米硅硼浆的厚度为1～10um。
优选的，所述银栅线电极为全范围覆盖，或局部覆盖，或连续覆盖，或间隔覆盖，所述银栅线厚度为1～50um。
优选的，所述铝发射极为全范围覆盖，或局部覆盖，或连续覆盖，或间隔覆盖，所述铝电极厚度为10～50um。
优选的，所述铝电极与铝发射极面积一致，所述厚度为1-10um。
同时，上述激光处理工艺路线和高温处理工艺路线同样适用于制备改良P型太阳能电池。
普通P型太阳能电池制备过程中利用铝浆通过烧结工艺在铝浆覆盖区形成铝背场，银栅线覆盖区无铝背场。本发明利用纳米硅硼浆通过激光或高温处理在银栅线覆盖区形成硼背场。硼背场区域依次覆盖有纳米硅硼浆和银栅线。银栅线通过纳米硅硼浆和硼背场与硅片基板形成欧姆接触，降低接触电阻，减少接触损失，提高电池效率。同时，所述结构避免了银栅线与硅片基板直接接触，减少金属接触引起的少子复合，提高电池效率。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种纳米硅硼浆，其特征在于，按重量配比，含有10～50份纳米硅粉、20～100 份溶剂、0～20份添加剂，纳米硅的粒径为10～200纳米；其中，所述纳米硅粉含有单质硼或硼化合物或二者混合物，其组成为50-100份硅、0.05-50份硼、0-50份硼化合物；所述硼化合物含有硼化硅或三氧化二硼或二者混合物。
优选的，所述溶剂为松油醇、或檀香或二者混合物，所述混合物配比为0～80份松油醇和20～100份檀香；所述添加剂为乙基纤维素。
激光处理工艺路线：
利用上述的纳米硅硼浆应用于制备一种改良P型太阳能电池的方法，包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、POCl3扩散；3、清洗磷硅玻璃，背面抛光；4、正面沉积SiNx减发射膜；5、印刷烘干铝浆/银浆；6、烧结铝浆/银浆；其特征在于，在所述步骤4之后、步骤5之前，在硅片背面印刷并烘干所述纳米硅硼浆，印刷时所述纳米硅硼浆全覆盖在硅片背面或者局部覆盖在硅片背面，烘干完成后对所述纳米硅硼浆进行激光处理。
优选的，对所述纳米硅硼浆进行激光处理的工艺参数为532nm，激光功率10-100w，频率0.1-50MHz，扫描速度1-50m/s，光斑尺寸1-200um。
高温处理工艺路线：
利用上述的纳米硅硼浆应用于制备一种改良P型太阳能电池的工艺，包括如下步骤：1、硅片清洗植绒；2、POCl3扩散；3、清洗磷硅玻璃，背面抛光；4、正面沉积SiNx减发射膜；5、印刷烘干铝浆/银浆；6、烧结铝浆/银浆；其特征在于，在所述步骤1之后、步骤2之前，在硅片背面印刷所述纳米硅硼浆，采用全覆盖在硅片背面或者局部覆盖，烘干后，对所述纳米硅硼浆进行高温处理。
优选的，所述高温处理纳米硅硼浆在工业管式扩散炉进行，温度范围900-1050℃，时间为1-2小时。
优选的，完成印刷所述纳米硅硼浆后，在工业红外烘干炉内烘干，烘干温度为100～200℃，烘干时间为1～5分钟。
一种改良P型太阳能电池，其特征在于，所述硅片为P型硅片，在所述P型硅片背面形成硼背场，在所述背面硼背场依次覆盖有纳米硅硼浆和银栅线电极。
优选的，所述硼背场的厚度为0.01～10um。
优选的，所述纳米硅硼浆的厚度为1～10um。
优选的，所述银栅线电极为全范围覆盖，或局部覆盖，或连续覆盖，或间隔覆盖，所述银栅线厚度为1～50um。
优选的，在非银栅线覆盖区铝电极，所述铝电极为全范围覆盖，或局部覆盖，或连续覆盖，或间隔覆盖，所述铝电极厚度为10～50um。
所述改良P型电池的背面结构与上述N型复合发射极电池的背面结构相类似。区别在于，图2中P型硅片①含有硼或镓掺杂元素，掺杂元素的浓度为1x1015-5x1017atm/cc；硅片厚度为50-200微米。硅片表面②可以是通过抛光处理的也可以是自然的。纳米硅硼浆③可以覆盖整个硅片表面也可以覆盖硅片表面的局部区域，可以是连续的形状，也可以是不连续的独立图案。纳米硅硼浆③厚度在0.01-10微米之间。纳米硅硼浆③中硼的体积浓度在1x1017-5x1021atm/cc之间。硼背场④区域可以与纳米硅硼浆③覆盖区域一样大小，也可以不一样大小。纳米硅硼浆③具有比较高的硼掺杂浓度。它的主要作用是为银电极形成欧姆接触，降低银电极接触电阻，减小电极接触损失，从而提高电池效率。硼背场④厚度在0.01-10微米之间。硼背场④中硼的体积浓度在1x1015-5x1021atm/cc之间，而且比硅片基板的掺杂浓度高几个数量级。它的主要作用是在电 池背面建立一个表面场，防止少数载流子在银接触处发生复合，降低复合损失。从而进一步提高电池效率。银栅线电极⑤可以是全覆盖也可以是局部的，可以是连续的也可以是间断的。银栅线电极⑤厚度为1-50微米。铝电极⑥可以是全覆盖也可以是局部的，铝电极⑥厚度为10-50微米。铝背场⑦可以是全覆盖也可以是局部的，可以是连续的形状，也可以是不连续的独立图案。
发明优点：
本发明采用纳米硅硼浆为载体，通过激光或高温处理在太阳能电池背面银栅线覆盖区实现局部硼掺杂。当所述方法用于生产N型电池时，结合通常的铝浆烧结工艺制备N型复合发射极电池，解决了普通铝浆烧结工艺仅在铝浆覆盖区形成发射极在银栅线覆盖区发射极不连续的缺陷，从而提升N型铝发射极电池的光电转换效率。当所述方法用于生产P型电池时，结合通常的铝浆烧结工艺制备改良P型电池，解决了普通P型电池仅在铝浆覆盖区形成背场在银栅线覆盖区背场不连续的缺陷，从而提升普通P型电池的光电转换效率。同时，本发明的方法和工艺还具有如下优点：(1)采用最简单的丝网印刷技术完成纳米硅浆料的印刷，成本、工艺路径最优；(2)纳米硅硼浆以纳米硅为载体，与其他硼源相比，纳米硅与硅片的结合，不会引入其他元素杂质，造成硅片污染，影响电池效率。(3)纳米硅硼浆兼容激光处理和高温掺杂处理等不同方法，可简单灵活地用于N型和P型太阳能电池的生产。
附图说明
图1为普通铝发射极电池的局部结构示意图，
图2为本发明制备一种N型复合发射极和一种改良P型太阳能电池的局部 结构示意图，
图3为本发明所述激光处理工艺路线的流程图；
图4为本发明所述高温处理路线的流程图；
其中，图中①为N型或P型硅片；②为硅片背部表面；③为纳米硅硼浆；④为硼发射极(N型)或硼背场(P型)；⑤为银栅线电极；⑥为铝电极；⑦为铝发射极(N型)或铝背场(P型)。
具体实施方式
以下实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1：激光处理工艺制备N型复合发射极太阳能电池按图3所示的工艺路线进行，具体步骤如下：
(1)使用125*125mm N型CZ单晶硅片，厚度为160um，硅片基板磷掺杂浓度为6x1016atm/cm3。按通常的电池制备工艺完成以下流程：1、硅片清洗植绒；2、POCl3扩散；3、清洗磷硅玻璃，背面抛光；4、正面沉积SiNx减发射膜；
(2)使用常规P型电池背面银栅线网版和常规丝网印刷机将纳米硅硼浆印刷于(1)过程之后的硅片背面，硼浆图形与银栅线一样，印刷厚度为3.5um。纳米硅硼浆是由75份檀香和25份纳米硅组成。纳米硅的平均粒径为60nm，硼含量为5％。
(3)将印刷硅片在工业红外烘干炉内烘干，烘干温度为170℃，烘干时间为4分钟。
(4)使用常规纳秒激光器对(3)步骤硅片印刷烘干纳米硅硼浆料进行激 光处理。激光波长为532nm，功率为20w，频率为500KHZ，扫描速度为10m/s，光斑尺寸为20um。
(5)将步骤(4)激光处理后的硅片按常规印刷、烧结铝浆/银浆，完成电池片制作。制备完成的N型复合发射极太阳能电池背面局部结构如图2所示，其中硼发射极④的厚度为1um，铝发射极⑦的厚度为2um，纳米硅硼浆③平均厚度为2um，银栅线电极⑤和铝电极⑥的厚度均为20um。
(6)经测试，所制备的N型复合发射极电池的电性能结果如下表所示：

该例所制备的N型复合发射极电池利用纳米硅硼浆在背面银浆覆盖区域进行局部硼掺杂形成硼发射极。与普通N型铝发射极电池相比，一来扩大发射极面积，将开路电压提升3mV，二来解决了银栅线与硅基底直接接触的缺陷问题，大幅度提升填充因子，实现了电池转换效率提升。
实施例2：利用高温处理工艺制备N型复合发射极太阳能电池，如图4所示：
(1)使用125*125mm N型CZ单晶硅片，厚度为165um，硅片基板磷掺杂浓度为6x1016atm/cc。按正常的电池制备工艺完成硅片正面制绒、背面抛光；
(2)使用常规P型电池背面银栅线网版和常规丝网印刷机将纳米硅硼浆印 刷于(1)过程之后的硅片背面，硼浆图形与银栅线一样，印刷厚度为2um。纳米硅硼浆是由80份檀香和20份纳米硅组成，纳米硅的平均粒径为60nm，硼含量为8％。
(3)将印刷硅片在工业红外烘干炉内烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为3分钟。
(4)将步骤(4)硅片利用工业管式扩散炉进行高温处理，温度950℃，时间为1.5小时。
(5)按正常工艺完成以下流程：1、POCl3扩散；2、清洗磷硅玻璃；3、正面沉积SiNx减发射膜；4、印刷铝浆/银浆；5、烧结铝浆/银浆；完成电池片制作。制备完成的N型复合发射极太阳能电池背面局部结构与实施例1基本相同，其中硼发射极④的厚度为1um，铝发射极⑦的厚度为2um，纳米硅硼浆③的厚度为1um，银栅线电极⑤和铝电极⑥的厚度均为20um。
(6)经测试，电池结果如下：

该方案采用高温扩散路径，完成硼掺杂，从而完成N型复合发射极电池的制备。得到与激光掺杂类似的电性能参数。该方案优点在于仅需现有的扩散设备，无需额外购入激光设备即可完成。
实施例3：激光处理工艺制备改良P型太阳能电池按图3所示的工艺路线进行，
具体步骤如下：
(1)使用125*125mm P型CZ单晶硅片，厚度为180um，硅片基板硼掺杂浓度为8x1015atm/cc。按正常的电池制备工艺完成电池片正面的制作流程：1、硅片清洗植绒；2、POCl3扩散；3、清洗去磷硅玻璃；4、正面沉积SiNx减发射膜；
(2)使用常规P型电池背面银栅线网版和丝网印刷机将纳米硅硼浆印刷于(1)过程之后的硅片背面，硼浆图形与银栅线一样，印刷厚度为2um。纳米硅硼浆是由75份檀香和25份纳米硅组成，纳米硅的平均粒径为60nm，硼含量为5％。
(3)将印刷硅片在工业红外烘干炉内烘干，烘干温度为180℃，烘干时间为3分钟。
(4)使用常规纳秒激光器对(3)步骤硅片印有纳米硅硼浆进行激光处理，激光波长为532nm，功率为20w，频率为800KHZ，扫描速度为6m/s，光斑尺寸为25um。
(5)将步骤(4)激光处理后的硅片按常规印刷、烧结铝浆/银浆，完成电池片制作。制备完成的改良P型电池背面局部结构如图2所示，其中纳米硅硼浆③的厚度为1.2um，硼背场④和铝背场⑦的厚度均为10um，银栅线电极⑤和铝电极⑥的厚度均为20um。
(6)经测试，所制备的N型复合发射极电池的电性能结果如下表所示：

与常规P型电池相比，本实施例所述的改良P型电池的主要特征在于利用纳米硅硼浆在背面银栅线覆盖区形成局部硼掺杂，降低银电极的接触电阻和少子复合速率。因此，电池的输出参数包括开路电压、短路电流、以及填充因子普遍提升。从而提升电池的光电转换效率。
需要指出的是，以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对本发明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。