一种纳米阵列太阳电池的制备方法 |
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| 申请号 | CN201611032090.8 | 申请日 | 2016-11-22 | 公开(公告)号 | CN106784130A | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 浙江昱辉阳光能源江苏有限公司; | 发明人 | 宋令枝; 朱琛; 张子森; 赫汉; 胡欢欢; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种纳米阵列太阳 电池 的制备方法，其步骤包括：（1） 硅 片 表面去损伤及制绒；（2） 硅片 表面 腐蚀 掩膜制备，掩膜厚度为0.1‑2微米，掩膜的宽度1.0‑3毫米；（3） 金属离子 湿化学催化腐蚀纳米阵列制备；（4）去除硅片表面腐蚀掩膜；（5）扩散制备 PN结 ；（6）减反射膜制备；（7）丝网印刷 金属化 ；（8）涂敷防抗覆 冰 附着乳液。本发明的纳米阵列太阳电池的制备方法制备的纳米阵列太阳电池在主 栅线 外区域具有较低的表面反射率，从而更多的 光子 被入射到硅片里面，提高了光子利用率；并且增加了电池主栅线区域的 电子 收集能 力 ，提高了主栅线区域外的光子利用率，从而提高整个电池的光电转换效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种纳米阵列太阳电池的制备方法,其特征在于：包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种纳米阵列太阳电池的制备方法技术领域背景技术[0002] 太阳电池兴起于上世纪八十年代的晶硅太阳电池技术，经过进三十年的积累与改进，已成功将该技术应用于大规模晶硅太阳电池生产中。全球光伏发电装机总量的突破，得益于诸如RENA、SCHMID等公司提供的卓越的湿制程方案。这些适用于晶体硅片湿化学法限光结构方案，满足了晶硅光伏电池大规模生产的需要。 [0003] 传统的金属离子催化湿化学法纳米阵列制备方法，主要存在以下不足：传统制备的纳米阵列具有较高的比表面积，纳米阵列表面的大量缺陷和悬挂健加速了光生载流子的复合，降低了光生电流的输出，传统制备的纳米阵列电池在主栅线下面区域也形成大面积的纳米整列，这种含有大量复合中心的纳米阵列，并没有发挥其限光作用，反而减少了光生载流子的寿命，极大降低了光电转换效率。 发明内容[0004] 本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种可以提高太阳电池效率的一种纳米阵列太阳电池的制备方法。 [0005] 本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种纳米阵列太阳电池的制备方法,包括以下步骤：（1）硅片表面去损伤及制绒：将硅片置于硝酸、氢氟酸、制绒添加剂的水溶液中，制绒时间为1-5分钟； （2）硅片表面腐蚀掩膜制备：使用印刷方式将负极性光刻胶印刷在制绒后的硅片上制得表面腐蚀掩膜，表面腐蚀掩膜厚度为0.1-4微米，表面腐蚀掩膜的宽度1.0-3毫米； （3）金属离子湿化学催化腐蚀纳米阵列制备：采用氢氟酸、硝酸银溶液进行制备纳米阵列，氢氟酸浓度为1-5mol/L，硝酸银浓度为0.02-0.08mol/L，腐蚀时间为12分钟； （4）去除硅片表面腐蚀掩膜：对制备了纳米阵列的硅片清洗去除表面腐蚀掩膜后，进行高温烘干处理，高温烘干温度为800℃，烘干时间为12分钟； （5） 扩散制备PN结：把去除了表面腐蚀掩膜的硅片进行扩散制备PN结，用扩散炉进行扩散制PN结，扩散温度为600-950℃，扩散时间1-2h； （6） 减反射膜制备：在扩散后硅片上镀一层70-90nm，折射率2-2.8的氮化硅薄膜； （7） 丝网印刷金属化：在镀有氮化硅薄膜的硅片上印刷宽度0.8-1.5mm的主栅线电极，并进行烧结金属化，印刷的位置位于覆盖过表面腐蚀掩膜的位置； （8）涂敷防抗覆冰附着乳液：在丝网印刷金属化后的硅片的外表面涂覆防抗覆冰附着乳液，所述防抗覆冰附着乳液的质量百分比组分为：4-甲基环己基异氰酸酯：4-7%，氨基甲酸乙酯：13-15%，α-亚麻酸：2.3-2.5%，乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯：1.6-1.8%，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：3.5-3.7%，过氧化苯甲酰：3.5-3.6%，丙烯酸丁酯：1.3-1.5%，2-羟基-1, 2-二苯基乙酮：2.7-2.9%，锑掺杂氧化锡纳米晶：2.8-3%，纳米二氧化钛：4.3-4.5%，纳米碳化硅：2.5-2.7%，乙烯-醋酸乙烯：2.5-2.7%，聚氧乙烯脂肪醇醚：3.7-3.9%，聚二甲基硅氧烷：1.4-1.6%，聚醚改性硅油：1.1-1.3%，助溶剂：5.4-5.6%，附着力促进剂：9.3-9.5%，有机氟防水剂：余量；制得最终的纳米阵列太阳电池。 [0006] 上述技术方案的改进是：步骤（1）中，制绒时间为0.8钟。 [0007] 上述技术方案的改进是：步骤（2）中，表面腐蚀掩膜厚度为0.3微米，表面腐蚀掩膜的宽度1.3毫米。 [0008] 上述技术方案的改进是：步骤（3）中，氢氟酸浓度为4mol/L，硝酸银浓度为0.03mol/L。 [0009] 上述技术方案的改进是：步骤（5）中，扩散温度为850℃，扩散时间1.5h。 [0010] 上述技术方案的改进是：步骤（6）中，在扩散后硅片上镀一层85nm，折射率2.3的氮化硅薄膜。 [0011] 上述技术方案的改进是：步骤（7）中，在镀有氮化硅薄膜的硅片上印刷宽度1.1mm的主栅线电极。 [0012] 上述技术方案的改进是：步骤（8）中，所述防抗覆冰附着乳液的质量百分比组分为：4-甲基环己基异氰酸酯：5%，氨基甲酸乙酯：14%，α-亚麻酸：2.3%，乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯：1.6%，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：3.5%，过氧化苯甲酰：3.5%，丙烯酸丁酯：1.3%，2-羟基-1,2-二苯基乙酮：2.7%，锑掺杂氧化锡纳米晶：2.8%，纳米二氧化钛：4.3%，纳米碳化硅：2.5%，乙烯-醋酸乙烯：2.5%，聚氧乙烯脂肪醇醚：3.7%，聚二甲基硅氧烷：1.4%，聚醚改性硅油：1.1%，助溶剂：5.4%，附着力促进剂：9.3%，有机氟防水剂：余量。 [0013] 上述技术方案的改进是：步骤（8）中，所述防抗覆冰附着乳液的质量百分比组分为：4-甲基环己基异氰酸酯：7%，氨基甲酸乙酯：15%，α-亚麻酸：2.5%，乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯：1.8%，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：3.7%，过氧化苯甲酰：3.6%，丙烯酸丁酯：1.5%，2-羟基-1,2-二苯基乙酮：2.9%，锑掺杂氧化锡纳米晶：3%，纳米二氧化钛：4.5%，纳米碳化硅：2.7%，乙烯-醋酸乙烯：2.7%，聚氧乙烯脂肪醇醚：3.9%，聚二甲基硅氧烷：1.6%，聚醚改性硅油：1.3%，助溶剂：5.6%，附着力促进剂：9.5%，有机氟防水剂：余量。 [0014] 本发明采用上述技术方案的有益效果是：（1）本发明的纳米阵列太阳电池的制备方法制备的纳米阵列太阳电池在主栅线以外的区域采用金属离子催化纳米整列制备减反射结构，使得该纳米阵列太阳电池在主栅线外区域具有较低的表面反射率，从而更多的光子被入射到硅片里面，提高了光子利用率； （2）本发明的纳米阵列太阳电池的制备方法制备的纳米阵列太阳电池在主栅线位置区域采用传统湿化学法去除损伤层，在主栅线覆盖的区域，由于表面腐蚀掩膜的作用只经过去损伤制绒过程，并没有受到金属离子湿化学催化腐蚀纳米阵列制备作业的影响，所以没有引入纳米阵列具有的大的比表面积，过多的悬挂健、缺陷态等，因此增加了电池主栅线区域的电子收集能力，提高了主栅线区域外的光子利用率，从而提高整个电池的光电转换效率； （3）本发明的纳米阵列太阳电池的制备方法制备的纳米阵列太阳电池在硅片的外表面涂覆防抗覆冰附着乳液，该防抗覆冰附着乳液无色透明，不影响太阳电池的光电转换效率，并且该防抗覆冰附着乳液通过其科学的配方，在纳米阵列太阳电池外表面上喷洒附着乳液后，附着乳液在室外紫外光线的作用下，其中聚合物会发生二次共聚和交联反应，生成网状结构的保护膜，大幅度提高了附着乳液与纳米阵列太阳电池外表面的粘结强度、强剥离强度和撕裂强度，从而解决了防抗覆冰附着乳液与纳米阵列太阳电池外表面不易结合的技术问题，使纳米阵列太阳电池外表面具有优良的拒水性、防水防冻和防抗覆冰性能，使其用于雨天寒冷环境时仍保持优良性能；根据试验，将本发明的纳米阵列太阳电池置于暴雨中，拒水性能是普通太阳电池的3-5倍；将本发明的纳米阵列太阳电池外置于零下1-15℃的环境中，雨水后纳米阵列太阳电池外表面不易结冰。另外，本发明附着乳液中，锑掺杂氧化锡纳米晶、纳米二氧化钛、纳米碳化硅能等成分的加入使纳米阵列太阳电池外表面具有很好的抗静电性和吸收隔热性，且具有防霉杀菌和防污性，还能提高其耐磨损性，获得了意想不到的技术效果。 附图说明 具体实施方式[0016] 实施例一本实施例的纳米阵列太阳电池的制备方法,包括以下步骤： （1）硅片表面去损伤及制绒：将硅片置于硝酸、氢氟酸、制绒添加剂的水溶液中，制绒时间为0.8分钟；其中水溶液按硝酸、氢氟酸、制绒添加剂溶液的体积比为40%，11%，0.3%的配比混合制得，硝酸、氢氟酸和制绒添加剂的浓度相同。 [0017] （2）硅片表面腐蚀掩膜制备：使用印刷方式将负极性光刻胶印刷在制绒后的硅片上制得表面腐蚀掩膜，表面腐蚀掩膜的区域1如图1中所示，表面腐蚀掩膜厚度为0.3微米，表面腐蚀掩膜的宽度1.3毫米；（3）金属离子湿化学催化腐蚀纳米阵列制备：采用氢氟酸、硝酸银溶液进行制备纳米阵列，氢氟酸浓度为4mol/L，硝酸银浓度为0.03mol/L，腐蚀时间为12分钟；制得的纳米阵列区域2如图1中所示； （4）去除硅片表面腐蚀掩膜：对制备了纳米阵列的硅片清洗去除表面腐蚀掩膜后，进行高温烘干处理，高温烘干温度为800℃，烘干时间为12分钟； （5） 扩散制备PN结：把去除了表面腐蚀掩膜的硅片进行扩散制备PN结，用扩散炉进行扩散制PN结，扩散温度为850℃，扩散时间1.5h； （6） 减反射膜制备：用PECVD法（等离子体增强化学气相沉积法）在扩散后硅片上镀一层85nm，折射率2.3的氮化硅薄膜； （7） 丝网印刷金属化：在镀有氮化硅薄膜的硅片上印刷宽度1.1mm的主栅线电极，并进行烧结金属化，印刷的位置位于覆盖过表面腐蚀掩膜的位置； （8）涂敷防抗覆冰附着乳液：在丝网印刷金属化后的硅片的外表面涂覆防抗覆冰附着乳液，所述防抗覆冰附着乳液的质量百分比组分为： 4-甲基环己基异氰酸酯：5%，氨基甲酸乙酯：14%，α-亚麻酸：2.3%，乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯：1.6%，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：3.5%，过氧化苯甲酰：3.5%，丙烯酸丁酯：1.3%，2-羟基-1,2-二苯基乙酮：2.7%，锑掺杂氧化锡纳米晶：2.8%，纳米二氧化钛：4.3%，纳米碳化硅：2.5%，乙烯-醋酸乙烯：2.5%，聚氧乙烯脂肪醇醚：3.7%，聚二甲基硅氧烷：1.4%，聚醚改性硅油：1.1%，助溶剂：5.4%，附着力促进剂：9.3%，有机氟防水剂：余量；制得最终的纳米阵列太阳电池。 [0018] 本实施例的纳米阵列太阳电池的制备方法制备的纳米阵列太阳电池具有非均匀性界面，主栅线位置没有纳米整理绒面，主栅线区域外具有纳米阵列绒面。 [0019] 本实施例的纳米阵列太阳电池的制备方法中，步骤（1）中硅片制绒的目的在于，去除硅片的切割损伤层初步获得限光结构，降低光反射率，提高光的入射率，这样更多的光子会入射到硅片中，从而更多的光子被利用。经过制绒后的硅片比未经过制绒后的硅片反射率可以降低30%以上。传统的湿化学法可以获得20%左右的反射率，反应离子干法腐蚀可以获得约10%的反射率，硅纳米阵列表面反射率约12%以下的反射率。 [0020] 实施例二本实施例的纳米阵列太阳电池的制备方法,包括以下步骤： （1）硅片表面去损伤及制绒：将硅片置于硝酸、氢氟酸、制绒添加剂的水溶液中，制绒时间为0.8分钟；其中水溶液按硝酸、氢氟酸、制绒添加剂溶液的体积比为40%，11%，0.3%的配比混合制得，硝酸、氢氟酸和制绒添加剂的浓度相同。 [0021] （2）硅片表面腐蚀掩膜制备：使用印刷方式将负极性光刻胶印刷在制绒后的硅片上制得表面腐蚀掩膜，表面腐蚀掩膜的区域1如图1中所示，表面腐蚀掩膜厚度为0.3微米，表面腐蚀掩膜的宽度1.3毫米；（3）金属离子湿化学催化腐蚀纳米阵列制备：采用氢氟酸、硝酸银溶液进行制备纳米阵列，氢氟酸浓度为4mol/L，硝酸银浓度为0.03mol/L，腐蚀时间为12分钟；制得的纳米阵列区域2如图1中所示； （4）去除硅片表面腐蚀掩膜：对制备了纳米阵列的硅片清洗去除表面腐蚀掩膜后，进行高温烘干处理，高温烘干温度为800℃，烘干时间为12分钟； （5） 扩散制备PN结：把去除了表面腐蚀掩膜的硅片进行扩散制备PN结，用扩散炉进行扩散制PN结，扩散温度为850℃，扩散时间1.5h； （6） 减反射膜制备：用PECVD法（等离子体增强化学气相沉积法）在扩散后硅片上镀一层85nm，折射率2.3的氮化硅薄膜； （7） 丝网印刷金属化：在镀有氮化硅薄膜的硅片上印刷宽度1.1mm的主栅线电极，并进行烧结金属化，印刷的位置位于覆盖过表面腐蚀掩膜的位置； （8）涂敷防抗覆冰附着乳液：在丝网印刷金属化后的硅片的外表面涂覆防抗覆冰附着乳液，所述防抗覆冰附着乳液的质量百分比组分为：4-甲基环己基异氰酸酯：7%，氨基甲酸乙酯：15%，α-亚麻酸：2.5%，乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯：1.8%，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：3.7%，过氧化苯甲酰：3.6%，丙烯酸丁酯：1.5%，2-羟基-1,2-二苯基乙酮：2.9%，锑掺杂氧化锡纳米晶：3%，纳米二氧化钛：4.5%，纳米碳化硅：2.7%，乙烯-醋酸乙烯：2.7%，聚氧乙烯脂肪醇醚：3.9%，聚二甲基硅氧烷：1.6%，聚醚改性硅油：1.3%，助溶剂：5.6%，附着力促进剂： 9.5%，有机氟防水剂：余量；制得最终的纳米阵列太阳电池。 [0022] 本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。 |
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