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一种 硅墨水及制备方法和制备晶体硅电池发射极的方法

阅读：995发布：2024-02-01

专利汇可以提供一种硅墨水及制备方法和制备晶体硅电池发射极的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种硅墨水及制备方法和制备晶体硅电池发射极的方法，硅墨水由10-30的含有5-20%磷的纳米硅粉、50-85的有机溶剂和5-15的增稠剂制成的粘度为10-80Pa·S的硅墨水；有机溶剂由50-80的松油醇、20-50的酯类、2-5的异丙醇或环己醇组成；增稠剂为甲基纤维素或羟乙基纤维素。该硅墨水制备晶体硅电池发射极的方法：硅片清洗制绒，印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散，湿法刻蚀及去磷硅玻璃，沉积氮化硅减反射膜，印刷、烘干背面银浆和铝浆，对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干，烧结银浆和铝浆制备金属电极。使用该硅墨水制成的晶体硅电池发射极蓝光响应好，导电性强，工艺步骤简单，成本低。，下面是一种硅墨水及制备方法和制备晶体硅电池发射极的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种硅墨水，其特征在于：按重量比计算，其由以下原料制成的粘度为10-80Pa·S的硅墨水，10-30的含有5-20%磷的纳米硅粉、50-85的有机溶剂和5-15的增稠剂；所述的有机溶剂为混合溶剂，按重量比计算，其由50-80的松油醇、20-50的酯类、2-5的异丙醇或环己醇组成；增稠剂为甲基纤维素或羟乙基纤维素。
2.根据权利要求1所述的硅墨水，其特征在于：所述的酯类为磷酸三辛酯和磷酸三乙酯中的一种或两种混合物。
3.一种权利要求1或2或3所述的硅墨水的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)将所述量的含磷的纳米硅粉分散在有机溶剂中制得硅墨水 (2) 加入所述量的增稠剂，混合均匀，调节粘度至10-80Pa·S。
4.一种由权利要求1或2所述的硅墨水制备晶体硅电池发射极的方法，其包括以下步骤：(1)硅片清洗制绒；(3)湿法刻蚀及去磷硅玻璃；(4)沉积氮化硅减反射膜；(5)印刷、烘干背面银浆和铝浆；(7)烧结银浆和铝浆制备金属电极；其特征在于：其还包括步骤(2)印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散和步骤(6)对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干；
其中步骤(2) 印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散的方法是：将所述的硅墨水按照正面电极栅线图形的要求印刷到硅片正面绒面上，要求细栅线的宽度为80-200微米，具体方法是：采用邵氏硬度60-90的PU刮条均匀的将硅墨水涂布在280-400目聚酯网版上，再在与聚酯网版60°夹角方向上施加60-90N的印刷压力，以100-220mm/s的印刷速度将硅墨水印刷到硅片正面绒面上，将印刷后的硅片在180-400℃的链式烘干炉中进行烘干
1-5分钟；将烘干后的硅片置于扩散炉中进行扩散，利用氮气携带三氯氧磷进入扩散炉，在
800-850℃条件下，沉积5-30分钟，实现高低方阻差异，硅墨水覆盖区方阻值20-50Ω/sq，非覆盖区方阻值达到90-120Ω/sq；
步骤(6) 对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干的方法是：采用对准装置对印刷有硅墨水图形的硅片进行精确对位，将正面用银浆印刷到硅墨水图形上，在200-400℃温度下烘干。
5.根据权利要求1所述的硅墨水制备晶体硅电池发射极的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的链式烘干炉采用无金属的陶瓷炉带。

说明书全文

一种硅墨水及制备方法和制备晶体硅电池发射极的方法

技术领域

[0001] 本发明属于晶体硅太阳能电池选择性发射极的制备领域，涉及一种硅墨水及制备方法和制备晶体硅电池发射极的方法。

背景技术

[0002] 目前，晶体硅电池常规生产工艺已很成熟，基本概括为清洗制绒—扩散制结—刻蚀及二次清洗—沉积减反射膜—印刷导电浆料—烧结制备电极等几个步骤。其中，扩散制结为关键步骤，扩散条件决定PN结深度和N型层中磷的浓度，PN结深度和N型层中磷的浓度影响发射极的导电性和光谱响应，进而影响电池的光电转换效率。磷掺杂浓度高、PN结深，方块电阻低，发射极导电性强但蓝光响应差，反之则方块电阻高，发射极蓝光响应好但导电性弱。传统电池的扩散工艺难以达到二者的最佳匹配效果，另外适合高方阻的正面银浆成本较高。

[0003] 针对上述问题，业界提出选择性发射极电池，即受光区采用轻掺磷，提高电池蓝光相应，而非受光区（银电极覆盖区）采用重掺磷，烧结时与银电极形成良好欧姆接触，降低了电池的串联电阻，得到高开路电压、高短路电流、高填充因子的高效率电池。此类电池生产工艺在其常规工艺中增加了反刻法、掩膜法、磷浆法等，但反刻法和掩膜法新增步骤繁多、工艺复杂，成本高而限制了其广泛应用；磷浆法由于印刷后需要清洗而产生二次污染，印刷磷浆后需进行清洗，清洗过程中会有金属离子残留，残留的金属离子经过高温扩散步骤进入硅片内部而影响电池转换效率，这些缺点也限制了磷浆法的广泛应用。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种硅墨水及制备方法和制备晶体硅电池发射极的方法，使用该硅墨水制成的晶体硅电池发射极蓝光响应好，导电性强，工艺步骤简单，成本低。

[0005] 为完成上述目的，本发明的技术解决方案是：一种硅墨水，按重量比计算，其由以下原料制成的粘度为10-80Pa·S的硅墨水，10-30的含有5-20%磷的纳米硅粉、50-85的有机溶剂和5-15的增稠剂；所述的有机溶剂为混合溶剂，按重量比计算，其由50-80的松油醇、20-50的酯类、2-5的异丙醇或环己醇组成；增稠剂为甲基纤维素或羟乙基纤维素。

[0006] 上述所述的酯类为磷酸三辛酯和磷酸三乙酯中的一种或两种混合物。

[0007] 上述所述的硅墨水的制备方法，其包括以下步骤：(1)将所述量的含磷的纳米硅粉分散在有机溶剂中制得硅墨水 (2) 加入所述量的增稠剂，混合均匀，调节粘度至10-80Pa·S。

[0008] 上述所述的硅墨水制备晶体硅电池发射极的方法，其包括以下步骤：(1)硅片清洗制绒；(2)印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散；(3)湿法刻蚀及去磷硅玻璃；(4)沉积氮化硅减反射膜；(5)印刷、烘干背面银浆和铝浆；(6)对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干；(7)烧结银浆和铝浆制备金属电极；其中步骤(2) 印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散的方法是：将所述的硅墨水按照正面电极栅线图形的要求印刷到硅片正面绒面上，要求细栅线的宽度为80-200微米，具体方法是：采用邵氏硬度60-90的PU刮条均匀的将硅墨水涂布在280-400目聚酯网版上，再在与聚酯网版60°夹角方向上施加60-90N的印刷压力，以100-220mm/s的印刷速度将硅墨水印刷到硅片正面绒面上，将印刷后的硅片在180-400℃的链式烘干炉中进行烘干
1-5分钟；将烘干后的硅片置于扩散炉中进行扩散，利用氮气携带三氯氧磷进入扩散炉，在
800-850℃条件下，沉积5-30分钟，实现高低方阻差异，硅墨水覆盖区方阻值20-50Ω/sq，非覆盖区方阻值达到90-120Ω/sq；
步骤(6) 对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干的方法是：采用对准装置对印刷有硅墨水图形的硅片进行精确对位，将正面用银浆印刷到硅墨水图形上，在200-400℃温度下烘干。

[0009] 上述所述步骤(2)中的链式烘干炉采用无金属的陶瓷炉带。

[0010] 采用本发明的硅墨水制备的晶体硅太阳能电池选择性发射极的优点如下：1、本发明的硅墨水印刷性好，栅线宽度可控性提高，同时，硅墨水印刷完成后无需清洗即可进行高温扩散，避免了清洗过程中的二次污染问题。2、采用本发明的硅墨水制备选择性发射极电池，其硅墨水覆盖区方阻值20-50Ω/sq，非覆盖区方阻值90-120Ω/sq，达到了低串联电阻和高蓝光响应的目的，电池转换效率得到明显提升，提高了0.5%以上。同时，低串联电阻的电池可采用成本较低的银浆制作电极，进一步降低了产品的生产成本，每块电池可降低成本3%以上。

具体实施方式

[0011] 下面结合具体实施实例对本发明作进一步的描述。

[0012] 实施例1：本实施例的硅墨水是由以下原料制成的：20的含有15%磷的纳米硅粉、80的有机溶剂和10的甲基纤维素。有机溶剂按重量比计算，其由70的松油醇、25的磷酸三辛酯、5的异丙醇组成。(1)将所述量的含磷的纳米硅粉分散在有机溶剂中制得硅墨水 (2) 加入所述量的甲基纤维素混合均匀，粘度至20Pa·S。

[0013] 上述所述的硅墨水制备晶体硅电池发射极的方法，其包括以下步骤：(1)硅片清洗制绒；(2)印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散；(3)湿法刻蚀及去磷硅玻璃；(4)沉积氮化硅减反射膜；(5)印刷、烘干背面银浆和铝浆；(6)对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干；(7)烧结银浆和铝浆制备金属电极。所述步骤1、3、4、5、7均为常规生产工艺。其中步骤(2) 印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散的方法是：将所述的硅墨水按照正面电极栅线图形的要求印刷到硅片正面绒面上，要求细栅线的宽度为80-200微米，具体采用邵氏硬度75的PU刮条均匀的将硅墨水涂布在352目聚酯网版上，再在与聚酯网版60°夹角方向上施加60N的印刷压力，以150mm/s的印刷速度将硅墨水印刷到硅片正面绒面上，将印刷后的硅片在260℃的链式烘干炉中进行烘干2分钟；将烘干后的硅片置于扩散炉中进行扩散，利用氮气携带三氯氧磷进入扩散炉，在800℃条件下，沉积10分钟，实现高低方阻差异，硅墨水覆盖区方阻值20Ω/sq，非覆盖区方阻值达到100Ω/sq。步骤(6) 对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干的方法是：采用对准装置对印刷有硅墨水图形的硅片进行精确对位，将正面用银浆印刷到硅墨水图形上，在400℃温度下烘干。制成的单晶硅选择性发射极电池（156*156）的转换效率达到18.82%，成本降低了3%。

[0014] 实施例2：本实施例的硅墨水是由以下原料制成的：25的含有6%磷的纳米硅粉、60的有机溶剂和15的羟乙基纤维素。有机溶剂按重量比计算，其由60的松油醇、38的磷酸三乙酯、2的环己醇组成。(1)将所述量的含磷的纳米硅粉分散在有机溶剂中制得硅墨水 (2) 加入所述量的羟乙基纤维素混合均匀，粘度至32Pa·S。

[0015] 上述所述的硅墨水制备晶体硅电池发射极的方法，其包括以下步骤：(1)硅片清洗制绒；(2)印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散；(3)湿法刻蚀及去磷硅玻璃；(4)沉积氮化硅减反射膜；(5)印刷、烘干背面银浆和铝浆；(6)对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干；(7)烧结银浆和铝浆制备金属电极。其中步骤(2)印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散的方法是：将所述的硅墨水按照正面电极栅线图形的要求印刷到硅片正面绒面上，要求细栅线的宽度为80-200微米，具体采用邵氏硬度70的PU刮条均匀的将硅墨水涂布在400目聚酯网版上，再在与聚酯网版60°夹角方向上施加70N的印刷压力，以180mm/s的印刷速度将硅墨水印刷到硅片正面绒面上，将印刷后的硅片在350℃的链式烘干炉中进行烘干2分钟；将烘干后的硅片置于扩散炉中进行扩散，利用氮气携带三氯氧磷进入扩散炉，在
830℃条件下，沉积7分钟，实现高低方阻差异，硅墨水覆盖区方阻值20Ω/sq，非覆盖区方阻值达到90Ω/sq。步骤(6) 对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干的方法是：采用对准装置对印刷有硅墨水图形的硅片进行精确对位，将正面用银浆印刷到硅墨水图形上，在380℃温度下烘干。制成的单晶硅选择性发射极电池（156*156）的转换效率达到19.01%，成本降低了3%。

[0016] 实施例3：本实施例的硅墨水是由以下原料制成的：30的含有5%磷的纳米硅粉、50的有机溶剂和5的甲基纤维素。有机溶剂按重量比计算，其由50的松油醇、20的磷酸三辛酯和磷酸三乙酯混合物（比例为1：1）、3的环己醇组成。(1)将所述量的含磷的纳米硅粉分散在有机溶剂中制得硅墨水 (2) 加入所述量的羟乙基纤维素混合均匀，粘度至63Pa·S。

[0017] 上述所述的硅墨水制备晶体硅电池发射极的方法，其包括以下步骤：(1)硅片清洗制绒；(2)印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散；(3)湿法刻蚀及去磷硅玻璃；(4)沉积氮化硅减反射膜；(5)印刷、烘干背面银浆和铝浆；(6)对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干；(7)烧结银浆和铝浆制备金属电极。其中步骤(2)印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散的方法是：将所述的硅墨水按照正面电极栅线图形的要求印刷到硅片正面绒面上，要求细栅线的宽度为80-200微米，具体采用邵氏硬度60的PU刮条均匀的将硅墨水涂布在280目聚酯网版上，再在与聚酯网版60°夹角方向上施加65N的印刷压力，以100mm/s的印刷速度将硅墨水印刷到硅片正面绒面上，将印刷后的硅片在180℃的链式烘干炉中进行烘干1分钟；将烘干后的硅片置于扩散炉中进行扩散，利用氮气携带三氯氧磷进入扩散炉，在
810℃条件下，沉积5分钟，实现高低方阻差异，硅墨水覆盖区方阻值30Ω/sq，非覆盖区方阻值达到110Ω/sq。步骤(6) 对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干的方法是：采用对准装置对印刷有硅墨水图形的硅片进行精确对位，将正面用银浆印刷到硅墨水图形上，在200℃温度下烘干。制成的单晶硅选择性发射极电池（156*156）的转换效率达到18.98%，成本降低了3%。

[0018] 实施例4：本实施例的硅墨水是由以下原料制成的：12的含有10%磷的纳米硅粉、70的有机溶剂和7的甲基纤维素。有机溶剂按重量比计算，其由80的松油醇、30的磷酸三辛酯和磷酸三乙酯混合物（比例为2：1）、4的异丙醇组成。(1)将所述量的含磷的纳米硅粉分散在有机溶剂中制得硅墨水 (2) 加入所述量的羟乙基纤维素混合均匀，粘度至80Pa·S。

[0019] 上述所述的硅墨水制备晶体硅电池发射极的方法，其包括以下步骤：(1)硅片清洗制绒；(2)印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散；(3)湿法刻蚀及去磷硅玻璃；(4)沉积氮化硅减反射膜；(5)印刷、烘干背面银浆和铝浆；(6)对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干；(7)烧结银浆和铝浆制备金属电极。其中步骤(2) 印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散的方法是：将所述的硅墨水按照正面电极栅线图形的要求印刷到硅片正面绒面上，要求细栅线的宽度为80-200微米，具体采用邵氏硬度65的PU刮条均匀的将硅墨水涂布在300目聚酯网版上，再在与聚酯网版60°夹角方向上施加80N的印刷压力，以200mm/s的印刷速度将硅墨水印刷到硅片正面绒面上，将印刷后的硅片在200℃的链式烘干炉中进行烘干4分钟；将烘干后的硅片置于扩散炉中进行扩散，利用氮气携带三氯氧磷进入扩散炉，在
820℃条件下，沉积15分钟，实现高低方阻差异，硅墨水覆盖区方阻值15Ω/sq，非覆盖区方阻值达到120Ω/sq。步骤(6) 对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干的方法是：采用对准装置对印刷有硅墨水图形的硅片进行精确对位，将正面用银浆印刷到硅墨水图形上，在250℃温度下烘干。制成的单晶硅选择性发射极电池（156*156）的转换效率达到19.05%，成本降低了3%。

[0020] 实施例5：本实施例的硅墨水是由以下原料制成的：18的含有20%磷的纳米硅粉、55的有机溶剂和9的羟乙基纤维素。有机溶剂按重量比计算，其由55的松油醇、40的磷酸三辛酯和磷酸三乙酯混合物（比例为1：2）、2.5的异丙醇组成。(1)将所述量的含磷的纳米硅粉分散在有机溶剂中制得硅墨水 (2) 加入所述量的羟乙基纤维素混合均匀，粘度至
75Pa·S。

[0021] 上述所述的硅墨水制备晶体硅电池发射极的方法，其包括以下步骤：(1)硅片清洗制绒；(2)印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散；(3)湿法刻蚀及去磷硅玻璃；(4)沉积氮化硅减反射膜；(5)印刷、烘干背面银浆和铝浆；(6)对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干；(7)烧结银浆和铝浆制备金属电极。其中步骤(2) 印刷、烘干硅墨水并进行三氯氧磷扩散的方法是：将所述的硅墨水按照正面电极栅线图形的要求印刷到硅片正面绒面上，要求细栅线的宽度为80-200微米，具体采用邵氏硬度80的PU刮条均匀的将硅墨水涂布在350目聚酯网版上，再在与聚酯网版60°夹角方向上施加75N的印刷压力，以130mm/s的印刷速度将硅墨水印刷到硅片正面绒面上，将印刷后的硅片在240℃的链式烘干炉中进行烘干5分钟；将烘干后的硅片置于扩散炉中进行扩散，利用氮气携带三氯氧磷进入扩散炉，在
820℃条件下，沉积20分钟，实现高低方阻差异，硅墨水覆盖区方阻值40Ω/sq，非覆盖区方阻值达到95Ω/sq。步骤(6) 对准硅墨水图形印刷正面银浆并烘干的方法是：采用对准装置对印刷有硅墨水图形的硅片进行精确对位，将正面用银浆印刷到硅墨水图形上，在300℃温度下烘干。制成的单晶硅选择性发射极电池（156*156）的转换效率达到18.89%，成本降低了3%。

[0022] 实施例6：本实施例的硅墨水是由以下原料制成的：20的含有12%磷的纳米硅粉、65的有机溶剂和12的甲基纤维素。有机溶剂按重量比计算，其由65的松油醇、50的磷酸三辛酯和磷酸三乙酯混合物（比例为1：1）、3.5的异丙醇组成。(1)将所述量的含磷的纳米硅粉分散在有机溶剂中制得硅墨水 (2) 加入所述量的羟乙基纤维素混合均匀，粘度至

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