一种HBC电池用硼浆料及其制备方法与流程

一种hbc电池用硼浆料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种hbc电池用硼浆料，并进一步涉及了用于制备该硼浆的方法。


背景技术：

2.鉴于能源清洁利用和供应安全的重要性，太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展模式是光伏企业的重点发展方向，降本、提效也将成为光伏企业永恒的主题。hbc电池作为晶硅太阳能电池的一种新工艺技术，具有很高的转换效率，具有很大的发展潜力。但现有的hbc电池制作技术还存在工艺路线繁杂、设备投入较高等等问题。
3.鉴于上述hbc电池电池制作工艺存在问题，现有技术中一般采用丝网印刷技术将硼浆料印刷到hbc电池p+区图案处，通过高温扩散或激光掺杂方式进行硼扩散，制备中后续不需要掩膜设备、开膜设备、去掩膜设备等，整套hbc电池制作工艺设备相对简单不产生有毒物质、利于环保；但是采用丝网印刷技术对于hbc电池用硼浆料的性能要求很高，需要适宜的粘度，良好的印刷性，可控的掺杂浓度及深度，而传统的掺杂浆料流平性及触变性不理想，无法满足掺杂浓度和深度的要求。
4.因此，有必要提供一种新的技术方案以克服上述缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可有效解决上述技术问题的hbc电池用硼浆料及其制备方法。
6.为达到本发明之目的，采用如下技术方案：
7.一种hbc电池用硼浆料，用于制备该硼浆料的原材料包括如下重量份的组分：
[0008][0009][0010]
优选的，所述硼粉由粒径不同的硼粉a、硼粉b和硼粉c组成；所述硼粉a、硼粉b和硼粉c的重量之比为(25
±
5)：(60
±
5)：(20
±
5)。
[0011]
优选的，所述硼粉a的粒径为30～40nm；所述硼粉b的粒径为80～90nm；所述硼粉c的粒径为0.2～0.3μm。
[0012]
优选的，所述硅粉由粒径不同的硅粉a和硅粉b组成，所述硅粉a和硅粉b的重量之比为(60
±
10)：(40
±
10)。
[0013]
优选的，所述硅粉a的粒径为0.1～0.2μm；所述硅粉b的粒径为0.3～0.4μm。
[0014]
优选的，所述有机载体包括有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸，且所述有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸的重量之比为(91
±
2)：(5
±
1)：(4
±
1)：(1
±
0.5)：0.3。
[0015]
优选的，所述有机溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、环己醇，且所述的松油醇、丁基卡必醇、环己醇重量之比为(2～6):(1～5):(1～3)。
[0016]
优选的，所述偶联催化剂为四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯的混合物，所述四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯重量之比为(5～6):(1～2)。
[0017]
基于上述hbc电池用硼浆料，本发明还提供了一种用于制备该硼浆料的方法，具体为：首先分别将硼粉、硅粉、有机载体和偶联催化剂按比例混合均匀得到混合物料；然后将所述的混合物料利用高速分散机搅拌2～4h，分散后采用三辊研磨机研磨7～10遍，使浆料细度达到1～10μm；最后过滤得到所述的hbc电池用硼浆料。
[0018]
同时，本发明还提供了一种采用上述hbc电池用硼浆料制备的hbc电池，该hbc电池的制备方法包括如下步骤：
[0019]
(1)对晶硅衬底进行清洁、双面抛光处理；
[0020]
(2)在晶硅衬底的背表面沉积隧穿氧化层及本征非晶层；
[0021]
(3)对晶硅衬底的正面进行制绒；
[0022]
(4)对本征非晶硅层进行退火形成多晶态；
[0023]
(5)将硼浆料采用丝网印刷的方式印刷到晶硅衬底的背面p+区，烘干，并进行激光掺杂或高温扩散掺杂；具体的，烘干的温度为300℃，烘干时间1～5min；
[0024]
(6)在晶硅衬底的背面形成n+掺杂层，并采用激光消融方式将p+区和n+掺杂区隔离；
[0025]
(7)在晶硅衬底的正面、背面沉积氧化铝膜层制备氧化铝钝化层；具体的，在晶硅衬底正面、背面采用ald方式沉积氧化铝膜层，优选的膜厚5～20nm；采用ald方式制备氧化铝钝化层，可以与产线现有设备兼容，沉积的氧化铝膜层致密，钝化效果好；
[0026]
(8)在晶硅衬底的正面、背面制备氮化硅减反射膜；
[0027]
(9)在晶硅电池的背面丝网印刷电极，烧结后即得到hbc太阳能电池。
[0028]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0029]
1、本发明的硼浆料通过硼粉、硅粉、有机载体和偶联催化剂之间协同作用，使得硼浆料具有适宜的粘度和良好的印刷性，提高了硼浆料的流平性和触变性；同时通过合理的添加偶联催化剂，可以促进印刷硼硅层的成形，增强硼元素与hbc电池背面非晶硅层(或多晶硅层)的互扩散作用，从而得到较优异的掺杂层，进而提升了hbc太阳能电池的转换效率。
[0030]
2、本发明制备的硼浆料通过调节硼粉和硅粉的不同质量之比，即可以实现硅片的不同浓度掺杂，调试简单。
[0031]
3、本发明的硼浆料在生产过程中，不涉及有毒有害化学物质的使用，存储方便且可长时间存储，安全环保，工艺的稳定性高，成本低廉，有利于产业化推广。
具体实施方式
[0032]
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
[0033]
所述对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本
文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
[0034]
本发明提供一种hbc电池用硼浆料，其中用于制备该硼浆料的原材料包括如下重量份的组分：1～7份的硼粉；5～17份的硅粉；60～90份的有机载体；0～2份的偶联催化剂。
[0035]
其中所述硼粉由粒径不同的硼粉a、硼粉b和硼粉c组成；所述硼粉a、硼粉b和硼粉c的重量之比为(25
±
5)：(60
±
5)：(20
±
5)；所述硼粉a的粒径为30～40nm；所述硼粉b的粒径为80～90nm；所述硼粉c的粒径为0.2～0.3μm；具体的，所述硼粉a、硼粉b和硼粉c均为球形、类球形硼粉混合而成，且硼粉的纯度达到99.99999％以上。
[0036]
所述硅粉由粒径不同的硅粉a和硅粉b组成，所述硅粉a和硅粉b的重量之比为(60
±
10)：(40
±
10)；其中所述硅粉a的粒径为0.1～0.2μm；所述硅粉b的粒径为0.3～0.4μm，所述硅粉a和硅粉b均为球形、类球形硅粉混合而成。
[0037]
所述有机载体为有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸的混合物，其中所述有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸的重量之比为(91
±
2)：(5
±
1)：(4
±
1)：(1
±
0.5)：0.3。
[0038]
具体的，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、环己醇的混合物，且所述的松油醇、丁基卡必醇、环己醇重量之比为(2～6):(1～5):(1～3)。
[0039]
所述偶联催化剂为四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯的混合物，所述四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯重量之比为(5～6):(1～2)。
[0040]
具体的，所述四苯基硼酸钠的制备方法为：首先以镁和氯苯为反应物，以无水甲苯和四氢呋喃为反应媒介，以碘为催化剂，制备出格氏试剂；然后将所述的格氏试剂中加入甲苯和三氟化硼的乙醚溶液反应，合成出四苯基氯化硼镁；最后将四苯基氯化硼镁用碳酸钠水解，制备出四苯基硼酸钠。
[0041]
所述钛酸四正丁酯的制备方法为：首先以一定比例的庚烷、正丁醇和四氯化钛、液氨为反应物，得到带有庚烷、醇和氯化铵混合物的钛酸四正丁酯，然后经离心机分离得到带有庚烷和醇混合物的钛酸四正丁酯，最后经蒸馏将庚烷和过量的醇蒸发掉，得到钛酸四正丁酯。
[0042]
基于上述hbc电池用硼浆料，本发明还提供了一种用于制备该硼浆料的方法，具体为：首先分别将硼粉、硅粉、有机载体和偶联催化剂按比例混合均匀得到混合物料；然后将所述的混合物料利用高速分散机搅拌2～4h，分散后采用三辊研磨机研磨7～10遍，使浆料细度达到1～10μm；最后过滤得到所述的hbc电池用硼浆料。
[0043]
同时，本发明还提供了一种采用上述hbc电池用硼浆料制备的hbc电池，该hbc电池的制备方法包括如下步骤：
[0044]
(1)对晶硅衬底进行清洁、双面抛光处理；
[0045]
(2)在晶硅衬底的背表面沉积隧穿氧化层及本征非晶层；
[0046]
(3)对晶硅衬底的正面进行制绒；
[0047]
(4)对本征非晶硅层进行退火形成多晶态；
[0048]
(5)将硼浆料采用丝网印刷的方式印刷到晶硅衬底的背面p+区，烘干，并进行激光掺杂或高温扩散掺杂；具体的，烘干的温度为300℃，烘干时间1～5min；
[0049]
(6)在晶硅衬底的背面形成n+掺杂层，并采用激光消融方式将p+区和n+掺杂区隔
离；
[0050]
(7)在晶硅衬底的正面、背面沉积氧化铝膜层制备氧化铝钝化层；具体的，在晶硅衬底正面、背面采用ald方式沉积氧化铝膜层，优选的膜厚5～20nm；采用ald方式制备氧化铝钝化层，可以与产线现有设备兼容，沉积的氧化铝膜层致密，钝化效果好；
[0051]
(8)在晶硅衬底的正面、背面制备氮化硅减反射膜；
[0052]
(9)在晶硅电池的背面丝网印刷电极，烧结后即得到hbc太阳能电池。
[0053]
实施例1
[0054]
一种hbc电池用硼浆料配方：
[0055]
3份硼粉，11份硅粉，87份有机载体，0.5份偶联催化剂。
[0056]
其中，有机载体包括有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸，各成分重量之比为90：5.5：4.5：0.5：0.3；
[0057]
其中，有机溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、环己醇，各成分重量之比为5:3:2；
[0058]
其中，硼粉由硼粉a、硼粉b和硼粉c的混合而成，所述硼粉a的直径为30～40nm，所述硼粉b的直径为80～90nm，所述硼粉c的直径为0.2～0.3μm，所述硼粉a、硼粉b和硼粉的c重量之比为25：55：20；
[0059]
其中，硅粉由硅粉a和硅粉b的球形、类球形硅粉混合而成，所述硅粉a的直径为0.1～0.2μm，所述硅粉b的直径为0.3～0.4μm，所述硅粉a和硅粉b重量之比为60：40；
[0060]
其中，偶联催化剂为四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯的混合物，四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯的重量之比为5.5:1.5；
[0061]
hbc电池用硼浆料的制备方法为：首先分别将硼粉、硅粉、有机载体和偶联催化剂按比例混合均匀得到混合物料；然后将所述的混合物料利用高速分散机搅拌3h，分散后采用三辊研磨机研磨8遍，使浆料细度达到7μm；最后过滤得到所述的hbc电池用硼浆料。
[0062]
实施例2
[0063]
一种hbc电池用硼浆料配方：
[0064]
6份硼粉，15份硅粉，78份有机载体，1份偶联催化剂。
[0065]
其中，有机载体包括有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸，各成分重量之比为89：4：4：1：0.3，
[0066]
其中，有机溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、环己醇，各成分重量之比为6:3:1；
[0067]
其中，硼粉由硼粉a、硼粉b和硼粉c的混合物，所述硼粉a的直径为30～40nm，所述硼粉b的直径为80～90nm，所述硼粉c的直径为0.2～0.3μm，所述硼粉a、硼粉b和硼粉c重量之比为20：55：25；
[0068]
其中，硅粉由硅粉a和硅粉b的球形、类球形硅粉混合而成，所述硅粉a的直径为0.1～0.2μm，所述硅粉b的直径为0.3～0.4μm，所述硅粉a和硅粉b重量之比为55：45；
[0069]
其中，偶联催化剂为四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯的混合物，四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯的重量之比为6:1；
[0070]
hbc电池用硼浆料的制备方法为：首先分别将硼粉、硅粉、有机载体和偶联催化剂按比例混合均匀得到混合物料；然后将所述的混合物料利用高速分散机搅拌3h，分散后采用三辊研磨机研磨8遍，使浆料细度达到9μm；最后过滤得到所述的hbc电池用硼浆料。
[0071]
实施例3
[0072]
一种hbc电池用硼浆料配方：
[0073]
1份硼粉，5份硅粉，90份有机载体，2份偶联催化剂。
[0074]
其中，有机载体包括有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸，各成分重量之比为89：6：4.5：0.5：0.3，
[0075]
其中，有机溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、环己醇，各成分重量之比为4:3:3；
[0076]
其中，硼粉由硼粉a、硼粉b和硼粉c的混合物，所述硼粉a的直径为30～40nm，所述硼粉b的直径为80～90nm，所述硼粉c的直径为0.2～0.3μm，所述硼粉a、硼粉b和硼粉c重量之比为30：55：15；
[0077]
其中，硅粉由硅粉a和硅粉b的球形、类球形硅粉混合而成，所述硅粉a的直径为0.1～0.2μm，所述硅粉b的直径为0.3～0.4μm，所述硅粉a和硅粉b重量之比为65：35；
[0078]
其中，偶联催化剂为四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯的混合物，四苯基硼酸钠和钛酸四正丁酯的重量之比为5:2；
[0079]
制备方法包括：首先分别将硼粉、硅粉、有机载体和偶联催化剂按比例混合均匀得到混合物料；然后将所述的混合物料利用高速分散机搅拌3h，分散后采用三辊研磨机研磨8遍，使浆料细度达到6μm；最后过滤得到所述的hbc电池用硼浆料。
[0080]
对比例1
[0081]
一种hbc电池用硼浆料配方：
[0082]
6份硼粉，15份硅粉，79份有机载体。
[0083]
其中，有机载体包括有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸，各成分重量之比为89：4：4：1：0.3，
[0084]
其中，有机溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、环己醇，各成分重量之比为6:3:1；
[0085]
其中，硼粉由硼粉a、硼粉b和硼粉c的混合物，所述硼粉a的直径为30～40nm，所述硼粉b的直径为80～90nm，所述硼粉c的直径为0.2～0.3μm，所述硼粉a、硼粉b和硼粉c重量之比为20：55：25；
[0086]
其中，硅粉由硅粉a和硅粉b的球形、类球形硅粉混合而成，所述硅粉a的直径为0.1～0.2μm，所述硅粉b的直径为0.3～0.4μm，所述硅粉a和硅粉b重量之比为55：45；
[0087]
hbc电池用硼浆料的制备方法为：首先分别将硼粉、硅粉和有机载体按比例混合均匀得到混合物料；然后将所述的混合物料利用高速分散机搅拌3h，分散后采用三辊研磨机研磨8遍，使浆料细度达到9μm；最后过滤得到所述的hbc电池用硼浆料。
[0088]
对比例2
[0089]
一种hbc电池用硼浆料配方：
[0090]
6份硼粉，15份硅粉，78份有机载体，1份偶联催化剂。
[0091]
其中，有机载体包括有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸，各成分重量之比为89：4：4：1：0.3，
[0092]
其中，有机溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、环己醇，各成分重量之比为6:3:1；
[0093]
其中，硼粉由硼粉a、硼粉b和硼粉c的混合物，所述硼粉a的直径为30～40nm，所述硼粉b的直径为80～90nm，所述硼粉c的直径为0.2～0.3μm，所述硼粉a、硼粉b和硼粉c重量之比为20：55：25；
[0094]
其中，硅粉由硅粉a和硅粉b的球形、类球形硅粉混合而成，所述硅粉a的直径为0.1
～0.2μm，所述硅粉b的直径为0.3～0.4μm，所述硅粉a和硅粉b重量之比为55：45；
[0095]
其中，偶联催化剂为四苯基硼酸钠；
[0096]
hbc电池用硼浆料的制备方法为：首先分别将硼粉、硅粉、有机载体和偶联催化剂按比例混合均匀得到混合物料；然后将所述的混合物料利用高速分散机搅拌3h，分散后采用三辊研磨机研磨8遍，使浆料细度达到9μm；最后过滤得到所述的hbc电池用硼浆料。
[0097]
对比例3
[0098]
一种hbc电池用硼浆料配方：
[0099]
6份硼粉，15份硅粉，78份有机载体，1份偶联催化剂。
[0100]
其中，有机载体包括有机溶剂、乙基纤维素、氢化蓖麻油、磷酸三酯和油酸，各成分重量之比为89：4：4：1：0.3，
[0101]
其中，有机溶剂包括松油醇、丁基卡必醇、环己醇，各成分重量之比为6:3:1；
[0102]
其中，硼粉由硼粉a、硼粉b和硼粉c的混合物，所述硼粉a的直径为30～40nm，所述硼粉b的直径为80～90nm，所述硼粉c的直径为0.2～0.3μm，所述硼粉a、硼粉b和硼粉c重量之比为20：55：25；
[0103]
其中，硅粉由硅粉a和硅粉b的球形、类球形硅粉混合而成，所述硅粉a的直径为0.1～0.2μm，所述硅粉b的直径为0.3～0.4μm，所述硅粉a和硅粉b重量之比为55：45；
[0104]
其中，偶联催化剂为钛酸四正丁酯；
[0105]
hbc电池用硼浆料的制备方法为：首先分别将硼粉、硅粉、有机载体和偶联催化剂按比例混合均匀得到混合物料；然后将所述的混合物料利用高速分散机搅拌3h，分散后采用三辊研磨机研磨8遍，使浆料细度达到9μm；最后过滤得到所述的hbc电池用硼浆料。
[0106]
将实施例1-3以及对比例1-3中的硼浆料应用到本方案提供的hbc电池方法中进行验证，其结果如表1所示，其中voc代表开路电压，jsc代表短路电流密度，ff代表填充因子，eff代表电池片转换效率。
[0107]
表1实施例与对比例的hbc太阳能电池片电性能参数测试结果
[0108]
工艺voc(mv)jsc(ma/cm2)ff(％)eff(％)实施例1734.241.68283.3425.506实施例2731.841.68883.4125.447实施例3735.241.68583.2925.526对比例173341.67283.0325.265对比例270634.15275.6220.159对比例370335.26174.1221.481
[0109]
由表1可见，采用本发明的硼浆料制备hbc太阳能电池可以显著提高hbc太阳能电池的电池效率。