一种黑硅MWT背接触电池的制备方法与流程

本发明属于技术太阳能电池技术领域，特别涉及一种黑硅mwt背接触电池的制备方法。

背景技术：

传统的mwt背接触电池技术是采用激光打孔、背面布线的技术消除了正面电极的主栅线，正面电极细栅线搜集的电流通过孔洞中的银浆引到背面，这样电池的正负电极点都分布在电池片的背面，有效减少了正面栅线的遮光，达到提高转化效率的目的；故对于传统mwt背接触电池技术而言，第一步就是进行激光打孔，但是激光打孔因为电池片应力问题，会带来碎片率升高，良率下降的问题，这个问题一直是mwt背接触电池未得到广泛应用的关键问题之一。

技术实现要素：

本发明提供一种黑硅mwt背接触电池的制备方法，以解决现有技术中的问题。采用本发明的金属浆料结合黑硅制绒的湿化学方法，实现表面纳米结构形貌以及化学腐蚀穿孔，不仅解决了碎片率高，良率下降的问题，同时硅片表面具有更优的陷光作用，能够显著降低硅片表面的反射率，目前走在行业前段的企业已实现普通电池工艺的黑硅量产。且此工艺方案简单易行，电池片成本更低，可实现大面积批量生产，拥有很广泛的应用市场。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种黑硅mwt背接触电池的制备方法，包括以下步骤：

s1、对多晶硅硅片表面进行去损伤层处理；

s2、在硅片表面需要开孔的位置印刷金属浆料；

s3、将带金属浆料的硅片进行黑硅制绒，带有金属浆料的硅片表面则被穿孔，没有金属浆料的硅片表面则制备为黑硅纳米陷光结构，黑硅制绒方法使用金属离子辅助刻蚀法，得到带有穿孔的黑硅硅片；被穿孔的位置为硅片表面的金属浆料所在位置，在被穿孔的位置形成穿孔，穿孔为通孔；

s4、将制备好的带有穿孔的黑硅硅片进行扩散，形成pn结；

s5、再依次进行镀膜、印刷、烧结、激光划线隔离工艺。

所述s2中金属浆料中的金属可以为ag、cu、ni等，其金属浆料成分包括纳米银颗粒、树脂、有机溶剂及其它，按照质量百分比计算，其中纳米银颗粒为5%~30%、树脂为40%~60%、有机物载体为10%~40%，其它为0%~15%。

所述树脂为饱和丙烯酸酯、高分子量环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、酚醛树脂、饱和聚酯、聚醋酸乙烯酯、聚醋酸乙烯醇的一种或几种，饱和丙烯酸酯、高分子量环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、酚醛树脂、饱和聚酯、聚醋酸乙烯酯、聚醋酸乙烯醇以任意比例混合。所述有机物载体按重量百分比分为乙基纤维素1~20%，丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二辛酯、二乙二醇丁醚中任一种或组合30~50%、萜品醇30~69%，丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二辛酯、二乙二醇丁醚以任意比例混合。所述其他为松油醇、松节油、蓖麻醇的一种或几种。松油醇、松节油、蓖麻醇以任意比例混合。采用此金属浆料成分，使得金属浆料快速牢固地印刷于黑硅硅片需要穿孔的位置，该金属浆料使得在后续腐蚀过程中，在黑硅硅片形成穿孔，印刷过程在常温下即可完成。

进一步的，所述步骤s3中金属离子辅助刻蚀法：（1）将带有金属浆料的多晶硅硅片置于hf、h2o2、agno3、cu(no3)2及di纯水的混合溶液中，其中hf体积百分比浓度为0.3%~5%、h2o2体积百分比浓度为0%~4%、固体agno3物质的量浓度为0.01mol/l~2mol/l、固体cu(no3)2物质的量浓度为0mol/l~3mol/l，余量为di纯水，使用此混合溶液中进行初步腐蚀，反应温度为10℃~30℃，反应时间为10~300s；（2）再将初步腐蚀后的多晶硅硅片置于按照体积百分比浓度包括hf2%~8%、h2o21%~5%、异丙醇0.1%~3%、di纯水84%~96.9%的混合溶液中进行深度腐蚀，反应温度为10℃~60℃，反应时间为30s~500s，带有金属浆料的区域形成穿孔，未带有金属浆料的区域形成纳米绒面，即黑硅硅片；（3）将制备好的黑硅硅片置于清洗液中浸洗，反应温度为8℃~70℃，反应时间为60s~500s，清洗液的体积百分比浓度包括：h2o22%~6%、nh4oh1%~5%（百分比指h2o2、nh4oh分别占总混合溶液的体积比，h2o2、nh4oh指纯的h2o2、nh4oh，在本文中，其余百分比的含义依此类推）、di纯水89%~97%；（4）将清洗后的黑硅硅片置于体积分数0.1~3%的koh水溶液中扩孔，反应温度为15℃~35℃，反应时间为10s~80s。；（5）将扩孔后的黑硅硅片同样再置于步骤（3）中的同样配方的清洗液中清洗；（6）将清洗后的硅片再置于hf体积分数2%~10%的hf溶液（溶剂为水）中清洗，烘干，得到带有穿孔的黑硅硅片。

一种黑硅mwt背接触电池的制备方法，穿孔部分孔径为2~5mm，非穿孔的多晶硅硅片表面的结构为均匀分布的蜂巢状结构或倒金字塔结构。蜂巢状结构均为多边形开口，沿多边形开口的每个面均向多晶硅硅片内部倾斜延伸，且沿多边形开口的每个面均为多边形，每个蜂巢状结构的位于多晶硅硅片表面的开口大于其内部的延伸的底面；蜂巢状结构的多边形开口直径为100~1000纳米、垂直深度为50~800纳米；倒金字塔结构在多晶硅硅片的表面显示为方形开口，沿方形开口的四个边分别向多晶硅片内部倾斜延伸，四个锥形平面连接形成倒金字塔结构的锥形；倒金字塔结构的方形开口的边长为100-1000纳米、垂直深度为50-800纳米，其倾斜的锥形平面法线与多晶硅硅片上表面法线间的夹角为20-65度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明使用湿化学方法完成多晶硅片表面打孔及纳米陷光形貌的制备，充分利用了酸碱腐蚀特性，直接解决了传统激光打孔带来的碎片率升高，良率下降的问题，直接降低单片成本，同时结合纳米陷光表面结构的制备，可以有效提升电池的转化效率，进一步降低电池片的单瓦成本。且工艺简单，可实现大面积批量生产，拥有很广泛的应用市场。

附图说明

图1是实施例1中黑硅mwt背接触电池蜂巢状结构正面sem图像；

图2是实施例1中黑硅mwt背接触电池蜂巢状结构截面sem图像。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1

一种黑硅mwt背接触电池的制备方法，包括以下步骤：

s1、对多晶硅硅片表面进行去损伤层处理；将多晶硅硅片置于溶液中进行清洗，溶液配比及体积百分比浓度为：hf6%、hno33%、di纯水91%，其中hf、hno3均不含水；

s2、在多晶硅硅片表面需要开孔的位置印刷金属浆料；金属浆料成分由纳米银颗粒、树脂、有机溶剂及其它组成，按照质量百分比计算，其中纳米银颗粒为10%、树脂为55%、有机物载体为30%，其它为5%；其中有机物载体按重量百分比分为乙基纤维素5%，丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二辛酯、二乙二醇丁醚的组合45%（这三种物质质量相同）、萜品醇50%。树脂为饱和丙烯酸酯，其它为松节油。印刷图形及面积均根据电池片设计图形的打孔位置来定，印刷厚度为5-100um。

s3、将带金属浆料的多晶硅硅片进行黑硅制绒，带有金属浆料的硅片表面被穿孔，没有金属浆料的硅片表面（即硅片表面除了金属浆料位置以外的区域）则制备为黑硅纳米陷光结构，黑硅制绒方法使用金属离子辅助刻蚀法，得到带有穿孔的黑硅硅片；被穿孔的位置为硅片表面的金属浆料所在位置，在被穿孔的位置形成穿孔；s3具体步骤为：（1）将带有金属浆料的多晶硅硅片置于hf、h2o2、agno3、cu(no3)2及di纯水的混合溶液中，其中hf体积百分比浓度为1%、h2o2体积百分比浓度为1.8%、固体agno3物质的量浓度为0.03mol/l、固体cu(no3)2物质的量浓度为0.05mol/l，余量为di纯水，使用此混合溶液进行初步腐蚀，反应温度为23℃，反应时间为600s；（2）再将初步腐蚀后的多晶硅硅片置于按照体积百分比浓度且包括hf4%、h2o21.4%、异丙醇0.2%、di纯水94.4%的混合溶液中进行深度腐蚀，反应温度为23℃，反应时间为150s，带有金属浆料的区域形成穿孔，穿孔部分孔径为2~5mm，未带有金属浆料的区域形成纳米绒面，即黑硅硅片；（3）将制备好的黑硅硅片置于清洗液中浸洗，反应温度为50℃，反应时间为300s，清洗液的体积百分比浓度包括：h2o24.5%、nh4oh2.8%、di纯水92.7%，其中h2o2、nh4oh均不含水；（4）将清洗后的黑硅硅片置于体积分数2.1%的koh水溶液中扩孔，反应温度为23℃，反应时间为20s；（5）将扩孔后的黑硅硅片同样再置于步骤（3）中的同样配方的清洗液中清洗；（6）将清洗后的硅片再置于hf体积分数4%的hf水溶液中清洗，烘干，得到带有穿孔的黑硅硅片。

s4、将制备好的带有穿孔的黑硅硅片进行扩散，形成pn结；其为现有技术，不作详细说明。

s5、再依次进行镀膜、印刷、烧结、激光划线隔离工艺。其为现有技术，不作详细说明。

实施例1制备得到的黑硅硅片，非穿孔区域的多晶硅硅片表面的结构为均匀分布的蜂巢状结构或倒金字塔结构（其为立体结构）。蜂巢状结构均为多边形开口，沿多边形开口的每个面均向多晶硅硅片内部倾斜延伸，且沿多边形开口的每个面均为多边形，每个蜂巢状结构的位于多晶硅硅片表面的开口大于其内部的延伸的底面；蜂巢状结构的多边形开口直径为100~1000纳米、垂直深度为50~800纳米；倒金字塔结构在多晶硅硅片的表面显示为方形开口，沿方形开口的四个边分别向多晶硅片内部倾斜延伸，四个锥形平面连接形成倒金字塔结构的锥形；倒金字塔结构的方形开口的边长为100-1000纳米、垂直深度为50-800纳米，其倾斜的锥形平面法线与多晶硅硅片上表面法线间的夹角为20-65度。

实施例1的背接触电池平均转换效率19.5%。

实施例2

一种黑硅mwt背接触电池的制备方法，包括以下步骤：

s1、对多晶硅硅片表面进行去损伤层处理；将多晶硅硅片置于溶液中进行清洗，溶液配比及体积百分比浓度为：hf6%、hno33%、di纯水91%，其中hf、hno3均不含水；

s2、在多晶硅硅片表面需要开孔的位置印刷金属浆料；金属浆料成分由纳米银颗粒、树脂、有机溶剂及其它组成，按照质量百分比计算，其中纳米银颗粒为30%、树脂为50%、有机物载体为18%，其它2%。印刷图形及面积均根据电池片设计图形的打孔位置来定，印刷厚度为50um。所述树脂为高分子量环氧树脂、聚氨酯，环氧树脂、聚氨酯质量比为1：0.5；有机物载体按重量百分比分为乙基纤维素15%，丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二辛酯组合50%（两者质量比为1：1）、萜品醇55%。其它为松油醇。

s3、将带金属浆料的多晶硅硅片进行黑硅制绒，带有金属浆料的硅片表面被穿孔，没有金属浆料的硅片表面（即硅片表面除了金属浆料位置以外的区域）则制备为黑硅纳米陷光结构，黑硅制绒方法使用金属离子辅助刻蚀法，得到带有穿孔的黑硅硅片；被穿孔的位置为硅片表面的金属浆料所在位置，在被穿孔的位置形成穿孔；s3具体步骤为：（1）将带有金属浆料的多晶硅硅片置于hf、h2o2、agno3、cu(no3)2及di纯水的混合溶液中，其中hf体积百分比浓度为5%、h2o2体积百分比浓度为4%、固体agno3物质的量浓度为2mol/l、固体cu(no3)2物质的量浓度为2.5mol/l，余量为di纯水，使用此混合溶液进行初步腐蚀，反应温度为30℃，反应时间为300s；（2）再将初步腐蚀后的多晶硅硅片置于按照体积百分比浓度且包括hf8%、h2o25%、异丙醇3%、di纯水84%的混合溶液中进行深度腐蚀，反应温度为50℃，反应时间为450s，带有金属浆料的区域形成穿孔，穿孔部分孔径为5mm，未带有金属浆料的区域形成纳米绒面，即黑硅硅片；（3）将制备好的黑硅硅片置于清洗液中浸洗，反应温度为70℃，反应时间为500s，清洗液的体积百分比浓度包括：h2o26%、nh4oh5%、di纯水89%，其中h2o2、nh4oh均不含水；（4）将清洗后的黑硅硅片置于体积分数3%的koh水溶液中扩孔，反应温度为35℃，反应时间为70s；（5）将扩孔后的黑硅硅片同样再置于步骤（3）中的同样配方的清洗液中清洗；（6）将清洗后的硅片再置于hf体积分数10%的hf水溶液中清洗，烘干，得到带有穿孔的黑硅硅片。

s4、将制备好的带有穿孔的黑硅硅片进行扩散，形成pn结；其为现有技术，不作详细说明。

s5、再依次进行镀膜、印刷、烧结、激光划线隔离工艺。其为现有技术，不作详细说明。

实施例2制备得到的黑硅硅片，非穿孔区域的多晶硅硅片表面的结构为均匀分布的蜂巢状结构或倒金字塔结构（其为立体结构）。蜂巢状结构均为多边形开口，沿多边形开口的每个面均向多晶硅硅片内部倾斜延伸，且沿多边形开口的每个面均为多边形，每个蜂巢状结构的位于多晶硅硅片表面的开口大于其内部的延伸的底面；蜂巢状结构的多边形开口直径为100~1000纳米、垂直深度为50~800纳米；倒金字塔结构在多晶硅硅片的表面显示为方形开口，沿方形开口的四个边分别向多晶硅片内部倾斜延伸，四个锥形平面连接形成倒金字塔结构的锥形；倒金字塔结构的方形开口的边长为100-1000纳米、垂直深度为50-800纳米，其倾斜的锥形平面法线与多晶硅硅片上表面法线间的夹角为20-65度。

实施例2的背接触电池平均转换效率19.6%。

实施例3

一种黑硅mwt背接触电池的制备方法，包括以下步骤：

s1、对多晶硅硅片表面进行去损伤层处理；将多晶硅硅片置于溶液中进行清洗，溶液配比及体积百分比浓度为：hf6%、hno33%、di纯水91%，其中hf、hno3均不含水；

s2、在多晶硅硅片表面需要开孔的位置印刷金属浆料；金属浆料成分由纳米银颗粒、树脂、有机溶剂及其它组成，按照质量百分比计算，其中纳米银颗粒为15%、树脂为40%、有机物载体为40%，其它5%。印刷图形及面积均根据电池片设计图形的打孔位置来定，印刷厚度为20um。所述树脂为酰亚胺、酚醛树脂、饱和聚酯、聚醋酸乙烯酯、聚醋酸乙烯醇的混合物，酰亚胺、酚醛树脂、饱和聚酯、聚醋酸乙烯酯、聚醋酸乙烯醇的质量相同；有机物载体按重量百分比分为乙基纤维素20%，丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二辛酯的组合30%（两者质量比为1：1）、萜品醇50%。其他为蓖麻醇、松油醇的混合物，两者质量比为1：1。

s3、将带金属浆料的多晶硅硅片进行黑硅制绒，带有金属浆料的硅片表面被穿孔，没有金属浆料的硅片表面（即硅片表面除了金属浆料位置以外的区域）则制备为黑硅纳米陷光结构，黑硅制绒方法使用金属离子辅助刻蚀法，得到带有穿孔的黑硅硅片；被穿孔的位置为硅片表面的金属浆料所在位置，在被穿孔的位置形成穿孔；s3具体步骤为：（1）将带有金属浆料的多晶硅硅片置于hf、h2o2、agno3、cu(no3)2及di纯水的混合溶液中，其中hf体积百分比浓度为0.3%、h2o2体积百分比浓度为1%、固体agno3物质的量浓度为0.02mol/l、固体cu(no3)2物质的量浓度为0.02mol/l，余量为di纯水，使用此混合溶液进行初步腐蚀，反应温度为15℃，反应时间为200s；（2）再将初步腐蚀后的多晶硅硅片置于按照体积百分比浓度且包括hf2%、h2o21%、异丙醇0.5%、di纯水96.5%的混合溶液中进行深度腐蚀，反应温度为20℃，反应时间为500s，带有金属浆料的区域形成穿孔，穿孔部分孔径为3mm，未带有金属浆料的区域形成纳米绒面，即黑硅硅片；（3）将制备好的黑硅硅片置于清洗液中浸洗，反应温度为40℃，反应时间为400s，清洗液的体积百分比浓度包括：h2o22%、nh4oh2%、di纯水96%，其中h2o2、nh4oh均不含水；（4）将清洗后的黑硅硅片置于体积分数1%的koh水溶液中扩孔，反应温度为28℃，反应时间为50s；（5）将扩孔后的黑硅硅片同样再置于步骤（3）中的同样配方的清洗液中清洗；（6）将清洗后的硅片再置于hf体积分数3%的hf水溶液中清洗，烘干，得到带有穿孔的黑硅硅片。

s4、将制备好的带有穿孔的黑硅硅片进行扩散，形成pn结；其为现有技术，不作详细说明。

s5、再依次进行镀膜、印刷、烧结、激光划线隔离工艺。其为现有技术，不作详细说明。

实施例3制备得到的黑硅硅片，非穿孔区域的多晶硅硅片表面的结构为均匀分布的蜂巢状结构或倒金字塔结构（其为立体结构）。蜂巢状结构均为多边形开口，沿多边形开口的每个面均向多晶硅硅片内部倾斜延伸，且沿多边形开口的每个面均为多边形，每个蜂巢状结构的位于多晶硅硅片表面的开口大于其内部的延伸的底面；蜂巢状结构的多边形开口直径为100~1000纳米、垂直深度为50~800纳米；倒金字塔结构在多晶硅硅片的表面显示为方形开口，沿方形开口的四个边分别向多晶硅片内部倾斜延伸，四个锥形平面连接形成倒金字塔结构的锥形；倒金字塔结构的方形开口的边长为100-1000纳米、垂直深度为50-800纳米，其倾斜的锥形平面法线与多晶硅硅片上表面法线间的夹角为20-65度。

实施例3的背接触电池平均转换效率19.48%。

实施例4

金属浆料成分由纳米银颗粒、树脂、有机溶剂及其它组成，按照质量百分比计算，其中纳米银颗粒为10%、树脂为55%、有机物载体为35%，其它同实施例1。实施例4得到的背接触电池平均转换效率19.5%。

对比例1

对比例1是常规mwt背接触电池工艺方案，按照如下工艺步骤进行：去损伤层、激光打孔、清洗制绒、扩散制备pn结、镀膜、印刷浆料、烧结、激光划线。

测试对比例1中常规mwt背接触电池平均效率19.1%。

本发明中通过印刷金属浆料配合黑硅制绒实现硅片的穿孔，相比传统mwt背接触电池的工艺方案，省去激光打孔工序，此方案操作简单，设备投入低，无需激光打孔设备，最主要的是可以避免因激光打孔带来的碎片率升高，良率下降的问题；同时匹配黑硅制绒，可进一步提升电池转换效率约0.4%，相比传统的mwt背接触电池制作工艺，其单瓦成本可下降10~15%。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。