本发明涉及太阳能电池
技术领域：
，特别涉及一种改性高效晶硅太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
：太阳能电池作为一种绿色能源，以其取之不竭、无污染、不受地域资源限制等优点越来越受到人们的重视，因而，近年来，晶体硅太阳能电池作为主要的太阳能光伏发电单元得以迅速发展。在晶体硅太阳能电池中，要获得最大的受光面积的情况下导电性要好，最大程度的把硅片产生的电能输出来，这就要求正面电子银浆的触变性好，能印出高宽比大的栅线，烧结后开路电压大，串联电阻小，并联电阻大等。并且还要遵循欧盟的RoHS指令(不含Pb、Cd、Hg、Cr(VI)、PBB、PBDE)及欧盟RoHS关于邻苯二甲酸酯的指令2005/84/EC的行业的环保标准；硅太阳能电池用电子铝浆用于太阳能电池背表面场的形成，同时作为太阳能电池的背电场使用，而市场现有的铝浆在诸多性能上往往只是在某一方面有过人之处，有些光电转化效率高，但是无法避免铝包、铝刺等问题，翘曲也很严重；有的则注重于降低翘曲，但又存在附着力差、不耐水煮的现象。目前，晶体硅太阳能电池常规使用的工艺采用制绒、扩散、刻蚀、PECVD减反膜和印刷烧结等工序，硅片表面的绒面结构可以有效地降低太阳电池的表面反射率，是影响太阳电池光电转换效率的重要因素之一，但常用的机械刻槽法造成硅片表面的机械损伤比较严重，而且其成品率相对较低，激光刻蚀法制得的电池的效率都比较低，反应离子刻蚀法生产成本较高；在电池片背面通常采用全铝背场或背电极加铝背场结构，并没有对背面进行钝化，背面反射率较低，影响了电池的电压和电流性能，因此，在电池片生产中，如何提升光电转换效率和降低电池制造成本已成为整个光伏产业发展的根本。技术实现要素：为解决以上技术问题，本发明提供一种改性高效晶硅太阳能电池及其制备方法，以解决正银浆串联电阻小，满足环保的要求，背场铝浆同时具备附着力强、耐水煮，不翘曲的优异的物理性能和高光电转化率的问题。本发明采用的技术方案如下：一种改性高效晶硅太阳能电池，包括晶硅基板，关键在于：所述晶硅基板的正面和背面分别丝网印刷环保导电银浆和高性能晶硅太阳能背场铝浆料，经烘干、烧结后形成银栅线电极和铝背场；所述环保导电银浆由以下质量份数的原料组成：复配银粉75-85份，高性能无铅玻璃粉8-15份，有机载体15-25份，其中所述复配银粉为含有质量分数为4-9％超细氧化银的微米银粉；所述高性能背场铝浆由以下质量份数的原料组成：复配铝粉50-72份，改性碳纳米管3-6份，玻璃料3-11份，有机粘结剂20-35份，所述复配铝粉是由平均粒径为2μm的球形铝粉A、平均粒径为5μm的球形铝粉B、平均粒径为8μm的球形铝粉C和平均粒径为4μm的镁粉混合而成，所述球形铝粉A、球形铝粉B、球形铝粉C和镁粉的质量比为1：(1-5)：(7.2-8.0)：(1-2.5)。优选的，所述复配银粉采用以下方法制得：将氨水滴加至质量浓度为0.5mol/L的硝酸银溶液中，氨水与硝酸银的摩尔比为(1-4)：1，混合均匀得到混合溶液A，将质量比为1：(1-1.2)的油酸与质量浓度为1.5mol/L的抗坏血酸溶液混合均匀得到混合溶液B，然后将溶液A与溶液B同时滴加至反应器中，溶液A与溶液B的质量比为(18-40)：1，反应温度为15-45℃，反应时间为2-5h，反应完成后，将反应物过滤得到滤渣，将滤渣依次用去离子水和无水乙醇洗涤，洗涤产物在50℃真空下干燥4h得到所述微米银粉，所述微米银粉的粒径为0.8-2.5μm，振实密度为3.8-5.5g/cm3，然后将超细氧化银和微米银粉混合均匀得到所述复配银粉。优选的，所述改性碳纳米管采用以下方法制得：将碳纳米管置于体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸的混酸溶液中，所述碳纳米管与混酸溶液的质量体积比为(1-3)g：100ml，40℃下超声处理1h，然后用蒸馏水稀释后进行离心分离，所得沉淀再次用蒸馏水冲洗至中性，将纯化的碳纳米管在质量浓度为10g/L的SnCl2溶液中进行敏化处理30min后，再将敏化的碳纳米管用蒸馏水冲洗至中性，将敏化的碳纳米管与KOH按质量比为1:(1-4)充分混合后，在N2保护下进行活化，再将活化的碳纳米管用蒸馏水冲洗至中性后干燥，最后将活性碳纳米管加入镀液中，控制PH为8-9.5，搅拌反应8-20min，得到所述改性碳纳米管；所述镀液的组分为：NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O、Na3C6H5O7·2H2O、NaH2PO2·2H2O、NH4Cl和Pb(NO3)，其中Ni2+与[H2PO2]-的摩尔比为(0.4-0.55)：1。优选的，所述高性能无铅玻璃粉为低熔点玻璃粉，软化点为370℃～480℃；所述高性能无铅玻璃粉的无机成分以及相应质量百分比为：Bi2O360-80％，SiO210-20％，TiO24-8％，ZrO56-12％。优选的，所述玻璃料的成分及相应的百分含量为：Bi2O330-60％，B2O55-15％，SiO220-40％，ZnO5-30％，Al2O33-8％，ZrO20-2％，SrO1-4％，Sb2O35-15％；所述玻璃料由平均粒径0.3～1.5μm的玻璃粉A和平均粒径为2-6μm的玻璃粉B混合而成，所述玻璃粉A与所述玻璃粉B的质量比为1：(1.8-2.6)。优选的，所述有机载体按以下质量百分比组成：有机溶剂70-80％，脲基润滑脂13-16％，聚乙烯醋酸酯6-9％，蓖麻油1-5％；所述有机溶剂为松油醇、柠檬酸三丁酯和丁基卡必醇醋酸酯的混合溶剂，松油醇、柠檬酸三丁酯和丁基卡必醇醋酸酯的质量比为(8-5)：(4-2)：1。优选的，所述有机粘结剂的成分及其相应的百分含量为：有机树脂15-35wt％，溶剂60-80wt％，消泡剂0.5-1wt％，流平剂1-2wt％，触变剂0.5-2wt％。优选的，所述有机树脂由质量比为1：(1-1.5)：(1.5-2.5)的松香改性酚醛树脂，环氧树脂和乙基纤维素混合而成；所述溶剂为丙二醇单甲醚、己二醇、甲基乙基酮、和乳酸乙酯中的一种或多种；消泡剂为BYK-066；所述流平剂为醋酸丁基纤维素、己二酸二辛酯钠或聚二甲基羧酸酯钠中的至少一种；触变剂为氢化蓖麻油、聚酰胺蜡微粉或改性脲类触变剂中的至少一种。一种改性高效晶硅太阳能电池的制备方法，关键在于包括以下步骤：步骤一、清洗晶硅基板，去除表面损伤层；步骤二、将清洗后的晶硅基板放入含二氧化硅纳米球的溶液中，使晶硅基板的表面涂覆二氧化硅纳米分散层，然后将涂覆有二氧化硅纳米分散层的晶硅基板置于碱性溶液中进行腐蚀，再分别用第一酸性清洗液、第二酸洗清洗液和去离子水对腐蚀后的晶硅基板进行清洗，去除表面残余物，优化绒面结构；步骤三、在制绒后的晶硅基板扩散制备一层方阻为50-80的PN结；步骤四、对PN结进行去边缘刻蚀、及去磷硅玻璃处理；步骤五、在抛光后的晶硅基板的背面沉积叠层钝化膜，在抛光后的晶硅基板的正面沉积氮化硅减反膜；其中叠层钝化膜为从内向外设置的厚度为2-5nm的氧化硅膜，厚度为5-10nm的氧化铝膜和厚度为55～75nm的氮化硅膜，氮化硅减反膜为三层氮化硅膜，三层氮化硅膜从内向外分别为折射率为2.1-2.15的第一层膜、折射率为2.06-2.10的第二层膜和折射率为2.0-2.05第三层膜。步骤六、使用激光对叠层钝化膜进行刻槽；步骤七、在晶硅基板背面印刷背电极和高性能背场铝浆，高性能背场铝浆填满所刻凹槽，并覆盖整个背表面形成铝背场；步骤八、在晶硅基板正面印刷环保导电银浆形成正面银栅线电极；步骤九、高温烧结，使正面银栅线电极、铝背场分别与硅片形成良好的欧姆接触，以便搜集和导出电流。优选的，所述步骤二中所述二氧化硅纳米球的粒径为300-500nm，腐蚀条件为：所述碱性溶液为质量浓度为7.8％wt的四甲基氢氧化铵溶液，温度违纪70℃，腐蚀时间为3-6min，清洗条件为：所述第一酸性清洗液为质量浓度为49％的硝酸溶液，清洗时间为60～1200秒，清洗温度为5～85℃；所述第二酸洗清洗液为质量百分比为10％的氢氟酸溶液，清洗时间为60～600秒，清洗温度为5～45℃。有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种改性高效晶硅太阳能电池及其制备方法，环保导电银浆采用超细氧化银与微米银粉进行复配，有利于致密平整的银膜层的形成，能有效的提高电极纵横比，降低电阻率，而微米银粉的粒度适中，具有较大的振实密度和较高的烧结活性，Ag-Si界面的银微晶大小和数量适中，具有使电池具有较高的转换效率，增强了导电银浆的各项性能；采用高性能无铅玻璃粉实现了晶硅太阳能电池正面银导电浆料的无铅化，符合环保理念，并且基本达到含铅浆料的性能；通过有机载体组分及含量的调节，有效的控制有机载体的挥发速度，使导电银浆料的表面张力和自身流变性能得到改善，增大电极与其底部的硅片的实际接触面积，降低接触电阻，相应的电池串阻降低，提升电池的转换效率；高性能背场铝浆将多种平均粒径不同的铝粉和金属镁粉进行复配，可以改良铝浆与绒面化的硅晶片间的接触，可防止太阳能电池在煅烧工序期间翘曲，及可使铝泡或凸块的形成以及变黄的发生最小化，还可以增强铝液与碳纳米管之间的反应浸润，从而打断碳管团聚的范德华力，实现碳纳米管的弥散分布；改性碳纳米管通过对碳纳米管表面氧化、敏化和活化处理后进行化学镀镍，实现了碳管表面获得连续性致密性的镀层，并且经过化学镀镍的改性碳纳米管能提高与铝液的润湿性和界面结合力，还可以一定程度上降低铝浆烧结冷却后的翘曲度，作为导电导热性能很好的惰性组分可大幅增加短路电流与开路电压的值，以及可明显地提高太阳能电池的效率；通过有效地使用SrO以降低玻璃料的软化点，防止太阳能电池制程期间煅烧的硅晶片发生翘曲，通过有机粘结剂及含量的调节，使铝液与硅片形成良好的欧姆接触，附着力好，耐水煮，能够充分达成太阳能电池所要求的背电场效果。因此，本发明提供的改性高效晶硅太阳能电池具有低的接触电阻和低的单片需浆量，电池片表面平整光滑，无铝包铝刺，硅基片弯曲小，光电转化效率高。制备工艺兼并传统工艺，在硅片背面沉积叠层钝化膜可以同时提供场效应钝化和化学钝化，减少载流子复合，提高转换效率，在硅片正面采用化学腐蚀法制备织构化绒面可以促进对太阳光的吸收，多层氮化硅减反膜结构，每一层膜结构通过折射率的控制，均具有较好的针对特定波段增透减反射的光学性能，且由于折射率的不同，每层膜结构所针对增透减反射的特定波段不同，增加了氮化硅减反射钝化层增透减反射的波长范围，即优化了氮化硅减反射钝化层的光学性能。既满足发展新能源的需求，又符合环保理念，可大批量持续生产，具有广阔的应用前景。具体实施方式为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。实施例1改性高效晶硅太阳能电池I的制备步骤一、清洗晶硅基板，去除表面损伤层；步骤二、将清洗后的晶硅基板放入含粒径为300-500nm的二氧化硅纳米球的溶液中，使晶硅基板的表面涂覆二氧化硅纳米分散层，然后将涂覆有二氧化硅纳米分散层的晶硅基板置于碱性溶液中进行腐蚀，腐蚀条件为：所述碱性溶液为质量浓度为7.8％wt的四甲基氢氧化铵溶液，温度违纪70℃，腐蚀时间为3-6min，再分别用第一酸性清洗液、第二酸洗清洗液和去离子水对腐蚀后的晶硅基板进行清洗，清洗条件为：所述第一酸性清洗液为质量浓度为49％的硝酸溶液，清洗时间为60～1200秒，清洗温度为5～85℃；所述第二酸洗清洗液为质量百分比为10％的氢氟酸溶液，清洗时间为60～600秒，清洗温度为5～45℃，去除表面残余物，优化绒面结构；步骤三、在制绒后的晶硅基板扩散制备一层方阻为50-80的PN结；步骤四、对PN结进行去边缘刻蚀、及去磷硅玻璃处理；步骤五、在抛光后的晶硅基板的背面沉积叠层钝化膜，在抛光后的晶硅基板的正面沉积氮化硅减反膜；其中叠层钝化膜为从内向外设置的厚度为2-5nm的氧化硅膜，厚度为5-10nm的氧化铝膜和厚度为55～75nm的氮化硅膜，氮化硅减反膜为三层氮化硅膜，三层氮化硅膜从内向外分别为折射率为2.1-2.15的第一层膜、折射率为2.06-2.10的第二层膜和折射率为2.0-2.05第三层膜。步骤六、使用激光对叠层钝化膜进行刻槽；步骤七、在晶硅基板背面印刷背电极和高性能背场铝浆I，高性能背场铝浆I填满所刻凹槽，并覆盖整个背表面形成铝背场；所述高性能背场铝浆I由复配铝粉50份，改性碳纳米管3份，玻璃料3份，有机粘结剂20份组成，所述复配铝粉是由质量比为1：1：7.2：1的平均粒径为2μm的球形铝粉A、平均粒径为5μm的球形铝粉B、平均粒径为8μm的球形铝粉C和平均粒径为4μm的镁粉混合而成。步骤八、在晶硅基板正面印刷环保导电银浆I形成正面银栅线电极；所述环保导电银浆I由复配银粉75份，高性能无铅玻璃粉8份，有机载体15份组成，其中所述复配银粉为含有质量分数为4超细氧化银的微米银粉；步骤九、高温烧结，使正面银栅线电极、铝背场分别与硅形成良好的欧姆接触，以便搜集和导出电流。实施例2改性高效晶硅太阳能电池II的制备步骤一、清洗晶硅基板，去除表面损伤层；步骤二、将清洗后的晶硅基板放入含粒径为300-500nm的二氧化硅纳米球的溶液中，使晶硅基板的表面涂覆二氧化硅纳米分散层，然后将涂覆有二氧化硅纳米分散层的晶硅基板置于碱性溶液中进行腐蚀，腐蚀条件为：所述碱性溶液为质量浓度为7.8％wt的四甲基氢氧化铵溶液，温度违纪70℃，腐蚀时间为3-6min，再分别用第一酸性清洗液、第二酸洗清洗液和去离子水对腐蚀后的晶硅基板进行清洗，清洗条件为：所述第一酸性清洗液为质量浓度为49％的硝酸溶液，清洗时间为60～1200秒，清洗温度为5～85℃；所述第二酸洗清洗液为质量百分比为10％的氢氟酸溶液，清洗时间为60～600秒，清洗温度为5～45℃，去除表面残余物，优化绒面结构；步骤三、在制绒后的晶硅基板扩散制备一层方阻为50-80的PN结；步骤四、对PN结进行去边缘刻蚀、及去磷硅玻璃处理；步骤五、在抛光后的晶硅基板的背面沉积叠层钝化膜，在抛光后的晶硅基板的正面沉积氮化硅减反膜；其中叠层钝化膜为从内向外设置的厚度为2-5nm的氧化硅膜，厚度为5-10nm的氧化铝膜和厚度为55～75nm的氮化硅膜，氮化硅减反膜为三层氮化硅膜，三层氮化硅膜从内向外分别为折射率为2.1-2.15的第一层膜、折射率为2.06-2.10的第二层膜和折射率为2.0-2.05第三层膜。步骤六、使用激光对叠层钝化膜进行刻槽；步骤七、在晶硅基板背面印刷背电极和高性能背场铝浆II，高性能背场铝浆II填满所刻凹槽，并覆盖整个背表面形成铝背场；所述高性能背场铝浆II由复配铝粉72份，改性碳纳米管6份，玻璃料11份，有机粘结剂35份组成，所述复配铝粉是由质量比为1：5：8.0：2.5的平均粒径为2μm的球形铝粉A、平均粒径为5μm的球形铝粉B、平均粒径为8μm的球形铝粉C和平均粒径为4μm的镁粉混合而成。步骤八、在晶硅基板正面印刷环保导电银浆II形成正面银栅线电极；所述环保导电银浆II由复配银粉85份，高性能无铅玻璃粉15份，有机载体25份组成，其中所述复配银粉为含有质量分数为9％超细氧化银的微米银粉；步骤九、高温烧结，使正面银栅线电极、铝背场分别与硅形成良好的欧姆接触，以便搜集和导出电流。实施例3改性高效晶硅太阳能电池III的制备步骤一、清洗晶硅基板，去除表面损伤层；步骤二、将清洗后的晶硅基板放入含粒径为300-500nm的二氧化硅纳米球的溶液中，使晶硅基板的表面涂覆二氧化硅纳米分散层，然后将涂覆有二氧化硅纳米分散层的晶硅基板置于碱性溶液中进行腐蚀，腐蚀条件为：所述碱性溶液为质量浓度为7.8％wt的四甲基氢氧化铵溶液，温度违纪70℃，腐蚀时间为3-6min，再分别用第一酸性清洗液、第二酸洗清洗液和去离子水对腐蚀后的晶硅基板进行清洗，清洗条件为：所述第一酸性清洗液为质量浓度为49％的硝酸溶液，清洗时间为60～1200秒，清洗温度为5～85℃；所述第二酸洗清洗液为质量百分比为10％的氢氟酸溶液，清洗时间为60～600秒，清洗温度为5～45℃，去除表面残余物，优化绒面结构；步骤三、在制绒后的晶硅基板扩散制备一层方阻为50-80的PN结；步骤四、对PN结进行去边缘刻蚀、及去磷硅玻璃处理；步骤五、在抛光后的晶硅基板的背面沉积叠层钝化膜，在抛光后的晶硅基板的正面沉积氮化硅减反膜；其中叠层钝化膜为从内向外设置的厚度为2-5nm的氧化硅膜，厚度为5-10nm的氧化铝膜和厚度为55～75nm的氮化硅膜，氮化硅减反膜为三层氮化硅膜，三层氮化硅膜从内向外分别为折射率为2.1-2.15的第一层膜、折射率为2.06-2.10的第二层膜和折射率为2.0-2.05第三层膜。步骤六、使用激光对叠层钝化膜进行刻槽；步骤七、在晶硅基板背面印刷背电极和高性能背场铝浆III，高性能背场铝浆III填满所刻凹槽，并覆盖整个背表面形成铝背场；所述高性能背场铝浆III由复配铝粉65份，改性碳纳米管5份，玻璃料3份，有机粘结剂30份组成，所述复配铝粉是由质量比为1：1.8：7.5：1.2的平均粒径为2μm的球形铝粉A、平均粒径为5μm的球形铝粉B、平均粒径为8μm的球形铝粉C和平均粒径为4μm的镁粉混合而成。步骤八、在晶硅基板正面印刷环保导电银浆III形成正面银栅线电极；所述环保导电银浆III由复配银粉82份，高性能无铅玻璃粉9份，有机载体20份组成，其中所述复配银粉为含有质量分数为5％超细氧化银的微米银粉；步骤九、高温烧结，使正面银栅线电极、铝背场分别与硅形成良好的欧姆接触，以便搜集和导出电流。实施例4对比实施例设备和操作同实施例3，不同的是将商购的电极浆料(Ferro，33-462正面银浆)替代环保导电银浆，其他原料及其用量不变，所得到的晶硅太阳能电池IV。实施例5对比实施例设备和操作同实施例3，不同的是将商购的背铝浆(开元，MAR63铝浆)替代高性能背场铝浆，其他原料及其用量不变，所得到的晶硅太阳能电池V。背面场铝浆采用硕禾108C牌号对各实施例制备得到晶硅太阳能电池进行光电性能测试：使用太阳能电池片专用测试仪器(NELC-140A)，在标准测试条件(STC)下，测试各实施例制得的导电银浆料所制作的太阳能电池片I-VI的光电转化效率、短路电流和串联电阻；标准测试条件为：光强：1000W/m2；光谱：AM1.5；温度：25℃，测试结果如表1所示。表1各晶硅太阳能电池I-V光电性能测试结果对比组别短路电流Isc(A)串联电阻Rs(Ω)光电转换率(％)太阳能电池I5.7210.006218.09太阳能电池II5.7060.006417.95太阳能电池III5.7290.005518.16太阳能电池IV5.7210.006218.09太阳能电池V5.6930.006717.84从上述表中的实验结果可以看出，本发明的晶硅太阳能电池短路电流较大、串联电阻低，光电转化效率高。最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。当前第1页1 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