[发明专利]一种硼组合物包覆硅纳米浆料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种硼组合物包覆硅纳米浆料的制备方法及其应用。

背景技术

目前，晶体硅国太阳能电池几乎全部基于P型硅片。P型硅片中通常存在微量的硼氧组合物。使P型电池光致衰减现象，导致电池发电能力下降。相对来说，N型晶硅有许多优点，无光致衰减现象，温度系数低。更重要的是，由于非对称扑捉系数的关系，N型晶硅的少数载流子寿命对金属杂质的要求也不像P型晶硅那样苛刻。因此，N型电池有成本低，发电效率高等优点。成为太阳能电池发展趋势。

目前， 普通N型电池片的基本工艺步骤为：制绒→扩散→氮化硅钝化→导电银浆印刷→烧结→电池片。扩散过程中，通常用三溴化硼气体为硼源在高温扩散炉中将硼扩散到N型硅片基板而形成PN结。理想的电池设计要求对栅线覆盖区域进行重掺，以降低接触电阻，提高填充因子。对光照区，即栅线之间，擬进行轻掺，以提高开路电压和闭路电流。综合提高电池的光电转换效率。

发明内容

为了满足设计和制备N型电池的需要，本发明公开一种含硼浆料，用丝网印刷方式实现对栅线覆盖区域进行重掺。它以金属硅为载体，无腐蚀性，扩散后不需清洗，比硼酸及含硼玻璃粉等浆料体系优越。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

    一种高聚硼包覆纳米硅浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）制备纳米硅悬浊液；

2）在步骤1）制得的纳米硅悬浊液里进行硼聚合包覆反应，反应过程通入保护气氛，同时进行搅拌，将纳米硅悬浊液和含硼高聚物得到均匀的混合分散，从而制得含硼纳米硅浆料，所述含硼纳米硅浆料的粘度在1.0PaS-15.0PaS。

上述工艺步骤具体为：

制备微米级硅粉：利用高能球磨机将硅原料研磨1-4小时得到10-100微米的小硅粒；

制备纳米级硅粉：进行系统抽真空后充入氩气。几次循环后，系统内为氩气环境。调节系统工作气体压力在0.1-0.5MPa之间；开启等离子体发生器电源，功率为5~200千瓦，频率为1~20兆赫兹，调节电压和电流分别在100-200V和50-200A的范围内，使等离子体火炬稳定；同时，从风屏进口处引入冷却气体，开启循环冷却水。控制冷却腔温度60-120℃。启动送粉器，利用氩气流以每小时200-600克硅粉的速度将微米级硅粒带入等离子体火炬，通过气化、成核、生长步骤形成粒径为10-100nm的纳米硅；喷雾溶剂收集：以每小时200-600克的速度喷雾投入气化溶剂，溶剂含有1-3%分散介质，雾化液珠与纳米硅粒结合沉降于圆底烧瓶中，得到悬浊液；

制备多聚硼包覆纳米硅浆料：在保护气氛条件下将20份-60份的含硼化合物和1份-50份的醇化合物置于装有悬浊液的圆底烧瓶中，连续搅拌，将温度控制在60- 120℃, 回流2- 4小时，得到粘稠状含磷纳米硅浆料，粘度范围在1.0-15.0PaS。

优选的，所述含硼化合物为硼酸、三氧化二硼或环硼氮烷中的一种或多种混合物；

优选的，所述醇化合物为异丙醇、松油醇或丙烯酸异冰片环己醇中的中的一种或多种混合物。

优选的，所述气化溶剂为甲苯、环硼氮烷、六甲基二硅氧烷、六甲基二硅氮烷、异丙醇、松油醇、丙烯酸异冰片环己醇中的一种或几种的混合物。

优选的，所述分散介质为三辛基氧化磷或磷酸三辛酯中的一种或两种混合物。

优选的，所述惰性气氛为氮气。

利用上述制备方法制备的多聚硼纳米硅复合浆料的应用，其特征在于，可用于制备太阳能电池，使用工业丝网印刷机将浆料印刷在太阳能电池硅片上，在通常扩散工艺下，可对硅片基板进行选择性掺杂，并形成高、低硼掺杂区域，硼浆覆盖区为高掺杂区，非覆盖区为低掺杂区

上述应用具体步骤为：使用邵氏硬度30-80的PU刮条将上述复合浆料涂在325-400目的丝网印刷网版上。 施加60-90N的印刷压力，以120-200mm/s的印刷速度，将复合浆料印刷在N型电池硅片表面。在200-400℃温度下将溶剂蒸发烘干后，将硅片置于扩散炉内进行硼掺杂扩散。在800-850℃温度下，利用氮气将三溴化硼携带入扩散炉的石英管内，将炉温调至850-1000℃进行硼掺杂扩散，扩散时间为1小时。扩散完成后，硼原子被驱入硅片内，实现浆料覆盖区为重掺杂区，非覆盖区为轻掺杂区。重掺杂区方阻值为10-60Ω/sq，轻掺杂区方阻值为80-120Ω/sq。

发明优点：

本发明所述含磷纳米硅浆料的制备方法及其在晶硅电池领域的应用，具有如下优点：