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CN103855252A - 一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法 - Google Patents

一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法 Download PDF

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CN103855252A CN201410051094.5A CN201410051094A CN103855252A CN 103855252 A CN103855252 A CN 103855252A CN 201410051094 A CN201410051094 A CN 201410051094A CN 103855252 A CN103855252 A CN 103855252A
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Abstract

一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，采用激光局域热处理预置浆料的电池表面，一步完成掺杂和烧结两个技术环节，同时获得选择性发射区和栅线电极种子层。后续采用电镀和热退火技术完成制备流程。本发明的制备方法具有无铅环保、技术流程简单、无需特种设备、产品性能优异等优点。

Description

一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法
技术领域
本发明属于晶硅太阳电池技术领域，特别涉及一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法。
背景技术
晶硅电池提高竞争力的决定性因素就是提高光电转换效率。20世纪80年代之后，电池效率的提升主要是由于栅线电极、硅发射极等方面制备技术的优化。常规均匀发射极晶硅电池效率的提升主要依赖于银浆性能的改进。目前常规晶硅电池效率的提升空间已经十分有限，选择性发射极技术在收集电流的栅线电极以下采用重掺杂，以得到低接触电阻，而在产生光电子的太阳能电池受光区域以下采用轻掺杂，具有更少的俄歇复合，是目前显著提高实验室与产业化晶硅电池转换效率的主流技术。近年来发展了多种选择性发射极太阳能电池技术，例如掺杂银浆、激光刻槽埋栅、激光掺杂等技术。掺杂银浆就是在银浆中添加掺杂剂，通过丝网印刷等技术印制在电池前表面，然后在烧结过程中掺杂原子在硅发射极中局域扩散，通过获得局域重掺杂以降低接触电阻(Hilali,Optimization of self-doping ag paste firing toachieve high fill factors on screen-printed silicon solar cells with a100ω/sq.Emitter,Photovoltaic Specialists Conference,2002.Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE,(2002)356-359;林喜斌,N型掺杂银浆的研制,稀有金属,27(2003)246-248)。然而，该方案需要硅片整体经过高温烧结过程，为了保证足够的磷掺杂，所需的烧结温度较高，甚至可能达到1000℃(Porter,Phosphorus-doped,silver-based pastes for self-doping ohmic contacts for crystallinesilicon solar cells,Sol.Energy Mater.Sol.Cells,73(2002)209-219)，高温过程会破坏硅片的晶体结构从而降低电池效率。此外，由于掺杂剂的添加，浆料中的银含量会适当降低，影响栅线电极的导电性。采用激光的选择性发射极太阳能电池技术，已经发展了两代技术：激光刻槽埋栅和激光掺杂。激光刻槽埋栅技术由澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）首先提出，该方案采用激光在电池表面刻蚀出微米量级的沟槽，然后通过化学镀或者电镀的方法制备栅线电极，最后进行热退火。然而该方案需要两次管式扩散、边缘刻蚀等环节，工艺过于复杂，同时也需要硅片整体通过烧结炉以完成电极烧结。UNSW和德国Fraunhofer研究所将该技术改进为激光掺杂技术，采用激光局域热处理电池表面的掺杂剂完成局域重掺杂，主要分为干法激光掺杂(Wenham,Self aligning method for forming a selective emitter and metallization in asolar cell,6429037(2002)9)和湿法激光掺杂(Kray,Process and device for theprecision-processing of substrates by means of a laser coupled into a liquid stream,and use ofsame,20100213166(2010)13)两种。干法激光掺杂就是通过激光局域热处理预沉积在电池表面的掺杂剂获得局域重掺杂，然后通过电镀等技术制备栅线电极，最后通过热退火完成电极烧结。而湿法激光掺杂就是通过耦合于掺杂溶液中的激光局域热处理电池表面形成局域重掺杂，然后采用电镀等技术完成栅线电极制备，最后采用热退火进行电极烧结。UNSW的干法激光掺杂电池效率已经超过19%(Lee,Improved ldse processing for the avoidance of overplatingyielding19.2%efficiency on commercial grade crystalline si solar cell,Sol.Energy Mater.Sol.Cells,95(2011)3592-3595)，Fraunhofer研究所采用湿法激光掺杂技术的电池效率已经超过20%(Kray,Laser-doped silicon solar cells by laser chemical processing(lcp)exceeding20%efficiency,33rd IEEE Photovoltaic Specialist Conference,(2008)786-788)。然而，激光掺杂技术流程也较为复杂，在预置掺杂层之后，采用激光局域热处理预置层完成局域掺杂，然后采用电镀等方法制备电极，最后硅片整体通过烧结炉热退火完成电极烧结。分别完成局域掺杂和电极烧结两个环节，过多的技术环节增加了电池污染破损的可能性，硅片整体通过烧结炉增加了硅片的热损伤，制约了效率的进一步提升，也提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术重掺杂发射区制备需要整体高温烧结，并且流程复杂的缺点，提供一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法。本发明用于采用一步法获得选择性发射区和栅线电极种子层的激光烧结方法制备重掺杂发射区和栅线电极，可降低硅片的热损伤，简化工艺步骤。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
（1）采用丝网印刷、气动印刷或者喷墨印刷在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料；
（2）采用激光局域热处理所述步骤（1）制得的硅发射极的置有浆料，同时获得晶硅太阳电池的重掺杂发射区和栅线电极种子层；所述的激光为连续激光或者脉冲激光，所述的激光波长为355nm或532nm或者1064nm，扫描速度为0.1～100m/s，所述的脉冲激光频率为0.1～10MHz；
（3）采用电镀工艺增厚所述步骤（2）制得的晶硅太阳电池的栅线电极种子层，所述的电镀的电流密度为0.1～20A/dm2，所述的电镀的工艺时间为0.1～60min。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对电镀后的晶硅太阳电池的硅发射极和栅线电极进行热退火，热退火的峰值温度为100～900℃，所述的热退火时间为0.1～60min。至此，本发明发射区和栅线电极掺杂完成。
优选地，所述的步骤（1）中的浆料由金属颗粒、掺杂剂和有机载体组成。
优选地，所述的浆料中金属颗粒含量为60～90wt%，掺杂剂含量为0.1～20wt%，有机载体含量为0.1～30wt%。
优选地，所述的金属颗粒为银粉、镍粉、铜粉中的一种或者多种。
优选地，所述的掺杂剂为磷酸、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、磷酸二辛脂、红磷、正磷酸银、焦磷酸银、偏磷酸银、磷酸镍、磷酸铜中的一种或者多种。
优选地，所述的有机载体由有机溶剂和粘结剂、触变剂、流平剂、表面活性剂、分散剂、粘度调节剂中的一种或者多种组成的混合物组成。
优选地，所述的有机载体中有机溶剂含量为0.1～30wt%，粘结剂含量为0.1～20wt%，触变剂含量为0.1～20wt%，流平剂含量为0.1～20wt%，表面活性剂含量为0.1～20wt%，分散剂含量为0.1～20wt%，粘度调节剂含量为0.1～20wt%。
优选地，所述的有机溶剂为卡必醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇苯醚、乙二醉单丁醚醋酸酯、松节油、松油醇中的一种或者多种；所述的粘结剂为乙基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯、丙烯酸树脂、顺丁烯二酸二丁酯、硝化纤维素中的一种或者多种；所述的触变剂为邻苯二甲酸二丁酯、胶体二氧化硅、聚酰胺蜡、气相二氧化硅中一种或者多种；所述的流平剂为有机硅油、聚丙烯酸、二甲苯、三乙醇胺、氢化蓖麻油、聚丙烯酸乙酯中的一种或者多种；所述的表面活性剂为聚山梨酯、卵磷脂、三乙醇胺中的一种或者多种；所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基吡啶、聚乙烯吡咯烷酮、丙三醇中的一种或者多种；所述的粘度调节剂为松油醇、卡必醇、酒精中的一种或者多种。
本发明的有益效果体现在：
（1）本发明的技术方案采用激光局域热处理置有浆料的硅发射极的既可以将磷原子掺杂到硅材料的电活性区域，形成重掺杂的选择性发射区，也可以在栅线电极与硅发射极之间形成良好的银硅欧姆接触，一步便可以完成局域掺杂和电极烧结两个技术环节，同时获得重掺杂发射区和栅线电极种子层，然后采用无沉积宽度限制的电镀技术增厚栅线电极，最后通过热退火完成电池制备过程。从而克服了掺杂银浆烧结温度高、激光掺杂工艺复杂等不足，通过局域热处理就能够快速制备选择性发射区，对于高温过程中少子寿命衰减明显的经济型太阳能级硅片意义重大，并且能够基于常规太阳能电池生产线，适合于产业化太阳能电池生产。
（2）所采用的含掺杂剂的浆料，是为了匹配激光烧结技术而设计的新型浆料，主要由导电功能相、掺杂相和有机载体组成。导电功能相起导热、导电作用，采用金属颗粒；掺杂相起局域掺杂作用；有机载体使浆料具有触变性、流变性等特性，采用有机溶剂和粘结剂、触变剂、流平剂、表面活性剂、分散剂、粘度调节剂等多种添加剂。
（3）激光局域热处理置有浆料的硅发射极时，磷原子和金属原子会同时在液体硅中进行液相扩散。磷原子液相扩散系数约为5.1×10-4cm2/s，而银原子液相扩散系数约为8.9×10-5cm2/s，镍原子液相扩散系数约为6.3×10-5cm2/s，铜原子液相扩散系数约为1.1×10-4cm2/s，明显的扩散系数差别能够避免银与p型硅的接触，保证电池不漏电。
（4）高能量激光的采用，足以熔化硅发射极表面的浆料和部分硅发射极，浆料中无需铅元素的存在，满足了2007年3月1日起施行，由中华人民共和国信息产业部、中华人民共和国国家发展和改革委员会、中华人民共和国商务部、中华人民共和国海关总署、中华人民共和国国家工商行政管理总局、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中华人民共和国国家环境保护总局共同发布的文号为信息产业部令[第39号]的《电子信息产品污染控制管理办法》和欧盟于2006年7月1日起实施的RoHS标准规定的环保要求。
（5）本发明制备方法具有无铅环保、技术流程简单、无需特种设备、产品性能优异等优点。
附图说明
图1本发明实施例的重掺杂发射区和栅线电极制备方法中激光烧结与电镀后的栅线电极截面的扫描电子显微镜（SEM）图。
具体实施方式
实施例1
（1）采用丝网印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由60wt%的银粉、20wt%的磷酸和20wt%的有机载体组成。所述的有机载体由0.1wt%的卡必醇、20wt%的乙基纤维素、20wt%的邻苯二甲酸二丁酯、20wt%的有机硅油、20wt%的聚山梨酯、9.9wt%的十二烷基硫酸钠、10wt%的松油醇组成；
（2）采用355nm波长、0.1m/s、0.1MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，同时获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层，电镀的电流密度为0.1A/dm2，电镀时间为60min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为200℃，退火时间为60min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
实施例2
（1）采用气动印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由65wt%的镍粉、3wt%的磷酸、2wt%的磷酸三丁酯和30wt%的有机载体组成。所述的有机载体由0.5wt%的卡必醇、0.5wt%的丁基卡必醇、5wt%的乙基纤维素、4wt%的邻苯二甲酸二丁酯、20wt%的胶体二氧化硅、10wt%的有机硅油、10wt%的聚丙烯酸、10wt%的聚山梨酯、10wt%的卵磷脂、5wt%的十六烷基苯磺酸钠、5wt%的十六烷基三甲基溴化铵、10wt%的卡必醇、10wt%的酒精组成；
（2）采用532nm波长、10m/s、5MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，一步获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层。电镀的电流密度为5A/dm2，电镀时间为50min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为400℃，退火时间为50min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
实施例3
（1）采用喷墨印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由70wt%的铜粉、5wt%的磷酸、4wt%的磷酸二辛脂、3wt%的磷酸三辛酯和18wt%的有机载体组成。所述的有机载体由3wt%的丁基卡必醇醋酸酯、1wt%丙二醇甲醚醋酸酯、1wt%乙二醇苯醚、3wt%的丙烯酸树脂、1wt%的顺丁烯二酸二丁酯、1wt%的硝化纤维素、10wt%的聚酰胺蜡、10wt%的气相二氧化硅、10wt%的二甲苯、5wt%的三乙醇胺、5wt%的氢化蓖麻油、10wt%的三乙醇胺、5wt%的十六烷基三甲基溴化铵、5wt%的十六烷基吡啶、5wt%的聚乙烯吡咯烷酮、5wt%的丙三醇、10wt%的松油醇、5wt%的卡必醇、5wt%的酒精组成；
（2）采用1064nm波长、40m/s、10MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，一步获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层。电镀的电流密度为10A/dm2，电镀时间为40min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为600℃，退火时间为40min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
实施例4
（1）采用丝网印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由45wt%的银粉、30wt%的镍粉、3wt%的磷酸、3wt%的磷酸二辛脂、2wt%的正磷酸银、2wt%的焦磷酸银和15wt%的有机载体组成。所述的有机载体由3wt%的丙二醇甲醚醋酸酯、3wt%乙二醇苯醚、2wt%乙二醉单丁醚醋酸酯、2wt%松节油、10wt%的顺丁烯二酸二丁酯、10wt%的气相二氧化硅、4wt%的三乙醇胺、3wt%的氢化蓖麻油、3wt%的聚丙烯酸乙酯、20wt%的聚山梨酯、20wt%的十六烷基吡啶、20wt%的松油醇组成；
（2）采用355nm波长、60m/s、3MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，一步获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层。电镀的电流密度为15A/dm2，电镀时间为30min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为700℃，退火时间为30min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
实施例5
（1）采用气动印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由40wt%的银粉、40wt%的铜粉、1wt%的磷酸、1wt%的磷酸三丁酯、1wt%的磷酸三辛酯、1wt%的磷酸二辛脂、1wt%的红磷、1wt%的正磷酸银、1wt%的焦磷酸银、1wt%的偏磷酸银和12wt%的有机载体组成。所述的有机载体由15wt%的乙二醇苯醚、0.1wt%的硝化纤维素、4.9wt%的邻苯二甲酸二丁酯、20wt%的氢化蓖麻油、20wt%的卵磷脂、20wt%的聚乙烯吡咯烷酮、20wt%的卡必醇组成；
（2）采用355nm波长、0.1m/s、0.1MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，同时获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层。电镀的电流密度为0.1A/dm2，电镀时间为60min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为200℃，退火时间为60min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
实施例6
（1）采用喷墨印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由45wt%的铜粉、40wt%的镍粉、2wt%的磷酸三丁酯、3wt%的磷酸铜和10wt%的有机载体组成。所述的有机载体由5wt%的乙二醉单丁醚醋酸酯、5wt%的乙二醇苯醚、5wt%的松节油、5wt%的松油醇、9.9wt%的乙基纤维素、0.1wt%的胶体二氧化硅、10wt%的聚丙烯酸乙酯、10wt%的聚山梨酯、5wt%的卵磷脂、5wt%的三乙醇胺、20wt%的丙三醇、20wt%的酒精组成；
（2）采用532nm波长、10m/s、5MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，一步获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层。电镀的电流密度为5A/dm2，电镀时间为50min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为400℃，退火时间为50min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
实施例7
（1）采用丝网印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由50wt%的银粉、20wt%的镍粉、20wt%的铜粉、0.5wt%的正磷酸银、0.5wt%的磷酸三辛酯和9wt%的有机载体组成。所述的有机载体由25wt%的松节油、10wt%的邻苯二甲酸二丁酯、4.9wt%的聚酰胺蜡、0.1wt%的有机硅油、20wt%的聚山梨酯、20wt%的十二烷基硫酸钠、20wt%的松油醇组成；
（2）采用1064nm波长、40m/s、10MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，一步获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层。电镀的电流密度为10A/dm2，电镀时间为40min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为600℃，退火时间为40min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
实施例8
（1）采用气动印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由85wt%的镍粉、1wt%的磷酸镍、1wt%的磷酸二辛脂、1wt%的红磷和12wt%的有机载体组成。所述的有机载体由30wt%的松油醇、5wt%的丙烯酸树脂、2.9wt%的气相二氧化硅、1wt%的胶体二氧化硅、1wt%的聚酰胺蜡、4wt%的聚丙烯酸、4wt%的二甲苯、4wt%的三乙醇胺、4wt%的氢化蓖麻油、4wt%的聚丙烯酸乙酯、0.1wt%的卵磷脂、20wt%的十六烷基苯磺酸钠、10wt%的松油醇、5wt%的卡必醇、5wt%的酒精组成；
（2）采用355nm波长、60m/s、3MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，一步获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层。电镀的电流密度为15A/dm2，电镀时间为30min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为700℃，退火时间为30min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
实施例9
（1）采用喷墨印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由80wt%的银粉、10.9wt%的焦磷酸银、6wt%的磷酸三丁酯、2wt%的磷酸三辛酯、1wt%的磷酸二辛脂和0.1wt%的有机载体组成。所述的有机载体由5wt%的卡必醇、5wt%的乙二醉单丁醚醋酸酯、5wt%的松节油、5wt%的松油醇、10wt%的顺丁烯二酸二丁酯、9.9wt%的邻苯二甲酸二丁酯、20wt%的有机硅油、20wt%的聚山梨酯、0.1wt%的丙三醇、10wt%的卡必醇、10wt%的酒精组成；
（2）采用532nm波长、80m/s、6MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，一步获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层。电镀的电流密度为18A/dm2，电镀时间为10min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为800℃，退火时间为10min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
实施例10
（1）采用丝网印刷的方法在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料。所述的浆料由75wt%的银粉、0.1wt%的偏磷酸银和24.9wt%的有机载体组成。所述的有机载体由10wt%的丁基卡必醇、9.9wt%的邻苯二甲酸二丁酯、20wt%的邻苯二甲酸二丁酯、20wt%的二甲苯、20wt%的卵磷脂、20wt%的十六烷基苯磺酸钠、0.1wt%的松油醇组成；
（2）采用1064nm波长、100m/s、9MHz的连续激光，局域热处理步骤（1）制得的硅发射极的浆料，一步获得重掺杂发射区和栅线电极种子层；
（3）采用电镀增厚步骤（2）得到的栅线电极种子层。电镀的电流密度为20A/dm2，电镀时间为0.1min。SEM观测得到的激光烧结与电镀后的截面图，如图1所示。图1中自上而下依次为栅线电极的电镀增厚部分、栅线电极种子层和重掺杂发射区。栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火。热退火的峰值温度为900℃，退火时间为0.1min。至此，完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
通过以上实施例即可知，本发明实施例提供的晶硅发射极的制备方法包括以下步骤：
（1）采用丝网印刷、气动印刷或者喷墨印刷在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料；
其中步骤（1）中的浆料由金属颗粒、掺杂剂和有机载体组成。其中浆料中金属颗粒含量为60～90wt%，掺杂剂含量为0.1～20wt%，有机载体含量为0.1～30wt%。所采用的含掺杂剂的浆料，是为了匹配激光烧结技术而设计的新型浆料，主要由导电功能相、掺杂相和有机载体组成。导电功能相起导热、导电作用，采用金属颗粒；掺杂相起局域掺杂作用；有机载体使浆料具有触变性、流变性等特性，采用有机溶剂和粘结剂、触变剂、流平剂、表面活性剂、分散剂、粘度调节剂等多种添加剂。
金属颗粒为银粉、镍粉、铜粉中的一种或者多种。
掺杂剂为磷酸、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、磷酸二辛脂、红磷、正磷酸银、焦磷酸银、偏磷酸银、磷酸镍、磷酸铜中的一种或者多种。
有机载体由有机溶剂和粘结剂、触变剂、流平剂、表面活性剂、分散剂、粘度调节剂中的一种或者多种组成的混合物组成。有机载体中有机溶剂含量为0.1～30wt%，粘结剂含量为0.1～20wt%，触变剂含量为0.1～20wt%，流平剂含量为0.1～20wt%，表面活性剂含量为0.1～20wt%，分散剂含量为0.1～20wt%，粘度调节剂含量为0.1～20wt%。有机溶剂为卡必醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇苯醚、乙二醉单丁醚醋酸酯、松节油、松油醇中的一种或者多种；所述的粘结剂为乙基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯、丙烯酸树脂、顺丁烯二酸二丁酯、硝化纤维素中的一种或者多种；所述的触变剂为邻苯二甲酸二丁酯、胶体二氧化硅、聚酰胺蜡、气相二氧化硅中一种或者多种；所述的流平剂为有机硅油、聚丙烯酸、二甲苯、三乙醇胺、氢化蓖麻油、聚丙烯酸乙酯中的一种或者多种；所述的表面活性剂为聚山梨酯、卵磷脂、三乙醇胺中的一种或者多种；所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基吡啶、聚乙烯吡咯烷酮、丙三醇中的一种或者多种；所述的粘度调节剂为松油醇、卡必醇、酒精中的一种或者多种。
（2）采用激光局域热处理所述步骤（1）制得的置有浆料的硅发射极，同时获得晶硅太阳电池的重掺杂发射区和栅线电极种子层；所述的激光为连续激光或者脉冲激光，所述的激光波长为355nm或532nm或者1064nm，扫描速度为0.1～100m/s，所述的脉冲激光频率为0.1～10MHz；
采用激光局域热处理置有浆料的硅发射极的既可以将磷原子掺杂到硅材料的电活性区域，形成重掺杂的选择性发射区，也可以在栅线电极与硅发射极之间形成良好的银硅欧姆接触，一步便可以完成局域掺杂和电极烧结两个技术环节，同时获得重掺杂发射区和栅线电极种子层，然后采用无沉积宽度限制的电镀技术增厚栅线电极，最后通过热退火完成太阳电池硅发射极和栅线电极的制备过程。从而克服了掺杂银浆烧结温度高、激光掺杂工艺复杂等不足，通过局域热处理就能够快速制备选择性发射区，对于高温过程中少子寿命衰减明显的经济型太阳能级硅片意义重大，并且能够基于常规太阳能电池生产线，适合于产业化太阳能电池生产。
激光局域热处理置有浆料的硅发射极时，磷原子和银原子会同时在液体硅中进行液相扩散。磷原子液相扩散系数约为5.1×10-4cm2/s，而银原子液相扩散系数约为8.9×10-5cm2/s，明显的扩散系数差别能够避免银与p型硅的接触，保证电池不漏电。
（3）采用电镀工艺增厚所述步骤（2）得到的晶硅太阳电池的栅线电极种子层，所述的电镀的电流密度为0.1～20A/dm2，所述的电镀的工艺时间为0.1～60min；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火，所述的热退火的峰值温度为100～900℃，所述的热退火时间为0.1～60min。
通过步骤（1）-（4），完成重掺杂发射区和栅线电极的制备。
性能测试例
采用156×156mm2的多晶硅片，实施例1～10制备的重掺杂发射区和栅线电极所对应的电池性能，在AM1.5G、100mW/cm2、25℃的条件下测试，结果如表l所示。
表1
Figure BDA0000466026820000101
Figure BDA0000466026820000111

Claims (8)

1.一种重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
（1）采用丝网印刷、气动印刷或者喷墨印刷在晶硅太阳电池的硅发射极表面预置浆料；
（2）采用激光局域热处理所述步骤（1）制得的置有浆料的硅发射极，同时获得晶硅太阳电池的重掺杂发射区和栅线电极种子层；所述的激光为连续激光或者脉冲激光，所述的激光波长为355nm或532nm或者1064nm，扫描速度为0.1～100m/s，所述的脉冲激光频率为0.1～10MHz；
（3）采用电镀工艺增厚所述步骤（2）得到的晶硅太阳电池的栅线电极种子层，所述的电镀的电流密度为0.1～20A/dm2，所述的电镀的工艺时间为0.1～60min；栅线电极种子层和栅线电极的电镀增厚部分共同组成栅线电极；
（4）对硅发射极和步骤（3）得到的栅线电极进行热退火，所述的热退火的峰值温度为100～900℃，所述的热退火时间为0.1～60min。
2.根据权利要求1所述的重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中的浆料由金属颗粒、掺杂剂和有机载体组成。
3.根据权利要求2所述的重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，其特征在于，所述的浆料中金属颗粒含量为60～90wt%，掺杂剂含量为0.1～20wt%，有机载体含量为0.1～30wt%。
4.根据权利要求2或3所述的重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，其特征在于，所述的金属颗粒为银粉、镍粉、铜粉中的一种或者多种。
5.根据权利要求2或3所述的重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，其特征在于，所述的掺杂剂为磷酸、磷酸三丁酯、磷酸三辛酯、磷酸二辛脂、红磷、正磷酸银、焦磷酸银、偏磷酸银、磷酸镍、磷酸铜中的一种或者多种。
6.根据权利要求2或3所述的重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，其特征在于，所述的有机载体由有机溶剂和粘结剂、触变剂、流平剂、表面活性剂、分散剂、粘度调节剂中的一种或者多种组成的混合物组成。
7.按照权利要求6所述的重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，其特征在于，所述的有机载体中有机溶剂含量为0.1～30wt%，粘结剂含量为0.1～20wt%，触变剂含量为0.1～20wt%，流平剂含量为0.1～20wt%，表面活性剂含量为0.1～20wt%，分散剂含量为0.1～20wt%，粘度调节剂含量为0.1～20wt%。
8.根据权利要求7所述的重掺杂发射区和栅线电极的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为卡必醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇苯醚、乙二醉单丁醚醋酸酯、松节油、松油醇中的一种或者多种；所述的粘结剂为乙基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯、丙烯酸树脂、顺丁烯二酸二丁酯、硝化纤维素中的一种或者多种；所述的触变剂为邻苯二甲酸二丁酯、胶体二氧化硅、聚酰胺蜡、气相二氧化硅中一种或者多种；所述的流平剂为有机硅油、聚丙烯酸、二甲苯、三乙醇胺、氢化蓖麻油、聚丙烯酸乙酯中的一种或者多种；所述的表面活性剂为聚山梨酯、卵磷脂、三乙醇胺中的一种或者多种；所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基吡啶、聚乙烯吡咯烷酮、丙三醇中的一种或者多种；所述的粘度调节剂为松油醇、卡必醇、酒精中的一种或者多种。
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