CN104681641A - 抗蚀刻剂及其制备方法、se晶体硅太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗蚀刻剂及其制备方法，所述抗蚀刻剂中含有粘结树脂、溶剂、增塑剂和触变剂；以1重量份的粘结树脂为基准，所述抗蚀刻剂中溶剂的含量为1.5-3重量份；所述溶剂为碳原子数为14-18的饱和脂肪酸，所述粘结树脂为松香及其衍生物。本发明还提供了采用所述抗蚀刻剂制备SE晶体硅太阳能电池的方法以及由该制备方法制得的SE晶体硅太阳能电池。本发明提供的抗蚀刻剂，具有良好的附着力和掩膜效果，便于热喷涂，同时易于被清洗去除。采用该抗蚀刻剂制备得到的SE晶体硅太阳能电池具有较高的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种抗蚀刻剂及其制备方法、一种SE晶体硅太阳能电池的制备方法以及由该制备方法制备得到的SE晶体硅太阳能电池。
背景技术
目前高效太阳能电池比较普遍采用的一个工艺是选择性发射极（简称SE）电池结构，该方法指在向光面金属电极下形成重扩散，而在其他区域形成浅扩散，这样局部的重扩散则可使电极与硅形成良好的欧姆接触，增加电池的填充因子，而在浅扩散区域可以减少少子复合，提高光生载流子的收集率。目前在生产上运用得较好的实现选择性扩散发射极电池的技术是直接印刷掩膜层法，该法特点为通过一次重扩散，然后采用喷涂抗蚀刻剂（一般直接采用有机蜡）覆盖保护需要印刷正面电极线的区域，而后将硅片采用混酸进行腐蚀蚀刻，则在未被保护的区域形成浅扩散的发射极区域。
该方法中采用的抗蚀刻剂有机蜡存在以下缺点：一是有机蜡在硅片表面的附着力和掩膜效果有限，另一个是有机蜡覆盖区域容易发生边界扩展，腐蚀得到浅扩散区域减少，从而导致电池光电转换效率的降低，并且，要将有机蜡完全清洗也存在一定的困难。因此，寻求一种高附着力、掩膜效果、清洗容易且能有效保证太阳能电池的光电转换效率的抗蚀刻剂，已成为当务之急。
发明内容
本发明解决了现有技术中存在的制备SE晶体硅太阳能电池采用的抗蚀刻剂存在的附着力低、掩膜效果有限且清洗困难、导致电池光电转化效率低的技术问题。
本发明提供了一种抗蚀刻剂，所述抗蚀刻剂中含有粘结树脂、溶剂、增塑剂和触变剂；以1重量份的粘结树脂为基准，所述抗蚀刻剂中溶剂的含量为1.5-3重量份；所述溶剂为碳原子数为14-18的饱和脂肪酸，所述粘结树脂为松香及其衍生物。
本发明还提供了所述抗蚀刻剂的制备方法，包括以下步骤：先将溶剂加热至熔融，然后加入粘结树脂、增塑剂和触变剂，混合均匀后冷却，得到所述抗蚀刻剂。
进一步地，本发明提供了一种SE晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在经过制绒、磷扩散的硅片表面热喷涂抗蚀刻剂以保护硅片表面不需蚀刻区域，然后浸入蚀刻液中进行蚀刻，蚀刻完成后去除表面的抗蚀刻剂，去磷硅并镀减反射膜，然后在硅片的向光面和背面制备正面电极和背电场、背电极，得到所述SE晶体硅太阳能电池；其中，所述抗蚀刻剂为本发明提供的抗蚀刻剂。
最后，本发明提供了一种SE晶体硅太阳能电池，所述SE晶体硅太阳能电池由本发明提供的制备方法制备得到。
本发明提供的抗蚀刻剂，其采用碳原子数为14-18的饱和脂肪酸作为溶剂，在常温下为固态，同时采用松香及其衍生物作为粘结树脂，使得本发明的抗蚀刻剂：一方面饱和脂肪酸溶剂与松香类粘结树脂具有良好的互溶效果，因此可以在硅片表面形成均一稳定的混合物，该混合物在室温下呈现为石蜡状固态，有利于提高其与硅片的附着力和掩膜效果；另一方面饱和脂肪酸溶剂还能有效降低松香类粘结树脂的结晶度，使得抗蚀刻剂的软化点降低至100℃下，在保证松香具有良好黏性的前提下又利于抗蚀刻剂的热喷涂，易于后续太阳能电池的制作。最后，本发明提供的抗蚀刻剂容易被清洗去除。
具体实施方式
本发明提供了一种抗蚀刻剂，所述抗蚀刻剂中含有粘结树脂、溶剂、增塑剂和触变剂；以1重量份的粘结树脂为基准，所述抗蚀刻剂中溶剂的含量为1.5-3重量份；所述溶剂为碳原子数为14-18的饱和脂肪酸，所述粘结树脂为松香及其衍生物。
本发明提供的抗蚀刻剂，其采用碳原子数为14-18的饱和脂肪酸作为溶剂，在常温下为固态，同时采用松香及其衍生物作为粘结树脂，使得本发明的抗蚀刻剂：一方面饱和脂肪酸溶剂与松香类粘结树脂具有良好的互溶效果，因此可以在硅片表面形成均一稳定的混合物，该混合物在室温下呈现为石蜡状固态，有利于提高其与硅片的附着力和掩膜效果；另一方面饱和脂肪酸溶剂还能有效降低松香类粘结树脂的结晶度，使得抗蚀刻剂的软化点降低至100℃下，在保证松香具有良好黏性的前提下又利于抗蚀刻剂的热喷涂，易于后续太阳能电池的制作。
本发明中，所述溶剂选自碳原子数为14-18的饱和脂肪酸，例如可以采用十四烷酸、十五烷酸、十八烷酸（又名硬脂酸），但不局限于此。作为本发明的一种优选实施方式，所述溶剂为棕榈酸，又称软脂酸，IUPAC名十六酸或十六烷酸。发明人发现，采用棕榈酸作为溶剂时，其能最低限定地降低松香的结晶度。
本发明中，所述粘结树脂采用松香类粘结树脂，具体地，所述粘结树脂选自松香、氢化松香、聚合松香、歧化松香、马来松香中的一种或多种。松香本身的软化点在200℃以上，本发明中采用松香类粘结树脂与碳原子数为14-18的饱和脂肪酸的复配体系，通过饱和脂肪酸能有效降低松香的结晶点，使得抗蚀刻剂的软化点可以降至100℃以下，既便于后续SE太阳能电池制备工艺中抗蚀刻剂的热喷涂，又有效地利用了松香的粘性，从而保证抗蚀刻剂在硅片表面具有良好的附着力，对硅片表面重掺杂区域形成的良好的遮盖掩膜，从而便于选择性发射极的形成，以提高太阳能电池的光电转换效率。
如前所述，以1重量份的粘结树脂为基准，所述抗蚀刻剂中溶剂的含量为1.5-3重量份，优选为1.8-2.4重量份。
所述增塑剂可采用现有的掩膜用糊剂组合物中常用的各种增塑剂，例如可以选自邻苯二甲酸二甲酯、已二酸二辛酯、柠檬酸三丁酯中的一种或多种，但不局限于此。所述抗蚀刻剂中，增塑剂的含量为粘结树脂和溶剂总重量的2-7wt%，优选为粘结树脂和溶剂总重量的3.5-5.5wt%。
所述触变剂为本领域常用的各种触变剂，例如可以选自蓖麻油、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡、改性聚醚类触变剂、改性聚脲类触变剂中的一种或多种。本发明中，所述触变剂也可直接采用商购产品，例如，所述改性聚醚类触变剂可以采用NLS200、NLS300，而改性聚脲类触变剂可以采用BYK410、BYK420，但不局限于此。所述抗蚀刻剂中，触变剂的含量为粘结树脂和溶剂总重量的0.2-3.5%。
如前所述，本发明中，溶剂为碳原子数为14-18的饱和脂肪酸，而粘结树脂为松香及其衍生物，即溶剂和粘接树脂均为酸性物质，因此直接采用碱性物质即可将其清洗干净，使得本发明提供的抗蚀刻剂容易被清洗去除。
如前所述，由于溶剂为碳原子数为14-18的饱和脂肪酸，其在常温下为石蜡状固态，因此为便于抗蚀刻剂中各组分的均匀分散，本发明还提供了所述抗蚀刻剂的制备方法，包括以下步骤：先将溶剂加热至熔融，然后加入粘结树脂、增塑剂和触变剂，混合均匀后冷却，得到所述抗蚀刻剂。其中，将溶剂加热至熔融的具体温度没有特殊要求，本领域技术人员在制备过程中观察体系温度达到使溶剂熔融呈液体状态即可。
采用本发明提供的制备方法制备得到的抗蚀刻剂，其熔点为59-63℃，85℃下的粘度为9.0-11.0cps，非常有利于后续热喷涂。
进一步地，本发明提供了一种SE晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在经过制绒、磷扩散的硅片表面热喷涂抗蚀刻剂以保护硅片表面不需蚀刻区域，然后浸入蚀刻液中进行蚀刻，蚀刻完成后去除表面的抗蚀刻剂，去磷硅并镀减反射膜，然后在硅片的向光面和背面制备正面电极和背电场、背电极，得到所述SE晶体硅太阳能电池；其中，所述抗蚀刻剂为本发明提供的抗蚀刻剂。
其中制绒、磷扩散、以及去磷硅、镀减反射膜、制备正面电极和背电场、背电极的步骤均为本领域技术人员所公知，此处不再赘述。
本发明提供的SE晶体硅太阳能电池的制备方法，大致步骤与现有技术中相同，不同之处仅在于本发明中采用的抗蚀刻剂为本发明提供的抗蚀刻剂。具体地，如前所述，所述抗蚀刻剂中含有粘结树脂、溶剂、增塑剂和触变剂；以1重量份的粘结树脂为基准，所述抗蚀刻剂中溶剂的含量为1.5-3重量份；所述溶剂为碳原子数为14-18的饱和脂肪酸，所述粘结树脂为松香及其衍生物。本发明中，所述抗蚀刻剂在常温下为固态，因此在制备太阳能电池的过程中，需进行热喷涂才能保证抗蚀刻剂在硅片表面形成良好的覆盖。优选情况下，热喷涂抗蚀刻剂的温度为85±5℃。
本发明中，所述蚀刻液为现有技术中制备SE晶体硅太阳能电池常用的各种混酸蚀刻液，本发明没有特殊限定，此处不再赘述。
如前所述，本发明提供的抗蚀刻剂，可采用碱性物质清洗去除。对应地，本发明中，蚀刻完成后去除表面的抗蚀刻剂时采用的清洗剂可直接采用现有技术中各种碱性物质。优选情况下，本发明中，清洗剂可采用KOH、丁基卡必醇、水的混合体系，但不局限于此。
最后，本发明提供了一种SE晶体硅太阳能电池，所述SE晶体硅太阳能电池由本发明提供的制备方法制备得到。
如前所述，本发明提供的SE晶体硅太阳能电池，制备过程中采用的抗蚀刻剂能在硅片表面形成均一稳定的混合物，因此能有效地保护硅片表面的重扩散区域，形成选择性发射极，使得SE晶体硅太阳能电池具有较高的光电转换效率。
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
将65重量份的棕榈酸加热至85℃，棕榈酸转变为液态，然后依次加入30重量份的氢化松香、4重量份的柠檬酸三丁酯和1重量份的氢化蓖麻油，充分搅拌20mins，待氢化松香和柠檬酸三丁酯全部溶解、氢化蓖麻油充分分散后停止搅拌和加热，得到本实施例的抗蚀刻剂S1，其熔点为61℃，85℃下的粘度为10.1cps。
实施例2
将60重量份的硬脂酸加热至85℃，硬脂酸转变为液态，然后依次加入33重量份的松香、5重量份的邻苯二甲酸二甲酯和2重量份的蓖麻油，充分搅拌20mins，待松香和邻苯二甲酸二甲酯全部溶解、蓖麻油充分分散后停止搅拌和加热，得到本实施例的抗蚀刻剂S2，其熔点为63℃，85℃下的粘度为10.9cps。
实施例3
将67重量份的十四烷酸加热至85℃，十四烷酸转变为液态，然后依次加入28重量份的歧化松香、3.5重量份的已二酸二辛酯和1.5重量份的聚酰胺蜡，充分搅拌20mins，待聚合松香和已二酸二辛酯全部溶解、聚酰胺蜡充分分散后停止搅拌和加热，得到本实施例的抗蚀刻剂S3，其熔点为59℃，85℃下的粘度为9.5 cps。
实施例4
将65重量份的十五烷酸加热至85℃，十五烷酸转变为液态，然后依次加入30重量份的氢化松香、4重量份的柠檬酸三丁酯和1重量份的改性聚醚类触变剂NLS200，充分搅拌20mins，待氢化松香和柠檬酸三丁酯全部溶解、NLS200充分分散后停止搅拌和加热，得到本实施例的抗蚀刻剂S4，其熔点为60℃，85℃下的粘度为10.0cps。。
实施例5-8
多晶硅片规格：156×156mm，厚度为200μm（腐蚀前），印刷前厚度为180μm。对硅片表面先进行制绒、磷扩散，然后在85℃下分别热喷涂实施例1-4的抗蚀刻剂S4，然后浸入混酸蚀刻液中进行蚀刻，完成后放入清洗剂（质量比KOH：丁基卡必醇：H2O=1：5：50）去除抗蚀刻剂，然后去磷硅并镀减反射膜，然后在硅片的向光面和背面依次涂覆电极浆料，最后涂覆背场浆料，烧结后分别得到SE晶体硅太阳能电池，记为S10-S40。
对比例1
多晶硅片规格：156×156mm，厚度为200μm（腐蚀前），印刷前厚度为180μm。对硅片表面先进行制绒、磷扩散，然后去磷硅并镀减反射膜，然后在硅片的向光面和背面依次涂覆电极浆料，最后涂覆背场浆料，烧结后得到太阳能电池，记为DS10。
对比例2
多晶硅片规格：156×156mm，厚度为200μm（腐蚀前），印刷前厚度为180μm。对硅片表面先进行制绒、磷扩散，然后在85℃下热喷涂商购的抗蚀刻剂DS1（陶氏化学 DOW XV120082-1），然后浸入混酸蚀刻液中进行蚀刻，完成后放入清洗剂（质量比KOH：丁基卡必醇：H2O=1：5：50）去除抗蚀刻剂，然后去磷硅并镀减反射膜，然后在硅片的向光面和背面依次涂覆电极浆料，最后涂覆背场浆料，烧结后得到SE晶体硅太阳能电池，记为DS20。
性能测试
1、抗蚀刻剂性能测试
测试各抗蚀刻剂S1-S4和DS1的熔点、85℃下的粘度、以及其耐酸时间（酸液组成为质量比氢氟酸：硝酸：H2O=1：9：15）。
测试结果如表1所示。
2、太阳能电池性能测试
观察各SE晶体硅太阳能电池S10-S40和DS10-DS20的外观情况，外观完好记为OK，否则记为NG。
采用单次闪光模拟测试仪器测试各SE晶体硅太阳能电池S10-S40和DS10-DS20光电转化效率（简称Eta）。测试条件为标准测试条件(STC) ：光强：1000W/m2；光谱：AM1.5；温度：25℃。
测试结果如表2所示。
表1
。
表2
。
从上表1的测试结果可以看出，熔点为59-63℃，85℃下的粘度为9.0-11.0cps，非常有利于后续热喷涂，同时其耐酸时间为120s，长于商购抗蚀刻剂的耐酸时间，即说明其与硅片具有较高的附着力，能起到良好的掩膜效果。
从上表2的测试结果可以看出，采用本发明提供的抗蚀刻剂制备得到的SE晶体硅太阳能电池，其光电转换效率为17.69以上，高于不含有选择性发射极的太阳能电池样品DS10和采用商购抗蚀刻剂制备得到的SE晶体硅太阳能电池样品DS20得到有效提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种抗蚀刻剂，其特征在于，所述抗蚀刻剂中含有粘结树脂、溶剂、增塑剂和触变剂；以1重量份的粘结树脂为基准，所述抗蚀刻剂中溶剂的含量为1.5-3重量份；所述溶剂为碳原子数为14-18的饱和脂肪酸，所述粘结树脂为松香及其衍生物。
2.根据权利要求1所述的抗蚀刻剂，其特征在于，所述抗蚀刻剂中，增塑剂的含量为粘结树脂和溶剂总重量的2-7wt%，触变剂的含量为粘结树脂和溶剂总重量的0.2-3.5%。
3.根据权利要求1所述的抗蚀刻剂，其特征在于，所述溶剂为棕榈酸。
4.根据权利要求1所述的抗蚀刻剂，其特征在于，所述粘结树脂选自松香、氢化松香、聚合松香、歧化松香、马来松香中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的抗蚀刻剂，其特征在于，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二甲酯、已二酸二辛酯、柠檬酸三丁酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的抗蚀刻剂，其特征在于，所述触变剂选自蓖麻油、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡、改性聚醚类触变剂、改性聚脲触变剂中的一种或多种。
7.权利要求1所述的抗蚀刻剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将溶剂加热至熔融，然后加入粘结树脂、增塑剂和触变剂，混合均匀后冷却，得到所述抗蚀刻剂。
8.一种SE晶体硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在经过制绒、磷扩散的硅片表面热喷涂抗蚀刻剂以保护硅片表面不需蚀刻区域，然后浸入蚀刻液中进行蚀刻，蚀刻完成后去除表面的抗蚀刻剂，去磷硅并镀减反射膜，然后在硅片的向光面和背面制备正面电极和背电场、背电极，得到所述SE晶体硅太阳能电池；其特征在于，所述抗蚀刻剂为权利要求1-6任一项所述的抗蚀刻剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，热喷涂抗蚀刻剂的温度为85±5℃。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述蚀刻液为氢氟酸和硝酸的混合水溶液。
11.一种SE晶体硅太阳能电池，其特征在于，所述SE晶体硅太阳能电池由权利要求8-10任一项所述的制备方法制备得到。
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