CN106876524A - 一种perc太阳能电池背钝化膜纳米材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光伏太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料及制备方法。选用纳米二氧化硅作为主体材料，第一次加入钒单质，将两者混合均匀，在氧气氛围下发生高温煅烧反应，冷却至常温，第二次加入钒单质，在氧气氛围下发生二次高温煅烧反应，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料，将其加入阴离子表面活性剂中混合搅拌，过滤烘干，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。这种材料具有正六面体结构，结构稳定，氧含量高，负电荷充足。将其用于制备PERC太阳能电池，只需要沉积一层背钝化膜即可达到较好的背钝化效果，克服了PERC太阳能电池需要再沉积钝化叠层膜的缺点，简化了电池制备工艺，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于光伏太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料及制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电具有重大的应用前景，目前光伏行业发展趋势为提效降本，而常规结构电池的效率已无较大提升空间，高效晶硅电池成为市场研发的主流，通过调研目前市场上存在的各种P型高效电池，只有背钝化技术能够在成本持平的基础上最大化提高电池的性能。该技术生产的产品效率高、开压高、封装损失低、具有更好的弱光响应，是抢占主流市场的战略性产品。
PERC电池背钝化技术是在电池背表面沉积一层Al2O3膜，主要通过Al2O3膜负电荷充足的特性对背表面实现良好的钝化效果，之后在背面钝化叠层膜上进行激光开槽，在开槽后的钝化膜上印刷电极，通过开槽使金属电极与硅能够形成欧姆接触，使得光生载流子得到有效收集。PERC电池背钝化技术对电性能的贡献主要体现在开路电压和短路电流的大幅度提升，目前业内单晶PERC电池的普遍效率可以达到20.6-20.9％。
PERC电池可以实现与目前生产线的最大兼容，在常规产线基础上增加ALD原子层沉积设备及激光开槽设备，目前PERC电池工艺生产流程为：湿法碱制绒、低压扩散、刻蚀&抛光、ALD制备氧化铝镀膜、PECVD制备正/反氮化硅镀膜、激光背面开槽、印刷烧结、测试分选，在常规晶硅电池工艺基础上增加了抛光、ALD制备氧化铝镀膜、PECVD制备反面氮化硅镀膜及激光背面开槽的工序。
然而目前使用的背钝化膜为Al2O3膜，需要在其基础上沉积钝化叠层膜才能达到较好的背钝化效果，这样的结构较为复杂，以至于其工艺步骤较多，并且消耗了更多的材料。
发明内容
本发明的目的：针对目前存在的问题，提供一种PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料及其制备方法，将其用于制备PERC太阳能电池背钝化膜，简化了现有PERC太阳能电池背钝化膜的结构，减少其制备工序，节省更多的材料，达到省时、省力、省材的目的。
本发明的技术方案：一种PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料，选用纳米二氧化硅作为主体材料，第一次加入钒单质，将两者混合均匀，在氧气氛围下发生高温煅烧反应，冷却至常温，第二次加入钒单质，在氧气氛围下发生二次高温煅烧反应，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料，将其加入阴离子表面活性剂中混合搅拌，过滤烘干，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
一种PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料的制备方法，其具体步骤包括：
(1)选用纳米二氧化硅，第一次加入钒单质，将两者混合均匀，在氧气浓度为5-8mol/m3、500-700℃条件下煅烧反应10-15小时，冷却至常温，第二次加入钒单质，在氧气浓度为5-8mol/m3、500-700℃条件下继续煅烧反应3-5小时，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料；
作为优选，步骤(1)中二氧化硅和第一次加入钒单质的摩尔比为3-5:1；步骤(1)中二氧化硅和第二次加入钒单质的摩尔比为4-5:1。
其中，二氧化硅总是处于过量状态，分两次反应是为了防止钒单质一次加入过多而生成少量的V2O3和V2O5杂质，也有利于形成正六面体结构。
(2)将步骤(1)制得的钒掺杂二氧化硅纳米材料加入到阴离子表面活性剂中，在60-100r/min条件下混合搅拌1小时后过滤，在60℃烘箱中烘干2小时，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
作为优选，步骤(2)中钒掺杂二氧化硅纳米材料和阴离子表面活性剂摩尔比为1:5-10。
作为优选，步骤(2)中阴离子表面活性剂为硬脂酸或十二烷基苯磺酸钠，由于钒掺杂二氧化硅纳米材料表面张力过大而成膜困难，用阴离子表面活性剂对其进行表面活化处理可以克服这样的缺陷，同时也增加了材料的负电荷性。
本发明的技术效果：
1、本发明采用两步反应法制备的PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料具有正六面体结构，两个顶点为钒元素，其余三个点为硅元素，钒元素和硅元素之间通过V-O-Si键接，硅元素和硅元素之间通过Si-O-Si键接，其结构稳定，氧含量高，材料耐久性高且负电荷充足，经过阴离子表面活性剂处理的材料负电荷更为充足，因此可以作为一种理想的PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
2、本发明制备的材料用于制备PERC太阳能电池背钝化膜，常规的PERC太阳能电池背钝化膜为Al2O3膜，并且需要在此基础上沉积钝化叠层膜才能达到较好的背钝化效果。本发明只需要沉积一层背钝化膜即可达到较好的背钝化效果，克服了PERC太阳能电池需要再沉积钝化叠层膜的缺点，简化了电池制备工艺，降低了成本。
附图说明
图1为实施例1制备的PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料SEM图，由图1可知，实验成功制备出了具有正六面体结构的材料。
具体实施方式
实施例1
(1)选用3mol纳米二氧化硅和1mol钒单质，将两者混合均匀，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下煅烧反应10小时，冷却至常温，加入0.75mol钒单质，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下继续煅烧反应3小时，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料；
(2)将2mol步骤(1)制得的钒掺杂二氧化硅纳米材料加入到10mol硬脂酸中，在80r/min条件下混合搅拌1小时后过滤，在60℃烘箱中烘干2小时，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
实施例2
(1)选用4mol纳米二氧化硅和1mol钒单质，将两者混合均匀，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下煅烧反应12小时，冷却至常温，加入1mol钒单质，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下继续煅烧反应4小时，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料；
(2)将2mol步骤(1)制得的钒掺杂二氧化硅纳米材料加入到16mol硬脂酸中，在80r/min条件下混合搅拌1小时后过滤，在60℃烘箱中烘干2小时，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
实施例3
(1)选用5mol纳米二氧化硅和1mol钒单质，将两者混合均匀，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下煅烧反应15小时，冷却至常温，加入1mol钒单质，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下继续煅烧反应5小时，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料；
(2)将2mol步骤(1)制得的钒掺杂二氧化硅纳米材料加入到20mol硬脂酸中，在80r/min条件下混合搅拌1小时后过滤，在60℃烘箱中烘干2小时，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
实施例4
(1)选用5mol纳米二氧化硅和1mol钒单质，将两者混合均匀，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下煅烧反应12小时，冷却至常温，加入1mol钒单质，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下继续煅烧反应4小时，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料；
(2)将2mol步骤(1)制得的钒掺杂二氧化硅纳米材料加入到20mol硬脂酸中，在80r/min条件下混合搅拌1小时后过滤，在60℃烘箱中烘干2小时，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
实施例5
(1)选用3mol纳米二氧化硅和1mol钒单质，将两者混合均匀，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下煅烧反应12小时，冷却至常温，加入0.75mol钒单质，在氧气浓度为6mol/m3、550-560℃条件下继续煅烧反应4小时，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料；
(2)将2mol步骤(1)制得的钒掺杂二氧化硅纳米材料加入到10mol硬脂酸中，在80r/min条件下混合搅拌1小时后过滤，在60℃烘箱中烘干2小时，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
对比实施例1
将实施例1制得的PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料用于制备PERC太阳能电池，其制备工艺为：湿法碱制绒、低压扩散、刻蚀&抛光、PECVD制备PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料镀膜、激光背面开槽、印刷烧结、测试分选，制备的太阳能电池记为电池A；将常规的钝化膜材料Al2O3用于制备PERC太阳能电池，其制备工艺为：湿法碱制绒、低压扩散、刻蚀&抛光、ALD制备氧化铝镀膜、PECVD制备正/反氮化硅镀膜、激光背面开槽、印刷烧结、测试分选，制备的太阳能电池记为电池B。其中，电池A和电池B制备工艺区别在于：电池A省去“ALD制备氧化铝镀膜、PECVD制备正/反氮化硅镀膜”步骤，采用PECVD制备纳米材料镀膜，其厚度与电池B的氧化铝镀膜厚度相同，其余同电池B。将电池A和电池B投入实际使用，测试结果如表1所示。
表1对比实施例1制备的电池A和电池B使用参数表
| 电池 | Uoc(mV) | Isc(A) | EFF(％) |
| 电池A | 714.5 | 11.011 | 20.14 |
| 电池B | 697.0 | 11.023 | 20.09 |
Claims (5)
1.一种PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料，其特征在于，所述纳米材料的制备方法为：选用纳米二氧化硅作为主体材料，第一次加入钒单质，将两者混合均匀，在氧气氛围下发生高温煅烧反应，冷却至常温，第二次加入钒单质，在氧气氛围下发生二次高温煅烧反应，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料，将其加入阴离子表面活性剂中混合搅拌，过滤烘干，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
2.一种如权利要求1所述的PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：
(1)选用纳米二氧化硅，第一次加入钒单质，将两者混合均匀，在氧气浓度为5-8mol/m3、500-700℃条件下煅烧反应10-15小时，冷却至常温，第二次加入钒单质，在氧气浓度为5-8mol/m3、500-700℃条件下继续煅烧反应3-5小时，粉碎过筛，制得钒掺杂二氧化硅纳米材料；
(2)将步骤(1)制得的钒掺杂二氧化硅纳米材料加入到阴离子表面活性剂中，在60-100r/min条件下混合搅拌1小时后过滤，在60℃烘箱中烘干2小时，制得PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料。
3.如权利要求2所述的PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中二氧化硅和第一次加入钒单质的摩尔比为3-5:1；步骤(1)中二氧化硅和第二次加入钒单质的摩尔比为4-5:1。
4.如权利要求2所述的PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中钒掺杂二氧化硅纳米材料和阴离子表面活性剂摩尔比为1:5-10。
5.如权利要求2所述的PERC太阳能电池背钝化膜纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中阴离子表面活性剂为硬脂酸或十二烷基苯磺酸钠。
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