專利名稱:一種打印式制備太陽(yáng)能電池正面電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種電極的制備方法,具體是指一種打印式制備太陽(yáng)能電池正面電極的方法。
背景技術(shù):
太陽(yáng)能電池是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件,其工作原理是當(dāng)太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)能電池表面時(shí),將在太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體器件的p-n結(jié)上形成新的空穴-電子對(duì), 在P-n結(jié)電場(chǎng)的作用下,空穴由η區(qū)流向ρ區(qū),電子由ρ區(qū)流向η區(qū),接通電路后就形成電流。為了將太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的光生電流引出,必須在太陽(yáng)能電池的表面制作出正反電極,其中決定太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的電極在于將電子引出的正面電極。目前,太陽(yáng)能電池正面電極的制作工藝主要有磁控濺射、電鍍、真空蒸鍍和絲網(wǎng)印刷燒結(jié)等方法。其中磁控濺射、電鍍和真空蒸鍍法制備的電極質(zhì)量高,但其成本過高,且制備過程復(fù)雜、周期長(zhǎng)、速度慢;此外在電鍍過程中還會(huì)使用一些有毒有害物質(zhì),存在一定的安全和健康隱患。相對(duì)于磁控濺射、電鍍和真空蒸鍍等方法,絲網(wǎng)印刷燒結(jié)技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉、安全無(wú)毒、易于形成電極,以及能夠得到良好的金屬和半導(dǎo)體的歐姆接觸,并且表面狀態(tài)良好等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為當(dāng)前太陽(yáng)能電池正面電極制備的主流方法。目前采用絲網(wǎng)印刷燒結(jié)技術(shù)制備獲得太陽(yáng)能電池正面電極的細(xì)柵電極高度一般在10-30 μ m、寬度在60-120 μ m之間。為了進(jìn)一步提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,必須獲得寬度窄、高寬比大的正面電極,這是因?yàn)檩^寬的電極柵線導(dǎo)致較大的電極遮光面積,較小的金屬電極高寬比導(dǎo)致較大的電極電阻損耗。因此,要獲得具有高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池,就必須減小柵極線寬并提高柵電極的高寬比。最新的絲網(wǎng)印刷工藝通過增加?xùn)啪€條數(shù)的網(wǎng)版設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行電極印刷以降低串聯(lián)電阻,但增加了柵線的條數(shù)后需要將柵線的寬度相應(yīng)減小才不會(huì)產(chǎn)生較大的電極遮光面積;然而要將柵線寬度進(jìn)一步變小,同時(shí)還要保證柵電極的高度,傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷工藝很難達(dá)到;這主要是由于絲網(wǎng)印刷工藝本質(zhì)所決定的,當(dāng)前所使用絲網(wǎng)的線徑一般在25 μ m左右,如果要繼續(xù)降低絲網(wǎng)印刷的寬度必須減少絲網(wǎng)的線徑,而絲網(wǎng)線徑的降低會(huì)影響到絲網(wǎng)的強(qiáng)度和張力。在傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷燒結(jié)工藝基礎(chǔ)上,一些研究者公開了中國(guó)專利CN 101447531 A(
公開日20090603)與中國(guó)專利CN 101807627 A(
公開日20100818),通過在絲網(wǎng)印刷過程中引入電鍍和濺射等工藝,能制備獲得較細(xì)和較大高寬比的柵線,但由于引入了電鍍和濺射等工藝,其生產(chǎn)成本也大幅度提升。還有一些研究者公開了中國(guó)專利CN 201868440 U(
公開日20110615),通過設(shè)置細(xì)柵線在寬度上40-90 μ m的漸變結(jié)構(gòu),來(lái)實(shí)現(xiàn)減小遮光面積和降低串聯(lián)電阻,從而提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,但由于仍然沒有改變柵極的制備方法,其作用有限。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提出一種全新的制備方法。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的(1)將太陽(yáng)能電池片放置在打印平臺(tái)上,并通過氣體吸附進(jìn)行固定;(2)打印平臺(tái)向打印頭方向移動(dòng),使太陽(yáng)能電池片移動(dòng)到打印頭下方;(3)打印頭上的CXD圖像傳感器對(duì)太陽(yáng)能電池片上的標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別,從而確定并調(diào)整打印頭與電池片的相對(duì)位置;(4)打印平臺(tái)與打印頭做相向運(yùn)動(dòng),使太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離在 1-1000 μ m 之間;(5)對(duì)打印頭內(nèi)的高黏度電極漿料施加壓力,使電極漿料從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到太陽(yáng)能電池片的上表面;(6)打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其相對(duì)移動(dòng)距離為0_50μπι時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度電極漿料施加的壓力,使電極漿料不再?gòu)拇蛴☆^的噴嘴內(nèi)流出,從而在太陽(yáng)能電池片上打印出與打印頭噴嘴形狀相一致的、不連續(xù)的、高寬比大的電極柵線;(7)打印平臺(tái)與打印頭做相對(duì)的平行移動(dòng);(8)然后重復(fù)⑷至(7)的步驟,從而在太陽(yáng)能電池片上打印出連續(xù)的、高寬比大的電極柵線。本發(fā)明中,所述的太陽(yáng)能電池片為單晶硅片、多晶硅片、準(zhǔn)單晶硅片中的至少一種;所述的打印頭噴嘴形狀為圓形、正方形或長(zhǎng)方形,整個(gè)打印頭為單個(gè)或眾多形狀一致的噴嘴的線性陣列;所述的電極漿料為銀漿、銅漿、鎳漿、或鈀-銀漿中的至少一種。作為優(yōu)選,上述步驟(6)中所述的相對(duì)移動(dòng)距離為5-40 μ m時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度電極漿料施加的壓力;作為更佳選擇,相對(duì)移動(dòng)距離為15-30μπι時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度電極漿料施加的壓力。本發(fā)明中的打印平臺(tái)與打印頭做移動(dòng)時(shí),使太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離保持在一定的范圍之間;對(duì)打印頭內(nèi)的高黏度電極漿料施加壓力,使電極漿料從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到太陽(yáng)能電池片的上表面;打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng)超過一定距離,停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度電極漿料施加的壓力,使電極漿料不再?gòu)拇蛴☆^的噴嘴內(nèi)流出, 從而在太陽(yáng)能電池片上打印出與打印頭噴嘴形狀相一致的、不連續(xù)的、高寬比大的電極柵線;打印平臺(tái)與打印頭做相對(duì)的平行移動(dòng),其相對(duì)移動(dòng)方向與相對(duì)移動(dòng)距離均由程序控制; 打印平臺(tái)與打印頭相對(duì)平行移動(dòng)到合適位置,然后重復(fù)上述打印動(dòng)作,從而在太陽(yáng)能電池片上打印出連續(xù)的、高寬比大的電極柵線。有益效果本發(fā)明可以克服傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷工藝的瓶頸,使太陽(yáng)能電池正面柵線電極的高度更高、寬度更窄,可以更多的利用太陽(yáng)光并盡量減少電池的串聯(lián)電阻。通過減少打印頭噴嘴寬度方向的尺寸,可以突破傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的極限,獲得寬度20-80 μ m、高度 20-50μπι的太陽(yáng)能電池正面電極柵線,從而顯著降低柵極線寬并提高柵電極的高寬比;通過對(duì)打印頭噴嘴進(jìn)行線性陣列設(shè)計(jì),可以顯著提高高質(zhì)量太陽(yáng)能電池正面電極的制備效率、降低生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1
將尺寸為125的單晶硅太陽(yáng)能電池片放置在打印臺(tái)上并固定,再將打印臺(tái)移動(dòng), 使太陽(yáng)能電池片置于打印頭下方,并使太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離在2000 μ m;打印頭上的CXD圖像傳感器對(duì)單晶硅太陽(yáng)能電池片上的標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別,從而確定并調(diào)整打印頭與電池片的相對(duì)位置;在確定相對(duì)位置的基礎(chǔ)上,打印平臺(tái)與打印頭做相向運(yùn)動(dòng),使單晶硅太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離移動(dòng)到IOym左右;通過對(duì)打印頭內(nèi)施壓,將打印頭內(nèi)的電極漿料從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到太陽(yáng)能電池片的上表面;然后再將打印臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其相對(duì)移動(dòng)距離為50 μ m時(shí),停止將電極漿料從打印頭的噴嘴內(nèi)流出;再將打印臺(tái)與打印頭做相對(duì)的平行移動(dòng),然后重復(fù)上述打印動(dòng)作,直至在太陽(yáng)能電池片上打印出電極柵線。本實(shí)施例中,打印臺(tái)為平臺(tái),且太陽(yáng)能電池片在打印平臺(tái)上通過氣體吸附進(jìn)行固定;打印頭噴嘴形狀為寬度50 μ m、長(zhǎng)度5000 μ m的長(zhǎng)方形,其中所使用的電極漿料為銀漿。通過本實(shí)施例中的方法,可得在單晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出寬度50 μ m、長(zhǎng)度 5000 μ m的銀電極柵線。繼續(xù)重復(fù)上述打印動(dòng)作,從而在單晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出寬度 50 μ m、連續(xù)的、高寬比大的電極柵線。實(shí)施例2與實(shí)施例1相似的方法,將尺寸為125的單晶硅太陽(yáng)能電池片放置在打印平臺(tái)上, 并通過氣體吸附進(jìn)行固定;打印平臺(tái)向打印頭方向移動(dòng),使太陽(yáng)能電池片移動(dòng)到打印頭下方,并使太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離在1000 μ m ;打印頭上的CXD圖像傳感器對(duì)單晶硅太陽(yáng)能電池片上的標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別,從而確定并調(diào)整打印頭與電池片的相對(duì)位置;在確定相對(duì)位置的基礎(chǔ)上,打印平臺(tái)與打印頭做相向運(yùn)動(dòng),使單晶硅太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離移動(dòng)到15 μ m左右;打印頭噴嘴形狀為寬度50 μ m、長(zhǎng)度5000 μ m的長(zhǎng)方形;對(duì)打印頭內(nèi)的高黏度鎳漿施加壓力,使鎳漿從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到單晶硅太陽(yáng)能電池片的上表面;打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其相對(duì)移動(dòng)距離超過設(shè)定的10 μ m時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度鎳漿施加的壓力,使鎳漿不再?gòu)拇蛴☆^的噴嘴內(nèi)流出,從而在單晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出寬度50 μ m、長(zhǎng)度5000 μ m的鎳電極柵線;打印平臺(tái)與打印頭做相對(duì)的平行移動(dòng),其移動(dòng)方向?yàn)檠貣啪€長(zhǎng)度方向,相對(duì)移動(dòng)距離為5000μπι;然后使打印平臺(tái)與打印頭做相向運(yùn)動(dòng),使單晶硅太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離移動(dòng)到15 μ m時(shí),對(duì)打印頭內(nèi)的高黏度鎳漿施加壓力,使鎳漿從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到單晶硅太陽(yáng)能電池片的上表面;打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其相對(duì)移動(dòng)距離超過設(shè)定的IOym時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度鎳漿施加的壓力,使鎳漿不再?gòu)拇蛴☆^的噴嘴內(nèi)流出,從而在單晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出寬度50 μ m、長(zhǎng)度10000 μ m的鎳電極柵線。繼續(xù)重復(fù)上述打印動(dòng)作, 從而在單晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出寬度50 μ m、連續(xù)的、高寬比大的電極柵線。實(shí)施例3與實(shí)施例1相同的方法,將尺寸為156的多晶硅太陽(yáng)能電池片放置在打印平臺(tái)上,并通過氣體吸附進(jìn)行固定;打印平臺(tái)向打印頭方向移動(dòng),使太陽(yáng)能電池片移動(dòng)到打印頭下方,并使太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離在500 μ m ;打印頭上的CXD圖像傳感器對(duì)多晶硅太陽(yáng)能電池片上的標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別,從而確定并調(diào)整打印頭與電池片的相對(duì)位置;在確定相對(duì)位置的基礎(chǔ)上,打印平臺(tái)與打印頭做相向運(yùn)動(dòng),使多晶硅太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離移動(dòng)到15 μ m左右;打印頭噴嘴形狀為寬度40 μ m、長(zhǎng)度3000 μ m的長(zhǎng)方形,整個(gè)打印頭由寬度間隔10mm、長(zhǎng)度間隔3000 μ m的眾多噴嘴排成的線性整列;對(duì)打印頭內(nèi)的高黏度銅漿施加壓力,使銅漿從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到多晶硅太陽(yáng)能電池片的上表面; 打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其相對(duì)移動(dòng)距離超過設(shè)定的15 μ m時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度銅漿施加的壓力,使銅漿不再?gòu)拇蛴☆^的噴嘴內(nèi)流出,從而在單晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出與打印頭噴嘴一致的、眾多寬度40 μ m長(zhǎng)度3000 μ m的銅電極柵線構(gòu)成的陣列;打印平臺(tái)與打印頭做相對(duì)的平行移動(dòng),其移動(dòng)方向?yàn)檠貣啪€長(zhǎng)度方向,相對(duì)移動(dòng)距離為 3000 μ m;然后使打印平臺(tái)與打印頭做相向運(yùn)動(dòng),使多晶硅太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離移動(dòng)到15μπι左右;對(duì)打印頭內(nèi)的高黏度銅漿施加壓力,使銅漿從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到多晶硅太陽(yáng)能電池片的上表面;打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其相對(duì)移動(dòng)距離超過設(shè)定的15 μ m時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度銅漿施加的壓力,使銅漿不再?gòu)拇蛴☆^的噴嘴內(nèi)流出,從而在多晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出寬度40 μ m、長(zhǎng)度6000 μ m的銅電極柵線。繼續(xù)重復(fù)上述打印動(dòng)作,從而在多晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出寬度40 μ m、連續(xù)的、高寬比大的電極柵線。實(shí)施例4與實(shí)施例1相同的方法,將尺寸為156的多晶硅太陽(yáng)能電池片放置在打印平臺(tái)上, 并通過氣體吸附進(jìn)行固定;打印平臺(tái)向打印頭方向移動(dòng),使太陽(yáng)能電池片移動(dòng)到打印頭下方,并使太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離在1000 μ m ;打印頭上的CXD圖像傳感器對(duì)多晶硅太陽(yáng)能電池片上的標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別,從而確定并調(diào)整打印頭與電池片的相對(duì)位置;在確定相對(duì)位置的基礎(chǔ)上,打印平臺(tái)與打印頭做相向運(yùn)動(dòng),使多晶硅太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離移動(dòng)到25 μ m ;打印頭噴嘴形狀為寬度40 μ m、長(zhǎng)度3000 μ m的長(zhǎng)方形,整個(gè)打印頭由寬度間隔10mm、長(zhǎng)度間隔3000 μ m的眾多噴嘴排成的線性整列;對(duì)打印頭內(nèi)的高黏度銀漿施加壓力,使銀漿從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到多晶硅太陽(yáng)能電池片的上表面;打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其相對(duì)移動(dòng)距離超過設(shè)定的20 μ m時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度銀漿施加的壓力,使銀漿不再?gòu)拇蛴☆^的噴嘴內(nèi)流出,從而在單晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出與打印頭噴嘴一致的、眾多寬度40 μ m長(zhǎng)度3000 μ m的銀電極柵線構(gòu)成的陣列;打印平臺(tái)與打印頭做相對(duì)的平行移動(dòng),其移動(dòng)方向?yàn)檠貣啪€長(zhǎng)度方向,相對(duì)移動(dòng)距離為3000μπι; 然后使打印平臺(tái)與打印頭做相向運(yùn)動(dòng),使多晶硅太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離移動(dòng)到 25 μ m;對(duì)打印頭內(nèi)的高黏度銀漿施加壓力,使銀漿從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到多晶硅太陽(yáng)能電池片的上表面;打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其相對(duì)移動(dòng)距離超過設(shè)定的20 μ m時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度銀漿施加的壓力,使銀漿不再?gòu)拇蛴☆^的噴嘴內(nèi)流出, 從而在多晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出寬度40 μ m、長(zhǎng)度6000 μ m的銀電極柵線。繼續(xù)重復(fù)上述打印動(dòng)作,從而在多晶硅太陽(yáng)能電池片上打印出寬度40 μ m、連續(xù)的、高寬比大的電極柵線。
權(quán)利要求
1.一種打印式制備太陽(yáng)能電池正面電極的方法,包括以下步驟(1)將太陽(yáng)能電池片放置在打印平臺(tái)上,并通過氣體吸附進(jìn)行固定;(2)打印平臺(tái)向打印頭方向移動(dòng),使太陽(yáng)能電池片移動(dòng)到打印頭下方;(3)打印頭上的CCD圖像傳感器對(duì)太陽(yáng)能電池片上的標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別,從而確定并調(diào)整打印頭與電池片的相對(duì)位置;(4)打印平臺(tái)與打印頭做相向運(yùn)動(dòng),使太陽(yáng)能電池片與打印頭噴嘴的距離在 1-1000 μ m 之間;(5)對(duì)打印頭內(nèi)的高黏度電極漿料施加壓力,使電極漿料從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到太陽(yáng)能電池片的上表面;(6)打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)其相對(duì)移動(dòng)距離為0-50μ m時(shí),停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度電極漿料施加的壓力,使電極漿料不再?gòu)拇蛴☆^的噴嘴內(nèi)流出,從而在太陽(yáng)能電池片上打印出與打印頭噴嘴形狀相一致的、不連續(xù)的、高寬比大的電極柵線;(7)打印平臺(tái)與打印頭做相對(duì)的平行移動(dòng);(8)然后重復(fù)(4)至(7)的步驟,從而在太陽(yáng)能電池片上打印出連續(xù)的、高寬比大的電極柵線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印式制備太陽(yáng)能電池正面電極的方法,其特征在于所述的太陽(yáng)能電池片為單晶硅片、多晶硅片、準(zhǔn)單晶硅片中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印式制備太陽(yáng)能電池正面電極的方法,其特征在于所述的打印頭噴嘴形狀為圓形、正方形或長(zhǎng)方形,整個(gè)打印頭為單個(gè)或眾多形狀一致的噴嘴的線性陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印式制備太陽(yáng)能電池正面電極的方法,其特征在于所述的電極漿料為銀漿、銅漿、鎳漿、或鈀-銀漿中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印式制備太陽(yáng)能電池正面電極的方法,其特征在于步驟 (6)中所述的相對(duì)移動(dòng)距離為5-40μπι,然后停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度電極漿料施加的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的打印式制備太陽(yáng)能電池正面電極的方法,其特征在于步驟 (6)中所述的相對(duì)移動(dòng)距離為15-30μπι,然后停止對(duì)打印頭內(nèi)高黏度電極漿料施加的壓力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電極的制備方法,具體是指打印式制備太陽(yáng)能電池正面電極的方法。本發(fā)明是將太陽(yáng)能電池片放置在打印平臺(tái)上進(jìn)行固定;然后使電池片移動(dòng)到打印頭下方;再對(duì)打印頭內(nèi)的電極漿料施加壓力,使電極漿料從打印頭噴嘴內(nèi)流出,并接觸到電池片的上表面;打印平臺(tái)與打印頭做相反方向運(yùn)動(dòng),從而在電池片上打印出與打印頭噴嘴形狀相一致的、不連續(xù)的、高寬比大的電極柵線;隨后讓打印平臺(tái)與打印頭做相對(duì)的平行移動(dòng),到合適位置后重復(fù)上述步驟,從而在電池片上打印出連續(xù)的、高寬比大的電極柵線。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是突破傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的極限,可以制備出寬度20-80μm的正面柵線,具有重要的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B41M3/00GK102544218SQ201210012
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者徐時(shí)清, 杜強(qiáng)華, 王煥平, 王補(bǔ)林 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院, 浙江搏路尚新能源有限公司