一種制備太陽能電池柵電極的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備太陽能電池柵電極的裝置及方法，裝置包括銀漿供給裝置，噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊，噴嘴，可程控的高壓發(fā)生器，吸附平臺，運(yùn)動(dòng)平臺和控制單元；方法包括將太陽能基板設(shè)置于吸附平臺上，制備第一柵電極和制備第二柵電極，第二柵電極的寬度大于第一柵電極的寬度；本發(fā)明利用電紡絲直寫工藝打印太陽能電極；利用電場將噴嘴中的銀漿拉成直徑比噴嘴直徑小的絲。通過控制不同的電壓，噴嘴高度，和基板進(jìn)給速度可控制打印出的柵線寬度和高度。電壓影響一定高度下泰勒錐的穩(wěn)定性。高度主要通過影響柵線在空中的固化程度來影響打印柵線的高度，高度越高所打印柵線高度越高?；暹M(jìn)給速度主要影響影響打印柵線的寬度，速度越大，柵線越細(xì)。
【專利說明】—種制備太陽能電池柵電極的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，更具體地，涉及一種制備太陽能電池柵電極的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。隨著光伏行業(yè)的不斷進(jìn)步，市場對光伏產(chǎn)品提出了更高要求。高效、低成本已成為太陽能電池發(fā)展的重要目標(biāo)。太陽能電池片生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟之一是在硅片上的正面和背面制作非常精細(xì)的電路，將光生電子導(dǎo)出電池。同時(shí)為了獲得高效太陽能電池，柵線的遮光面積要減小，同時(shí)又要具備高效的電荷收集能力，因此太陽能電池正面柵電極的制備顯得尤其重要。
[0003]目前，太陽能電池柵線電極的制備一般采用絲網(wǎng)印刷工藝。一般的絲網(wǎng)印刷機(jī)具有:印刷載物臺、印刷掩膜以及刮板；印刷載置臺在載置臺面上具有多個(gè)吸附孔，通過真空吸附來支撐固定被載置在該載置臺面上的被印刷物；印刷掩模用于在支撐固定于該印刷載置臺上的被印刷物上形成規(guī)定的電極圖案；刮板用于向配置在該印刷掩模上的導(dǎo)電漿料施加既定的壓力、向被印刷物進(jìn)行印刷。
[0004]傳統(tǒng)工藝制備的柵線寬度通常在80微米以上，高度為5?30微米，寬的柵線遮光面積大，影響光的吸收；但柵線變細(xì)，電池的歐姆接觸電阻變大，限制了電流的收集能力，致使太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率降低。因此，要獲得高效率的電池，必須減小柵線寬度，提高柵線的高寬比。傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷工藝已經(jīng)很難做到。除此之外，絲網(wǎng)印刷工藝還存在浪費(fèi)銀漿，工藝設(shè)備貴，絲網(wǎng)存在磨損，斷柵和虛印，不能數(shù)控等缺點(diǎn)。也在一定程度上增加了太陽能電池的成本。另外絲網(wǎng)印刷工藝本身的不穩(wěn)定性，比如在使用過程中由于持續(xù)不斷的壓力造成的網(wǎng)版張力的退化，并且網(wǎng)版的壓力也有可能造成電池片損壞，以及柵線寬度的增加，都對電池片效率的整體分布產(chǎn)生了很大的影響，對整體效率造成了一定的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種制備太陽能電池柵電極的裝置，其目的在于提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率，由此解決了現(xiàn)有太陽能電池柵線制備過程中由光吸收率低導(dǎo)致的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率低的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明提供了一種制備太陽能電池柵電極的裝置，包括銀漿供給裝置，噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊，噴嘴，可程控的高壓發(fā)生器，吸附平臺，運(yùn)動(dòng)平臺和控制單元；所述噴嘴包括打印端，銀漿供給接口和電接口 ；所述銀漿供給裝置的輸入控制端與控制單元連接，銀漿供給裝置的輸出控制端與噴嘴的銀漿供給接口連接，所述銀漿供給裝置用于在所述控制單元的控制下為所述噴嘴提供銀漿和為電紡絲提供所需的背壓；噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊的一端連接控制單元，噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊的另一端連接噴嘴，所述噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊用于在所述控制單元的控制下調(diào)節(jié)所述噴嘴的噴印打印端與太陽能基板之間的高度；所述高壓發(fā)生器的輸出正端連接至所述噴嘴的電接口，所述高壓發(fā)生器的輸出負(fù)端連接所述吸附平臺，所述高壓發(fā)生器的輸入控制端連接至所述控制單元，所述高壓發(fā)生器用于在所述控制單元的控制下，在所述噴嘴和吸附于吸附平臺上的基板之間施加電壓，形成高壓電場，使得銀漿在所述噴嘴的打印端形成泰勒錐，并在高壓電場的作用下進(jìn)一步拉扯出絲；所述運(yùn)動(dòng)平臺的控制端連接至所述控制單元，所述吸附平臺設(shè)置于所述運(yùn)動(dòng)平臺上，所述運(yùn)動(dòng)平臺用于在所述控制單元的控制下，帶動(dòng)吸附于吸附平臺上的基板做直線運(yùn)動(dòng)，完成柵電極圖形打印。
[0007]更進(jìn)一步地，所述噴嘴為單個(gè)噴嘴或多個(gè)陣列排布的噴嘴。
[0008]更進(jìn)一步地，還包括:設(shè)置于吸附平臺與太陽能基板之間的絕緣層。
[0009]更進(jìn)一步地，還包括:設(shè)置于所述吸附平臺上方的卷到卷裝置。
[0010]本發(fā)明還提供了一種制備太陽能電池柵電極的方法，包括下述步驟:
[0011](I)將太陽能基板設(shè)置于吸附平臺上；
[0012](2)制備第一柵電極
[0013](2.1)將直徑為100?400微米的噴嘴設(shè)置于噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊上，并將所述噴嘴的電接口與高壓發(fā)生器連接，將所述噴嘴的銀漿供給接口與銀漿供給裝置連接，所述噴嘴的打印端垂直于所述太陽能基板；
[0014](2.2)控制單元輸出第一控制信號控制銀漿供給裝置給所述噴嘴的容腔內(nèi)注入銀漿；
[0015](2.3)控制單元輸出第二控制信號控制噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊中滑塊沿著絲桿滑動(dòng)，調(diào)節(jié)噴嘴陣列高度為0.5?2cm ;
[0016](2.4)控制單元輸出第三控制信號控制高壓發(fā)生器給噴嘴與吸附平臺之間施加電壓；電壓被設(shè)置為0.8?2kv ；
[0017](2.5)控制單元輸出第四控制信號控制運(yùn)動(dòng)平臺沿X向以150?300mm/s的速度運(yùn)動(dòng)，并形成第一柵電極；
[0018](3)根據(jù)制備第一柵電極的步驟制備第二柵電極，所述第二柵電極的寬度大于所述第一柵電極的寬度。
[0019]更進(jìn)一步地，制備第二柵電極的步驟(3)具體包括:
[0020](3.1)將直徑為500?1000微米的噴嘴設(shè)置于噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊上，并將所述噴嘴的電接口與高壓發(fā)生器連接，將所述噴嘴的銀漿供給接口與銀漿供給裝置連接，所述噴嘴的打印端垂直于所述太陽能基板；
[0021](3.2)控制單元輸出第一控制信號控制銀漿供給裝置給所述噴嘴的容腔內(nèi)注入銀漿；
[0022](3.3)控制單元輸出第二控制信號控制噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊中滑塊沿著絲桿滑動(dòng)，調(diào)節(jié)噴嘴陣列高度為0.5?Icm ;
[0023](3.4)控制單元輸出第三控制信號控制高壓發(fā)生器給噴嘴與吸附平臺之間施加電壓；電壓被設(shè)置為0.8?2kv。
[0024](3.5)控制單元輸出第四控制信號控制運(yùn)動(dòng)平臺沿Y向以80?200mm/s的速度運(yùn)動(dòng)，并形成第二柵電極。
[0025]更進(jìn)一步地，所述第一柵電極的寬度為5μηι?50 μ m,所述第一柵電極的高度為
0.8 μ m ?30 μ m0
[0026]更進(jìn)一步地，兩個(gè)第一柵電極之間的間距小于兩個(gè)第二柵電極之間的間距。[0027]本發(fā)明還提供了一種采用上述的方法制備的太陽能柵電極結(jié)構(gòu)。
[0028]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用電紡絲直寫工藝打印太陽能電極，可通過控制不同的電壓，噴嘴高度，和基板進(jìn)給速度可控制打印出的柵線寬度和高度，獲得寬度達(dá)微米甚至亞微米級的柵極，且具有更高的高寬比。其中，電壓影響一定高度下泰勒錐的穩(wěn)定性。高度主要通過影響柵線在空中的固化程度來影響打印柵線的高度，在其他條件不變的情況下，高度越高所打印柵線高度越高?；暹M(jìn)給速度主要影響影響打印柵線的寬度，在其他條件不變的情況下，速度越大，柵線越細(xì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是太陽能電池柵電極的圖形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的制備太陽能電池柵電極的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的制備太陽能電池柵電極的裝置中噴嘴陣列的布局圖；
[0032]圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的制備太陽能電池柵電極的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5為基板進(jìn)給速度為200mm/s，噴嘴高度為15mm，電壓為1.5kv時(shí)，不同噴嘴陣列的列數(shù)帶來所打印柵線間距的變化；圖5(a)為單行噴嘴打印的柵線間距4mm，圖5(b)為兩行噴嘴打印的柵線間距2mm ；
[0034]圖6為噴嘴直徑為150 μ m，基板進(jìn)給速度為200mm/s，電壓為1.5kv時(shí)，不同噴嘴高度，所打印柵線高度不同；圖6(幻噴嘴高度為8mm，所打印柵線高度為15 μ m;圖6(b)噴嘴高度為15mm，其柵線高度為20 μ m ;
[0035]圖7為噴嘴直徑為150 μ m，電壓為1.5kv時(shí)，噴嘴高度為15mm，不同基板進(jìn)給速度，所打印柵線寬度不同；圖7(a)速度為150mm/s，所打印柵線寬度為48 μ m;圖7(b)速度為300mm/s，其柵線寬度為30 μ m ;
[0036]圖8為基板進(jìn)給速度為200mm/s，電壓為1.5kv時(shí)，噴嘴高度為15mm，不同噴嘴直徑，所打印柵線寬度不同；圖8(&)噴嘴直徑為400 μ m，所打印柵線寬度為IOOym ;圖8(b)噴嘴直徑為100 μ m,其柵線寬度為30 μ m。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0038]圖1是太陽能電池柵電極的圖形，其中a為第一柵電極，b為第二柵電極。為提高電池轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)使所得柵電極既能夠減小遮光面積，又能夠降低電池的串聯(lián)電阻。減小遮光面積就要求柵電極寬度盡量小，降低電池的串聯(lián)電阻就要求柵電極截面盡量大。傳統(tǒng)的制備方法采用絲網(wǎng)印刷工藝，如前所述，該工藝在印刷柵線電極寬度小時(shí)不能保證其高寬比，柵電極寬度通常在80微米以上，高度為5?30微米。本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合電流體動(dòng)力噴印的原理，采用電紡絲直寫柵線電極的方法，可獲得更細(xì)的柵電極，且具有更大的高寬比。本發(fā)明實(shí)施例中，第一柵電極寬度在5?50 μ m，高度在0.8?30 μ m。當(dāng)?shù)谝粬烹姌O寬度在數(shù)個(gè)微米時(shí)，可使光發(fā)生衍射，從而減小了陰影面積，提高轉(zhuǎn)換效率。[0039]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的制備太陽能電池柵電極的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:銀漿供給裝置1，噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊2，噴嘴3，可程控的高壓發(fā)生器4，吸附平臺5，運(yùn)動(dòng)平臺6，太陽能基板7，控制單元8。銀漿供給裝置I為噴嘴3供給銀漿，并提供電紡絲所需的背壓。噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊2用于精確調(diào)節(jié)噴嘴3的高度。噴嘴3的高度定義為噴印打印端距離待打印太陽能電池的距離。噴嘴3為完成打印柵電極的直接執(zhí)行元件，包括打印端，銀漿供給接口和電接口。噴嘴3要鍍上金屬，用于建立電場。噴嘴3的作用在于:作為高壓電場的正極，使銀漿在噴嘴前端，即打印端形成泰勒錐，并進(jìn)一步拉扯出絲。高壓發(fā)生器4用于在噴嘴3和基板間加上高壓。高壓發(fā)生器4連接控制單元8，可在電腦終端對電壓進(jìn)行方便調(diào)節(jié)。吸附平臺5用于吸附固定待打印的太陽能基板7。運(yùn)動(dòng)平臺6用于帶動(dòng)太陽能基板7做直線運(yùn)動(dòng)，以完成柵電極圖形打印。配合控制單元可完成期望柵電極圖形的打印?？刂茊卧?，由控制卡和工控機(jī)組成，使整個(gè)系統(tǒng)可通過電腦界面，實(shí)時(shí)程控電壓，高度，速度等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)打印柵線的可數(shù)控。
[0040]銀漿供給裝置I可以由精密流量泵構(gòu)成，也可以由儲存銀漿的容器和精密氣壓控制閥構(gòu)成。其中銀漿供給裝置I的輸出控制端連接于噴嘴3的銀漿供給接口。銀漿供給裝置I的輸入控制端電 氣連接于控制單元8。
[0041]噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊2包括電機(jī)、滑塊和絲桿。噴嘴3固定連接與滑塊上。由控制單元8控制電機(jī)帶動(dòng)絲桿和滑塊運(yùn)動(dòng)。
[0042]噴嘴3可以為單個(gè)噴嘴，也可以為多個(gè)陣列排布的噴嘴，如圖3所示。原則上，單個(gè)噴嘴即可達(dá)到提高轉(zhuǎn)換效率的目的，且結(jié)構(gòu)簡單。但單噴嘴存在，需要多次打印，打印效率低。多個(gè)陣列排布的噴嘴則可以單次完成打印柵電極，效率高。噴嘴前端為打印端，其與太陽能基板7間的距離為我們需控制的工藝參數(shù)——高度。所述噴嘴為金屬噴嘴或前端鍍有金屬。所述噴嘴需留有電接口，并與高壓發(fā)生器正極相連。所述噴嘴的銀漿供給接口為銀漿輸入端，與銀漿供給裝置相連。
[0043]高壓發(fā)生器4為所有滿足輸出電壓包含O-2.5KV，時(shí)漂<0.1%/11，溫漂<0.1%/°C，且可終端遠(yuǎn)程控制，即計(jì)算機(jī)編程控制的高壓發(fā)生器都可。例如型號為DW-P503-1AC東文高壓發(fā)生器。所述高壓發(fā)生器控制端電氣連接于控制單元。
[0044]吸附平臺5固定連接與運(yùn)動(dòng)平臺6。所述吸附平臺應(yīng)留有電氣接口，以接高壓發(fā)生器的負(fù)極。作為進(jìn)一步的優(yōu)化，在吸附平臺5與打印的電池片間設(shè)置一介電常數(shù)和厚度恰當(dāng)?shù)慕^緣層。以避免打印銀柵線時(shí)，造成電池片的擊穿。所述絕緣層的設(shè)置不能影響吸附平臺的工作。
[0045]運(yùn)動(dòng)平臺6為普通可以實(shí)現(xiàn)XY兩向運(yùn)動(dòng)的平臺。作為優(yōu)選方案，運(yùn)動(dòng)平臺的重復(fù)定位精度小于5 μ m為佳。所述運(yùn)動(dòng)平臺與控制單元8為電氣連接。
[0046]太陽能基板7可以為普通未打印柵電極的太陽能基板7。太陽能基板7吸附固定于吸附平臺5上。
[0047]控制單元8可為所有能滿足上述目的的控制系統(tǒng)。例如運(yùn)動(dòng)控制卡+工控機(jī)。
[0048]在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)打印的太陽能電池為柔性薄膜太陽能電池時(shí)，由卷到卷裝置代替運(yùn)動(dòng)平臺完成帶打印太陽能電池的進(jìn)給。采用卷到卷的進(jìn)給方式打印，提高生產(chǎn)效率。此時(shí)，連續(xù)打印柵線。運(yùn)動(dòng)平臺和吸附平臺均不工作，但要保證吸附平臺接上高壓發(fā)生器的負(fù)極。如圖4所示，卷到卷裝置9包括放料輥90，進(jìn)給輥91，收料輥92組成。此時(shí)，待打印柵電極的柔性太陽能卷放置于放料輥90上。卷到卷裝置9與控制單元8電氣連接。通過控制單元8控制進(jìn)給棍91的速度帶動(dòng)柔性太陽能薄膜從放料棍90向收料棍92運(yùn)動(dòng),在噴嘴3處完成打印柵電極。打印柵電極后的太陽能電池由收料輥92卷起。期間，運(yùn)動(dòng)平臺和吸附平臺均不工作，但要保證吸附平臺接上高壓發(fā)生器的負(fù)極。該方法可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不停地打印柵線，即柔性太陽能電池的連續(xù)制造，提高生產(chǎn)效率。
[0049]在本發(fā)明實(shí)施例中，圖5為基板進(jìn)給速度為200mm/s，噴嘴高度為15_，電壓為
1.5kv時(shí)，不同噴嘴陣列的列數(shù)帶來所打印柵線間距的變化；圖5(a)為單行噴嘴打印的柵線間距4mm，圖5(b)為兩行噴嘴打印的柵線間距2mm ;可以通過增加噴嘴陣列的列數(shù)來減小打印柵線的間距。圖6為噴嘴直徑為150 μ m，基板進(jìn)給速度為200mm/s，電壓為1.5kv時(shí)，不同噴嘴高度，所打印柵線高度不同；圖6(幻噴嘴高度為8mm，所打印柵線高度為15μπι;圖6(b)噴嘴高度為15mm，其柵線高度為20 μ m ;在其他條件相同的情況下，增加噴嘴高度，打印柵線的高度增加，從而增加了高寬比。圖7為噴嘴直徑為150 μ m，電壓為1.5kv時(shí)，噴嘴高度為15mm，不同基板進(jìn)給速度，所打印柵線寬度不同；圖7(a)速度為150mm/s，所打印柵線寬度為48 μ m;圖7(b)速度為300mm/s，其柵線寬度為30 μ m ;為在其他條件相同的情況下，增加打印電池基板的速度，所打印柵線寬度減?。粓D8為基板進(jìn)給速度為200mm/s，電壓為1.5kv時(shí)，噴嘴高度為15_，不同噴嘴直徑，所打印柵線寬度不同；圖8(a)噴嘴直徑為400 μ m,所打印柵線寬度為100 μ m ;圖8 (b)噴嘴直徑為100 μ m,其柵線寬度為30 μ m ;在其他條件相同的情況下，增加噴嘴高度，打印柵線的高度增加，從而增加了高寬比。
[0050]本發(fā)明實(shí)施例中，采用上述設(shè)備制備的太陽能柵電極的柵線寬度最小接近亞微米尺度，使得可見光中的很多波長的光能夠發(fā)生衍射，減小陰影面積。且具有大的高寬比。從而提聞了太陽能電池的效率。
[0051]本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種利用靜電紡絲工藝直寫太陽能電池柵電極的方法，所述方法具體為:
[0052](I)將太陽能基板7設(shè)置于吸附平臺上；
[0053](2)制備第一柵電極:
[0054](2.1)將直徑為100?400微米的噴嘴3設(shè)置于噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊2上，并將所述噴嘴3的電接口與高壓發(fā)生器4連接，將噴嘴3的銀漿供給接口與I連接，噴嘴3的打印端垂直于基板；
[0055](2.2)控制單元8輸出第一控制信號控制銀漿供給裝置I給所述噴嘴3的容腔內(nèi)注入銀漿；
[0056](2.3)控制單元8輸出第二控制信號控制噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊2中滑塊沿著絲桿滑動(dòng)，調(diào)節(jié)噴嘴3陣列高度為0.5?2cm ;
[0057](2.4)控制單元8輸出第三控制信號控制高壓發(fā)生器4給噴嘴3與吸附平臺5之間施加電壓；電壓被設(shè)置為0.8?2kv。
[0058](2.5)控制單元8輸出第四控制信號控制運(yùn)動(dòng)平臺沿X向以150?300mm/s的速度運(yùn)動(dòng)，并形成第一柵電極；
[0059](3)制備第二柵電極
[0060](3.1)將直徑為500?1000微米的噴嘴3設(shè)置于噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊2上，并將所述噴嘴3的電接口與高壓發(fā)生器4連接，將所述噴嘴3的銀漿供給接口與銀漿供給裝置I連接，噴嘴3的打印端垂直于基板；
[0061](3.2)控制單元8輸出第一控制信號控制銀漿供給裝置I給噴嘴3的容腔內(nèi)注入銀漿；
[0062](3.3)控制單元8輸出第二控制信號控制噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊2中滑塊沿著絲桿滑動(dòng)，調(diào)節(jié)噴嘴陣列高度為0.5?Icm ;
[0063](3.4)控制單元8輸出第三控制信號控制高壓發(fā)生器4給噴嘴與5之間施加電壓；電壓被設(shè)置為0.8?2kv。
[0064](3.5)控制單元8輸出第四控制信號控制運(yùn)動(dòng)平臺6沿Y向以80?200mm/s的速度運(yùn)動(dòng)，并形成第二柵電極。
[0065]其中，第二柵電極的寬度大于第一柵電極的寬度，兩個(gè)第一柵電極之間的間距小于兩個(gè)第二柵電極之間的間距。
[0066]在本發(fā)明實(shí)施例中，控制單元8包括運(yùn)動(dòng)控制卡和工控機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)輸出第一控制信號控制銀漿供給裝置I給噴嘴3的容腔內(nèi)注入銀漿；輸出第二控制信號控制噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊2中滑塊沿著絲桿滑動(dòng)，輸出第三控制信號控制高壓發(fā)生器4給噴嘴與5之間施加電壓；輸出第四控制信號控制運(yùn)動(dòng)平臺6沿X向或Y向以一定的速度運(yùn)動(dòng)。
[0067]本發(fā)明實(shí)施例提供的制備太陽能電池背電極的方法利用電紡絲直寫工藝打印太陽能電極。電紡絲工藝?yán)秒妶鰧娮熘械你y漿拉成直徑比噴嘴直徑小的絲。通過控制不同的電壓，噴嘴高度，和基板進(jìn)給速度可控制打印出的柵線寬度和高度。其中，電壓影響一定高度下泰勒錐的穩(wěn)定性。高度主要通過影響柵線在空中的固化程度來影響打印柵線的高度，在其他條件不變的情況下，高度越高所打印柵線高度越高?；暹M(jìn)給速度主要影響影響打印柵線的寬度，在其他條件不變的情況下，速度越大，柵線越細(xì)。
[0068]本發(fā)明實(shí)施例提供的方法與傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷方法相比，可打印更細(xì)的柵線，且可達(dá)到更大的高寬比，更節(jié)省銀漿，可數(shù)控打印柵線的寬度和高度。作為優(yōu)化方法，采用噴嘴陣列單次完成柵電極印刷，提高了生產(chǎn)效率。
[0069]本發(fā)明中，采用上述的方法制備的太陽能柵電極結(jié)構(gòu)，柵線寬度最小接近亞微米尺度，使得可見光中的很多波長的光能夠發(fā)生衍射，減小陰影面積。且所述柵線具有大的高寬比。提高了太陽能電池的效率。
[0070]為了進(jìn)一步具體解釋說明本發(fā)明，以下給出了四個(gè)實(shí)施例，由于打印太陽能背電極主柵線與細(xì)柵線工藝一樣，故實(shí)施例中只針對細(xì)柵線(即第一柵電極)的打印進(jìn)行了說明。
[0071]實(shí)施例1:現(xiàn)要打印一個(gè)邊長為125mm，對角為165mm的n+p型單晶硅太陽電池的上電極，電極材料為銀漿，其體電阻率為3.0u Ω.cm，根據(jù)太陽電池柵極優(yōu)化理論和工藝上的限制，計(jì)算出要求細(xì)柵線的間距控制在2.5mm左右，高度控制在10_30um之間。進(jìn)一步的，采用陣列噴嘴，提高生產(chǎn)效率。
[0072]具體步驟如下:
[0073](I)噴嘴陣列采用兩行布局，等間距放置，每行有25個(gè)噴嘴，且噴嘴間的距離設(shè)置成5mm，噴嘴直徑選用200um，這樣打印出來的理論細(xì)柵線間距為2.5mm，而且噴嘴能打印的寬度和電池片寬度相等，單次打印即可完成細(xì)柵的打印。
[0074](2)將待打印柵線的太陽能電池片放在吸附平臺上，吸附好。[0075](3)將所要打印的銀漿加入噴嘴的容腔內(nèi)，充滿金屬噴頭。并將噴嘴與高壓發(fā)生器正極相連，并將電壓設(shè)置為IkV ；
[0076](4)調(diào)節(jié)噴嘴陣列高度，將高度設(shè)置為Icm ；
[0077](5)設(shè)置運(yùn)動(dòng)平臺X向運(yùn)動(dòng)速度為300mm/s ；
[0078](6)開始打印，利用Keyence共聚焦顯微鏡測得細(xì)柵極高度為15um，寬度為30um，達(dá)到理想效果，完成打印。
[0079]實(shí)施例2:在實(shí)施例1的基礎(chǔ)之上將細(xì)柵極的高度控制在15-20um之間，重新設(shè)置參數(shù)如下:
[0080](I)噴嘴陣列采用兩行布局，等間距放置，每行有25個(gè)噴嘴，且噴嘴間的距離設(shè)置成5mm，噴嘴直徑選用300um，這樣打印出來的理論細(xì)柵線間距為2.5mm，而且噴嘴能打印的寬度和電池片寬度相等，單次打印即可完成細(xì)柵的打印。
[0081](2)將待打印柵線的太陽能電池片放在吸附平臺上，吸附好。
[0082](3)將所要打印的銀漿加入噴嘴的容腔內(nèi)，充滿金屬噴頭。并將噴嘴與高壓發(fā)生器正極相連，并將電壓設(shè)置為1.5kV ；
[0083](4)調(diào)節(jié)噴嘴陣列高度，將高度設(shè)置為1.5cm ；
[0084](5)設(shè)置運(yùn)動(dòng)平臺X向運(yùn)動(dòng)速度為250mm/s ；
[0085](6)開始打印。利用Keyence共聚焦顯微鏡測得細(xì)柵極高度為18um，寬度為35um，達(dá)到理想效果，完成打印。
[0086]實(shí)施例3:現(xiàn)要打印一塊20mmX 20mm的n+p型單晶硅太陽電池的上電極，電極材料為銀漿，其體電阻率為3.0u Ω.cm,根據(jù)太陽電池柵極優(yōu)化理論和工藝上的限制，計(jì)算出要求細(xì)柵線的間距控制在2mm左右，高度控制在20-30um之間。
[0087]具體步驟如下:
[0088](I)噴嘴陣列采用單行布局，共10個(gè)噴嘴，等間距放置，且噴嘴間的距離設(shè)置成2mm，噴嘴直徑選用400um，這樣打印出來的理論細(xì)柵線間距為2mm，而且噴嘴能打印的寬度和電池片寬度相等，單次打印即可完成細(xì)柵的打印。
[0089](2)將待打印柵線的太陽能電池片放在吸附平臺上，吸附好。
[0090](3)將所要打印的銀漿加入噴嘴的容腔內(nèi)，充滿金屬噴頭。并將噴嘴與高壓發(fā)生器正極相連，為保證細(xì)柵線盡量細(xì)，將電壓設(shè)置為0.SkV ；
[0091](4)調(diào)節(jié)噴嘴陣列高度，將高度設(shè)置為0.5cm ；
[0092](5)設(shè)置運(yùn)動(dòng)平臺X向運(yùn)動(dòng)速度為200mm/s ；
[0093](6)開始打印。利用Keyence共聚焦顯微鏡觀察打印好的太陽能電池柵極間距和厚度，測得細(xì)柵極間距為2.1mm,寬度為43um，高度為21um，符合預(yù)設(shè)范圍20_30um。打印成功。
[0094]實(shí)施例4:在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，改變噴嘴高度和電壓，觀察太陽能電池細(xì)柵極參數(shù)的變化。具體步驟如下:
[0095](I)噴嘴陣列采用單行布局，共10個(gè)噴嘴，等間距放置，且噴嘴間的距離設(shè)置成2mm，噴嘴直徑選用lOOum，這樣打印出來的理論細(xì)柵線間距為2mm，而且噴嘴能打印的寬度和電池片寬度相等，單次打印即可完成細(xì)柵的打印。
[0096](2)將待打印柵線的太陽能電池片放在吸附平臺上，吸附好。[0097](3)將所要打印的銀漿加入噴嘴的容腔內(nèi)，充滿金屬噴頭。并將噴嘴與高壓發(fā)生器正極相連，為保證細(xì)柵線盡量細(xì)，將電壓設(shè)置為2kV ；
[0098](4)調(diào)節(jié)噴嘴陣列高度，將高度設(shè)置為2cm ；
[0099](5)設(shè)置運(yùn)動(dòng)平臺X向運(yùn)動(dòng)速度為150mm/s ；
[0100](6)開始打印。利用Keyence共聚焦顯微鏡觀察打印好的太陽能電池柵極間距和厚度，發(fā)現(xiàn)細(xì)柵極間距為2.1mm，高度為28um，比實(shí)施例3中的高度略有增高，且柵線寬度變細(xì)，為27um。
[0101]為了敘述簡潔，實(shí)施例1-4中主柵線(即第二柵電極)的數(shù)據(jù)如下表一所示:
【權(quán)利要求】
1.一種制備太陽能電池柵電極的裝置，其特征在于，包括銀漿供給裝置(I)，噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊(2)，噴嘴(3)，可程控的高壓發(fā)生器(4)，吸附平臺(5)，運(yùn)動(dòng)平臺(6)和控制單元(8)； 所述噴嘴(3)包括打印端，銀漿供給接口和電接口 ； 所述銀漿供給裝置(I)的輸入控制端與控制單元(8)連接，銀漿供給裝置(I)的輸出控制端與噴嘴(3)的銀漿供給接口連接，所述銀漿供給裝置(I)用于在所述控制單元的控制下為所述噴嘴(3)提供銀漿和為電紡絲提供所需的背壓； 噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊(2)的一端連接控制單元(8)，噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊(2)的另一端連接噴嘴(3)，所述噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊(2)用于在所述控制單元的控制下調(diào)節(jié)所述噴嘴(3)的噴印打印端與太陽能基板(7)之間的高度； 所述高壓發(fā)生器(4)的輸出正端連接至所述噴嘴(3)的電接口，所述高壓發(fā)生器(4)的輸出負(fù)端連接所述吸附平臺(5)，所述高壓發(fā)生器(4)的輸入控制端連接至所述控制單元(8)，所述高壓發(fā)生器(4)用于在所述控制單元的控制下，在所述噴嘴和吸附于吸附平臺(5)上的基板之間施加電壓，形成高壓電場，使得銀漿在所述噴嘴的打印端形成泰勒錐，并在高壓電場的作用下進(jìn)一步拉扯出絲； 所述運(yùn)動(dòng)平臺(6)的控制端連接至所述控制單元(8)，所述吸附平臺(5)設(shè)置于所述運(yùn)動(dòng)平臺(6)上，所述運(yùn)動(dòng)平臺(6)用于在所述控制單元(8)的控制下，帶動(dòng)吸附于吸附平臺(5)上的基板做直線運(yùn)動(dòng)，完成柵 電極圖形打印。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述噴嘴(3)為單個(gè)噴嘴或多個(gè)陣列排布的噴嘴。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括:設(shè)置于吸附平臺與太陽能基板(7)之間的絕緣層。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括:設(shè)置于所述吸附平臺上方的卷到卷>j-U ρ?α裝直。
5.一種制備太陽能電池柵電極的方法，其特征在于，包括下述步驟: (1)將太陽能基板設(shè)置于吸附平臺上； (2)制備第一柵電極 (2.1)將直徑為100-400微米的噴嘴設(shè)置于噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊上，并將所述噴嘴的電接口與高壓發(fā)生器連接，將所述噴嘴的銀漿供給接口與銀漿供給裝置連接，所述噴嘴的打印端垂直于所述太陽能基板； (2.2)控制單元輸出第一控制信號控制銀漿供給裝置給所述噴嘴的容腔內(nèi)注入銀漿；(2.3)控制單元輸出第二控制信號控制噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊中滑塊沿著絲桿滑動(dòng)，調(diào)節(jié)噴嘴陣列高度為0.5-2cm ; (2.4)控制單元輸出第三控制信號控制高壓發(fā)生器給噴嘴與吸附平臺之間施加電壓；電壓被設(shè)置為0.8-2kv ； (2.5)控制單元輸出第四控制信號控制運(yùn)動(dòng)平臺沿X向以150-300mm/s的速度運(yùn)動(dòng)，并形成第一柵電極； (3)根據(jù)制備第一柵電極的步驟制備第二柵電極，所述第二柵電極的寬度大于所述第一柵電極的寬度。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，制備第二柵電極的步驟(3)具體包括: (3.1)將直徑為500-1000微米的噴嘴設(shè)置于噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊上，并將所述噴嘴的電接口與高壓發(fā)生器連接，將所述噴嘴的銀漿供給接口與銀漿供給裝置連接，所述噴嘴的打印端垂直于所述太陽能基板； (3.2)控制單元輸出第一控制信號控制銀漿供給裝置給所述噴嘴的容腔內(nèi)注入銀漿； (3.3)控制單元輸出第二控制信號控制噴嘴高度調(diào)節(jié)模塊中滑塊沿著絲桿滑動(dòng)，調(diào)節(jié)噴嘴陣列高度為0.5-Icm ; (3.4)控制單元輸出第三控制信號控制高壓發(fā)生器給噴嘴與吸附平臺之間施加電壓；電壓被設(shè)置為0.8-2kv。 (3.5)控制單元輸出第四控制信號控制運(yùn)動(dòng)平臺沿Y向以80-200mm/s的速度運(yùn)動(dòng)，并形成第二柵電極。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一柵電極的寬度為5μ m-50 μ m，所述第一柵電極的高度為0.8 μ m-30 μ m。
8.如權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，兩個(gè)第一柵電極之間的間距小于兩個(gè)第二柵電極之間的間距。
9.一種采用權(quán)利要求5 -8任一項(xiàng)所述的方法制備的太陽能柵電極結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】B41J2/01GK103456835SQ201310329671
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】黃永安, 尹周平, 湯朋朋, 潘艷橋, 吳林松, 熊有倫 申請人:華中科技大學(xué)