CN101789468A - 电刷镀制备太阳能电池阵列电极的方法 - Google Patents

电刷镀制备太阳能电池阵列电极的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法。该方法包括步骤：(1)保护膜涂覆；(2)激光刻槽；(3)表面活化处理；(4)电刷镀；采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀液的镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面进行电刷镀；所述镀笔为移动镀笔或象形镀笔；(5)保护膜退除。本发明采用电刷镀生产效率明显提高，即在较短的时间内实现阵列电极的制备，而且制得的电极均匀，光亮，同时电镀槽液容易维护；电极与基体结合强度高，镀层结合力高，减少了基体与导电线之间的接触电阻；自动化程度好，镀速快，工艺操作简单，易掌握，成本相对较低，效率高，所需工装设备少。

Description

电刷镀制备太阳能电池阵列电极的方法
技术领域
本发明属于太阳能电池制备领域，特别涉及一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法。
背景技术
目前，商品化生产硅太阳能电池阵列电极的方法只有一种，即丝网印刷银浆形成阵列电极。但是该工艺中目前存在下列问题：得到的栅状阵列电极大约要覆盖6～10％的表面积，使吸收太阳能的有效面积减少，从而使转换效率降低；传统的丝网印刷工艺难以实现使太阳能电池拥有更高的高宽比的阵列电极。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法。
本发明的再一目的在于提供上述方法制备的硅太阳能电池阵列电极。
本发明的又一目的在于提供上述硅太阳能电池阵列电极的应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法，包括以下操作步骤：
(1)保护膜涂覆：在涂有减反射层的硅半导体的表面涂覆一层保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过表面活性剂清洗后，在含F-酸溶液或者氢氧化物溶液中对凹槽进行活化，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀液的镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为1～4A/dm2的条件下进行电刷镀；所述镀笔为移动镀笔或象形镀笔；
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在有机溶剂中浸泡，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
步骤(1)所述减反射层为氮化硅减反射膜、多孔二氧化硅减反射膜、二氧化钛减反射膜或MgF2/ZnS双层减反射膜；所述保护膜与无机酸碱不起作用并且能用有机溶剂容易去除，优选如为酚醛清漆、醇酸清漆、硝基清漆、环氧清漆或丙烯酸清漆。
步骤(3)所述表面活性剂的质量百分比浓度为0.5％～5％；所述表面活性剂为高级脂肪酸盐或磺酸盐表面活性剂；所述含F-酸溶液或氢氧化物溶液的质量百分比浓度为1％～40％；所述含F-酸溶液为HF、HBF4或NH4HF2的盐酸溶液；所述氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。
所述高级脂肪酸盐为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
步骤(3)所述活化的时间为1～5min；活化的目的是为了消除硅片上的氧化膜，同时将硅进行活化，减少电极与硅片上的接触电阻，提高电极与硅片的结合力。
步骤(4)所述镀液为镀铜液、镀镍液、镀锡液、镀银液或镀金液；步骤(4)所述镀笔为移动镀笔时，移动镀笔的相对运动速度为0.5～10M/min，电刷镀的时间为5～10min；所述镀笔为象形镀笔时，电刷镀的时间为1～10min。
镀铜液是由焦磷酸铜50～150g/L、焦磷酸钾250～350g/L、柠檬酸铵10～15g/L、二氧化硒0.006～0.5g/L、2-巯基苯骈噻唑0.001～0.5g/L和2-巯基苯骈咪唑0.001～0.1g/L组成；或者是由硫酸铜100～250g/L、硫酸50～150g/L、氯化钾100～200mg/L、聚乙二醇0.05～0.3g/L和双(二甲基硫代氨基)甲酰锍-1-丙烷磺酸盐0.02～0.5g/L组成；
所述镀镍液由胺基磺酸镍300～500g/L、氯化镍0～30g/L、硼酸30～40g/L、丙烯磺酸钠0.1g-2g/L和香豆素0.005-0.2g/L组成；
所述镀锡液由锡20～35g/L、苯酚磺酸40～80g/L和β-苯酚磺酸0.1～2g/L组成；
所述镀银液由硝酸银30～40g/L-1、氰化钾50～75g/L-1和碳酸钾20～95g/L-1组成；
所述镀金液由氰化金钾8～20g/L-1、氰化钾15～30g/L-1、磷酸氢二钾10～25g/L-1和碳酸钾10～30g/L-1组成。
步骤(5)所述有机溶剂为脂肪烃类化合物、脂环烃类化合物、卤化烃类化合物、酯类化合物或酮类化合物；所述浸泡的时间为1～30分钟。
所述脂肪烃类化合物为苯、甲苯或二甲苯；所述脂环烃类化合物为环己烷或环己酮；所述卤化烃类化合物为氯苯、二氯甲烷或二氯甲苯；所述酯类化合物为醋酸乙酯、醋酸甲酯或醋酸丙酯；所述酮类化合物为丙酮、甲基丙酮或甲基异丁酮。
一种根据上述方法制备的硅太阳能电池阵列电极。
上述硅太阳能电池阵列电极可应用于制备太阳能电池组合板。
本发明的原理是：首先对具有p/n结的硅片先进行弱腐蚀活化，使之裸露出基体，然后一种方法是用浸满电镀液的镀笔以一定相对速度在待镀的晶体硅片上移动(图1移动镀笔电刷镀过程示意图)，使晶体硅片表面与镀笔接触的那些部位的金属离子获得电子，还原成金属原子，这些原子沉积结晶就形成了导线，随着电刷镀时间增加，所得导线逐渐加厚至规定尺寸；另一种方法是把镀笔设计成象形阳极进行电刷镀(图2象形镀笔电刷镀过程示意图)。
如果是电刷镀铜，则采用另外浸满镀液(镀锡液、镀镍液、镀银液或镀金液)的镀笔，对硅半导体进行二次电刷镀，使其表面增加一层耐腐蚀的金属(例如锡、镍、银、金等金属)层作为保护层以提高样品的寿命。
本发明与现有技术相比，具有如下突出优点和有益效果：本发明采用电刷镀的方法在硅太阳能电池硅片表面制备微型金属导线作为阵列电极，以填补丝网印刷阵列电极难以制备微型阵列电极的缺陷；在电刷镀过程中通过控制电沉积时间来增加金属导线的厚度，从而提高太阳能电池电极载流子收集能力，减少太阳能电池电极的串联电阻和由此引起的功率损失，提高太阳能电池的转换效率；该发明技术的应用，能够以最小的投入，通过提升阵列电极制作工艺来达到提高太阳能电池转换效率的目的，具有重要的实际价值；电刷镀生产效率明显提高，即在较短的时间内实现阵列电极的制备，而且制得的电极均匀，光亮，同时电镀槽液容易维护；自动化程度好，镀速快，工艺操作简单，易掌握，成本相对较低，效率高，而且所得电极与基体结合强度高、镀层结合力高，减少了基体与导电线之间的接触电阻，所需工装设备少。
附图说明
图1移动镀笔电刷镀示意图，其中A为镀液槽；B为负极；C为移动镀笔；D为泵；E为导液管；F为负极导线；G为正极导线。
图2象形镀笔电刷镀示意图，其中A为镀液槽；B为负极；C为象形镀笔；D为泵；E为导液管；F为负极导线；G为正极导线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)保护膜涂覆：在涂有氮化硅减反射层的硅半导体的表面涂覆一层酚醛清漆作为保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为5％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠清洗后，在质量百分比浓度为5％的HF盐酸溶液中对凹槽进行活化5min，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀铜液的移动镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为1A/dm2、相对运动速度为10M/min的条件下进行电刷镀5min；所述镀铜液由焦磷酸铜50g/L、焦磷酸钾250g/L、柠檬酸铵10g/L、二氧化硒0.006g/L、2-巯基苯骈噻唑0.001g/L和2-巯基苯骈咪唑0.001g/L组成。
采用上述同样的方法，用另一支浸满镀镍液的镀笔对镀层进行二次电刷镀，所述镀镍液由胺基磺酸镍300g/L、硼酸30g/L、丙烯磺酸钠0.1g/L和香豆素0.005g/L组成。
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在环己烷中浸泡30分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
实施例2
(1)保护膜涂覆：在涂有多孔二氧化硅减反射层的硅半导体的表面涂覆一层醇酸清漆作为保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为0.5％的十二烷基苯磺酸钠清洗后，在质量百分比浓度为5％的HBF4盐酸溶液中对凹槽进行活化5min，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀铜液的移动镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为4A/dm2、相对运动速度为8M/min的条件下进行电刷镀10min；所述镀铜液由硫酸铜100g/L、硫酸50g/L、氯化钾100mg/L、聚乙二醇0.05g/L和双(二甲基硫代氨基)甲酰锍-1-丙烷磺酸盐0.02g/L组成。
采用上述同样的方法，用另一支浸满镀银液的镀笔对镀层进行二次电刷镀，所述镀银液由硝酸银30g/L-1、氰化钾50g/L-1和碳酸钾20g/L-1组成。
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在苯中浸泡1分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
实施例3
(1)保护膜涂覆：在涂有二氧化钛减反射层的硅半导体的表面涂覆一层硝基清漆作为保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为2％的十二烷基硫酸钠清洗后，在质量百分比浓度为10％的NH4HF2盐酸溶液中对凹槽进行活化2min，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀液的象形镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为4A/dm2的条件下进行电刷镀5min；所述镀铜液由硫酸铜250g/L、硫酸150g/L、氯化钾200mg/L、聚乙二醇0.3g/L和双(二甲基硫代氨基)甲酰锍-1-丙烷磺酸盐0.5g/L组成。
采用上述同样的方法，用另一支浸满镀锡液的镀笔对镀层进行二次电刷镀，所述镀锡液由锡20g/L、苯酚磺酸40g/L和β-苯酚磺酸0.1g/L组成。
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在二氯甲烷中浸泡20分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
实施例4
(1)保护膜涂覆：在涂有MgF2/ZnS双层减反射层的硅半导体的表面涂覆一层环氧清漆作为保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为3％的十二烷基磺酸钠表面活性剂清洗后，在质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液中对凹槽进行活化3min，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀银液的移动镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为3A/dm2、相对运动速度为0.5M/min的条件下进行电刷镀8min；所述镀银液由硝酸银40g/L-1、氰化钾75g/L-1和碳酸钾95g/L-1组成。
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在醋酸乙酯中浸泡10分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
实施例5
(1)保护膜涂覆：在涂有氮化硅减反射膜的硅半导体的表面涂覆一层丙烯酸清漆作为保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为4％的十二烷基苯磺酸钠表面活性剂清洗后，在质量百分比浓度为30％的氢氧化钾溶液中对凹槽进行活化4min，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀锡液的移动镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为2A/dm2、相对运动速度为5M/min的条件下进行电刷镀7min；所述镀锡液由锡35g/L、苯酚磺酸80g/L和β-苯酚磺酸2g/L组成。
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在甲基异丁酮中浸泡25分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
实施例6
(1)保护膜涂覆：在涂有氮化硅减反射膜的硅半导体的表面涂覆一层丙烯酸清漆作为保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为1％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠清洗后，在质量百分比浓度为4％的氢氟酸溶液中对凹槽进行活化1min，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀液的象形镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为4A/dm2的条件下进行电刷镀1min；所述镀镍液由胺基磺酸镍500g/L、氯化镍30g/L、硼酸40g/L、丙烯磺酸钠2g/L和香豆素0.2g/L组成。
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在醋酸乙酯中浸泡5分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
实施例7
(1)保护膜涂覆：在涂有氮化硅减反射层的硅半导体的表面涂覆一层酚醛清漆作为保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为2.5％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠清洗后，在质量百分比浓度为8％的HF盐酸溶液中对凹槽进行活化5min，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀铜液的移动镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为4A/dm2、相对运动速度为3M/min的条件下进行电刷镀9min；所述镀铜液由焦磷酸铜150g/L、焦磷酸钾350g/L、柠檬酸铵15g/L、二氧化硒0.5g/L、2-巯基苯骈噻唑0.5g/L和2-巯基苯骈咪唑0.1g/L组成。
采用上述同样的方法，用另一支浸满镀金液的镀笔对镀层进行二次电刷镀，所述镀金液由氰化金钾20g/L-1、氰化钾30g/L-1、磷酸氢二钾25g/L-1和碳酸钾30g/L-1组成。
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在醋酸丙酯中浸泡15分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
实施例8
(1)保护膜涂覆：在涂有氮化硅减反射膜的硅半导体的表面涂覆一层丙烯酸清漆作为保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过质量百分比浓度为1％的十二烷基苯磺酸钠表面活性剂清洗后，在质量百分比浓度为20％的氢氧化钾溶液中对凹槽进行活化1min，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满金液的象形镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为4A/dm2的条件下进行电刷镀1min；所述镀金液由氰化金钾8g/L-1、氰化钾15g/L-1、磷酸氢二钾10g/L-1和碳酸钾10g/L-1组成；
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在甲基丙酮中浸泡20分钟，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)保护膜涂覆：在涂有减反射层的硅半导体的表面涂覆一层保护膜；所述硅半导体具有p/n结；
(2)激光刻槽：在涂覆了保护膜的硅半导体的表面上通过激光刻出阵列凹槽；
(3)表面活化处理：将刻了阵列凹槽的硅半导体通过表面活性剂清洗后，在含F-酸溶液或者氢氧化物溶液中对凹槽进行活化，得到经过前处理的硅半导体；
(4)电刷镀：采用常规电镀电源，利用电源负极连接经过前处理的硅半导体，电源正极连接浸满镀液的镀笔，开启电源，将镀笔在经过前处理的硅半导体的表面以电流密度为1～4A/dm2的条件下进行电刷镀；所述镀笔为移动镀笔或象形镀笔；
(5)保护膜退除：将电刷镀完成后的硅半导体在有机溶剂中浸泡，去掉覆盖在极板表面的保护膜，清洗，烘干，得到硅太阳能电池阵列电极。
2.根据权利要求1所述的一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法，其特征在于：步骤(1)所述减反射层为氮化硅减反射膜、多孔二氧化硅减反射膜、二氧化钛减反射膜或MgF2/ZnS双层减反射膜；所述保护膜为酚醛清漆、醇酸清漆、硝基清漆、环氧清漆或丙烯酸清漆。
3.根据权利要求1所述的一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法，其特征在于：步骤(3)所述表面活性剂的质量百分比浓度为0.5％～5％；所述表面活性剂为高级脂肪酸盐或磺酸盐表面活性剂；所述含F-酸溶液或氢氧化物溶液的质量百分比浓度为1％～40％；所述含F-酸溶液为HF、HBF4或NH4HF2的盐酸溶液；所述氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。
4.根据权利要求3所述的一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法，其特征在于：所述高级脂肪酸盐为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法，其特征在于：步骤(3)所述活化的时间为1～5min；步骤(4)所述镀液为镀铜液、镀镍液、镀锡液、镀银液或镀金液；步骤(4)所述镀笔为移动镀笔时，移动镀笔的相对运动速度为0.5～10M/min，电刷镀的时间为5～10min；所述镀笔为象形镀笔时，电刷镀的时间为1～10min。
6.根据权利要求5所述的一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法，其特征在于：
镀铜液是由焦磷酸铜50～150g/L、焦磷酸钾250～350g/L、柠檬酸铵10～15g/L、二氧化硒0.006～0.5g/L、2-巯基苯骈噻唑0.001～0.5g/L和2-巯基苯骈咪唑0.001～0.1g/L组成；或者是由硫酸铜100～250g/L、硫酸50～150g/L、氯化钾100～200mg/L、聚乙二醇0.05～0.3g/L和双(二甲基硫代氨基)甲酰锍-1-丙烷磺酸盐0.02～0.5g/L组成；
所述镀镍液由胺基磺酸镍300～500g/L、氯化镍0～30g/L、硼酸30～40g/L、丙烯磺酸钠0.1g-2g/L和香豆素0.005-0.2g/L组成；
所述镀锡液由锡20～35g/L、苯酚磺酸40～80g/L和β-苯酚磺酸0.1～2g/L组成；
所述镀银液由硝酸银30～40g/L-1、氰化钾50～75g/L-1和碳酸钾20～95g/L-1组成；
所述镀金液由氰化金钾8～20g/L-1、氰化钾15～30g/L-1、磷酸氢二钾10～25g/L-1和碳酸钾10～30g/L-1组成。
7.根据权利要求1所述的一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法，其特征在于：步骤(5)所述有机溶剂为脂肪烃类化合物、脂环烃类化合物、卤化烃类化合物、酯类化合物或酮类化合物；所述浸泡的时间为1～30分钟。
8.根据权利要求7所述的一种用电刷镀制备硅太阳能电池阵列电极的方法，其特征在于：所述脂肪烃类化合物为苯、甲苯或二甲苯；所述脂环烃类化合物为环己烷或环己酮；所述卤化烃类化合物为氯苯、二氯甲烷或二氯甲苯；所述酯类化合物为醋酸乙酯、醋酸甲酯或醋酸丙酯；所述酮类化合物为丙酮、甲基丙酮或甲基异丁酮。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述方法制备的硅太阳能电池阵列电极。
10.根据权利要求9所述硅太阳能电池阵列电极应用于制备太阳能电池组合板。
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