CN102263161B - 一种晶体硅太阳能电池电极的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种晶体硅太阳能电池电极的制造方法，涉及太阳能电池的技术领域。目前普通晶体硅太阳能电池的制造工艺中由于银材料的涨价而造成太阳能电池成本高，为解决降低了银浆料的使用量而同时保证高的转换效率的问题，本发明提出了一种晶体硅太阳能电池电极的制造方法，所述的制造方法为以下步骤：包括晶体硅太阳能电池的制备方法，在晶体硅太阳能电池的制备方法的印刷工艺中，使受光面所用的电极细栅线宽度为10～90μm，高度1～15μm，晶体硅太阳能电池的制备方法完成后在电池正面及背面电极涂上助焊剂，然后电池片以水平方式通过锡合金熔液区域，在电池表面电极上镀上一层锡为主成分的合金。本发明降低了太阳能电池表面银电极浆料的使用量，保持了电池现有的转换效率，同时避免了光诱导无极电镀中电镀液在电极中的残留问题。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池的技术领域，具体地说是涉及一种晶体硅太阳能电池电极的制备方法。
背景技术
太阳能电池作为石化能源的代替品目前在全球迅速发展，但其因发电成本偏高，只有欧美国家在少量使用。如何将太阳能电池的发电成本降低到火电发电成本，是太阳能电池生产厂家的目标。在目前太阳能电池产品中，晶体硅电池的产量约占90％。晶体硅太阳电池的生产中，电池的电极是采用印刷和烧结的工艺形成的。印刷材料是以金属粉末为主体做成的浆糊状的物质，称为浆料，其主成分为纯银。之所以选银作电极，因为银具有很好的导电性和耐氧化特性，即使数百度的高温也不会氧化，常温下也非常稳定，另外银也可以焊接，便于将电池片串拼成组件。
电池有正负两极，负极为受光面用正面银浆，正极为背面用背面银浆，正面银浆银含量约为90％，背面银浆含量约为70％。银浆印刷在电池上烧结后，形成电极收集和传导电池表面光生载流子，对电池的转换效率起着关键的作用。在一定程度上，浆料的银含量与转换效率成正比，银含量高转换效率高；银浆的单片耗量高，电池效率高。其原因是银浆多时，电极的内阻小，电池的输出功率大；银浆少，电极内阻大，电池输出功率低。在整个电池制造的过程中，去掉硅片后，正面银浆和背面银浆是成本重心。电池厂希望用尽可能低的银耗量，获取高的转换效率。而商业化的成熟银浆，银含量正是逐步增加的，这导致电池厂在浆料上的支出逐年增加。
在2011年上半年，银价从6000元／kg攀上了10000元／kg的高峰，直接导致银浆价格飞涨，涨幅达70％，太阳能电池厂的制造成本增加了近0.9元／片。所以行业内迫切需要解决银的耗量和转换效率之间的矛盾问题，寻求降低银浆的使用量，而同时保证电池的转换效率和可靠性问题。
申请号为WO2011054037的欧洲专利，公开了一种低成本的电极制作方法，其基本原理是采用光诱导的无极电镀方法在电池的电极上镀上一层银、铜、镍或锡，有效的降低了银浆料的使用量，降低了电池的生产成本。但是在该方法中，电池片要浸泡在电镀溶液中，电镀液会通过电极的微孔浸入电极内部，而电镀是在表面进行，会将电镀液包覆在电极内部，在后续的烘干工艺中，电镀液很难完全烘干，对电池的长期可靠性造成影响。
发明内容
目前普通晶体硅太阳能电池的制造工艺中由于银材料的涨价而造成太阳能电池成本高，为解决降低了银浆料的使用量而同时保证高的转换效率的问题，本发明提出了一种晶体硅太阳能电池电极的制造方法，降低了太阳能电池表面银电极浆料的使用量，保持了电池现有的转换效率，同时避免了光诱导无极电镀中电镀液在电极中的残留问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：在晶体硅太阳能电池的制备方法的印刷工艺中，使受光面所用的电极细栅线宽度为10～90μm，高度1～15μm，晶体硅太阳能电池的制备方法完成后在电池正面及背面电极涂上助焊剂，然后电池片以水平方式通过锡合金熔液区域，在电池表面电极上镀上一层锡为主成分的合金，锡合金的主成分为优选为锡银铜。
所述的锡合金熔液组份的质量百分比为锡：95～100％，银0～5％，铜0～5％。
其关键是电池片以水平方式快速通过锡的合金熔液的液态区域，在电池片正面(背面)银电极上，镀上一层以锡为主成分的合金层，电池电极结构见图3-1、图3-2。所述的制备方法为以下步骤：
(1)在传统电池制造工艺(详见图1)的印刷步骤中，对印刷工艺做出修改，使受光面所用的电极细栅线宽度为10～90μm，高度1～15μm。把目前常用的细栅线的宽度100μm调整至10到90μm，作为优选，宽度是50μm，其次细栅的印刷高度也由常用的20μm调整至为1～15μm左右，作为优选，高度为10μm。针对电池背面电极，设计图案一般为2段4×120mm长方形，如图4-1所示，可以改成宽3～4mm、长10～15mm的6段小长方形，如图4-2所示。
(2)在传统电池工艺中电池烧结后，在电池正(背)电极涂上助焊剂，助焊剂帮助和促进锡槽的锡合金溶液与银电极形成良好的合金，助焊剂其主要成分是松香。
(3)镀锡，电池片以水平方式通过锡槽，使锡合金熔液在银电极上吸附。电池片以水平方式通过锡的合金熔液的液态区域，在电池片正面及背面银电极上，镀上一层以锡为主成分的合金层，除了电池片两面同时与熔液直接接触的方法，如浸入熔液内部外，还包括其他电池片以单面接触方式通过锡合金熔液区域的方法。
经过上述步骤后，正银(背银)的印刷用量，可减少10～80％。
作为优选，所述的制备方法全部步骤完成后进行清洗去除电池表面助焊剂。采用有机溶剂将电池片表面残留的助焊剂清洗掉，然后烘干，以免电池片在封装成组件后因助剂残留老化而引起组件失效，但是有的助焊剂也可以不清洗。整个工艺步骤详见图2。
所述的制备方法也适用于N型衬底电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：使用简单的方法降低了太阳能电池表面银电极浆料的使用量，同时保持了电池原有转换效率，从而降低了生产成本。
附图说明
图1为传统晶体硅电池的制造工艺流程；
图2为本发明的晶体硅电池的制造工艺流程；
图3-1印刷电极浆料后电池结构示意图；
图3-2镀锡后电池结构示意图；
3-1-1为正面银电极，3-1-2为背面银电极，3-2-1，为正面镀锡层，3-2-2为背面镀锡层；
图4-1为传统工艺电池背面电极图案；
图4-2为改进后电池背面电极图案。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
减少正面银浆用量，采用硅片为125×125mm、Φ165单晶硅片，生产线电池片正常转换效率17.6％。
(1)网版更改。生产线正面电极细栅线宽为45μm，高度为5μm保证浆料印刷后线宽约50μm，宽10μm。
(2)印刷银浆。采用更改后的网版，由于网版开口变细，转移到硅片上的浆料湿重会减少，印刷湿重0.07g，更改前湿重0.12g，降低湿重40％，电池示意图见图3-1。
(3)烧结。电极与硅片形成欧姆接触。
(4)涂助焊剂。在电极正面涂上助焊剂，助焊剂为松香的乙醇溶液，其中松香质量浓度0.5％，然后在150℃温度下烘干60秒。
(5)镀锡。将电池片正面朝下放在传输带上，水平通过锡槽。电池正面与槽中的锡合金熔液接触，由于正面银电极上有助焊剂，锡合金会吸附在银电极表面，形成如图3-2-1中的结构。锡合金熔液组份的质量百分比为95.4％Sn、3.1％Ag、1.5％Cu型无铅焊料。
(6)清洗及烘干。将电池片放入异丙醇溶液中，清洗2分钟，然后在150℃温度下烘干60秒。
(7)测试。测得转换效率17.6％，能够保证更改前电池转换效率。
经过上述工艺，正面银浆节省了40％，效率与生产线水平一致。
实施例2
减少背面银浆用量，采用硅片为125×125mm、Φ165单晶硅片，生产线电池转换效率17.6％。
(1)网版更改。生产线正面电极细栅线宽为40μm，高度为7μm。生产线常规背面电极设计成两条4×120mm的长方形，见图4-1，更改成4×15mm的小线段，共6段，见图4-2。
(2)印刷背面银浆。采用更改后的网版，由于电池背面电极面积减少62.5％，印刷湿重由改前0.06g降低为0.024g。
(3)烧结。电极与硅片形成欧姆接触。
(4)涂助焊剂。在电池背面电极上涂助焊剂，助焊剂为松香的乙醇溶液，其中松香质量浓度0.5％，然后在150℃温度下烘干60秒。
(5)镀锡。将电池片背面朝下放在传输带上，水平通过锡槽。电池背面与槽中的锡合金熔液接触，由于背面银电极上有助焊剂，锡合金会吸附在银电极表面，形成如图3-2-2中的结构。锡合金熔液组份的百分质量比为95％Sn、3.5％Ag、1.5％Cu型无铅焊料。
(6)清洗及烘干。将电池片放入异丙醇溶液中，清洗2分钟，然后在150℃温度下烘干60秒。
(7)测试。测得转换效率17.6％，能够保证更改前电池转换效率。
经过上述工艺，背面银浆节省了60％，效率与生产线水平一致。
Claims (3)
1.一种晶体硅太阳能电池电极的制造方法，其特征在于：使受光面所用的电极细栅线宽度为10～90μm，高度1～15μm，电池背面电极图案设计为宽3～4mm、长10～15mm的6段小长方形，在电池正面及背面电极涂上助焊剂，然后电池片以水平方式通过锡合金熔液区域，锡合金熔液保持静止状态，锡合金熔液组份的质量百分比为锡：95～100％，银0～5％，铜0～5％，在电池表面电极上镀上一层锡为主成分的合金。
2.根据权利要求1所述的一种晶体硅太阳能电池电极制造方法，其特征在于：所述的制备方法完成后进行清洗去除电池表面助焊剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种晶体硅太阳能电池电极的制造方法，其特征在于：所述的制备方法适用于N型衬底电池。
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