CN103779431B - 一种制备晶硅电池金属电极的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备晶硅电池金属电极的方法，该方法是通过激光器的激光束加热处于激光器下方的浆料传送带上的浆料，使浆料通过浆料传送带的网孔转移至浆料传送带下方的晶硅电池表面上，在晶硅电池表面沉积金属电极。本发明方法制备的光伏电池金属电极正面栅线宽度可小于20μm，高度可到10—15μm，图形精度高达5μm，远高于丝网印刷25μm的图形精度。通过激光转移技术将银墨水转移到发射极，可以形成比传统丝网印刷技术更精细的电极结构和更优越的高宽比，其在商业化高效晶硅电池领域有很大的应用潜力，是制作电池正表面电极栅线技术的主流发展趋势。
Description
技术领域
本发明属于高效晶体硅太阳能电池制造领域，具体涉及一种制备晶硅电池金属电极的方法。
背景技术
目前，光伏业内的喷墨打印技术制备金属电极主要靠电阻加热产生气泡来喷发银墨水到硅片表面，烘干烧结之后形成金属电极。该技术是晶硅太阳能电池制造工艺中不太成熟的工艺技术，主要问题就在于：该技术所涉及到的设备需要用到的墨水喷嘴孔径非常小（喷嘴孔径小才能保证喷出的墨滴小，墨滴小金属栅线才能窄），在工作和不工作状态下都非常容易被堵塞，一旦被堵塞，喷嘴就需要进行更换清洗甚至是报废，这类喷嘴属于比较精密的配件，损耗增加导致成本太高；同时因为喷嘴孔径小所以使用在该技术上的银墨水要求非常高，其中的银粉颗粒必须很细且均匀，因此该墨水的价格相对昂贵；要制备精密图形就必须有一个完整的喷嘴阵列，而且该阵列的工作情况要能够得到精密控制，精细零件精密控制使得设备的造价也不低，综上几个原因使得该技术也一直得不到广泛的应用。但是随着光伏产业向高效、低成本方向发展，业内对光伏电池的金属电极制备技术提出了新的要求，寻找新的技术取代丝网印刷技术和喷墨打印技术迫在眉睫。
激光转移技术是在喷墨打印技术基础上发展起来的一门科学，它利用激光局部瞬间加热的方法替代电阻加热方法的气泡式喷墨打印技术。但还未见将该技术运用于硅晶电池金属电极的制备上。
发明内容
本发明旨在针对现有的喷墨打印技术存在的缺陷，提供一种更加经济适用的制备晶硅电池金属电极的方法。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述制备晶硅电池金属电极的方法是通过激光器的激光束加热处于激光器下方的浆料传送带上的浆料，使浆料通过浆料传送带的网孔转移至浆料传送带下方的晶硅电池表面上，在晶硅电池表面沉积金属电极。
其中，所述浆料传送带的网孔≥400目。所述浆料通过与浆料传送带连接的浆料存储装置涂覆于浆料传送带上。
所述方法具体包括如下步骤：
（1）将计算机编辑好的金属电极图形导入激光器中；
（2）开启浆料传送带，同时开启浆料存储装置使浆料涂覆于浆料传送带上；
（3）将硅晶电池置于浆料传送带下方，并用激光器对准经过硅晶电池上方的浆料传送带；
（4）开启激光器，激光器的激光束根据步骤（1）中被导入的金属电极图形，在经过硅晶电池上方的浆料传送带上方移动，浆料传送带上被激光束射到之处的浆料被瞬间加热并通过浆料传送带的网孔转移到处于浆料传送带下方的硅晶电池上，沉积出金属电极；未被转移的浆料由浆料传送带送回浆料存储装置。
其中所述的激光器为市售的现有技术产品。
下面结合原理对本发明作进一步说明：
本发明利用激光转移技术进行硅晶电池金属电极的制备。主要包括如下几大步骤：1、金属电极图形编辑：机器的操作台是一台计算机，在计算机上使用CAD制图编辑，图形编辑好之后导入激光器控制软件；2，金属浆料的传送：设计网孔目数≥400的浆料传送带，并在浆料传送带上设计浆料存储罐，金属浆料非工作时间是储存在浆料存储罐中，机器开始运行后，浆料则开始涂覆浆料传送网带，经传送网带运输到工作面（所述的工作面是指放置晶硅电池的地方，晶硅电池处于浆料传送带下方，而激光器处于浆料传送带上方）；浆料传送带负责把金属浆料传送到激光器下方区域，同时把一次循环未利用的浆料送回至浆料存储系统准备二次利用。浆料涂覆时，需要使浆料涂覆得很均匀且厚度比较薄地涂覆在浆料传送带上，避免激光束照射时金属浆料受热不均匀，同时保证各位置转移的浆料量相差不大，避免金属电极粗细不均和高低不平；浆料回收时不仅要保证把传送带上的浆料回收到存储罐内，还需要尽量保证其原有状态（粘度、有机含量）；3、开启激光器，激光器的激光束按照被导入的金属电极图形，在经过晶硅电池上方的浆料传送带上扫描（移动，即激光束按照导入的图形运行），浆料传送带上被激光束射到之处的浆料被瞬间加热，此时浆料产生气泡、膨胀并破裂，从而通过浆料传送带的网孔转移到处于浆料传送带下方的硅晶电池上，当激光束按照金属电极图形运行完毕之后，晶硅电池上沉积出完整的金属电极图形。
晶硅电池金属电极的图形设计关键点在于保证电流传导的同时尽量节约浆料损耗，且折中考虑前后道工序的匹配，但是因为其多样性，需要对多种图形进行匹配，因此主控器图形编辑系统可以随时导入新的图形进行试验，有利于节约试验周期。
本发明完全颠覆原来丝网印刷技术的浆料承载方式，采用传送带运输的方式进行金属浆料的传送，传送带负责运送浆料存储罐中的浆料到达工作面，同时运送未被使用的金属浆料回到浆料存储罐中。这样不仅可以制备晶硅电池金属电极而且比现有丝网印刷技术和喷墨打印技术更加节约贵金属，同时金属电极的性能将得到大幅度的提升。另外激光偏移技术在一个密闭的环境下进行，因此对工作环境的温湿度和洁净程度要求并不高，受到外界干扰也小。
本发明使用带网孔的传送带传送浆料，巧妙地将激光偏移技术应用到晶硅电池金属电极的制备上。当激光扫描到浆料表面后，浆料被瞬间加热并产生气泡、膨胀、破裂，从而将银墨水转移到硅片表面，进而完成图形转移。由于激光光束可精确控制到微米量级，作用时间精确到纳秒量级，因此可以实现更加精细化控制图形。该技术只需要对激光器进行精密控制，控制光斑的扫描图形以及激光器的瞬间开关，就能对任何图形进行加工，同时还能实现精确地叠层印刷来满足金属电极的高宽比要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、产量高、浆料耗量相对较低，损耗少；
2、图形更加精细化，金属电极质量高；
3、在线式图形编辑，非常容易实现金属电极图形优化，非常适合工艺改进和技术提升（现有丝网印刷技术技术如果要对金属电极进行更改，至少需要3-5天的时间，还需要花费不低于1000元的成本）；
4、与喷墨打印技术仅限于正面银电极制备不同，激光转移技术还能制备铝背场和背电极，因此使用激光转移技术可以完全取代丝网印刷技术；
5、激光转移技术属于无接触方式制备金属电极，对晶体硅片不存在任何外力冲击，因此在超薄硅片电池工艺技术研究上有明显的优势。
本发明方法制备的光伏电池金属电极正面栅线宽度可小于20μm，高度可到10—15μm，图形精度高达5μm，远高于丝网印刷25μm的图形精度。通过激光转移技术将银墨水转移到发射极，可以形成比传统丝网印刷技术更精细的电极结构和更优越的高宽比，其在商业化高效晶硅电池领域有很大的应用潜力，是制作电池正表面电极栅线技术的主流发展趋势。
具体实施方式
实施例1
制备晶硅电池金属电极的方法如下步骤：
准备好激光器、浆料传送带、浆料存储装置及待加工的晶硅电池；
（1）将计算机编辑好的金属电极图形导入激光器中；
（2）开启浆料传送带,速度控制在4-5米每分钟，同时开启浆料存储装置使浆料（常规使用的光伏浆料，例如杜邦系列和三星系列）涂覆于浆料传送带上；
（3）将硅晶电池置于浆料传送带下方，并用激光器对准经过硅晶电池上方的浆料传送带；
（4）开启激光器，激光器的激光束（激光器功率8瓦，光斑直径大小控制在20微米以内）根据步骤（1）中被导入的金属电极图形，在经过硅晶电池上方的浆料传送带上方移动，浆料传送带上被激光束射到之处的浆料被瞬间加热并通过浆料传送带的网孔转移到处于浆料传送带下方的硅晶电池上，沉积出金属电极；未被转移的浆料由浆料传送带送回浆料存储装置。
其中，所述浆料传送带的网孔≥400目。
本方法制备的光伏电池金属电极（烘干烧结之后）正面栅线宽度可小于20μm，高度可到10—15μm，图形精度高达5μm，远高于丝网印刷25μm的图形精度。
Claims (3)
1.一种制备晶硅电池金属电极的方法，通过激光器的激光束加热处于激光器下方的浆料传送带上的浆料，使浆料通过浆料传送带的网孔转移至浆料传送带下方的晶硅电池表面上，在晶硅电池表面沉积金属电极；所述浆料通过与浆料传送带连接的浆料存储装置涂覆于浆料传送带上；其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
（1）将计算机编辑好的金属电极图形导入激光器中；
（2）开启浆料传送带，同时开启浆料存储装置使浆料涂覆于浆料传送带上；
（3）将硅晶电池置于浆料传送带下方，并用激光器对准经过硅晶电池上方的浆料传送带；
（4）开启激光器，激光器的激光束根据步骤（1）中被导入的金属电极图形，在经过硅晶电池上方的浆料传送带上方移动，浆料传送带上被激光束射到之处的浆料被瞬间加热并通过浆料传送带的网孔转移到处于浆料传送带下方的硅晶电池上，沉积出金属电极；未被转移的浆料由浆料传送带送回浆料存储装置。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述浆料传送带的网孔≥400目。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述浆料通过与浆料传送带连接的浆料存储装置涂覆于浆料传送带上。
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