CN104178787A - 一种太阳电池镀膜设备以及镀膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳电池镀膜设备以及镀膜方法。现有技术采用直流电源和/或恒亮光源照射电镀易造成电镀栅极有空洞且与硅接触面积小，从而导致其易从硅上剥离且电阻较大。本发明的硅太阳电池镀膜设备包括用于盛放电镀液的镀膜槽、用于水平传输受光面朝下设置的待镀太阳电池的待镀太阳电池传输模块以及用于在待镀太阳电池上输入脉冲电镀电能或在其上同时输入和激发出脉冲电镀电能的脉冲激发源，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能在其待镀区域上镀膜。本发明可利用脉冲电镀电能提高镀膜质量，进而提高所镀栅极的附着强度并降低其串联电阻，相应的提高了太阳电池的效率及质量。

Description

一种太阳电池镀膜设备以及镀膜方法

技术领域

本发明涉及太阳电池制造领域，特别涉及一种太阳电池镀膜设备以及镀膜方法。

背景技术

在硅太阳电池制造领域，金属化制程是非常重要的关键制程，其直接形成引出硅太阳电池所产生电能的电极且对硅太阳电池的效率有较大的影响。现大规模的硅太阳电池制造中，通常会采用丝网印刷方式来在硅太阳电池的正面印刷银浆形成栅极，但银的价格较高，成为进一步降低太阳电池成本的瓶颈；再者丝网印刷所形成的银栅极高宽比较低，从而造成硅太阳电池受光面被栅极遮蔽面积较大，另外造成硅太阳电池的串联电阻较大。

电镀形成硅太阳电池的栅极可有效降低银的使用量，并有效减小栅极遮光、降低栅极的电阻及硅太阳电池的串联电阻。为降低成本电镀形成栅极时主要进行镀铜，但铜具有较强的扩散性，为阻挡铜扩散到硅中降低硅太阳电池的效率，需先在要进行电镀的电镀沟槽中沉积镍等作为籽晶金属层来阻挡铜向硅中的扩散，之后在籽晶金属层镍上电镀铜，为提高电镀电极的可焊性，还可在电镀的铜上形成银层或锡层，从而形成硅/镍/铜/银或锡的层叠状电极。

但电镀形成的栅极焊接强度较低，用传统焊接方式制作组件是个挑战。通过扫描电子显微镜(SEM)结合X射线能量分析光谱仪(EDX)分析，大多数情况下，电镀栅极被剥离的界面为镍硅界面，说明镍与硅间结合力较差。镍和镍硅合金的结合力受接触面粗糙度和接触面积等因素影响。

造成电镀栅极易在镍硅界面剥离的一个重要原因是在电镀时使用直流电源进行电镀，由于阳离子持续在待镀区域得到电子形成在待镀区域上，导致待镀区域附近的电镀阳离子得不到及时补充，从而导致所镀金属膜成核密度低且易在栅极E上形成如图1a和1b所示的空洞H，空洞H除造成电镀栅极易剥离外，也会造成其电阻较大。

因此，如何提供一种太阳电池镀膜设备以及镀膜方法以提高电镀栅极的致密性、附着强度和可靠性，并降低电镀栅极的电阻，已成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种太阳电池镀膜设备以及镀膜方法，通过镀膜设备和方法可提高电镀栅极致密性、附着强度和可靠性，并降低电镀栅极的电阻。

为实现上述目的，本发明提供一种太阳电池镀膜设备，用于在待镀太阳电池的受光面的待镀区域上镀金属膜形成栅极，包括：镀膜槽，用于盛放电镀液，所述电镀液中设置有用于补充对应金属阳离子的金属棒，所述待镀太阳电池具有硅衬底、形成在硅衬底上的PN结、位于太阳电池受光面上的减反膜以及设置在背光面上的背电极，所述减反膜覆盖除待镀区域外的受光面；待镀太阳电池传输模块，水平铺设在镀膜槽中且用于水平传输受光面朝下设置的待镀太阳电池，包括多个配套设置且以相同线速度传输待镀太阳电池的上导电辊轮和下辊轮，所述上导电辊轮电性连接在待镀太阳电池的背电极；以及脉冲激发源，用于在待镀太阳电池上输入脉冲电镀电能或在其上同时输入和激发出脉冲电镀电能，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能在其待镀区域上镀膜。

在一较佳实施例中，所述脉冲激发源为脉冲电源，所述脉冲电源的正极连接至所述金属棒，其负极经由所述上导电辊轮电性连接至太阳电池的背电极，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电源所输入的脉冲电镀电能在其待镀区域上镀膜。

在进一步的较佳实施例中，所述脉冲电源为方波脉冲电源，其正向电压幅值为8～30V，脉冲频率为200～1600Hz，正占空比为10～40％，负占空比为0～30％。

在进一步的较佳实施例中，所述脉冲激发源还包括恒亮光源或脉冲光源，所述脉冲光源通过所述脉冲电源供电，所述恒亮光源或脉冲光源照射太阳电池受光面且激发出直流或脉冲光生电能，所述待镀太阳电池还通过直流或脉冲光生电能在其待镀区域上镀膜。

在再进一步的较佳实施例中，所述恒亮光源或脉冲光源均包括多个串联和/或并联连接的发光二极管，所述恒亮光源或脉冲光源的光强均为800～10000lux，所述金属棒与所述发光二极管交错排布。

在一较佳实施例中，所述待镀太阳电池受光面的待镀区域为其栅极区域，所述栅极包括籽晶层金属、第一电极金属和/或第二电极金属，所述第一电极金属镀设在籽晶层金属上，所述第二电极金属镀设在籽晶层金属上或第一电极金属上。

在进一步的较佳实施例中，所述籽晶层金属为镍，对应的电镀液包括水溶性镍盐、硼酸和湿润剂，对应的金属棒为镍棒；所述第一电极金属材质为铜，对应的电镀液包括水溶性铜盐、硫酸、整平剂和光亮剂，对应的金属棒为铜棒；所述第二电极金属材质为银，对应的电镀液包括水溶性银盐、硝酸和光亮剂，对应的金属棒为银棒。

本发明还提供一种通过上述任一项所述的太阳电池镀膜设备进行镀膜的太阳电池镀膜方法，用于在待镀太阳电池的受光面的待镀区域上镀金属膜形成栅极，该方法包括以下步骤：a、提供待镀太阳电池和镀膜槽；b、在镀膜槽中注入电镀液至预设液位，所述预设液位使待镀太阳电池水平传输至电镀槽后仅受光面接触电镀液；c、将待镀太阳电池受光面朝下放置在待镀太阳电池传输模块上且通过其水平传输至镀膜槽；d、通过脉冲激发源在所述待镀太阳电池上输入或同时输入和激发出脉冲电镀电能；e、所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能在其待镀区域镀膜。

在一较佳实施例中，在步骤d中，所述脉冲激发源为脉冲电源，所述脉冲电源的正极连接至所述金属棒，其负极经由所述上导电辊轮电性连接至太阳电池的背电极；在步骤e中，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电源输入的脉冲电镀电能电镀在其待镀区域上镀膜。

在一较佳实施例中，在步骤d中，所述脉冲激发源还包括恒亮光源或脉冲光源，所述恒亮光源或脉冲光源照射太阳电池受光面且激发出直流或脉冲光生电能；在步骤e中，所述待镀太阳电池还通过直流或脉冲光生电能在其待镀区域上镀膜。

与现有技术中采用直流电源或恒亮光源照射电镀易造成电镀栅极有空洞且与硅接触面积小，从而导致其易从硅上剥离且电阻较大相比，本发明的太阳电池镀膜设备和镀膜方法采用脉冲电源或脉冲光源搭载恒亮光源或脉冲光源在待镀太阳电池上输入或同时输入和激发出脉冲电镀电能，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能在其待镀区域上镀膜。本发明可通过脉冲电镀电能来有效补充金属离子在待镀区域的消耗，从而有效提高了电镀栅极的致密性、附着强度，并有效降低了其电阻。

附图说明

图1a为现有技术的太阳电池镀膜技术所形成的镀膜的SEM图像；

图1b为现有技术的太阳电池镀膜技术所形成的镀膜的SEM图像；

图2为本发明的太阳电池镀膜设备的第一实施例的组成结构示意图；

图3为本发明的太阳电池镀膜设备的第二实施例的组成结构示意图；

图4为本发明的太阳电池镀膜设备的第三实施例的组成结构示意图；

图5为本发明的太阳电池镀膜方法第一实施例的流程图；

图6为本发明的太阳电池镀膜方法第二实施例的流程图；

图7通过本发明的太阳电池镀膜方法第二实施例所镀的栅极的SEM图像；

图8为本发明的太阳电池镀膜方法第三实施例的流程图；

图9通过本发明的太阳电池镀膜方法第三实施例所镀的栅极的SEM图像。

具体实施方案

下面结合具体实施例及附图来详细说明本发明的目的及功效。

参见图2，其显示了本发明的太阳电池镀膜设备的第一实施例的组成结构示意图，所述太阳电池镀膜设备包括镀膜槽1、金属棒2、待镀太阳电池传输模块3和脉冲激发源4。所述太阳电池镀膜设备用于在待镀太阳电池5的受光面的待镀区域即电极区域上镀膜。所述待镀太阳电池5的受光面和背光面上分别设置有太阳电池的负极和正极。在本实施例中，所述脉冲激发源4为脉冲电源P1。

在本实施例中，所述待镀太阳电池5为P型衬底电池，具有P型硅衬底、PN结、减反膜、铝背场和背电极，所述受光面上形成有N型掺杂区且其与硅衬底形成PN结，所述减反膜覆盖所述除待镀区域外的N型掺杂区，所述待镀区域为电极区域，所述铝背场和背电极交错形成在背光面上，所述背电极材质为银铝合金且其与铝背场电性连接。

以下将详述太阳电池镀膜设备各构件的详细结构。

镀膜槽1用于盛放电镀液10并供待镀太阳电池5在其中镀膜，所述金属棒2设置在镀膜槽1中，其可为电镀槽1补充电镀金属离子。所述金属棒2可为籽晶层金属、第一电极金属或第二电极金属，所述第一电极金属镀设在籽晶层金属上，所述第二电极金属镀设在籽晶层金属上或第一电极金属上。在本实施例中，所述籽晶层金属为镍，对应的电镀液包括水溶性镍盐(可为硫酸镍或氯化镍等)、硼酸和湿润剂等可提高镀膜速度或质量的添加剂；所述第一电极金属材质为铜，对应的电镀液包括水溶性铜盐(可为硫酸铜等)、硫酸、整平剂和光亮剂等可提高镀膜速度或质量的添加剂；所述第二电极金属材质为银，对应的电镀液包括水溶性银盐(可为硝酸银等)、硝酸和光亮剂等可提高镀膜速度或质量的添加剂。

所述待镀太阳电池传输模块3水平铺设在镀膜槽1中，可通过垂直设置在镀膜槽1的槽壁上来实现其在镀膜槽1中的水平铺设。所述待镀太阳电池传输模块3用于传输受光面朝下设置的待镀太阳电池5，其包括多个配套设置且以相同线速度传输待镀太阳电池5的上导电辊轮30和下辊轮32，所述上导电辊轮30电性连接在待镀太阳电池5的背电极和电镀液10之间，所述上导电辊轮30可包括主轴和环绕设置在主轴上的弹性导电件(未图示)，所述弹性导电件与待镀太阳电池5的背电极接触，所述弹性导电件可为金属弹簧或弹性轮等。

脉冲激发源4用于在待镀太阳电池5上输入脉冲电镀电能，所述脉冲激发源4为脉冲电源P1，所述脉冲电源P1的正极P1P连接至所述金属棒2，其负极P1N通过金属导线WL经由所述上导电辊轮30电性连接至待镀太阳电池5的背电极，所述待镀太阳电池5通过所述脉冲电源P1所输入的脉冲电镀电能在其待镀区域上镀膜。在本实施例中，所述脉冲电源为方波脉冲电源，其正向电压幅值为8～30V，脉冲频率为200～1600Hz，正占空比为10～40％，负占空比为0～30％。

需说明的是，脉冲电镀的参数具有较大的取值范围，本实施例中脉冲电源的类型及各参数均经大量试验证镀膜效果较好，能符合电镀栅极后续制成组件时焊接连接对栅极强度的需求。

参见图3，其显示了本发明的太阳电池镀膜设备的第二实施例的组成结构示意图，所述太阳电池镀膜设备包括镀膜槽1、金属棒2、待镀太阳电池传输模块3和脉冲激发源4’，本实施例中镀膜槽1、金属棒2、待镀太阳电池传输模块3与第一实施例中对应部分相同。本实施例中的脉冲激发源4’与第一实施例的脉冲激发源4不同，以下将对本实施例中的脉冲激发源4’进行详述。

脉冲激发源4’包括脉冲电源P1和恒亮光源L1，所述恒亮光源L1照射太阳电池受光面且激发出直流光生电能，所述待镀太阳电池通过脉冲电源P1所输入的脉冲电镀电能和恒亮光源L1所激发出的直流脉冲光生电能在其待镀区域上镀膜。本实施例中的脉冲电源P1与第一实施例中的相同，在此不再赘述。

所述恒亮光源L1设置在镀膜槽1中且包括多个透明保护壳40、多个设置在透明保护壳40中的发光二极管LED以及用于对所有发光二极管LED供电的直流电源P2，所述多个透明保护壳40与所述金属棒2交错排布或设置在金属棒2上直接照射待镀太阳电池5的受光面，所述多个发光二极管LED串联和/或并联连接。在本实施例中，所述恒亮光源L1的光强为800～10000lux。

参见图4，其显示了本发明的太阳电池镀膜设备的第三实施例的组成结构示意图，所述太阳电池镀膜设备包括镀膜槽1、金属棒2、待镀太阳电池传输模块3和脉冲激发源4”，本实施例中镀膜槽1、金属棒2、待镀太阳电池传输模块3与第一及第二实施例中对应部分相同。本实施例中的脉冲激发源4”与第一和第二实施例的脉冲激发源4和4’不同，以下对本实施例中的脉冲激发源4”进行详述。

脉冲激发源4”包括脉冲电源P1和脉冲光源L2，所述脉冲光源L2通过所述脉冲电源P1供电且包括多个透明保护壳40、多个设置在透明保护壳40中的发光二极管LED。

所述脉冲光源L2照射太阳电池受光面且激发出脉冲光生电能，所述待镀太阳电池通过脉冲电源P1所输入的脉冲电镀电能和脉冲光源L2所激发出的脉冲光生电能在其待镀区域上镀膜。所述脉冲光源L2与图3第二实施例中的恒亮光源L1的不同之处在于，前者的发光二极管LED是通过脉冲电源P1供电的，后者的发光二极管LED是通过直流电源P2供电的。在本实施例中，所述脉冲光源L2的光强为800～10000lux，其频率与脉冲电源P1的频率相同。

参见图5，本发明的太阳电池镀膜方法的第一实施例用于在待镀太阳电池的受光面的待镀区域上镀金属膜形成栅极，该第一实施例首先进行步骤S50，提供待镀太阳电池和镀膜槽。本实施中的所述待镀太阳电池与本发明的太阳电池镀膜设备第一实施例中所述的待镀太阳电池结构相同，即均为P型电池，所述待镀太阳电池受光面的待镀区域为其电极区域，所述待镀区域未被减反膜覆盖且对应开设有凹槽，所述凹槽中可形成有选择性发射极。

接着继续步骤S51，在镀膜槽中注入电镀液至预设液位，所述预设液位使待镀太阳电池水平传输至电镀槽后仅受光面接触电镀液。所述电镀液中的有效成分与设置在电镀液中的金属棒相对应，当所述金属棒为籽晶层金属镍时，电镀液包括水溶性镍盐、硼酸和湿润剂等可提高镀膜速度或质量的添加剂，所述水溶性镍盐可为硫酸镍或氯化镍等；所述金属棒为第一电极金属铜时，对应的电镀液包括水溶性铜盐、硫酸、整平剂和光亮剂等可提高镀膜速度或质量的添加剂，所述水溶性铜盐可为硫酸铜等；所述金属棒为第二电极金属银时，对应的电镀液包括水溶性银盐、硝酸和光亮剂等可提高镀膜速度或质量的添加剂，所述水溶性银盐可为硝酸银等。

接着继续步骤S52，将待镀太阳电池受光面朝下放置在待镀太阳电池传输模块上且通过其水平传输至镀膜槽。所述待镀太阳电池在电镀液中时，待镀太阳电池的受光面完全淹没在电镀液中，而其背面露出电镀液外，待镀太阳电池的受光面及背电极分别与电镀液电性连接，待镀太阳电池与电镀液形成电镀回路。

接着继续步骤S53，通过脉冲电源在所述待镀太阳电池上输入脉冲电镀电能，所述脉冲电源的正极连接至所述金属棒，其负极经由所述上导电辊轮电性连接至太阳电池的背电极。

接着继续步骤S54，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能在其待镀区域镀膜。

参见图6，其显示了本发明的太阳电池镀膜方法的第二实施例的流程图，在第二实施例中，步骤S60至S62分别与第一实施中的步骤S50至S52相对应，在此不再赘述。以下将对与第一实施例不相同的步骤S63和S64进行叙述。

在完成步骤S62后继续进行步骤S63，通过脉冲电源在所述待镀太阳电池上输入脉冲电镀电能，并通过恒亮光源照射太阳电池受光面以激发出直流光生电能。所述脉冲电源的正极连接至所述金属棒，其负极经由所述上导电辊轮电性连接至太阳电池的背电极。在本实施例中，所述恒亮光源的光强为800～10000lux。

接着继续步骤S64，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能和直流光生电能在其待镀区域上镀膜。

第二实施例中一具体实施例中的各参数分别为：所述脉冲电源的正向电流密度为15ASD，所述频率为200Hz，占空比正占空比30％，电镀时间30s；所述恒亮光源为绿色发光二极管，光强为2000lux。其所形成的栅极结构如图7所示，其在电极区域上所形成的栅极E上的基本没有空洞H且成核密度显著提高。

参见图8，其显示了本发明的太阳电池镀膜方法的第三实施例的流程图，在第三实施例中，步骤S80至S82分别与第一实施中的步骤S50至S52相对应，在此不再赘述。以下将对与第一实施例不相同的步骤S83和S84进行叙述。

在完成步骤S82后继续进行步骤S83，通过脉冲电源在所述待镀太阳电池上输入脉冲电镀电能，并通过脉冲光源照射太阳电池受光面以激发出脉冲光生电能。所述脉冲光源通过所述脉冲电源供电，所述脉冲电源的正极连接至所述金属棒，其负极经由所述上导电辊轮电性连接至太阳电池的背电极。在本实施例中，脉冲光源的光强为800～10000lux，且其频率与脉冲电源相同。

接着继续步骤S84，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能和脉冲光生电能在其待镀区域上镀膜。

第三实施例中一具体实施例中的各参数分别为：所述脉冲电源和脉冲光源的频率相同均为600Hz，所述脉冲电源的正向脉冲电压为18V，正占空比30％，负占空比为5％，电镀时间1min。其所形成的栅极结构如图9所示，其在电极区域上所形成的栅极E上的基本没有空洞H且成核密度显著提高。

综上所述，本发明的硅太阳电池镀膜设备包括用于盛放电镀液的镀膜槽、用于水平传输受光面朝下设置的待镀太阳电池的待镀太阳电池传输模块以及用于在待镀太阳电池上输入脉冲电镀电能或在其上同时输入和激发出脉冲电镀电能的脉冲激发源，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能在其待镀区域上镀膜。本发明的硅太阳电池镀膜设备和方法可利用脉冲电镀电能提高镀膜质量，进而提高所镀栅极的附着强度并降低其串联电阻，相应的提高了太阳电池的效率及质量。

Claims (10)

1.一种太阳电池镀膜设备，用于在待镀太阳电池的受光面的待镀区域上镀金属膜形成栅极，其特征在于，包括：

镀膜槽，用于盛放电镀液，所述电镀液中设置有用于补充对应金属阳离子的金属棒，所述待镀太阳电池具有硅衬底、形成在硅衬底上的PN结、位于太阳电池受光面上的减反膜以及设置在背光面上的背电极，所述减反膜覆盖除待镀区域外的受光面；

待镀太阳电池传输模块，水平铺设在镀膜槽中且用于水平传输受光面朝下设置的待镀太阳电池，包括多个配套设置且以相同线速度传输待镀太阳电池的上导电辊轮和下辊轮，所述上导电辊轮电性连接在待镀太阳电池的背电极；以及

脉冲激发源，用于在待镀太阳电池上输入脉冲电镀电能或在其上同时输入和激发出脉冲电镀电能，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能在其待镀区域上镀膜。

2.根据权利要求1所述的太阳电池镀膜设备，其特征在于，所述脉冲激发源为脉冲电源，所述脉冲电源的正极连接至所述金属棒，其负极经由所述上导电辊轮电性连接至太阳电池的背电极，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电源所输入的脉冲电镀电能在其待镀区域上镀膜。

3.根据权利要求2所述的太阳电池镀膜设备，其特征在于，所述脉冲电源为方波脉冲电源，其正向电压幅值为8～30V，脉冲频率为200～1600Hz，正占空比为10～40％，负占空比为0～30％。

4.根据权利要求2所述的太阳电池镀膜设备，其特征在于，所述脉冲激发源还包括恒亮光源或脉冲光源，所述脉冲光源通过所述脉冲电源供电，所述恒亮光源或脉冲光源照射太阳电池受光面且激发出直流或脉冲光生电能，所述待镀太阳电池还通过直流或脉冲光生电能在其待镀区域上镀膜。

5.根据权利要求4所述的太阳电池镀膜设备，其特征在于，所述恒亮光源或脉冲光源均包括多个串联和/或并联连接的发光二极管，所述恒亮光源或脉冲光源的光强均为800～10000lux，所述金属棒与所述发光二极管交错排布。

6.根据权利要求1所述的太阳电池镀膜设备，其特征在于，所述待镀太阳电池受光面的待镀区域为其栅极区域，所述栅极包括籽晶层金属、第一电极金属和/或第二电极金属，所述第一电极金属镀设在籽晶层金属上，所述第二电极金属镀设在籽晶层金属上或第一电极金属上。

7.根据权利要求6所述的太阳电池镀膜设备，其特征在于，所述籽晶层金属为镍，对应的电镀液包括水溶性镍盐、硼酸和湿润剂，对应的金属棒为镍棒；所述第一电极金属材质为铜，对应的电镀液包括水溶性铜盐、硫酸、整平剂和光亮剂，对应的金属棒为铜棒；所述第二电极金属材质为银，对应的电镀液包括水溶性银盐、硝酸和光亮剂，对应的金属棒为银棒。

8.一种通过权利要求1至7中任一项所述的太阳电池镀膜设备进行镀膜的太阳电池镀膜方法，用于在待镀太阳电池的受光面的待镀区域上镀金属膜形成栅极，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、提供待镀太阳电池和镀膜槽；b、在镀膜槽中注入电镀液至预设液位，所述预设液位使待镀太阳电池水平传输至电镀槽后仅受光面接触电镀液；c、将待镀太阳电池受光面朝下放置在待镀太阳电池传输模块上且通过其水平传输至镀膜槽；d、通过脉冲激发源在所述待镀太阳电池上输入或同时输入和激发出脉冲电镀电能；e、所述待镀太阳电池通过所述脉冲电镀电能在其待镀区域镀膜。

9.根据权利要求8所述的太阳电池镀膜方法，其特征在于，在步骤d中，所述脉冲激发源为脉冲电源，所述脉冲电源的正极连接至所述金属棒，其负极经由所述上导电辊轮电性连接至太阳电池的背电极；在步骤e中，所述待镀太阳电池通过所述脉冲电源输入的脉冲电镀电能电镀在其待镀区域上镀膜。

10.根据权利要求9所述的太阳电池镀膜方法，其特征在于，在步骤d中，所述脉冲激发源还包括恒亮光源或脉冲光源，所述恒亮光源或脉冲光源照射太阳电池受光面且激发出直流或脉冲光生电能；在步骤e中，所述待镀太阳电池还通过直流或脉冲光生电能在其待镀区域上镀膜。