CN104494310A - 用于太阳能电池网格导线制作的3d打印系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能电池网格导线制作的3D打印系统及控制方法，包括：打印头、导电墨水供应器、墨水管道、流体压力控制器、机械运动控制子装置、太阳能电池板、导电墨水和喷孔，所述机械运动控制子装置包括机械运动驱动器、太阳能电池板传送器和打印头运动机械装置。通过上述方式，本发明用于太阳能电池网格导线制作的3D打印系统及控制方法，是一种非接触式打印技术，摒除了现有技术的漏洞，可以提高太阳能电池的效率，降低硅片厚度，提高成品率，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池电极网格领域，特别是涉及一种用于太阳能电池网格导线制作的3D打印系统及控制方法。
背景技术
目前，虽然太阳能电池的使用量在逐年增加，但是太阳能电池需要进一步提高效率、降低成本才能有效的普及推广，取代传统高碳高污染的火力发电能源。
提高效率的方法之一是减小不透光的导电网格覆盖面积，提高电池的受光面积。
降低成本的方法包括：使用越来越薄的硅片，减少材料成本。但导电网格接触式印刷方法容易造成碎片，限制了硅片厚度的下限；减少导电银浆材料的使用量（减少导线宽度并选择性的增加厚度）和在印刷过程中的浪费。
由于太阳能电池中心电流小而边缘电流大，因此需要降低电池边缘的网格导线的电阻来减小电流在导电网格中的损耗，但是传统方法难于实现网格导线电阻从中心到边缘的连续变化。
现有技术的优缺点：
1.银浆丝网印刷的缺点包括：线宽要大于60um、银线遮挡光通面积、降低电池效率；银浆浪费大，增加成本；接触式印刷，碎片率高、增加成本；
2.喷墨打印的缺点包括：线宽要大于60um，银线遮挡光通面积，降低电池效率；纳米银墨水昂贵，增加成本；要求墨水粘度低（<20cps），导致墨水配方局限性，成本高，导电率差，墨滴在接收基地上扩散直径大；打印设备昂贵，增加成本；打印质量重复性差。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种用于太阳能电池网格导线制作的3D打印系统及控制方法，具有可靠性高、定位精确、效率高、价格低廉等优点，同时在太阳能电池电极网格的应用及普及上有着广泛的市场前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
提供一种用于太阳能电池电极网格的3D打印系统，其包括：打印头、导电墨水供应器、墨水管道、流体压力控制器、机械运动控制子装置、太阳能电池板、导电墨水和喷孔，所述机械运动控制子装置包括机械运动驱动器、太阳能电池板传送器和打印头运动机械装置，所述导电墨水设置于所述导电墨水供应器内，所述导电墨水供应器通过所述墨水管道与所述打印头连接，所述流体压力控制器与所述导电墨水供应器相连接，且所述流体压力控制器对所述导电墨水供应器中的所述导电墨水施加压力，所述打印头的底部设置有一个或多个所述喷孔，所述导电墨水通过所述墨水管道流入到所述打印头中，且所述导电墨水从所述喷孔中挤出形成网格导线，所述太阳能电池板上设置有打印区域，所述网格导线设置于所述打印区域内，所述打印头设置于所述打印头运动机械装置上，所述机械运动驱动器分别与所述打印头运动机械装置和所述太阳能电池板传送器相连接，所述太阳能电池板传送器设置于所述打印头和所述打印头运动机械装置的下方，所述太阳能电池板设置于所述太阳能电池板传送器上。
在本发明一个较佳实施例中，所述喷孔的直径小于100um。
在本发明一个较佳实施例中，所述导电墨水的粘度>20cps。
在本发明一个较佳实施例中，所述喷孔在所述打印头上的分布为一维线性阵列。
在本发明一个较佳实施例中，所述喷孔在所述打印头上的分布为二维线性阵列。
在本发明一个较佳实施例中，在正压到负压的范围内，对所述导电墨水供应器中所述导电墨水受到的压力进行调节。
一种用于太阳能电池电极网格的3D打印系统的控制方法，其步骤包括：在机械运动驱动器上设置打印头的运动速度、太阳能电池板传送器的运动速度；按照喷孔的分布情况选择打印头；在流体压力控制器中设置输出的压力值；将太阳能电池板按顺序放在太阳能电池板传送器上，并将太阳能电池板运送到打印头运动机械装置的下方；当打印头进入打印区域时，流体压力控制器对导电墨水供应器中的导电墨水施压，使得导电墨水经墨水管道流入到打印头中，然后从喷孔中挤出到下方太阳能电池板的打印区域内，形成网格导线；当在打印区域内打印完网格导线的打印时，停止导电墨水的输出，将太阳能电池板运走，并送入新的太阳能电池板。
在本发明一个较佳实施例中，当打印头静止不动、太阳能电池板匀速运动时，流体压力控制器通过控制对导电墨水施加的压力来连续调节网格导线的宽度和厚度。
在本发明一个较佳实施例中，当打印头静止不动、导电墨水供应器中导电墨水的压力稳定不变时，通过控制对太阳能电池板运动速度来连续调节网格导线的宽度和厚度。
在本发明一个较佳实施例中，当打印头静止不动时，通过同时控制对导电墨水供应器中导电墨水的压力和太阳能电池板的运动速度来连续调节网格导线的宽度和厚度。
本发明的有益效果是：是一种非接触式打印技术，摒除了现有技术的漏洞，可以提高太阳能电池的效率，降低硅片厚度，提高成品率，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明的用于太阳能电池电极网格制作的3D打印系统一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明的所述喷孔的一维线性阵列的分布示意图；
图3是本发明的所述喷孔的二维线性阵列一较佳实施例的分布示意图；
图4是本发明的所述喷孔的二维线性阵列又一较佳实施例的分布示意图；
附图中各部件的标记如下：1、打印头，2、导电墨水供应器,3、流体压力控制器,4、墨水管道，5、机械运动驱动器，6、太阳能电池板传送器，7、打印头运动机械系统,8、太阳能电池板,9、网格导线,10、导电墨水,11、喷孔。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明实施例包括：
一种用于太阳能电池电极网格的3D打印系统，其包括：打印头1、导电墨水供应器2、墨水管道4、流体压力控制器3、机械运动控制子装置、太阳能电池板8、导电墨水10和喷孔11，所述机械运动控制子装置包括机械运动驱动器5、太阳能电池板传送器6和打印头运动机械装置7。
所述机械运动驱动器5可以驱动所述太阳能电池板传送器6和所述打印头运动机械装置7，使得所述打印头1和所述太阳能电池板8可以运动起来。
所述打印头1可以在所述打印头运动机械装置7上按照一定的轨迹进行运动，也可以由所述打印头运动机械装置7进行运动，从而带动所述打印头1。
所述导电墨水10设置于所述导电墨水供应器2内，所述导电墨水供应器2通过所述墨水管道4与所述打印头1连接，所述流体压力控制器3与所述导电墨水10供应器相连接，且所述流体压力控制器3对所述导电墨水供应器2中的所述导电墨水4施加压力，所述打印头1的底部设置有一个或多个所述喷孔11，所述导电墨水10通过所述墨水管道4流入到所述打印头1中，且所述导电墨水10从所述喷孔11中挤出形成网格导线9，所述太阳能电池板上设置有打印区域，所述网格导线9设置于所述打印区域内。
所述打印头1设置于所述打印头运动机械装置7上，所述机械运动驱动器5分别与所述打印头运动机械装置7和所述太阳能电池板传送器6相连接，所述太阳能电池板传送器6设置于所述打印头1和所述打印头运动机械装置7的下方，所述太阳能电池板8设置于所述太阳能电池板传送器6上。
所述喷孔11的直径小于100um。
所述导电墨水10的粘度>20cps。
所述喷孔11在所述打印头1上的分布可以为一维线性阵列，也可以为二维线性阵列，因为所述网格导线9的性能与其宽度和厚度直接相关，而改变所述喷孔11的分布就可以直接达到改变网格导线9宽度和厚度的目的，例如：
当喷孔11的分布为一维线性阵列时，如果要获得更大的厚度，就需要将打印的步骤重复一次或多次；
当喷孔11的分布为二维线性阵列时，执行一次打印就可以得到厚度为一维线性阵列时两倍的网格导线9，或者执行一次打印后，各个网格导线9的首末位置都不相同。
在正压到负压的范围内，对所述导电墨水供应器2中所述导电墨水10受到的压力进行调节。
一种用于太阳能电池电极网格的3D打印系统的控制方法，其步骤包括：在机械运动驱动器5上设置打印头1的运动速度、太阳能电池板传送器6的运动速度；按照喷孔11的分布情况选择打印头1；在流体压力控制器3中设置输出的压力值；将太阳能电池板8按顺序放在太阳能电池板传送器6上，并将太阳能电池板8运送到打印头运动机械装置7的下方；当打印头1进入打印区域时，流体压力控制器3对导电墨水2供应器中的导电墨水10施压，使得导电墨水10经墨水管道4流入到打印头1中，然后从喷孔11中挤出到下方太阳能电池板8的打印区域内，形成网格导线9；当在打印区域内打印完网格导线9的打印时，判断是否要重复打印，如果需要，则重复上述打印步骤；如果不需要重复打印，则停止导电墨水10的输出，将太阳能电池板8运走，并送入新的太阳能电池板8。
当打印头1静止不动、太阳能电池板8匀速运动时，流体压力控制器3通过控制对导电墨水10施加的压力来连续调节网格导线9的宽度和厚度。
当打印头1静止不动、导电墨水供应器2中导电墨水10的压力稳定不变时，通过控制对太阳能电池板8运动速度来连续调节网格导线9的宽度和厚度。
当打印头1静止不动时，通过同时控制对导电墨水供应器2中导电墨水10的压力和太阳能电池板8的运动速度来连续调节网格导线9的宽度和厚度。
本发明用于太阳能电池网格导线制作的3D打印系统及控制方法的有益效果是：
1.非接触式打印技术，降低硅片厚度，提高成品率，降低成本；
2.打印方法可以实现<30um的网格导线宽度并选择性的控制导线厚度，提高电池的受光面积，提高电池效率；
3.打印方法可以实现网格导线厚度和电阻从中心到边缘的连续变化，在提高电池效率的同时减少昂贵导电材料的使用，降低成本；
4.可以打印高粘度和廉价的非纳米银墨水，同时实现高导电率和低成本；
5.简单低成本打印设备，进一步降低太阳能电池的制造成本；
6.可以实现宽度小于喷孔直径的导线。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于太阳能电池电极网格的3D打印系统，其特征在于，包括：打印头、导电墨水供应器、墨水管道、流体压力控制器、机械运动控制子装置、太阳能电池板、导电墨水和喷孔，所述机械运动控制子装置包括机械运动驱动器、太阳能电池板传送器和打印头运动机械装置，所述导电墨水设置于所述导电墨水供应器内，所述导电墨水供应器通过所述墨水管道与所述打印头连接，所述流体压力控制器与所述导电墨水供应器相连接，且所述流体压力控制器对所述导电墨水供应器中的所述导电墨水施加压力，所述打印头的底部设置有一个或多个所述喷孔，所述导电墨水通过所述墨水管道流入到所述打印头中，且所述导电墨水从所述喷孔中挤出形成网格导线，所述太阳能电池板上设置有打印区域，所述网格导线设置于所述打印区域内（方便描述何时开始输出墨水），所述打印头设置于所述打印头运动机械装置上，所述机械运动驱动器分别与所述打印头运动机械装置和所述太阳能电池板传送器相连接，所述太阳能电池板传送器设置于所述打印头和所述打印头运动机械装置的下方，所述太阳能电池板设置于所述太阳能电池板传送器上。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极网格的3D打印系统，其特征在于，所述喷孔的直径小于100um。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极网格的3D打印系统，其特征在于，所述导电墨水的粘度>20cps。
4.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极网格的3D打印系统，其特征在于，所述喷孔在所述打印头上的分布为一维线性阵列。
5.（由于在权利要求1中已经描写网格导线是由导电墨水从喷孔中挤压得到的，所以不再描写网格导线与喷孔的对应关系）
根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极网格的3D打印系统，其特征在于，所述喷孔在所述打印头上的分布为二维线性阵列。
6.根据权利要求1所述的用于太阳能电池电极网格的3D打印系统，其特征在于，在正压到负压的范围内，对所述导电墨水供应器中所述导电墨水受到的压力进行调节。
7.一种用于太阳能电池电极网格的3D打印系统的控制方法，其特征在于，步骤包括：
在机械运动驱动器上设置打印头的运动速度、太阳能电池板传送器的运动速度；
按照喷孔的分布情况选择打印头；
在流体压力控制器中设置输出的压力值；
将太阳能电池板按顺序放在太阳能电池板传送器上，并将太阳能电池板运送到打印头运动机械装置的下方；
当打印头进入打印区域时，流体压力控制器对导电墨水供应器中的导电墨水施压，使得导电墨水经墨水管道流入到打印头中，然后从喷孔中挤出到下方太阳能电池板的打印区域内，形成网格导线；
当在打印区域内打印完网格导线的打印时，停止导电墨水的输出，将太阳能电池板运走，并送入新的太阳能电池板。
8.根据权利要求7所述的用于太阳能电池电极网格的3D打印系统的控制方法，其特征在于，当打印头静止不动、太阳能电池板匀速运动时，流体压力控制器通过控制对导电墨水施加的压力来连续调节网格导线的宽度和厚度。
9.根据权利要求7所述的用于太阳能电池电极网格的3D打印系统的控制方法，其特征在于，当打印头静止不动、导电墨水供应器中导电墨水的压力稳定不变时，通过控制对太阳能电池板运动速度来连续调节网格导线的宽度和厚度。
10.根据权利要求7所述的用于太阳能电池电极网格的3D打印系统的控制方法，其特征在于，当打印头静止不动时，通过同时控制对导电墨水供应器中导电墨水的压力和太阳能电池板的运动速度来连续调节网格导线的宽度和厚度。
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Legal Events
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