CN104576816B - 一种太阳能电池基板用导线的制备方法 - Google Patents

一种太阳能电池基板用导线的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的太阳能电池基板用导线的制备方法，通过将所述导线图案沿垂直于所述太阳能电池基板的方向上分割成若干层切片，在所述太阳能电池基板的背面上涂覆Ag粉颗粒，通过所述3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在所述Ag粉颗粒上，使所述Ag粉颗粒吸附固定，按照上述步骤，通过所述3D打印设备依次打印所述切片，再将经3D打印后的所述太阳能电池基板进行高温烧结，得到所述导线，工艺简单，成本低廉，自动化程度高。

Description

一种太阳能电池基板用导线的制备方法
【技术领域】
本发明涉及半导体制备技术领域，尤其涉及一种太阳能电池基板用导线的制备方法。
【背景技术】
随着人们对于能源的需求不断增加，以及能源危机的日益严重，对于可再生能源研究、开发和应用逐渐成为各国关注的焦点。太阳能是一种具有无污染、可再生、储量巨大等优点的可再生能源，而太阳能电池板是通过光伏效应将光能转化为电能的装置，是太阳能发电系统的核心部件。太阳能电池大体上可划分为硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、有机聚合物太阳能电池和染料敏化纳米晶太阳能电池。其中，硅太阳能电池是目前光电转换效率最高，技术最成熟的一种太阳能电池，硅晶片基板背面（与受光面相反侧的一面）的电极需要与导线相连接输出电能。太阳能电池板连接导线的方法主要有焊接和丝网印刷两大类。
焊接法是用焊料将太阳能电池导线与基板上的电极结合在一起。由于焊料中的主要成分是Sn及其合金，而他们的电阻率均大于Ag、Cu等导体材料，所以该方法对电池的性能会有不同程度的影响。另外，硅晶片在太阳能电池材料成本中占了绝大部分，人们希望硅晶片的厚度能够不断减小，但是由于材料的热膨胀系数不同，薄硅晶片与导线焊接后容易发生翘曲、破损等问题，使得基板成本无法进一步降低。
丝网印刷法的工艺过程一般是将硅晶片放置到印刷台上，通过网框将丝网印版固定在基板上方，把适量的导电银浆放置于丝网之上，用刮刀涂抹浆料，使其平均补充于网孔当中，刮刀在移动的过程中把浆料经过丝网网孔挤压到硅片上，在高温炉中烧结成导线。丝网印版十分脆弱，对震荡和碰撞非常敏感，压力、温度和湿度的激变都会影响丝网的张力，导致印制导线质量下降，丝网寿命降低，增加生产成本。而导电银浆对纳米银粒子的粒径尺寸和粒度分布要求都比较高，市场主要被欧美日等发达国家的产品所占据。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种太阳能电池基板用导线的制备方法，通过该方法制备的太阳能电池基板用导线电性能稳定。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种太阳能电池基板用导线的制备方法，包括下述步骤：
步骤S110：提供一通过所述太阳能电池基板背面电极所在区域的导线图案；
步骤S120：将所述导线图案沿垂直于所述太阳能电池基板的方向上分割成若干层切片；
步骤S130：在所述太阳能电池基板的背面上涂覆Ag粉颗粒；
步骤S140：通过所述3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在所述Ag粉颗粒上，使所述Ag粉颗粒吸附固定；
步骤S150：按照上述步骤S130～S140，通过所述3D打印设备依次打印所述切片；及
步骤S160：将经3D打印后的所述太阳能电池基板进行高温烧结，得到所述导线。
优选地，所述太阳能电池基板为硅晶片基板。
优选地，在完成步骤S130之前还包括对所述太阳能电池基板进行预处理的步骤。
优选地，其中，步骤S130中，所述Ag粉颗粒的粒径在10nm～2um之间。
优选地，在完成所述步骤S140之后还包括采用所述3D打印设备上的激光设备烧结所述Ag粉颗粒的步骤。
优选地，其中，步骤S140中所述胶粘剂包括有机胶粘剂和无机胶粘剂，所述有机胶粘剂中包括含有丙烯酸类、环氧类、烯烃类分子中的一种或几种、引发剂和促进剂，所述引发剂为过氧化物，所述促进剂为乙酰丙酮铜，所述无机胶粘剂为硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐中的一种或多种。
优选地，其中，步骤S150，通过所述3D打印设备依次打印所述切片，还包括下述步骤：
在每一层切片打印完成后，降低所述3D打印设备的工作台高度，以进行下一层切片的打印。
优选地，在完成步骤S150之后还包括回收未被胶粘剂固定的Ag粉颗粒的步骤。
优选地，降低所述工作台高度在80um～3mm之间。
优选地，其中，步骤S160中，所述烧结的温度为120℃～500℃之间。
采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：
本发明提供的太阳能电池基板用导线的制备方法，通过将所述导线图案沿垂直于所述太阳能电池基板的方向上分割成若干层切片，在所述太阳能电池基板的背面上涂覆Ag粉颗粒，通过所述3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在所述Ag粉颗粒上，使所述Ag粉颗粒吸附固定，按照上述步骤，通过所述3D打印设备依次打印所述切片，再将经3D打印后的所述太阳能电池基板进行高温烧结，得到所述导线，工艺简单，成本低廉，自动化程度高。
另外，通过本发明提供的方法制备得到的太阳能电池基板用导线，能够制可根据需要随意设计，能够简便的将电池组串联或并联，适应性好。
此外，通过本发明提供的方法制备得到的太阳能电池基板用导线，其加工温度低，从而避免了导线和基板因热膨胀系数不同引起的产品翘曲变性和破损，提高了导线的电性能；Ag粉颗粒和胶粘剂能够分开，避免了导电银浆在储存、运输和使用中Ag颗粒团聚造成的不便和损失，且未被胶粘剂固定的Ag粉颗粒可以被回收重复使用，减少了加工材料的损耗，降低了材料成本。
【附图说明】
图1为本发明实施例提供的太阳能电池基板用导线的制备方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的在太阳能电池基板涂覆Ag粉颗粒的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的通过3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在Ag粉颗粒上，使Ag粉颗粒吸附固定的原理示意图；
图4是本发明实例提供的太阳能电池基板用导线的侧视图；
图5是本发明实例制造的太阳能电池基板用导线的俯视图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的太阳能电池基板用导线的制备方法的步骤流程图100，从图1中可见，太阳能电池基板用导线的制备方法100包括下述步骤：
步骤S110：提供一通过太阳能电池基板背面电极所在区域的导线图案；
优选地，太阳能电池基板为硅晶片基板。
步骤S120：将导线图案沿垂直于太阳能电池基板的方向上分割成若干层切片；
具体地，首先通过CAD软件或3D打印设备附带的其他专用操控软件，对要打印的导线图案进行建模，再根据3D打印设备的垂直精度将模型数据分成若干切片，且每一层打印图案的高度是3D打印设备能够设定的高度。
步骤S130：在所述太阳能电池基板的背面上涂覆Ag粉颗粒；
优选地，Ag粉颗粒的粒径在10nm～2um之间。
优选地，在完成步骤S130之前还包括对太阳能电池基板进行预处理的步骤。
可以理解，在制备导线之前的单晶硅太阳能电池基板的预处理步骤包括：切片、清洗、制绒、磷扩散、周边刻烛、去除背面PN结、制作减反射膜、制作正背面电极等步骤。
请参阅图2，为本发明实施例提供的在太阳能电池基板210涂覆Ag粉颗粒220的原理示意图。可以理解，Ag粉颗粒220与电极230直接接触，提高了导线的导电性能。
步骤S140：通过3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在Ag粉颗粒上，使Ag粉颗粒吸附固定；
优选地，胶粘剂包括有机胶粘剂和无机胶粘剂，有机胶粘剂中为含有丙烯酸类、环氧类、烯烃类分子中的一种或几种、引发剂和促进剂，所述引发剂为过氧化物，所述促进剂为乙酰丙酮铜，无机胶粘剂为硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐中的一种或多种。
优选地，在完成所述步骤S140之后还包括采用3D打印设备上的激光设备烧结Ag粉颗粒的步骤。
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的通过3D打印设备（图未示）的喷头（图未示）将胶粘剂240喷射在Ag粉颗粒220上，使Ag粉颗粒220吸附固定的原理示意图。可以理解，Ag粉颗粒220和胶粘剂240分开使用，避免了导电银浆在储存、运输和使用中Ag颗粒团聚造成的不便和损失。
步骤S150：按照上述步骤S130～S140，通过3D打印设备依次打印所述切片；
具体地，在每一层切片打印完成后，降低3D打印设备的工作台高度，以进行下一层切片的打印。可以理解，3D打印设备工作台降低的高度与使用的相关设备型号有关，且降低高度越小打印精度越高，但是打印速度越慢。优选地，本发明提供的降低工作台高度在80um～3mm之间。
优选地，在完成上述步骤之后还包括回收未被胶粘剂固定的Ag粉颗粒的步骤。
可以理解，本发明回收未被胶粘剂固定的Ag粉颗粒，使未被胶粘剂固定的Ag粉颗粒可以回收重复使用，减少了加工材料的损耗。
步骤S160：将经3D打印后的太阳能电池基板进行高温烧结，得到导线。
优选地，其中，烧结的温度为120℃～500℃之间。
可以理解，本发明提供的导线其加工温度低，能避免导线和基板因热膨胀系数不同引起的产品翘曲变性和破损。
通过将所述导线图案沿垂直于所述太阳能电池基板的方向上分割成若干层切片，在所述太阳能电池基板的背面上涂覆Ag粉颗粒，通过所述3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在所述Ag粉颗粒上，使所述Ag粉颗粒吸附固定，按照上述步骤，通过所述3D打印设备依次打印所述切片，再将经3D打印后的所述太阳能电池基板进行高温烧结，得到所述导线，工艺简单，成本低廉，自动化程度高。
以下通过具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于举例说明的目的，并没有限制本发明的范围。
实施例一
使用德国Voxeljet公司的VX500型3D打印机作为本实施例的加工设备。在计算机上设计一幅通过太阳能电池基板背面电极所在区域的导线图案，每层打印切片层厚为150um，共计10层。将太阳能电池板背面向上放入3D打印机工作台，涂覆粒子粒径为10nm的Ag粉颗粒，通过上述3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在Ag粉颗粒上，用打印机所带的激光设备对胶粘剂粘附的Ag粉进行烧结，激光功率200W，烧结速度450mm/min，烧结线宽0.5mm，烧结间距0.2mm，其中，胶粘剂为有机胶粘剂，有机胶粘剂中为丙烯酸类，重复本发明上述步骤，直至10层打印切片全部打印并烧结完毕，用N2吹扫并回收Ag粉，取出已打印导线图案的太阳能电池基板，放入120℃的高温炉中退火1h，即制得本发明所述太阳能电池板导线及太阳能电池基板。
请参阅图4和图5，分别表示本发明实施例一提供的太阳能电池基板用导线250的侧视图和俯视图。
实施例二
使用美国Stratasys公司的Objet350Connex型3D打印机作为本实施例的加工设备。在计算机上设计一幅通过太阳能电池基板背面电极所在区域的导线图案，每层打印切片层厚为100um，共计5层。将太阳能电池板背面向上放入3D打印机工作台，涂覆粒子粒径为30～40nm的Ag粉，通过上述3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在Ag粉颗粒上。该胶粘剂含有60～75%的甲基丙烯酸酯，15～25%的乙烯和丙烯混合物，8.5～17.5%的环氧乙烷，0.5～1.0%的过氧化物引发剂，0.2～0.5%乙酰丙酮铜促进剂。使用该打印机的UV装置使胶粘剂迅速固化。重复本发明上述步骤，，直至5层打印切片全部打印并烧结完毕，用N2吹扫并回收Ag粉。取出已打印导线图案的太阳能电池基板，放入250℃的高温炉中烧结30min，即制得本发明所述太阳能电池板导线及太阳能电池基板。
实施例三
使用美国Stratasys公司的Objet350Connex型3D打印机作为本实施例的加工设备。在计算机上设计一幅通过太阳能电池基板背面电极所在区域的导线图案，每层打印切片层厚为150um，共计3层。将太阳能电池板背面向上放入3D打印机工作台，涂覆粒子粒径为60～80nm的Ag粉，通过上述3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在Ag粉颗粒上。该胶粘剂含有60～75%的甲基丙烯酸酯，15～25%的乙烯和丙烯混合物，8.5～17.5%的环氧乙烷，0.5～1.0%的过氧化物引发剂，0.2～0.5%乙酰丙酮铜促进剂。使用该打印机的UV装置使胶粘剂迅速固化。重复本发明上述步骤，直至5层打印切片全部打印并烧结完毕，用N2吹扫并回收Ag粉。取出已打印导线图案的太阳能电池基板，放入400℃的高温炉中烧结30min，即制得本发明所述太阳能电池板导线及太阳能电池基板。
实施例四
使用德国Voxeljet公司的VX500型3D打印机作为本实施例的加工设备。在计算机上设计一幅通过太阳能电池基板背面电极所在区域的导线图案，每层打印切片层厚为150um，共计3层。将太阳能电池板背面向上放入3D打印机工作台，涂覆粒子粒径为60～80nm的Ag粉，通过上述3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在Ag粉颗粒上。该胶粘剂含有20～50%的硅酸盐、40～60%的磷酸盐以及适量的硫酸盐或硼酸盐。使用该打印机的UV装置使胶粘剂迅速固化。重复本发明上述步骤，直至5层打印切片全部打印并烧结完毕，用N2吹扫并回收Ag粉。取出已打印导线图案的太阳能电池基板，放入400℃的高温炉中烧结30min，即制得本发明所述太阳能电池板导线及太阳能电池基板。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种太阳能电池基板用导线的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S110：提供一通过所述太阳能电池基板背面电极所在区域的导线图案；
步骤S120：将所述导线图案沿垂直于所述太阳能电池基板的方向上分割成若干层切片；
步骤S130：在所述太阳能电池基板的背面上涂覆Ag粉颗粒；
步骤S140：通过3D打印设备的喷头将胶粘剂喷射在所述Ag粉颗粒上，使所述Ag粉颗粒吸附固定；
步骤S150：按照上述步骤S130～S140，通过所述3D打印设备依次打印所述切片；及
步骤S160：将经3D打印后的所述太阳能电池基板进行高温烧结，得到所述导线。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池基板用导线的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池基板为硅晶片基板。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池基板用导线的制备方法，其特征在于，其中，步骤S130中，所述Ag粉颗粒的粒径在10nm～2um之间。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池基板用导线的制备方法，其特征在于，在完成所述步骤S140之后进行所述步骤S150之前还包括采用所述3D打印设备上的激光设备烧结所述Ag粉颗粒的步骤。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池基板用导线的制备方法，其特征在于，其中，步骤S140中所述胶粘剂包括有机胶粘剂和无机胶粘剂，所述有机胶粘剂中包括含有丙烯酸类、环氧类、烯烃类分子中的一种或几种、引发剂和促进剂，所述引发剂为过氧化物，所述促进剂为乙酰丙酮铜，所述无机胶粘剂为硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池基板用导线的制备方法，其特征在于，其中，步骤S150，通过所述3D打印设备依次打印所述切片，还包括下述步骤：
在每一层切片打印完成后，降低所述3D打印设备的工作台高度，以进行下一层切片的打印。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池基板用导线的制备方法，其特征在于，在完成步骤S150之后进行所述步骤S160之前还包括回收未被胶粘剂固定的Ag粉颗粒的步骤。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池基板用导线的制备方法，其特征在于，降低所述工作台高度在80um～3mm之间。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池基板用导线的制备方法，其特征在于，其中，步骤S160中，所述烧结的温度为120℃～500℃之间。
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