CN104752529B - 一种3d打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，包括衬底、主栅线及副栅线，主栅线与副栅线均由3D打印形成，主栅线与副栅线垂直交叉设置在衬底上，且副栅线为分段结构，主栅线包括主栅线导电层与主栅线种子层，主栅线种子层敷设在衬底上，主栅线导电层敷设在主栅线种子层上，副栅线包括副栅线导电层与副栅线种子层，副栅线种子层敷设在衬底上，副栅线导电层敷设在副栅线种子层上，副栅线导电层为锥形渐变式层状体。与现有技术相比，本发明的电极结构栅线形貌精细可控，距离主栅线距离越近的副栅线高度越大，增强了副栅线收集载流子的能力，改善了栅线导电性能。

Description

一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的电极结构，尤其是涉及一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构。
背景技术
随着工业发展以及人类活动的日趋活跃，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生的矿物能源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题己成为影响人类生存和发展的关键问题之一。与风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源相比，太阳能光伏发电具有清洁性、安全性、广泛性、无噪声、无污染、能量随处可得、无需消耗燃料、无机械转动部件、维护简便、可以无人值守、建设周期短、规模大小随意、可以方便地与建筑物相结合等诸多无可比拟的优点。太阳能电池是利用光生伏特效应将太阳光能直接转化为电能的半导体器件，然后组装成不同电压、电流和功率的装置，从而使人们获得新能源。太阳能电池被广泛地用于空间技术、兵站、航标、家电及其他缺电无电的边远地区，其中晶体硅电池片由于成本低廉成为主流的商业化产品。
硅基太阳能电池单体的主要制造工艺主要包括化学预清洗和表面织构化、扩散制结、刻蚀磷硅玻璃或者硼硅玻璃、沉积减反射膜、制作电极和烧结。金属化处于太阳电池工艺的后端，金属电极的优劣是决定转换效率的关键环节。太阳能电池的正面电极是与PN结两端形成紧密欧姆接触的导电材料，它具有收集硅片中的载流子并将其输送至外部电路的作用。
3D打印是非接触式印刷方式，无机台碎片，可应用于更薄的硅片(＜140μm)将导电墨水按设定的程序高速通过细小的喷嘴，直接喷射到基材表面的特定位置形成电极图案。导电墨水为含有纳米级微粒的高分辨率墨水，除含有纳米银粉、玻璃粉和有机相，还含有Ni、Cu等贱金属元素。3D打印通过叠加多个导电胶薄层可以打印更细更饱满的金属线条，栅线高宽比接近1.0，增加了电极横截面积，提升了导电能力。
现阶段太阳能晶体硅电池片正电极图形采用的设计由多条主栅(1～100根)和多条与之垂直的副栅线(5～200根)，主栅之间互相平行，副栅线之间也互相平行。这种电极结构中主栅线和副栅线采用相同的导电银浆，不同位置的副栅线也具有相近的截面形貌，由于载流子是经副栅线收集到主栅线后导出至外部电路，若距离主栅线不同位置的副栅线叫保持均一的导电能力就会影响载流子收集效果。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种栅线形貌精细可控、栅线导电性能良好的3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，包括衬底、主栅线及副栅线，所述的主栅线与副栅线均由3D打印形成，所述的主栅线与副栅线垂直交叉设置在衬底上，且副栅线为分段结构，所述的主栅线包括主栅线导电层与主栅线种子层，所述的主栅线种子层敷设在衬底上，所述的主栅线导电层敷设在主栅线种子层上，所述的副栅线包括副栅线导电层与副栅线种子层，所述的副栅线种子层敷设在衬底上，所述的副栅线导电层敷设在副栅线种子层上，所述的副栅线导电层为锥形渐变式层状体。
所述的副栅线导电层为锥形渐变式层状体，副栅线导电层靠近主栅线处高度最大，距离主栅线越远副栅线导电层高度越小。
所述的副栅线导电层为通过3D打印控制不同位置副栅线导电层的堆叠层数而形成的锥形渐变式层状体。
所述的主栅线种子层为等厚度层状体，所述的副栅线种子层为等厚度层状体，所述的主栅线导电层为等厚度层状体。
所述的副栅线以主栅线为中心分段设置，同一个主栅线两侧、且处在同一直线的两个副栅线的间隔为0.05～10mm。
所述的主栅线导电层或副栅线导电层内均含有导电金属元素。
所述的主栅线种子层或副栅线种子层采用接触电阻较小和与衬底结合力较大的墨水3D打印而成，该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni的重量比为(30～70)∶(5～25)∶(40～70)∶(0.1～25)。
所述的主栅线导电层或副栅线导电层采用电导率较大的墨水3D打印而成；该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Cu的重量比为(35～75)∶(5～25)∶(40～70)∶(0.1～25)。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、种子层和导电层采用不同电学特性的导电墨水，两种墨水化学配比和掺杂元素均不相同，其中导电层含有Cu等贱金属，与种子层相比玻璃粉含量减少、银含量提高，可以根据电池片前道工艺灵活调节两层的配比以提高转换效率；
二、主栅线与副栅线采用纳米微粒金属墨水，纳米微粒金属墨水与传统含玻璃料的Ag浆相比，可降低接触电阻；
三、按需打印，使用的导电墨水较传统银浆节省耗量30％以上；
四、栅线形貌精细可控，距离主栅线距离越近的副栅线高度越大，增强了副栅线收集载流子的能力，改善了栅线导电性能。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的局部剖面结构示意图。
图中，1为衬底，2为主栅线，21为主栅线导电层，22为主栅线种子层，3为副栅线，31为副栅线导电层，32为副栅线种子层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，如图1、图2所示，包括衬底1、主栅线2及副栅线3，主栅线2与副栅线3均由3D打印形成，主栅线2与副栅线3垂直交叉设置在衬底1上，且副栅线3为分段结构，主栅线2包括主栅线导电层21与主栅线种子层22，主栅线种子层22敷设在衬底1上，主栅线导电层21敷设在主栅线种子层22上，副栅线3包括副栅线导电层31与副栅线种子层32，副栅线种子层32敷设在衬底1上，副栅线导电层31敷设在副栅线种子层32上，副栅线导电层31为锥形渐变式层状体。
副栅线导电层31为锥形渐变式层状体，副栅线导电层31靠近主栅线2处高度最大，距离主栅线2越远副栅线导电层31高度越小。副栅线导电层31为通过3D打印控制不同位置副栅线导电层31的堆叠层数而形成的锥形渐变式层状体。副栅线3以主栅线2为中心分段设置，副栅线3间隔为0.05～10mm。
主栅线种子层22为等厚度层状体，副栅线种子层32为等厚度层状体，主栅线导电层21为等厚度层状体。
主栅线导电层21或副栅线导电层31内均含有导电金属元素。
主栅线种子层22或副栅线种子层32采用接触电阻较小和与衬底1结合力较大的墨水3D打印而成，该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni的重量比为30∶5∶40∶0.1。
主栅线导电层21或副栅线导电层31采用电导率较大的墨水3D打印而成，该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Cu的重量比为35∶5∶40∶0.1。
本实施例中，栅线形貌精细可控，距离主栅线距离越近的副栅线高度越大，增强了副栅线收集载流子的能力，改善了栅线导电性能。
实施例2
一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，如图1、图2所示，包括衬底1、主栅线2及副栅线3，主栅线2与副栅线3均由3D打印形成，主栅线2与副栅线3垂直交叉设置在衬底1上，且副栅线3为分段结构，主栅线2为完整结构，主栅线2包括主栅线导电层21与主栅线种子层22，主栅线种子层22敷设在衬底1上，主栅线导电层21敷设在主栅线种子层22上，副栅线3包括副栅线导电层31与副栅线种子层32，副栅线种子层32敷设在衬底1上，副栅线导电层31敷设在副栅线种子层32上，副栅线导电层31为锥形渐变式层状体。
副栅线导电层31为锥形渐变式层状体，副栅线导电层31靠近主栅线2处高度最大，距离主栅线2越远副栅线导电层31高度越小。副栅线导电层31为通过3D打印控制不同位置副栅线导电层31的堆叠层数而形成的锥形渐变式层状体。副栅线3以主栅线2为中心分段设置，副栅线3间隔为0.05～10mm。
主栅线种子层22为等厚度层状体，副栅线种子层32为等厚度层状体，主栅线导电层21为等厚度层状体。
主栅线导电层21或副栅线导电层31内均含有导电金属元素。
主栅线种子层22或副栅线种子层32采用接触电阻较小和与衬底1结合力较大的墨水3D打印而成，该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni的重量比为70∶25∶70∶25。
主栅线导电层21或副栅线导电层31采用电导率较大的墨水3D打印而成，该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Cu的重量比为75∶25∶70∶25。
本实施例中，栅线形貌精细可控，距离主栅线距离越近的副栅线高度越大，增强了副栅线收集载流子的能力，改善了栅线导电性能。
实施例3
一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，如图1、图2所示，包括衬底1、主栅线2及副栅线3，主栅线2与副栅线3均由3D打印形成，主栅线2与副栅线3垂直交叉设置在衬底1上，且副栅线3为分段结构，主栅线2为完整结构，主栅线2包括主栅线导电层21与主栅线种子层22，主栅线种子层22敷设在衬底1上，主栅线导电层21敷设在主栅线种子层22上，副栅线3包括副栅线导电层31与副栅线种子层32，副栅线种子层32敷设在衬底1上，副栅线导电层31敷设在副栅线种子层32上，副栅线导电层31为锥形渐变式层状体。
副栅线导电层31为锥形渐变式层状体，副栅线导电层31靠近主栅线2处高度最大，距离主栅线2越远副栅线导电层31高度越小。副栅线导电层31为通过3D打印控制不同位置副栅线导电层31的堆叠层数而形成的锥形渐变式层状体。副栅线3以主栅线2为中心分段设置，副栅线3间隔为0.05～10mm。
主栅线种子层22为等厚度层状体，副栅线种子层32为等厚度层状体，主栅线导电层21为等厚度层状体。
主栅线导电层21或副栅线导电层31内均含有导电金属元素。
主栅线种子层22或副栅线种子层32采用接触电阻较小和与衬底1结合力较大的墨水3D打印而成，该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni的重量比为50∶10∶50∶5。
主栅线导电层21或副栅线导电层31采用电导率较大的墨水3D打印而成，该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Cu的重量比为(50∶10∶50∶5。
本实施例中，栅线形貌精细可控，距离主栅线距离越近的副栅线高度越大，增强了副栅线收集载流子的能力，改善了栅线导电性能。

Claims (6)

1.一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，其特征在于，包括衬底、主栅线及副栅线，所述的主栅线与副栅线均由3D打印形成，所述的主栅线与副栅线垂直交叉设置在衬底上，且副栅线为分段结构，所述的主栅线包括主栅线导电层与主栅线种子层，所述的主栅线种子层敷设在衬底上，所述的主栅线导电层敷设在主栅线种子层上，所述的副栅线包括副栅线导电层与副栅线种子层，所述的副栅线种子层敷设在衬底上，所述的副栅线导电层敷设在副栅线种子层上，所述的副栅线导电层为锥形渐变式层状体，副栅线导电层靠近主栅线处高度最大，距离主栅线越远副栅线导电层高度越小；
所述的主栅线种子层为等厚度层状体，所述的副栅线种子层为等厚度层状体，所述的主栅线导电层为等厚度层状体。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，其特征在于，所述的副栅线导电层为通过3D打印控制不同位置副栅线导电层的堆叠层数而形成的锥形渐变式层状体。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，其特征在于，所述的副栅线以主栅线为中心分段设置，同一个主栅线两侧、且处在同一直线的两个副栅线的间隔为0.05～10mm。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，其特征在于，所述的主栅线导电层或副栅线导电层内均含有导电金属元素。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，其特征在于，所述的主栅线种子层或副栅线种子层采用接触电阻较小和与衬底结合力较大的墨水3D打印而成，该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni的重量比为(30～70)：(5～25)：(40～70)：(0.1～25)。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印的太阳能电池锥形渐变式电极结构，其特征在于，所述的主栅线导电层或副栅线导电层采用电导率较大的墨水3D打印而成；该墨水中Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Cu的重量比为(35～75)：(5～25)：(40～70)：(0.1～25)。
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