CN104752530B - 一种3d打印制作太阳能电池电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3D打印制作太阳能电池电极，包括衬底及导电墨水线，导电墨水线为含有纳米级微粒的高分辨率墨水，经3D打印机通过喷嘴直接喷射到衬底上构成电极栅线，形成太阳能电池电极。与现有技术相比，本发明可以降低串联电阻和接触电阻，另外栅线高宽比接近1.0，从而可以增加电极横截面积，提升导电能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池电极栅线，尤其是涉及一种3D打印制作太阳能电池电极。
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，能源问题已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。
现阶段业内太阳能晶体硅电池片正电极图形采用的设计由多条主栅和多条与之垂直的副栅线，主栅之间互相平行，副栅线之间也互相平行。目前工业化晶体硅太阳电池的电极制备主要采用丝网印刷方式，受浆料特性和网版开孔的制约电极细栅线宽度很难低于70um，细栅线的高度也很难提高，栅线高宽比一般低于0.4。丝网印刷所用银浆主要由银粉、玻璃粉和有机相组成，其与硅片的欧姆接触较难改善，从而影响电池片填充因子和短路电流的提高。实际生产中丝网印刷导致的粗线、断栅、虚印、结点、浆料沾污等印刷不良是影响电池片良品率的一个重要因素。
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降低串联电阻、电极栅线分辨率更高、提高导电能力的3D打印制作太阳能电池电极。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种3D打印制作太阳能电池电极，包括衬底及导电墨水线，
所述的导电墨水线为含有纳米级微粒的高分辨率墨水，经3D打印机通过喷嘴直接喷射到衬底上构成电极栅线，形成太阳能电池电极。
所述的衬底为硅片。
所述的衬底为厚度小于140μm的硅片。
所述的导电墨水线形成的电极栅线的高宽比接近1.0。
所述的导电墨水线形成的电极栅线的高宽比为0.3～1.0。
所述的导电墨水线的固含量为40-70wt％。
所述的导电墨水线中含有成分包括Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni／Cu混合金属。
作为优选的实施方式，Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni／Cu混合金属的重量比为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：
(1)导电墨水中含有Ni、Cu等导电金属，镍与硅之间的接触电阻低，可以降低串联电阻；
(2)纳米微粒金属墨水烧蚀减反射膜效果好，与传统含玻璃料的Ag浆相比，可降低接触电阻；
(3)导电墨水固含量低(40％～70％)，且添加有比Ag廉价的金属，可实现按需打印，较传统银浆节省耗量30％以上；
(4)较丝网印刷拥有更精细的分辨力(分辨力＜50μm)，可以打印更细更饱满的金属线条，且叠加多个导电胶薄层，栅线高宽比接近1.0，增加电极横截面积，提升导电能力；
(5)3D打印是非接触式印刷，无机台碎片，可应用于厚度小于140μm的更薄硅片。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
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打印制作太阳能电池电极，其结构如图1所示，包括衬底1及导电墨水线2，导电墨水线2为含有纳米级微粒的高分辨率墨水，经3D打印机通过喷嘴3直接喷射到衬底1上构成电极栅线，形成太阳能电池电极。3D打印将导电墨水按设定的程序高速通过细小的喷嘴3，直接喷射到基材表面的特定位置形成电极图案.采用的衬底可以为厚度小于140μm的硅片，由于采用3D打印技术，导电墨水线形成的电极栅线的高宽比接近1.0，本实施例中，电极栅线的高宽比为0.8。使用的导电墨水线的固含量为40-70wt％，本实施例中导电墨水线的固含量为60wt％，使用的导电墨水的成分包括Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni／Cu混合金属，上述原料的重量比为45∶10∶60∶10，由于导电墨水中含有Ni、Cu等导电金属，镍与硅之间的接触电阻低，可以降低串联电阻，导电墨水采用的纳米微粒烧蚀减反射膜效果好，与传统含玻璃料的Ag浆相比，可降低接触电阻，添加有比Ag廉价的金属，可实现按需打印，较传统银浆节省耗量30％以上。最重要的是，与普通的丝网印刷相比，采用3D打印的电极栅线拥有更精细的分辨力(分辨力＜50μm)，可以打印更细更饱满的金属线条，且叠加多个导电胶薄层，栅线高宽比接近1.0，增加电极横截面积，提升导电能力，而且3D打印是非接触式印刷，无机台碎片，可应用于厚度小于140μm的更薄硅片。
实施例2
一种3D打印制作太阳能电池电极，包括衬底及导电墨水线，导电墨水线为含有纳米级微粒的高分辨率墨水，经3D打印机通过喷嘴直接喷射到衬底上构成电极栅线，形成太阳能电池电极，由于采用了3D打印技术，使用的衬底可以为厚度小于140μm的硅片，打印的导电墨水线形成的电极栅线的高宽比为0.3，使用的导电墨水线的固含量为40wt％。使用的导电墨水的成分包括Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni／Cu混合金属，上述原料的重量比为35∶5∶40∶0.1，由于导电墨水中含有Ni、Cu等导电金属，镍与硅之间的接触电阻低，可以降低串联电阻，导电墨水采用的纳米微粒烧蚀减反射膜效果好，与传统含玻璃料的Ag浆相比，可降低接触电阻，添加有比Ag廉价的金属，可实现按需打印，较传统银浆节省耗量30％以上。
实施例3
一种3D打印制作太阳能电池电极，包括衬底及导电墨水线，导电墨水线为含有纳米级微粒的高分辨率墨水，经3D打印机通过喷嘴直接喷射到衬底上构成电极栅线，形成太阳能电池电极，由于采用了3D打印技术，使用的衬底可以为厚度小于140μm的硅片，打印的导电墨水线形成的电极栅线的高宽比为1.0，使用的导电墨水线的固含量为70wt％。使用的导电墨水的成分包括Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni／Cu混合金属，上述原料的重量比为75∶25∶70∶25，由于导电墨水中含有Ni、Cu等导电金属，镍与硅之间的接触电阻低，可以降低串联电阻，导电墨水采用的纳米微粒烧蚀减反射膜效果好，与传统含玻璃料的Ag浆相比，可降低接触电阻，添加有比Ag廉价的金属，可实现按需打印，较传统银浆节省耗量30％以上。
Claims (4)
1.一种3D打印制作太阳能电池电极，包括衬底及导电墨水线，
其特征在于，所述的导电墨水线为含有纳米级微粒的高分辨率墨水，经3D打印机通过喷嘴直接喷射到衬底上构成电极栅线，形成太阳能电池电极；所述的导电墨水线中含有成分包括Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni/Cu混合金属，Ag、玻璃粉、乙二醇醚及Ni/Cu混合金属的重量比为35-75︰5-25︰40-70︰0.1-25；所述的导电墨水线形成的电极栅线的高宽比接近1.0。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印制作太阳能电池电极，其特征在于，所述的衬底为硅片。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印制作太阳能电池电极，其特征在于，所述的衬底为厚度小于140μm的硅片。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种3D打印制作太阳能电池电极，其特征在于，所述的导电墨水线的固含量为40-70wt％。
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