CN107452817B - 波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法及系统，方法包括S1，太阳能硅片在下掩模上定位，且太阳能硅片的波谷处的表面与下掩模上的背电极浆料通道相对应；S2，上掩模与太阳能硅片接触，且其上的子背电极浆料通道与太阳能硅片的波峰处的表面对应；S3，进行正面电极浆料气溶胶喷射，使太阳能硅片的正面涂布呈格栅状分布的正面电极浆料，同时，进行背电极浆料气溶胶喷射，在波谷处的表面涂布背电极浆料；S4，上掩模与太阳能硅片分离，从下掩模上取下太阳能硅片进行烧结。本发明能够一次性实现浆料在太阳能硅片正面及背面的涂布，工艺更加简单，效率高；能够避免太阳能硅片出现破损的风险，有利于保证产品的质量，提高产品的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其是波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法及系统。
背景技术
太阳能硅片是太阳能电池板的重要组成部分，其性能的好坏直接影响太阳能电池板的电池效率，目前常规的太阳能硅片基本都是切割成平坦表面的切片形状，其光电转化率的提高已经成为太阳能电池制作领域的难题，即使是1%左右的提高，过去平均都需要2-3年的时间，并且为了获得高转化率，向新工程所投入的研究开发费用从全世界范围来看，现有所有太阳能电池制造公司在互相竞争中开发所以费用简直是天文数字。
由此一些企业也开始三维结构太阳能硅片的研究，例如，已经提出的如附图1所示的波浪形三维硅片结构，其为对称的波浪形结构，其虽然能够增加表面积以增加太阳光的吸收，但是其在应用于太阳能电池的加工过程中还存在一定问题，例如：
在太阳能电池的后续加工工艺中，通常使用丝网印刷法在太阳能硅片上形成电极，传统的丝网印刷过程往往是先在硅片的一面涂布浆料后烧结，再在另一面涂布浆料，再次烧结，至少需要分两步进行印刷和烧结，过程相对繁琐，效率低。
同时，丝网印刷法中需要对太阳能硅片施加压力，而在施加压力时，与平坦晶片相比，波浪形结构的太阳能硅片由于缺乏机械阻力而具有较高的破损可能性。
此外，当使用丝网印刷工艺时，由于三维结构晶片自身的波浪形结构，不易于形成连续的浆料图形，易导致太阳能硅片背面及正面的母线形成不均匀的涂层，存在台阶差，同时，会导致太阳能硅片正面出现宽度不均匀的指状电极，造成产品质量下降，产品一致性降低。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，通过采用气溶胶喷射的方法，能够同时从三位结构太阳能硅片的正反两面同时进行浆料的涂布，且不需要对太阳能硅片施加压力，从而提供了波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法及系统。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，包括如下步骤：
S1，波浪形太阳能硅片移动至下掩模上定位，且波浪形太阳能硅片的波谷处的表面与下掩模上的背电极浆料通道相对应；
S2，上掩模下移至与波浪形太阳能硅片接触，且其上的子导电栅通道与波浪形太阳能硅片的波峰处的表面对应；
S3，从上掩模的顶部进行正面电极浆料气溶胶喷射，使波浪形太阳能硅片的正面涂布呈格栅状分布的正面电极浆料，同时，从下掩模的底部进行背电极浆料气溶胶喷射，在波浪形太阳能硅片的波谷处的表面涂布背电极浆料；
S4，上掩模上移与太阳能硅片分离，从下掩模上取下经过S3步骤的波浪形太阳能硅片；
S5，对经过S4步骤的波浪形太阳能硅片进行烧结。
优选的， 所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其中：
在S1步骤中，所述波浪形太阳能硅片通过所述下掩模顶部间隙设置的一组三角定位体分别卡止到的波浪形太阳能硅片的背面凹槽中实现定位；
在S2步骤中，所述上掩模通过其底部间隙设置的一组三角定位体分别卡止到所述波浪形太阳能硅片的正面凹槽中实现定位。
优选的， 所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其中：所述三角定位体为与所述太阳能硅片的凹槽形状匹配的仿形结构。
优选的， 所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其中：所述下掩模及上掩模上的三角定位体为硅橡胶或硅树脂或聚四氟乙烯或硅橡胶与聚四氟乙烯形成的复合材料或硅树脂胶与聚四氟乙烯形成的复合材料。
优选的， 所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其中：从S1步骤开始到S4步骤结束期间的用时小于2分钟。
优选的， 所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其中：还包括S6步骤，将所述S4步骤中经过气溶胶喷射的上掩模及下掩模分别浸入到有机溶剂中进行清洗，并在烘干炉内使用热空气进行干燥，干燥后的上掩模及下掩模重复用于S1，S2步骤。
优选的， 所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其中：所述有机溶剂至少包括松油醇及乙基纤维素。
优选的， 所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其中：从S1步骤开始至S6步骤结束期间的用时小于5分钟。
优选的， 所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其中：还包括S7步骤，通过加热将S6步骤中分别清洗过上掩模和下掩模的有机溶剂与银浆和铝浆分离，然后通过电解法提纯得到银和铝，并将银和铝分别作为原料再次生成银浆和铝浆重新导入到对应的气溶胶喷射系统中。
波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统，包括
下掩模，用于承载及定位太阳能硅片，其上的背电极浆料通道可与波浪形太阳能硅片的波谷处的表面相对应以待加工；
上掩模，可移动并与太阳能硅片接触，其上的子导电栅通道与波浪形太阳能硅片的波峰处的表面对应以待加工；
掩模移动机构，用于分别驱动所述下掩模及上掩模移动；
正面电极浆料气溶胶喷射系统，用于向所述上掩模的顶部喷射正面电极浆料；
背电极浆料气溶胶喷射系统，用于向所述下掩模的底部喷射背电极浆料；
移栽机构，用于移动太阳能硅片。
优选的，所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统，其中：
所述上掩模至少包括掩模本体，所述掩模本体上形成有栅格状的浆料通道，所述浆料通道包括一组间隙且平行的子导电栅通道以及一组与所述子导电栅通道垂直的主导电栅通道，所述掩模本体的底部间隔设置有一组与太阳能硅片的正面凹槽匹配的三角定位体；所述下掩模至少包括掩模基体，所述掩模基体上形成有一组间隙且平行的背电极浆料通道，所述掩模基体顶部设置有一组与太阳能硅片的背面凹槽匹配的三角定位体。
优选的，所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统，其中：还包括
上掩模清洗系统，用于对经过气溶胶喷射的上掩模进行清洗、烘干；
及下掩模清洗系统，用于对经过气溶胶喷射的下掩模进行清洗、烘干。
优选的，所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统，其中：还包括两套废浆回收提纯系统。
本发明技术方案的优点主要体现在：
本发明设计精巧，通过上掩模和下掩模同时对波浪形太阳能硅片的正面和背面进行定位，结合气溶胶喷射工艺，能够一次性实现浆料在太阳能硅片正面及背面的涂布，省去了多次涂布多次烧结的过程，工艺更加简单，效率高；同时不需要对太阳能硅片施加压力，能够避免太阳能硅片出现破损的风险，并且通过上掩模和下掩模的准确定位，能够保证浆料涂布在波峰及波谷区域对应的表面，避免因为波浪形结构而导致背面形成不均匀的涂层，存在台阶差，以及硅片正面出现宽度不均匀的指形电极的问题，有利于保证产品的质量，提高产品的一致性。
专用的掩模结构能够有效的与波浪形硅片匹配，从而保证掩模上浆料通道与波峰、波谷处的硅片表面对应，同时，连续的三角定位体及其材质优选能够保证上掩模及下掩模定位的准确性和稳定性，并且能够有效避免波浪形硅片与掩模硬接触导致损坏。
对经过气溶胶喷射的研磨进行清洗，能够有效的防止由于浆料残留导致指形电极的宽度和厚度随着工艺重复而改变，导致产品一致性变差的问题，同时通过清洗工艺的优选，能够有效保证加工时效性。
通过专用的工艺对废浆进行回收再利用，有利于节约浆料成本，环境友好性更佳。
附图说明
图1 是本发明背景技术中描述的波浪形太阳能硅片的剖视图；
图2是本发明的方法过程示意图；
图3是本发明的工作状态示意图；
图4是本发明中上掩模的掩模基体立体图，图中示出了多种三角定位体的结构。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统，如附图3所示，至少包括下掩模1、上掩模2，掩模移动机构、正面电极浆料气溶胶喷射系统6、背电极浆料气溶胶喷射系统7以及移栽机构。
其中，所述下掩模1用于承载及定位波浪形太阳能硅片3，其包括网框架（图中未示出）及掩模基体11，所述网框架用于支撑掩模基体11，其可以是已知的各种网框架，在此不再赘述；如附图3所示，所述掩模基体11上形成有一组平行且间隙设置的背电极浆料通道12，所述背电极浆料通道的宽度以及它们之间的间隙宽度可以根据波浪形太阳能硅片3的具体结构进行设置。
所述掩模基体11的顶部间隙设置有一组三角定位体13，所述三角定位体13分布于相邻背电极浆料通道12之间的区域，并且，每个三角定位体设置区域可以仅设置一条长条状立方体，也可以是多个间隙且并排设置的方形立方体，同时，每个所述三角定位体13是与波浪形太阳能硅片3的背面凹槽相匹配的仿形结构，其形状可以根据波浪形太阳能硅片3的波形设置，例如，当太阳能硅片为对称波浪形时，所述三角定位体13的截面形状为附图3所示的等腰三角形。
当太阳能硅片放置于下掩模1上定位时，下掩模1上的三角定位体13分别嵌入到的波浪形太阳能硅片3不同的背面凹槽中，且三角定位体13的尖端位于背面凹槽的顶部，同时，下掩模的背电极浆料通道12与波浪形太阳能硅片3的波谷处的表面相对应以待加工。
所述上掩模2包括网框架（图中未示出）及掩模本体21，所述网框架用于支撑掩模本体21，其可以是已知的各种网框架，在此不再赘述；如附图3、附图4所示，所述掩模本体21上形成有栅格状的浆料通道22，所述浆料通道包括一组间隙设置且平行的子导电栅通道221以及一组与所述子导电栅通道垂直的主导电栅通道222，所述子导电栅通道、主导电栅通道的宽度以及它们之间的间隙宽度可以根据波浪形太阳能硅片3的具体结构进行设置。
如附图4所示，所述掩模本体21的底部间隔设置有一组分别与太阳能硅片的不同正面凹槽匹配的三角定位体23，所述三角定位体23位于所述栅格状通道之外的掩模本体21上，且每个三角定位体设置区域同样可以仅设置一条长条状立方体，也可以是多个间隙且并排设置的方形立方体，所述三角定位体23与波浪形太阳能硅片3的正面凹槽相匹配的仿形结构，具体形状根据波浪形太阳能硅片3的波形进行调整，例如，当太阳能硅片为对称波浪形时，所述三角定位体23的截面形状为附图3所示的等腰三角形。
当所述上掩模与太阳能硅片接触定位时，其上的三角定位体23分别嵌入到的太阳能硅片不同的正面凹槽中，且三角立方体23的尖端位于正面凹槽的底部，同时，其上的子导电栅通道与波浪形太阳能硅片3的波峰处的表面对应以待加工。
并且，所述下掩模及上掩模上的三角定位体优选为软性材料，进一步优选为硅橡胶或硅树脂或聚四氟乙烯或硅橡胶与聚四氟乙烯形成的复合材料或硅树脂胶与聚四氟乙烯形成的复合材料。
所述三角定位体连续地存在于上掩模或下掩模上且采用软性材料的原因是为了防止三维结构晶片从专用掩模接受直接压力而产生损坏，同时确保了上掩模或下掩模在波浪形太阳能硅片3上的稳定设置。
所述掩模移动机构（图中未示出），用于分别驱动所述下掩模及上掩模移动，其可以是已知的各种移动结构，如6轴机械手等，在此不再赘述。
如附图3所示，所述正面电极浆料气溶胶喷射系统6，用于向所述上掩模的顶部喷射正面电极浆料气溶胶4；所述背电极浆料气溶胶喷射系统7，用于向所述下掩模的底部喷射背电极浆料气溶胶5；它们可以采用已知的现有技术，在此不再赘述。
所述移栽机构（图中未示出）用于移动太阳能硅片，其可以是已知的各种机械手的结构，在此不再赘述。
进一步，考虑到在气溶胶喷涂过程中，所述下掩模1和上掩模2的整个表面暴露于由喷嘴喷射的气溶胶下，所以如果气溶胶连续喷射在下掩模1和上掩模2上而不进行清洗，则它们表面的厚度变厚，得到电极宽度和厚度随着工艺重复而不断改变，从而不能提供一致的产品性能，因此所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统还包括上掩模清洗系统（图中未示出），用于对经过气溶胶喷射的上掩模进行清洗、烘干；及下掩模清洗系统（图中未示出），用于对经过气溶胶喷射的下掩模进行清洗、烘干。它们可以采用已知的各种清洗、烘干系统，在此不再赘述。
更进一步，清洗过上掩模和下掩模的清洗液如果不进行处理，那么其中含有的浆料就会浪费，因此所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统还包括两套废浆回收提纯系统（图中未示出），通过加热或其他工艺条件可使含有银浆/铝浆的溶剂中的松油醇挥发掉，然后，通过电解使溶液中的银和铝析出，再通过添加其他原料形成符合工艺条件的银浆和铝浆。
本发明进一步揭示了采用波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统进行金属化加工的方法，如附图2所示，包括如下步骤：
S1，波浪形太阳能硅片3移动至下掩模1上定位，具体的，所述波浪形太阳能硅片3通过所述下掩模顶部间隙设置的一组三角定位体13分别卡止到的波浪形太阳能硅片3的不同背面凹槽中实现定位，且当三角定位体13的尖端位于背面凹槽的顶部，波浪形太阳能硅片3的波谷处的表面与下掩模上的背电极浆料通道12相对应。
S2，所述上掩模2下移至与波浪形太阳能硅片接触，同时，所述上掩模通过其底部间隙设置的一组三角定位体分别卡止到所述波浪形太阳能硅片的不同的正面凹槽中实现定位，且当三角定位体的尖端位于正面凹槽的底部时，上掩模2上的子导电栅通道与波浪形太阳能硅片3的波峰处的表面对应。
S3，正面电极浆料气溶胶喷射系统启动，从所述上掩模2的顶部进行正面电极浆料气溶胶喷射，正面电极浆料气溶胶通过所述浆料通道22，并在所述波浪形太阳能硅片3的正面形成格栅状分布的正面电极浆料气溶胶痕迹，同时，背电极浆料气溶胶喷射系统启动，从所述下掩模的底部进行背电极浆料气溶胶喷射，背电极浆料气溶胶穿过所述背电极浆料通道12，在波浪形太阳能硅片的波谷处的表面涂布背电极浆料气溶胶。
S4，上掩模上移与经过气溶胶喷射的太阳能硅片分离，通过移栽机构从下掩模上取下经过S3步骤的波浪形太阳能硅片。
并且，从S1步骤开始到S4步骤结束期间的用时控制为小于2分钟，从而相对于丝网印刷工艺，其效率会更高。
S5，对经过S4步骤的波浪形太阳能硅片进行烧结。
同时，如附图2所示，还包括S6步骤，将所述S4步骤中经过气溶胶喷射的上掩模及下掩模分别浸入到有机溶剂中进行清洗，所述有机溶剂至少包括松油醇及乙基纤维素，例如质量百分比可以为松油醇95%，乙基纤维素5%，当然，也可以根据工艺需要调整有机溶剂的具体成分，并且上述有机溶剂能够同时满足铝浆和银浆的清洗要求。
清洗完毕后，在烘干炉内使用热空气进行干燥，干燥后的上掩模及下掩模用于重复用于S1,S2步骤，并且控制从S1步骤开始至S6步骤结束期间的用时小于5分钟，从而能够保证加工效率。
更进一步，如附图2所示，还包括S7步骤，通过加热或其他工艺将S6步骤中分别清洗过上掩模和下掩模的有机溶剂与银浆和铝浆分离，然后通过电解法从溶液中提纯得到银和铝，并将银和铝分别作为原料再次生成银浆和铝浆后重新导入到对应的气溶胶喷射系统中，从而能够避免原料的浪费。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，波浪形太阳能硅片移动至下掩模上定位，且波浪形太阳能硅片的波谷处的表面与下掩模上的背电极浆料通道相对应；
S2，上掩模下移至与波浪形太阳能硅片接触，且其上的子导电栅通道与波浪形太阳能硅片的波峰处的表面对应；
S3，从上掩模的顶部进行正面电极浆料气溶胶喷射，使波浪形太阳能硅片的正面涂布呈格栅状分布的正面电极浆料，同时，从下掩模的底部进行背电极浆料气溶胶喷射，在波浪形太阳能硅片的波谷处的表面涂布背电极浆料；
S4，上掩模上移与太阳能硅片分离，从下掩模上取下经过S3步骤的波浪形太阳能硅片；
S5，对经过S4步骤的波浪形太阳能硅片进行烧结。
2.根据权利要求1所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其特征在于：
在S1步骤中，所述波浪形太阳能硅片通过所述下掩模顶部间隙设置的一组三角定位体分别卡止到的波浪形太阳能硅片的背面凹槽中实现定位；
在S2步骤中，所述上掩模通过其底部间隙设置的一组三角定位体分别卡止到所述波浪形太阳能硅片的正面凹槽中实现定位。
3.根据权利要求2所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其特征在于：所述三角定位体为与所述太阳能硅片的凹槽形状匹配的仿形结构。
4.根据权利要求2所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其特征在于：所述下掩模及上掩模上的三角定位体为硅橡胶或硅树脂或聚四氟乙烯或硅橡胶与聚四氟乙烯形成的复合材料或硅树脂胶与聚四氟乙烯形成的复合材料。
5.根据权利要求2所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其特征在于：从S1步骤开始到S4步骤结束期间的用时小于2分钟。
6.根据权利要求1-5任一所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其特征在于：还包括S6步骤，将所述S4步骤中经过气溶胶喷射的上掩模及下掩模分别浸入到有机溶剂中进行清洗，并在烘干炉内使用热空气进行干燥，干燥后的上掩模及下掩模重复用于S1，S2步骤。
7.根据权利要求6所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其特征在于：所述有机溶剂至少包括松油醇及乙基纤维素。
8.根据权利要求6所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其特征在于：从S1步骤开始至S6步骤结束期间的用时小于5分钟。
9.根据权利要求6所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化方法，其特征在于：还包括S7步骤，通过加热将S6步骤中分别清洗过上掩模和下掩模的有机溶剂与银浆和铝浆分离，然后通过电解法提纯得到银和铝，并将银和铝分别作为原料再次生成银浆和铝浆重新导入到对应的气溶胶喷射系统中。
10.波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统，其特征在于：包括
下掩模，用于承载及定位太阳能硅片，且其上的背电极浆料通道可与波浪形太阳能硅片的波谷处的表面相对应以待加工；
上掩模，可上下移动并与太阳能硅片接触，其上的子导电栅通道与波浪形太阳能硅片的波峰处的表面对应以待加工；
掩模移动机构，用于分别驱动所述下掩模及上掩模移动；
正面电极浆料气溶胶喷射系统，用于向所述上掩模的顶部喷射正面电极浆料；
背电极浆料气溶胶喷射系统，用于向所述下掩模的底部喷射背电极浆料；
移栽机构，用于移动太阳能硅片。
11.根据权利要求10所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统，其特征在于：所述上掩模至少包括掩模本体，所述掩模本体上形成有栅格状的浆料通道，所述浆料通道包括一组间隙且平行的子导电栅通道以及一组与所述子导电栅通道垂直的主导电栅通道，所述掩模本体的底部间隔设置有一组与太阳能硅片的正面凹槽匹配的三角定位体；所述下掩模至少包括掩模基体，所述掩模基体上形成有一组间隙且平行的背电极浆料通道，所述掩模基体顶部设置有一组与太阳能硅片的背面凹槽匹配的三角定位体。
12.根据权利要求10所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统，其特征在于：还包括
上掩模清洗系统，用于对经过气溶胶喷射的上掩模进行清洗、烘干；
及下掩模清洗系统，用于对经过气溶胶喷射的下掩模进行清洗、烘干。
13.根据权利要求12所述的波浪形太阳能硅片的一次性金属化系统，其特征在于：还包括两套废浆回收提纯系统。
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| JP2001223372A (ja) * | 2000-02-07 | 2001-08-17 | Mitsubishi Electric Corp | 太陽電池の製造方法 |
| CN102217085A (zh) * | 2008-11-13 | 2011-10-12 | 应用材料股份有限公司 | 无图案化地形成硅太阳能电池之前触点的方法 |
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