CN109148617B - 一种基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，所述方法为：（1）在太阳能电池片上构筑模型，所述模型凸出于太阳能电池片的表面，所述模型具有与导电电线相匹配的模腔；（2）在所述模腔中添加导电浆料；（3）对所述导电浆料进行烧结处理以形成导电电线。该基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法是通过在太阳能电池片上构筑模型，并将导电浆料加载到模型的模腔所设定的范围之内，经后期的处理，即可获得高宽比的导电银线，从而最终获得高性能的太阳能电池片。这种方法操作简单，可靠性高且可提高导电浆料的利用率。

Description

一种基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法
技术领域
本发明涉及电池片制造技术领域，具体涉及一种基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法。
背景技术
近年来，随着人类对环保认知的提高和煤、石油等一次能源的逐渐枯竭，对环境友好的可再生能源迫切需求促进相关领域的多元化研究和相关技术高速发展，呈现出一批具有巨大潜力的行业和方向。由于太阳能具有取之不尽用之不竭和太阳能电池具有利用光电转化技术可将太阳能直接转化为电能的特点，太阳能电池的研究层出不穷，并呈现出方兴未艾的趋势。无论从结构上改变还是加工工艺的更新，如何提高太阳能电池效率一直都是人们关注的焦点。
目前太阳能行业的电池片烧结导电浆料所形成的导电线路，其电阻与厚度成反比。为了降低导线的电阻，提高导电电线的高宽比和提高导电电线的一维形貌的规整性成为提高太阳能电池有效手段之一。
印刷电子技术目前最主要的方式为丝网印刷（screen printing）和喷墨打印（inkjet printing）。现阶段太阳能电池正银的印刷主要采用丝网印刷。丝网是由各类高分子纤维或者金属丝构成，导电浆料通过丝网形成图形区域和阻止区域，进而形成需要打印的图形。目前可以做到线宽为30-40um，线高为10-15um。这对于丝网印刷的加工精度已经做到极致。丝网印刷过程中，由于导电浆料粘度过大，造成导电电线会有局部的断栅，通常都是需要二次印刷，工艺繁琐。
与丝网印刷相比，喷墨打印导电浆料则更具有优势，非接触性，控制打印相关参数，即可获得无断栅的导电电线。这不仅可以提高材料利用率，节约导电浆料，降低成本，同时还可以简化制作步骤和成本。近年来，喷墨打印技术也已在柔性电路有了新的突破，各种喷头的发展也为各种导电电路的喷墨打印提供了强有力的支持。
然而，由于太阳能电池存在金刚线切割的条纹，即使表面镀有一层均匀的氮化硅（Si3N4）层，其表面也不是绝对光滑，在表面存在的缺陷或者凸起地带，因喷墨打印易造成喷墨的浸润，不利于导电银浆高度的堆积，相关大量的文献报告喷墨打印技术在实际应用中存在栅线扩展的问题。因此对于太阳能电池导电银线的印刷，直接喷墨打印导电浆料是很难获得一条具有高宽比导电电线效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题提供一种改进的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，所述方法为：
（1）在太阳能电池片上构筑模型，所述模型凸出于太阳能电池片的表面，所述模型具有与导电电线相匹配的模腔；
（2）在所述模腔中添加导电浆料；
（3）对所述导电浆料进行烧结处理以形成导电电线。
优选地，在步骤（3）进行过程中或步骤（3）完成后去除设置在太阳能电池片上的模型。
进一步地，采用机械辅助降解、熔融以及燃烧除去中的至少一种方法去除设置在太阳能电池片上的模型。
优选地，采用印刷的方法在太阳能电池片上构筑所述模型。
进一步地，所述印刷方法为喷墨打印或丝网印刷。
进一步地，采用激光切割工艺对通过印刷形成的所述模型进行修整。
优选地，所述模型为薄膜材料，在所述薄膜材料上制出所述模腔后将所述薄膜材料加载到太阳能电池片上。
进一步地，所述模腔通过光刻机、激光器或压印的方式加工制成。
优选地，在太阳能电池片上涂膜以构筑形成所述模型，并加工制出所述模腔。
进一步地，涂膜的厚度为1um-50um。
优选地，步骤（1）中，所述模型采用高分子材料构筑。
优选地，步骤（2）中，采用喷墨打印或丝网印刷的方式在所述模腔中加载导电浆料。
优选地，所述导电浆料为具有高导电率的合金材料。
进一步地，所述导电浆料为Ag、Cu和Au中的一种。
优选地，所述导电浆料为银浆，采用喷墨打印的方式在所述模腔中加载导电浆料，喷墨打印时的银浆为有机金属溶液。
优选地，所述导电浆料为银浆，采用喷墨打印的方式在所述模腔中加载导电浆料，喷墨打印时的银浆为纳米粒子悬浮液。
进一步地，所述悬浮液内的银粉颗粒范围为5nm~100nm。
优选地，所述模腔为凸出于太阳能电池片的筑槽，所述筑槽的宽度为1um~50um,深度为1um~50um。
进一步地，所述筑槽的宽度为20um, 深度为10um。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法是通过在太阳能电池片上构筑模型，并将导电浆料加载到模型的模腔所设定的范围之内，经后期的处理，即可获得高宽比的导电银线，从而最终获得高性能的太阳能电池片。这种方法操作简单，可靠性高且可提高导电浆料的利用率。
附图说明
附图1为本发明的在太阳能电池片上构筑的模型的结构示意图之一；
附图2为本发明的在太阳能电池片上构筑的模型的结构示意图之二；
附图3为本发明的在太阳能电池片上构筑的模型的放大形貌图；
附图4为在附图3中所示的模型的模腔中加载导电浆料后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本发明的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其具体包括如下步骤：
（1）在太阳能电池片100上构筑模型1，该模型具有一模腔2，该模腔2需与需要获得的高宽比导电电线相匹配，且模型1凸出于太阳能电池片100的氮化硅薄膜，在构筑模型1时不能损坏太阳能电池片100表面的氮化硅薄膜；
模型1主要采用高分子材料构筑，例如UV胶、UV墨水、PET薄膜等高分子材料。其中UV胶和UV墨水，包含很多体系：主要有环氧丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂、聚醚丙烯酸树脂、聚丙烯酸丙酯、丙烯酸氨基甲酸酯、不饱和聚酯树脂等几种树脂类型，另外其他体系如烷氧基丙烯酸酯、碳酸单丙烯酸酯、咪唑基单丙烯酸酯、环碳酸酯单丙烯酸酯、环氧硅酮单体、硅酮类丙烯酸酯以及乙烯基醚类单体等也均可，因可适用高分子材料种类很多，在这里不一一列举。
本实施例中，模腔2为凸出于氮化硅薄膜的筑槽，筑槽的宽度为1um~50um, 深度为1um~50um。优选筑槽的宽度为20um, 深度为10um，如图1和图2所示。
在太阳能电池片100上构筑模型1时可采用如下方法：
方法一：采用印刷的方式进行构筑模型1
印刷方式包括喷墨打印或者丝网印刷，即通过喷墨打印或者丝网印刷在太阳能电池片100的氮化硅薄膜上直接构筑一定深度及宽度的筑槽。
采用喷墨打印的方式构筑模型1时，喷头可以采用市场上流行的喷头，例如KYOCERA、RICOH、Dimatix、TOSHIBA等，本发明对喷头没有限制。采用喷墨打印的方式构筑筑槽时采用的高分子材料主要为UV墨水，通过选择合适的喷头和相关参数的控制，在太阳能电池片100的氮化硅薄膜上直接喷印筑槽，如果筑槽的形貌精度不太好，可采用激光切割工艺对筑槽的边界进行修整，以获得理想的筑槽形貌。
采用丝网印刷的方式构筑模型1时，根据需要获得的高宽比导电电线设计丝网结构，然后采用具有一定粘度的高分子材料进行丝网印刷，本实施例中，使用具有一定粘度的UV胶，UV胶粘度的范围在100cps-50000cps均可。采用丝网印刷方式印刷时，由于UV胶具有一定粘度，当粘度越大，流动性越差，易产生断线或者线条不规则情况，因此UV胶的粘度优选5000-15000cps。采用该方法在太阳能电池片100上筑槽时，如果筑槽的形貌精度不太好，也可采用激光切割工艺对筑槽的边界进行修整，以获得理想的筑槽形貌。
上述采用激光切割工艺对筑槽的边界进行修整时，激光可选用CO2激光器、紫外激光器等。选择合适的参数，即可完成。
方法二：采用掩膜法构筑模型1，本申请中的掩膜法是指在平整的薄膜材料上加工出与需要获得的高宽比导电电线相匹配的模腔2，然后将设有模腔2的该薄膜材料加载到太阳能电池片100的氮化硅薄膜上。
本方法中，在薄膜材料上的模腔2可通过光刻机、激光加工或纳米压印的方式制成，优选采用光刻机加工；其高分子材料可选择PET、EVA、PC、PMMA、PVOH等材质，本专利没有提及的材料，可成膜的材料同样包含在本专利保护范围。
方法三：在太阳能电池片100的氮化硅薄膜上涂膜以形成上述的模型1，然后在模型1上加工制出与需要获得的高宽比导电电线相匹配的模腔2。
模腔2通过激光切割器或光刻机加工制成，涂膜的厚度在1um-50um，优选15um；涂膜的方法可采用喷墨打印、涂布等方式，通过一定的参数即可获得理想的膜厚；涂膜的材质采用UV墨水、UV胶、丙烯酸及其衍生物、聚乙烯醇或其他高分子预聚体等材质，因可适用高分子材料种类很多，在这里不一一列举。但材质的选择可根据不同的加工方式选择不同的材质。
（2）在模腔2中加载导电浆料；
其加载的导电电路材料包括：Ag、Cu、Au、以及其他具有高导电率的合金，也可采用例如Cu-Ag、Cu-Sn、Cu-Nb等具有Cu-X复合的合金。本发明优选Ag。
在模腔中加载导电浆料时可采用喷墨打印或丝网印刷的方式。以下以导电浆料为银浆为例，分别对两种方式进行具体介绍：
采用喷墨打印的方式加载导电银浆时，其导电银浆可分两种：一种为以有机金属溶液为墨水，喷印在基材上的有机金属经高温分解成金属形成导线。该方法采用的墨水为均相；里面的导电金属为有机态，可通过加热，烧结得到银导线。另一种为用纳米粒子悬浮液为墨水，将纳米粒子均匀分散于溶剂中后喷印在基材上，经热处理后形成金属导线。该方法的导电银浆为悬浮液，悬浮液内的银粉的颗粒为纳米级别，其范围在5nm-100nm之间。
采用喷墨打印的方式加载导电浆料时，导电浆料都应该根据墨水的理化性质，如表面张力、粘度、PH值和电导率等因素结合喷头的特性综合考虑进行配制，一般地，导电浆料当温度范围在20-80℃时，粘度范围为0-30cps。
采用丝网印刷方式加载导电银浆时，其导电银浆为市场上粘度较大的银浆；其粘度范围在5000-30000cps；因为颗粒为微米级别，其范围在0.1um-10um之间。
相比于丝网印刷方式加载导电银浆的方式，喷墨打印加载导电银浆则更具有应用价值。整个过程为非接触性，线条平整无断栅，不需要二次印刷，极大提高了导电银浆的利用率，降低成本，同时还简化了整个太阳能电池正银的加工工艺。
基于此，本发明除上述两种加载导电银浆的方式之外，还可以选择将两种方式组合。例如选用丝网印刷一次，然后通过喷墨打印对印刷银线的形貌进行修饰，减少断栅，这样可以避免了导电浆料的二次丝网印刷，对于节约浆料，简化工艺流程，降低生产线成本都有一定的意义。
（3）对导电银浆进行烧结处理，形成导电电线；
以导电浆料为导电银浆为例，导电银浆的烧结温度为500-900℃范围内，选择合理的温度范围实现玻璃粉熔融、玻璃粉对银粉的浸润，以及银粉对减反射层的腐蚀和控制避免烧穿P-N结等工艺流程，进而获得具有高宽比银线的太阳能电池。
（4）除去设置在太阳能电池片100的氮化硅薄膜上的模型1；
除去设置在太阳能电池片100的氮化硅薄膜上的模型1的方法可以通过以下方法中的至少一种方法来进行：机械辅助降解、熔融、燃烧除去。优选采用燃烧除去的方式。
有机物的去除可在150-250℃温度范围；高分子材料可在400-500℃温度范围内去除；当导电银浆在500-900℃的温度范围内烧结时，可使有机物及高分子材料分解，从而实现除去设置在太阳能电池片100的氮化硅薄膜上的模型1的目的。
当通过燃烧除去的方式不能将模型1完全去除后，也可以在导电浆料烧结形成导电电线后采用机械辅助降解或熔融的方式除去设置在太阳能电池片100的氮化硅薄膜上的模型1。当然，也可以在导电浆料烧结形成导电电线后直接采用机械辅助降解或熔融的方式除去设置在太阳能电池片100的氮化硅薄膜上的模型1。
本申请中同时给出一种应用方法一中的丝网印刷的方式构筑模型1，然后顺序经步骤（2）、（3）及（4）制备高宽比导电电线，具体如下：
具体实施方案的相关参数如下：
选用Maxwell丝网印刷机，丝网印刷机的相关参数：印刷速度300，印刷压力50N，墨刀为60°墨刀；UV筑模的网板缝间隙为40um，缝与缝之间的间距为30um；叠印银浆的网板缝间隙为20um；中间叠印定位通过MARK点进行；选用的UV胶为20000cps；紫外固化灯固化在丝网印刷机上，其波长为365nm。
具体实施方案的具体过程如下：
首先在太阳能电池片上采用UV胶印刷筑槽，如图3所示，筑槽的最小宽度为20um；通过MARK点进行印刷定位，通过丝网印刷将导电浆料如导电银浆印刷到预先筑好的筑槽内，如图4所示。将印刷好的太阳能电池片在一定的烧结温度曲线下，进行后处理烧结，去除构筑的模型，即可获得高宽比的导电银线：银线宽度为25um，高度8-14um。而在同等条件下，直接印刷导电银浆获得的银线宽度为55um，高度为8-12um。由此可见，采用构筑模型的方式在高温烧结前可以很好的限制银浆的流动，对印刷出高宽比导电电线是非常有利的。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：所述方法为：
（1）在太阳能电池片上构筑模型，所述模型凸出于太阳能电池片的表面，所述模型具有与导电电线相匹配的模腔，所述模型为薄膜材料，在所述薄膜材料上制出所述模腔后将所述薄膜材料加载到太阳能电池片上；
（2）在所述模腔中添加导电浆料；
（3）对所述导电浆料进行烧结处理以形成导电电线。
2.根据权利要求1所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：在步骤（3）进行过程中或步骤（3）完成后去除设置在太阳能电池片上的模型。
3.根据权利要求2所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：采用机械辅助降解、熔融以及燃烧除去中的至少一种方法去除设置在太阳能电池片上的模型。
4.根据权利要求1所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：所述模腔通过光刻机、激光器或压印的方式加工制成。
5.根据权利要求1所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述模型采用高分子材料构筑。
6.根据权利要求1所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：步骤（2）中，采用喷墨打印或丝网印刷的方式在所述模腔中加载导电浆料。
7.根据权利要求1所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：所述导电浆料为具有高导电率的合金材料。
8.根据权利要求7所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：所述导电浆料为Ag、Cu和Au中的一种。
9.根据权利要求1所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：所述导电浆料为银浆，采用喷墨打印的方式在所述模腔中加载导电浆料，喷墨打印时的银浆为有机金属溶液。
10.根据权利要求1所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：所述导电浆料为银浆，采用喷墨打印的方式在所述模腔中加载导电浆料，喷墨打印时的银浆为纳米粒子悬浮液。
11.根据权利要求10所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：所述悬浮液内的银粉颗粒范围为5nm~100nm。
12.根据权利要求1所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：所述模腔为凸出于太阳能电池片的筑槽，所述筑槽的宽度为1um~50um, 深度为1um~50um。
13.根据权利要求12所述的基于太阳能电池板制备高宽比导电电线的方法，其特征在于：所述筑槽的宽度为20um, 深度为10um。
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