CN109524481A - 一种低成本高导电太阳能电池电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低成本高导电太阳能电池电极及其制备方法，太阳能电池电极制备过程中，首先制备金属层作为种子层，并进行烧结，然后在所述种子层表面催化复合石墨烯层。与现有技术相比，本发明由于石墨烯具有优异的导电性能，电极体电阻可降低30％以上，相对于传统电极制备工艺，用以制作金属电极的贵金属材料(如银浆)耗量可降低50％以上，大大降低了生产成本。同时石墨烯的高机械强度一定程度上增强了电池的强度，不易于破损。利用本发明的制备方法，电极高度可降低，有利于薄片电池的封装，降低碎片率。石墨烯电极可与常规焊带进行焊接，不改变电池的后续封装工艺。与3D喷墨打印技术结合，可进一步减小电极栅线宽度(30um以下)。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种低成本高导电太阳能电池电极及其制备方法。
背景技术
近年来，随着人类对新能源不断的探索研究，光伏能源行业也得到了前所未有的快速发展，太阳能电池作为光伏能源的核心部件，产业的发展一方面要求太阳能电池朝着高效率的方向发展，另一方面也要求太阳能电池的生产制造成本大幅降低，在这样的背景下，对电极材料等辅料降成本的要求也越来越高。目前，晶硅电池电极制备方法一般分为三道印刷和烘干，其中前两道印刷印制背电极，最后一道工序印刷正面电极，具体而言，第一道印刷为背面银浆印刷，完成后烘干，在背面再进行第二道银浆印刷，然后烘干，最后第三道印刷为正面银浆印刷，最后进行烧结。其中正面银浆长期由国外品牌产品垄断，价格高昂，不能满足日益严苛的成本控制要求。
中国专利CN204424270U公布了一种能降低电池内阻的太阳能电池电极，它由石墨烯薄膜构成，石墨烯薄膜两侧的下部涂覆有活性物质层，所述的活性物质层包括电极材料和电极粘接剂。采用石墨烯薄膜作为电极载体，利用石墨烯薄膜电阻率极低的优点，可极大地降低了太阳能电池电极的内阻，提高太阳能电池的效率。
上述专利仅仅公开了能降低电池内阻的太阳能电池电极，强调的是一种电极结构，但是并没有公开如何将电极应用到晶硅太阳能电池上，根据对比专利的记载可以看出其电极主要起焊带作用。
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低成本高导电太阳能电池电极及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种低成本高导电太阳能电池电极，包括由金属层制成的种子层以及复合在种子层上的石墨烯层。
所述种子层为低高度银浆栅线，所述低高度银浆栅线的高度小于等于15um。
所述石墨烯层的原子层在3-8层。
低成本高导电太阳能电池电极的制备方法，太阳能电池电极制备过程中，首先制备金属层作为种子层，并进行烧结，所述烧结为银浆烧结，采用晶硅电池的正常烧结工艺即可实现。然后在所述种子层表面催化复合石墨烯层。
所述种子层为低高度银浆栅线，所述低高度银浆栅线的高度小于等于15um。
所述种子层的制备过程采用丝网印刷工艺或喷墨印刷工艺。
采用丝网印刷工艺制备的种子层的细栅宽度为30um～120um、高度为5um～15um。
采用喷墨印刷工艺制备的种子层的细栅宽度为25um～120um、高度为5um～15um。
在种子层表面催化复合石墨烯层的方法为：将电池片种子层处进行常规掩膜处理，然后将电池片放入到0.5～2g/L的氧化石墨烯溶液，加入60-80wt％水合肼，利用回流装置，在水浴锅里80℃下恒温水浴8～24h，即可在种子层表面生成致密的石墨烯薄膜(石墨烯原子层数3-8层)，然后清洗电池表面，并进行退火，退火温度范围为50℃～200℃，最后去除掉掩膜层。
使用本发明所述的制备方法的优点是：由于石墨烯具有优异的导电性能，电极体电阻可降低30％以上，相对于传统电极制备工艺，用以制作金属电极的贵金属材料(如银浆)耗量可降低50％以上，大大降低了生产成本。同时石墨烯的高机械强度一定程度上增强了电池的强度，不易于破损。
本发明是直接在晶硅太阳能电池上面制作电极，形成电太阳能电池电极
利用本发明的制备方法，电极高度可降低，有利于薄片电池的封装，降低碎片率。石墨烯电极可与常规焊带进行焊接，不改变电池的后续封装工艺。与3D喷墨打印技术结合，可进一步减小电极栅线宽度(30um以下)。
附图说明
图1是本发明制备的电极示意图。
其中各标注的含义是：1、太阳能电池本体 2、种子层 3、石墨烯层。
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
如图1所示，图1中虚线内的结构为放大结构示意图。在经过太阳能电池制备工艺的前序工序以后(一般来说，包括切片、制绒、扩散、刻蚀、清洗和沉积减反射膜等)，进行太阳能电池电极的制备，本实施例提供的一种制备低成本高导电太阳能电池电极的方法，在太阳能电池电极制备过程中，首先在太阳能电池的本体1表面上制备金属层作为种子层2，具体采用丝网印刷工艺印刷银浆栅线作为种子层2，该种子层2的高度(即厚度)可以低于常规银浆栅线15um以上的高度，可以控制在5um-15um，本发明中将高度等于或低于15um的银浆栅线定义为低高度银浆栅线，本实施例选择银浆栅线高度为5um。经过烧结工序后，在所述种子层上催化复合石墨烯层3，在种子层表面催化复合石墨烯层的方法为：将电池片种子层处进行常规掩膜处理，然后将电池片放入到0.5～2g/L的氧化石墨烯溶液，加入60-80wt％水合肼，利用回流装置，在水浴锅里80℃下恒温水浴8～24h，即可在种子层表面生成致密的石墨烯薄膜(石墨烯原子层数3-8层)，然后清洗电池表面，并进行退火，退火温度范围为50℃～200℃，最后去除掉掩膜层。
使用本实施例所述的制备方法的优点是：由于石墨烯具有优异的导电性能，电极体电阻可降低30％以上，相对于传统电极制备工艺，用以制作金属电极的贵金属材料(如银浆、镍浆)耗量可降低50％以上，本实施实际降低75％左右，大大降低了生产成本。同时石墨烯的高机械强度一定程度上增强了电池的强度，不易于破损。
利用本实施例的制备方法，电极高度降低了，有利于薄片电池的封装，降低碎片率。石墨烯电极可与常规焊带进行焊接，不改变电池的后续封装工艺。
在上述实施例中，为了进一步提高产品的性能指标，可选择在所述种子层2表面催化复合石墨烯层3步骤后进行退火。退火温度范围为50℃。
在本实施例中，所述丝网印刷工艺制备的种子层2的细栅宽度可根据需要控制在30um～120um之间，本实施例选择30um。因此制备了一种超薄超细的太阳能电极。
实施例2
如图1所示，在经过太阳能电池制备工艺的前序工序以后(一般来说，包括切片、制绒、扩散、刻蚀、清洗和沉积减反射膜等)，进行太阳能电池电极的制备，本实施例提供的一种制备低成本高导电太阳能电池电极的方法，在太阳能电池电极制备过程中，首先制备金属层作为种子层，具体采用丝网印刷工艺印刷银浆栅线作为种子层，该种子层的高度(即厚度)可以低于常规银浆栅线15um以上的高度，可以控制在5um-15um，将高度等于或低于15um的银浆栅线定义为低高度银浆栅线，本实施例选择银浆栅线高度为15um。经过烧结工序后，在所述种子层上催化复合石墨烯层，在种子层表面催化复合石墨烯层的方法为：将电池片种子层处进行常规掩膜处理，然后将电池片放入到0.5～2g/L的氧化石墨烯溶液，加入60-80wt％水合肼，利用回流装置，在水浴锅里80℃下恒温水浴8～24h，即可在种子层表面生成致密的石墨烯薄膜(石墨烯原子层数3-8层)，然后清洗电池表面，并进行退火，退火温度范围为50℃～200℃，最后去除掉掩膜层。
使用本实施例所述的制备方法的优点是：由于石墨烯具有优异的导电性能，电极体电阻可降低30％以上，相对于传统电极制备工艺制备的电极，用以制作金属电极的贵金属材料(如银浆、镍浆)耗量可降低50％以上，本实施实际降低50％左右，大大降低了生产成本。同时石墨烯的高机械强度一定程度上增强了电池的强度，不易于破损。
相对于传统15um以上高的电极，利用本实施例的制备方法，电极高度大大降低，有利于薄片电池的封装，降低碎片率。石墨烯电极可与常规焊带进行焊接，不改变电池的后续封装工艺。
在上述实施例中，为了进一步提高产品的性能指标，可选择在所述种子层表面催化复合石墨烯层步骤后进行退火。退火温度范围为50℃。也可以根据需要选择退火温度为100℃或200℃，或者50℃到200℃之间的任一数值。
在本实施例中，所述丝网印刷工艺制备的种子层的细栅宽度可根据需要控制在30um～120um之间，本实施例选择30um。因此制备了一种超薄超细的太阳能电极。
在上述实施例中，银浆栅线的高度可以根据实际需要，选择6um、7um、8um、9um、10um、…、或14um，也可以是5um到15um之间的任一数值。银浆栅线的宽度，也可以根据实际需要选择30um、31um、...、110um、…、119um、或120um，也可以是30um到120um之间的任一数值。
为了在保证银浆栅线印刷质量的同时，进一步降低银浆栅线的宽度，在实际应用中，结合3D喷墨印刷工艺，制备的种子层的细栅宽度可以进一步降低到25um～120um之间的任一数值，如25um、26um、…、100um、…、119um、或120um，银浆栅线的高度保持在前述实施例中的范围，即5um～15um之间任一数值。
上述实施例中，银浆栅线高度降低可通过在丝网印刷银浆过程中改变的刮板压力的降低来实现，也可以采用喷墨打印技术直接打印出5～15um的银浆栅线。
使用本发明所述的制备方法的优点是：由于石墨烯具有优异的导电性能，电极体电阻可降低30％以上，相对于传统电极制备工艺，用以制作金属电极的贵金属材料(如银浆、镍浆)耗量可降低50％以上，大大降低了生产成本。同时石墨烯的高机械强度一定程度上增强了电池的强度，不易于破损。
利用本发明的制备方法，电极高度可降低，有利于薄片电池的封装，降低碎片率。石墨烯电极可与常规焊带进行焊接，不改变电池的后续封装工艺。与3D喷墨打印技术结合，可进一步减小电极栅线宽度(30um以下)。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低成本高导电太阳能电池电极，其特征在于，包括由金属层制成的种子层以及复合在种子层上的石墨烯层。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高导电太阳能电池电极，其特征在于，所述种子层为低高度银浆栅线，所述低高度银浆栅线的高度小于等于15um。
3.根据权利要求1所述的一种低成本高导电太阳能电池电极，其特征在于，所述石墨烯层的原子层在3-8层。
4.一种如权利要求1、2或3所述的低成本高导电太阳能电池电极的制备方法，其特征在于，太阳能电池电极制备过程中，首先制备金属层作为种子层，并进行烧结，然后在所述种子层表面催化复合石墨烯层。
5.根据权利要求4所述的一种低成本高导电太阳能电池电极的制备方法，其特征在于，所述种子层为低高度银浆栅线，所述低高度银浆栅线的高度小于等于15um。
6.根据权利要求5所述的一种低成本高导电太阳能电池电极的制备方法，其特征在于，所述种子层的制备过程采用丝网印刷工艺或喷墨印刷工艺。
7.根据权利要求6所述的一种低成本高导电太阳能电池电极的制备方法，其特征在于，采用丝网印刷工艺制备的种子层的细栅宽度为30um～120um、高度为5um～15um。
8.根据权利要求6所述的一种低成本高导电太阳能电池电极的制备方法，其特征在于，采用喷墨印刷工艺制备的种子层的细栅宽度为25um～120um、高度为5um～15um。
9.根据权利要求4所述的一种低成本高导电太阳能电池电极的制备方法，其特征在于，在所述种子层表面催化复合石墨烯层步骤后进行退火。
10.根据权利要求9所述的一种低成本高导电太阳能电池电极的制备方法，其特征在于，在所述种子层表面催化复合石墨烯层步骤后进行退火温度范围为50℃～200℃。
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