CN109524484B - 高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法，包括：第一步，在硅太阳电池基体表面放置遮挡板，硅太阳电池基体和遮挡板在机械动力的作用下共同发生微小振动，使后续沉积在电池表面的粉末实现紧密结合；第二步，采用直径0.01‑0.1μm的银粉，加速到100‑1000m/s，高速沉积至硅太阳电池基体表面，形成厚度不小于后续沉积粉末直径2倍的第一电极层；第三步，采用直径0.1‑2μm的银粉，加速到100‑1000m/s，高速沉积至硅太阳电池基地的第一电极层表面，通过调节单位面积上的粉末沉积量，形成厚度连续变化的高导电银电极层。本发明通过调控遮挡板上预留楔形狭缝的宽度变化以及太阳电池表面单位面积上的粉末沉积量，控制银电极的厚度及宽窄分布，显著提高电极的汇流效率。
Description
技术领域
本发明属于晶体硅太阳能电池制备技术领域，涉及一种高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法。
背景技术
随着社会发展的进程，环境污染与能源短缺成为人类必须要面对并解决的问题。化石燃料属于不可再生资源，储量有限，在使用过程中也会造成一定的环境污染。太阳能具有清洁无污染的特点，是传统化石燃料合适的替代品，在能源领域具有广阔的应用前景。硅太阳能电池具备成熟的生产工艺并实现了商业化。半导体硅晶电池内部的PN结通过光生伏特效应形成电势差，产生内部电场，通常需要在硅电池表面制备金属电极，汇集电池内部产生的电流，并将电流导出以完成光能向电能的转换过程。
现有工艺通常以银浆作为生产原料，其中银浆主要是由银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂按照一定的比例机械混和而成，采用丝网印刷及烧结工艺在硅晶电池表面制备出银电极。但是，银浆中的玻璃粉、有机载体和添加剂在烧结过程中很难被完全去除并残留在电极烧结后的显微组织中，导致银颗粒之间无法实现紧密结合，载流子在运输过程中受阻，从而降低电极的导电性能，并最终降低了硅电池的光电转换效率。此外，在产生电流较小的太阳电池边缘区域对银电极的宽度和厚度需求较低，但是现有工艺难以同时调控银电极的宽度及厚度分布，制备出的等厚或等宽的银电极降低了电流汇流效率。
因此，设计一种高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法是实现高效率硅太阳能电池的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法，以解决上述技术问题。
为实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：
高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法，包括以下步骤：
第一步，在硅太阳电池基体表面放置遮挡板，遮挡板上预留有楔形狭缝且与基体之间的距离高于银电极的设计厚度，硅太阳电池基体和遮挡板在机械动力的作用下共同发生微小振动，使后续沉积在电池表面的粉末实现紧密结合；
第二步，采用直径0.01-0.1μm的银粉，加速到100-1000m/s，高速沉积至硅太阳电池基体表面，形成厚度不小于后续沉积粉末直径2倍的第一电极层；
第三步，采用直径0.1-2μm的银粉，加速到100-1000m/s，高速沉积至硅太阳电池基体的第一电极层表面，通过调节单位面积上的粉末沉积量，形成厚度连续变化的高导电银电极层。
进一步的，所述银电极的设计厚度为1-800μm。
进一步的，在银粉高速冲击沉积过程中，硅太阳电池基体和遮挡板在机械动力的作用下，沿硅太阳电池表面的垂直方向和/或平行方向上发生微小振动。
进一步的，微小振动的频率大于或等于10KHz。
进一步的，微小振动的幅度小于或等于300μm。
进一步的，所述高导电银电极在径向方向，由电极两端向电极中央处的厚度呈线性连续变化。
总体而言，按照本发明的上述技术构思与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)本发明在制备工艺中，通过调控遮挡板上预留楔形狭缝的宽度变化以及太阳电池表面单位面积上的粉末沉积量，可以控制银电极的厚度及宽窄分布，提高电极的汇流效率；
(2)本发明在制备工艺中，直接将纯银粉沉积在机械动力作用下发生微小振动的太阳电池表面，制备出的高导电银电极微观组织中不掺有玻璃粉、有机物和添加剂；此外，已沉积的银颗粒在振动的过程中会堆积得更为致密，从而实现颗粒之间的紧密结合，提高载流子传输性能，进一步提高太阳电池的光电转换效率。
具体实施方式
实施例1
高导电银电极微振辅助高速冲击沉积方法的制备过程：
(1)在单晶硅太阳电池基体表面放置遮挡板，遮挡板上预留有楔形狭缝且与基底之间的距离为20μm；
(2)硅太阳电池基体和遮挡板在机械动力的作用下共同发生微小振动，振动频率设定为20KHz，振动幅度设定为300μm；
(3)在低压环境条件下，将平均直径为0.01μm的银粉加速到600m/s，高速沉积至太阳电池表面，形成厚度为1μm的银电极层；
(4)在低压环境条件下，将平均直径为0.1μm的银粉加速到600m/s，高速沉积至太阳电池表面，通过调节单位面积上的粉末沉积量，使得银电极厚度连续变化，其中粉末在电极两端的沉积厚度为1μm，在电极中央的沉积厚度为5μm。
实施例2
高导电银电极微振辅助高速冲击沉积方法的制备过程：
(1)在单晶硅太阳电池基体表面放置遮挡板，遮挡板上预留有楔形狭缝且与基底之间的距离为30μm；
(2)硅太阳电池基体和遮挡板在机械动力的作用下共同发生微小振动，振动频率设定为20KHz，振动幅度设定为150μm；
(3)在低压环境条件下，将平均直径为0.02μm的银粉加速到100m/s，高速沉积至太阳电池表面，形成厚度为3μm的银电极层；
(4)在低压环境条件下，将平均直径为0.15μm的银粉加速到500m/s，高速沉积至太阳电池表面，通过调节单位面积上的粉末沉积量，使得银电极厚度连续变化，其中粉末在电极两端的沉积厚度为2μm，在电极中央的沉积厚度为10μm。
实施例3
高导电银电极微振辅助高速冲击沉积方法的制备过程：
(1)在单晶硅太阳电池基体表面放置遮挡板，遮挡板上预留有楔形狭缝且与基底之间的距离为30μm；
(2)硅太阳电池基体和遮挡板在机械动力的作用下共同发生微小振动，振动频率设定为30KHz，振动幅度设定为50μm；
(3)在低压环境条件下，将平均直径为0.1μm的银粉加速到300m/s，高速沉积至太阳电池表面，形成厚度为3μm的银电极层；
(4)在低压环境条件下，将平均直径为0.1μm的银粉加速到1000m/s，高速沉积至太阳电池表面，通过调节单位面积上的粉末沉积量，使得银电极厚度连续变化，其中粉末在电极两端的沉积厚度为2μm，在电极中央的沉积厚度为10μm。
实施例4
高导电银电极微振辅助高速冲击沉积方法的制备过程：
(1)在单晶硅太阳电池基体表面放置遮挡板，遮挡板上预留有楔形狭缝且与基底之间的距离为30μm；
(2)硅太阳电池基体和遮挡板在机械动力的作用下共同发生微小振动，振动频率设定为40KHz，振动幅度设定为250μm；
(3)在低压环境条件下，将平均直径为0.08μm的银粉加速到1000m/s，高速沉积至太阳电池表面，形成厚度为3μm的银电极层；
(4)在低压环境条件下，将平均直径为0.2μm的银粉加速到700m/s，高速沉积至太阳电池表面，通过调节单位面积上的粉末沉积量，使得银电极厚度连续变化，其中粉末在电极两端的沉积厚度为2μm，在电极中央的沉积厚度为10μm。
综上所述，以上仅为本发明的最佳实施例而已，凡是依本发明权利要求书和说明书所作的等效修改，均属于本发明专利涵盖的范围。
Claims (4)
1.高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在硅太阳电池基体表面放置遮挡板，遮挡板上预留有楔形狭缝且与基体之间的距离高于银电极的设计厚度，硅太阳电池基体和遮挡板在机械动力的作用下共同发生微小振动，使后续沉积在电池表面的粉末实现紧密结合；
第二步，采用直径0.01-0.1μm的银粉，加速到100-1000m/s，高速沉积至硅太阳电池基体表面，形成厚度大于或等于后续沉积粉末平均直径2倍的第一电极层；
第三步，采用直径0.1-2μm的银粉，加速到100-1000m/s，高速沉积至硅太阳电池基体的第一电极层表面，通过调节单位面积上的粉末沉积量，形成厚度连续变化的高导电银电极层；
在银粉高速冲击沉积过程中，硅太阳电池基体和遮挡板在机械动力的作用下，沿硅太阳电池表面的垂直方向和/或平行方向上发生微小振动；
所述高导电银电极在径向方向，由电极两端向电极中央处的厚度呈线性连续变化。
2.根据权利要求1所述的高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法，其特征在于：所述银电极的设计厚度为1-800μm。
3.根据权利要求1所述的高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法，其特征在于：微小振动的频率大于或等于10KHz。
4.根据权利要求1所述的高导电银电极的微振辅助高速冲击沉积方法，其特征在于：微小振动的幅度小于或等于300μm。
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