CN111900216A - 一种接触太阳电池导电表面的电极结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏电池领域，具体涉及一种接触太阳电池导电表面的电极结构及其制备方法。包括：（1）在太阳电池板导电表面制备导电薄膜层，若太阳电池板导电区域为受光面，则导电薄膜层为镂空结构；（2）制备横向导电层：使导电薄膜层先与助焊剂相接触，然后与至少一层锡合金液相接触形成锡合金层；若多次与多种锡合金液相接触，形成多层锡合金层时，锡合金层的熔点自导电薄膜层向外依次降低；（3）在横向导电层上部设置电流引出层，使其与横向导电层相连接，将电流引出。与现有技术相比，该发明可以减少串联电阻，进一步提升导电性能，并且极大程度地减少银浆料地使用量，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池领域，具体涉及一种接触太阳电池导电表面的电极结构及其制备方法。
背景技术
随着光伏行业技术不断发展，高转化率电池、高功率组件和低成本成为行业发展的导向。异质结太阳电池高转化率电池技术，近些年国内光伏企业不断地投入研发和扩展产能，引起业内的高度关注。异质结太阳电池太阳电池由于整个制备过程中制程温度低，微/非晶硅和透明导电膜层不耐高温，只能采用低温导电银浆，但是低温银浆在国内存在技术瓶颈，主要依靠进口，价格昂贵。目前，银电极成本已经成为限制异质结太阳电池商业化应用的关键因素。
另一方面，对于其他结构太阳电池，通过减少或者去除银用量，也可以进一步降低制造成本。
发明内容
为了解决在制备太阳电池过程中的低温环境下，微/非晶硅和透明导电膜层不耐高温，只能采用低温导电银浆的问题，本发明提出一种接触太阳电池导电表面的电极结构及其制备方法。
一种接触太阳电池导电表面的电极结构，自太阳电池板表面向外，依次设置导电薄膜层、横向导电层和电流引出层，其中横向导电层覆盖在导电薄膜层上表面，二者的覆盖区域相互重合，形成栅线层；电流引出层设置在横向导电层上表面；所述导电薄膜层与横向导电层之间以及横向导电层与电流引出层之间分别形成欧姆接触；所述横向导电层包括至少一层锡合金层。
优选地，所述横向导电层为多层锡合金层，多层锡合金层依次覆盖在导电薄膜层表面，自导电薄膜层表面向外锡合金层的熔点依次降低。
优选地，所述锡合金层的熔点为80-300摄氏度。
进一步地，所述锡合金层的锡合金为鉍或银或铅或铜中至少一种与锡组合而成的金属合金。
优选地，所述电流引出层与横向导线层在太阳电池表面的投影相重合或垂直。
优选地，所述导电薄膜层至少为一层，若太阳电池板的导电表面为透明导电层，与太阳电池板的导电表面相接触的导电薄膜层为铜或银或金中任一种导电薄膜层；若太阳电池板的导电表面为PN结表面，与太阳电池板的PN结表面相接触的导电薄膜层为钛或钯或镍或烧结银浆中任一种导电薄膜层。
优选地，所述导电薄膜层的单层厚度为50-1000nm。
进一步地，所述导电薄膜层为多层结构，其与横向导电层相接触的一层为铜或银或锡中任一种材料的导电薄膜层。
优选地，所述栅线层包括若干根等间距排列的栅线。
进一步地，所述电流引出层为镀锡铜线层，所述镀锡铜线层包括若干根等距且平行设置的镀锡铜线，并且铜线排布方向和导电薄膜层的栅线方向相垂直或重合。
进一步地，所述栅线层包括若干根栅线，每一根栅线均有相互连接的若干个栅线小节组成，每一个栅线小节的形状为类橄榄形，其包括两端的窄区间和夹在两端窄区间的宽区间，每个栅线小节的宽区间均分别与电流引出层欧姆接触。
更进一步地，每一个栅线小节宽区间的宽度为60-120微米；窄区间宽度为20-40微米。
更进一步地，每一个栅线小节的厚度，自其宽区间向两侧的窄区间依次降低。
本发明所述接触太阳电池导电表面的电极结构，自太阳电池表面向外部依次设置导电薄膜层、横向导电层和电流引出层，其中横向导电层附着在导电薄膜层上表面，且与导电薄膜层在同一水平面上的投影相互重合；电流引出层与横向导电层相连，其中导电薄膜层和附着在其上的横向导电层即为电极，所述横向导电层为至少一层锡合金层。通过在导电薄膜层上表面制备一层或多层横向导电层，并利用浸锡工艺或多次波峰焊工艺多次处理，多层横向导电层牢固地附着于导电薄膜层表面，形成稳定接触层提升了导电性，同时多层横向导电层增大了电极的横截面积，减少串阻，进一步提升了电极栅线的导电性能，其导电率由现有技术的5-8*10-6Ω.cm提高到了现有技术的约8*10-7Ω.cm。电池转化效率比目前现有技术转化效率的23.5%提高了0.35%，可提高至23.85%。
本发明提出一种接触太阳电池导电表面的电极结构的制备方法：
（1）在太阳电池导电表面制备导电薄膜层，若太阳电池导电区域为受光面，则导电薄膜层为镂空结构；
（2）制备横向导电层：使导电薄膜层先与助焊剂相接触，然后与至少一层锡合金液相接触形成锡合金层；若多次与多种锡合金液相接触，形成多层锡合金层时，锡合金层的熔点自导电薄膜层向外依次降低；
（3）在横向导电层上部设置电流引出层，使其与横向导电层相连接，将电流引出。
更进一步地，若太阳电池导电表面为透明导电层，则通过磁控溅射或蒸镀工艺将铜或银或金附着在其表面，形成导电薄膜层；若太阳电池导电表面为PN结表面，则将银浆烧结在其表面，形成导电薄膜层；或者利用激光将太阳电池导电表面划开，然后通过电镀或化学镀工艺将钛或钯或银或镍金属沉积在划开的区域，形成导电薄膜层。
更进一步地，导电薄膜层的镂空图案通过沉积或选择性刻蚀的方式制备。
本发明采用的电极栅线为价格低廉的锡合金金属，目前银浆的价格为11000元/kg，而锡合金的价格为145元/kg，用锡合金代替了现有技术的银浆料，极大程度地减少了银浆料的使用量，经济成本比现有的银浆料的产品成本降低了约74%。对整个产业的发展而言，将会促使异质结和异质结背接触电池的快速产业化。
附图说明
图1电极结构断面图；
图2单面电池电极细栅结构平面图；
图3单面电池电极结构1；
图4双面电池电极结构1；
图5单面电池电极结构2；
图6双面电池电极结构2；
图7导电薄膜栅线平面图；
图中：1太阳电池板；2导电薄膜层；3横向导电层；4电流引出层。
具体实施方式
实施例一
本实施例提出一种接触太阳电池导电表面的电极结构及制备方法。
如图3所示，本实施例在太阳电池板1表面向外部依次为导电薄膜层2、横向导电层3和电流引出层4，其中横向导电层3附着在导电薄膜层2上表面，二者的覆盖区域相互重合，形成栅线层，且横向导电层3与导电薄膜层2在太阳电池表面上的投影相互重合；导电薄膜层2与横向导电层3之间以及横向导电层3与电流引出层4之间分别形成欧姆接触，使横向导电层3有效附着导电薄膜层2和电流引出层4，实现太阳电池和外部电路的有效导电；其中导电薄膜层2和附着在其上的横向导电层3即为电极，所述横向导电层3为至少一层锡合金层，其中电流引出层4与横向导电层3在太阳电池表面上的投影相互垂直或重合。如图5、6所示本发明可以根据使用时的具体情况，将电流引出层4重合地或垂直地设置在横向导电层3上表面。
所述导电薄膜层3包括若干根相互平行且等距设置的栅线，其中栅线宽度为20-50微米，每相邻两根栅线之间的间距为1-3毫米。由于横向导电层3附着于导电薄膜层2栅线上表面，因此其数量与导电薄膜层2栅线的数量相一致。
本实施例优选导电薄膜层2栅线为铜或铂或金或锡的一种或两种的合金，其厚度为100-20000纳米；优选横向导电层的厚度为10-30微米；优选电流引出层为涂覆锡合金的导电铜丝。
本发明提出一种接触太阳电池导电表面的电极结构的制备方法：
在太阳电池板1导电表面制备一层导电薄膜层2，使导电薄膜层2与太阳电池板1表面具有良好的附着力，不会破坏或损伤太阳电池板1表面的结构，且导电薄膜层2受光面通过沉积或选择性刻蚀的方式制备成镂空图案，方便太阳光的穿透及电流的导通。若太阳电池板1导电表面为透明导电层，则通过磁控溅射或蒸镀工艺将铜或银或金附着在其表面，形成导电薄膜层2；若太阳电池板1导电表面为PN结表面，则将银浆烧结在其表面，形成导电薄膜层2；或者利用激光将太阳电池导电表面划开，然后通过电镀或化学镀工艺将钛或钯或银或镍金属沉积在划开的区域，形成导电薄膜层2。
导电薄膜层2根据预设图案形成导电薄膜层2栅线，可以在具有导电薄膜层2栅线的太阳电池板1表面喷涂助焊剂，用以去除导电薄膜层2上的氧化层或污渍，以增加导电薄膜层2和横向导电层3之间的附着力和连接性，提高产品性能的稳定性和可靠性，进一步提升了产品的使用寿命。本发明所述助焊剂采用易水洗或透明不遮光的助焊剂，或在透明导电层无残留的助焊剂。
在导电薄膜层2上表面制备一层或多层横向导电层3，形成电极。
本实施例中横向导电层3包括至少一层锡合金，依次附着在导电薄膜层3表面，自导电薄膜层3表面向外，锡合金的熔点依次降低。本发明利用不同熔点锡合金，依次从高熔点锡合金至低熔点锡合金可采用浸锡或波峰焊1-5次，形成锡合金叠层，增加横向导电层3的厚度和横截面积，提高光的反射率，降低电阻率以提高横向导电性。
如横向导电层3为5层，其导电薄膜层向外，依次可以设置第1层为200℃熔点的锡合金层，第2层为180℃熔点的锡合金层，第3层为160℃熔点的锡合金层，第4层为138℃熔点的锡合金层，第5层为100℃熔点的锡合金层，这5层不同熔点的锡合金叠层设置，以增强横向导电层3的电传导性性，便于收集或传输太阳电池表面更多的载流子。
本发明所述锡合金的熔点范围80℃-300℃，所述锡合金为银或铅或铋或铜中至少一种与锡组合而成的金属合金，可以为锡铅银合金、锡铋合金、锡铅银、锡铋、锡铋银、锡银铜铋、锡铅铋等等。
电流引出层4为锡合金包覆的导电铜丝，通过层压工艺使得锡合金在层压温度下软化，电流引出层4与横向导电层3形成紧密接触，同时可将整片电池片的电流从正极或负极引出至下一片电池片负极或正极形成串联关系。
如图7所示，本发明提出一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其电极图案包括若干段等长的栅线，若干组等长的栅线之间等距设置。每一段栅线包括相互连接的若干个小节，每一小节均两端窄，中间宽。本发明所述每一小节可以是为类橄榄形结构，也可以是类菱形结构或者是类锥形结构，其包括两端的窄区间和夹在两端窄区间的宽区间。
如每一组栅线含有若干段等长栅线，若干段等长栅线在同一水平面上的投影成一条直线，相邻两组栅线等距且相互平行，每一段栅线含有3个栅线小节，3个栅线小节彼此串联成1段栅线，每一个栅线小节的厚度，自其宽区间向两端的窄区间依次降低，每一个栅线小节中间宽度为60-120微米；两端宽度为20-40微米，每个栅线小节较宽的中间区域均分别与电流引出层欧姆接触，可以降低功损，提高附着力。
利用本发明所述方法制备的异质结太阳电池电极结构，与现有技术相比，其电阻率效果对比：
经济成本对比：
| 低温银浆 | 磁控溅射锡合金栅线 | 成本对比 | |
| 原材料/片 | 约1.8元 | 约0.4元 | |
| 设备/片 | 约0.129元 | 约0.1元 | |
| 成本/片 | 约1.929元 | 约0.5元 | 降低74% |
实施例二
本实施例提出一种PERx或其他相关太阳电池电极结构及制备方法。
本实施例在PERx太阳电池板1表面向外部依次为导电薄膜层2、横向导电层3和电流引出层4，在实施本发明电极之前首先应通过少量的高温银浆烧穿钝化层，然后在薄银浆栅线上进行浸锡或波峰焊依次制备横向导电层3和电流引出层4，制备方法如同实施例一中多层横向导电层3和电流引出层4。
另外可采用激光将太阳电池板1背表面的陶瓷材料钝化层材料刻划所设计的电极图案，然后采用电镀或化学镀或其他方式在太阳能电池的PN结所在硅表面制备一层钛薄膜层，然后在钛薄膜层表面制备导电薄膜层2、横向导电层3和电流引出层4，也可以在激光开口丝网印刷少量的高温铝浆形成场钝化层，然后在制备电极铝浆栅线层上制备横向导电层3和电流引出层4，制备方法如同实施案例一中多层横向导电层3和电流引出层4。
实施例三
实施例三在实施例一、实施例二的基础上，不同点是横向导电层3叠层结构可设置为2层、3层、4层；随着横向导电层3叠层结构增多，电极电阻率逐渐降低的。其中第1层为与导电薄膜层2相接触的一层。
现有技术低温银浆的电阻率7-8*10-6Ω.cm，通过本实施例可以看出，本发明比现有技术降低了电阻率，提高了电性能。
Claims (16)
1.一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于，自太阳电池板表面向外，依次设置导电薄膜层、横向导电层和电流引出层，其中横向导电层覆盖在导电薄膜层上表面，二者的覆盖区域相互重合形成栅线层；电流引出层设置在横向导电层上表面；所述导电薄膜层与横向导电层之间以及横向导电层与电流引出层之间分别形成欧姆接触；所述横向导电层包括至少一层锡合金层。
2.根据权利要求1所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于：所述横向导电层为多层锡合金层，多层锡合金层依次覆盖在导电薄膜层表面，自导电薄膜层表面向外锡合金层的熔点依次降低。
3.根据权利要求2所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于：所述锡合金层的熔点为80-300摄氏度。
4.根据权利要求3所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于：所述锡合金层的锡合金为鉍或银或铅或铜中至少一种与锡组合而成的金属合金。
5.根据权利要求1所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于：所述电流引出层与横向导线层在太阳电池表面的投影相重合或垂直。
6.根据权利要求1所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于：所述导电薄膜层至少为一层，若太阳电池板的导电表面为透明导电层，与太阳电池的导电表面相接触的导电薄膜层为铜或银或金中任一种导电薄膜层；若太阳电池板的导电表面为PN结表面，与太阳电池板的PN结表面相接触的导电薄膜层为钛或钯或镍或烧结银浆中任一种导电薄膜层。
7.根据权利要求1所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于：所述导电薄膜层的单层厚度为50-1000nm。
8.根据权利要求6或7所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于：所述导电薄膜层为多层结构，其与横向导电层相接触的一层为铜或银或锡中任一种材料的导电薄膜层。
9.根据权利要求1所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于：所述栅线层包括若干根等间距排列的栅线。
10.根据权利要求1所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构，其特征在于：所述电流引出层为镀锡铜线层，所述镀锡铜线层包括若干根等距且平行设置的镀锡铜线，并且铜线排布方向和导电薄膜层的栅线方向相垂直或重合。
11.一种应用于权利要求1所述接触太阳电池导电表面的电极结构的栅线层，其特征在于，所述栅线层包括若干根栅线，每一根栅线均有相互连接的若干个栅线小节组成，每一个栅线小节的形状为类橄榄形，其包括两端的窄区间和夹在两端窄区间的宽区间，每个栅线小节的宽区间均分别与电流引出层欧姆接触。
12.根据权利要求11所述一种应用于接触太阳电池导电表面电极结构的栅线层，其特征在于每一个栅线小节宽区间的宽度为60-120微米；窄区间宽度为20-40微米。
13.根据权利要求12所述一种应用于接触太阳电池导电表面电极结构的栅线层，其特征在于每一个栅线小节的厚度，自其宽区间向两侧的窄区间依次降低。
14.根据权利要求1所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构的制备方法：
（1）在太阳电池板导电表面制备导电薄膜层，若太阳电池板导电区域为受光面，则导电薄膜层为镂空结构；
（2）制备横向导电层：使导电薄膜层先与助焊剂相接触，然后与至少一层锡合金液相接触形成锡合金层；若多次与多种锡合金液相接触，形成多层锡合金层时，锡合金层的熔点自导电薄膜层向外依次降低；
（3）在横向导电层上部设置电流引出层，使其与横向导电层相连接，将电流引出。
15.根据权利要求14所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构的制备方法，其特征在于：若太阳电池板导电表面为透明导电层，则通过磁控溅射或蒸镀工艺将铜或银或金附着在其表面，形成导电薄膜层；若太阳电池板导电表面为PN结表面，则将银浆烧结在其表面，形成导电薄膜层；或者利用激光将太阳电池板导电表面划开，然后通过电镀或化学镀工艺将钛或钯或银或镍金属沉积在划开的区域，形成导电薄膜层。
16.根据权利要求14所述一种接触太阳电池导电表面的电极结构的制备方法，其特征在于：导电薄膜层的镂空图案通过沉积或选择性刻蚀的方式制备。
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|---|---|---|---|
| CN202010945405.8A CN111900216A (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | 一种接触太阳电池导电表面的电极结构及其制备方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113571606A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-29 | 陕西众森电能科技有限公司 | 一种制备异质结太阳电池电极的方法和装置 |
| CN114300548A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-08 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种砷化镓太阳电池镍锗银电极的制备方法 |
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2020
- 2020-09-10 CN CN202010945405.8A patent/CN111900216A/zh active Pending
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