CN111933726B - 电极、电极制备方法及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能技术领域，公开了一种电极、电极制备方法及太阳能电池。其中，电极包括金属电极本体，所述电极本体上设置有以阵列方式排布的多个孔隙结构。本发明实施方式所提供的电极、电极制备方法及太阳能电池具有提升电极的光透过率及太阳能电池的光电转换效率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种电极、电极制备方法及太阳能电池。
背景技术
能源是人类社会存在和发展的重要物质基础。随着社会的发展，煤炭、石油等不可再生资源的日益减少，开发清洁能源迫在眉睫。太阳能是取之不尽的新能源，太阳能电池是人们利用太阳能的一种重要方式。太阳能电池将资源无限、清洁干净的太阳辐射转换为电能。对于现有的太阳能电池，其正面和/或背面设有栅线电极，为了保证金属材质的栅线电极与硅片有良好的接触，栅线电极的尺寸一般较大，然而较大尺寸的栅线电极对太阳光的遮挡极大的降低了太阳能电池的光电转换效率。因此，希望研发一种电极结构以减少其对太阳能电池的光电转换效率的不良影响。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种电极、电极制备方法及太阳能电池，提升电极的光透过率及太阳能电池的光电转换效率。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电极，包括：金属电极本体，所述电极本体上设置有以阵列方式排布的多个孔隙结构。
本发明的实施方式还提供了一种电极制备方法，包括：提供基底，在所述基底上设置多个呈阵列形状排布的模具；在所述基底上制备金属电极本体，所述电极本体的厚度小于所述模具的高度；在所述电极本体制备完成后，去除所述模具以在所述电极本体上形成呈阵列方式排布的多个孔隙结构。
本发明的实施方式还提供了一种电极制备方法，包括：提供基底；获取电极微粒，以所述电极微粒为原料、采用3D打印技术在所述基底上形成所述电极本体，所述电极本体上设置有多个呈阵列形状排布的孔隙结构。
本发明的实施方式还提供了一种太阳能电池，包括：如前述的电极。
本发明实施方式相对于现有技术而言，在金属电极本体上设置多个孔隙结构，由于多个孔隙结构之间以阵列方式进行排布，当太阳光照射在金属电极本体上时，在金属电极本体上产生等离子体共振效应，增强金属电极本体对太阳光的透射率，进而有效提高太阳能电池的光电转换效率。
另外，所述电极本体包括多个电极微粒，所述电极微粒包围所述孔隙结构。
另外，多个所述电极微粒之间相互抵接形成所述孔隙结构。
另外，所述电极微粒的尺寸在200纳米至600纳米之间。如此设置，太阳光中的可见光和红外光部分产生的等离子体共振效应较为强烈，有效提升电极对可见光和红外光的透射率，进一步的提升太阳能电池的光电转换效率。
另外，单一的所述孔隙结构沿所述电极本体的横截面上任意两点之间的最大距离在150纳米至300纳米之间。如此设置，太阳光中的可见光和红外光部分产生的等离子体共振效应较为强烈，有效提升电极对可见光和红外光的透射率，进一步的提升太阳能电池的光电转换效率。
另外，相邻的任意两个所述孔隙结构的重心之间的距离在200纳米至600纳米之间。如此设置，太阳光中的可见光和红外光部分产生的等离子体共振效应较为强烈，有效提升电极对可见光和红外光的透射率，进一步的提升太阳能电池的光电转换效率。
另外，所述电极本体厚度在40纳米至500纳米之间。如此设置，太阳光中的可见光和红外光部分产生的等离子体共振效应较为强烈，有效提升电极对可见光和红外光的透射率，进一步的提升太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1是本发明第一实施方式所提供的电极的俯视图；
图2是本发明另一实施方式所提供的电极的俯视图；
图3是本发明第二实施方式所提供的电极的俯视图；
图4是本发明另一实施方式所提供的电极的俯视图；
图5是本发明第三实施方式所提供的电极制备方法的程序流程图；
图6是本发明第三实施方式所提供的电极制备方法中制备模具的结构示意图；
图7是本发明第三实施方式所提供的电极制备方法中制备电极本体的结构示意图；
图8是本发明第三实施方式所提供的电极制备方法中去除模具后的结构示意图；
图9是本发明第四实施方式所提供的电极制备方法的程序流程图；
图10是本发明第五实施方式所提供的太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种电极，如图1所示，所述电极包括：金属电极本体10，电极本体10上设置有多个以阵列方式排布的孔隙结构20。所述孔隙结构20可以被组成所述电极本体10的金属导电微粒包围。在一些实施例中，所述孔隙结构20在所述电极本体横截面上呈圆形、方形、三角形，多边形等规则或不规则形状，本发明对此不加以限制。本发明的相关附图仅用作示例，图1所示的孔隙结构20的截面结构呈圆形结构。
与现有技术相比，本发明第一实施方式所提供的电极在电极本体10上设置由多个孔隙结构20，由于孔隙结构20呈阵列方式排布，当太阳光照射在金属电极本体10上时，在金属电极本体10上产生等离子体共振效应，增强金属电极本体10对太阳光的透射率，进而有效提高太阳能电池的光电转换效率。
具体的，如图1所示，在本实施方式中，多个孔隙结构20以矩阵形式进行阵列排布，其中依次连接相邻的四个孔隙结构20形成矩形结构。如此设置，便于对孔隙结构20进行制备。可以理解的是，前述仅为本实施方式中的一种具体的举例说明，并不构成限定，在本发明的其它实施方式中，也可以是其它形式的阵列排布。如图2所示，多个孔隙结构20以等边三角形形式进行阵列排布，其中依次连接相邻的三个孔隙结构20形成等边三角形结构。如此设置，可以有效的提升电极本体10的结构强度。
具体的，在本实施方式中，相邻的两个孔隙结构20的重心之间的距离在200纳米至600纳米之间，比如200纳米、300纳米、400纳米、500纳米或600纳米。如此设置，太阳光中的可见光和红外光部分在电极本体10上产生的等离子体共振效应较为强烈，有效提升电极对可见光和红外光的透射率，由于太阳能电池对可见光和红外光部分的光电转换效率较高，提升电极对可见光和红外光的透射率可以进一步的提升太阳能电池的光电转换效率。
进一步的，在本实施方式中，单独一个孔隙结构20沿电极本体10的横截面上任意两点之间的最大距离在150纳米至300纳米之间，比如150纳米、200纳米、250纳米、300纳米等。如此设置，太阳光中的可见光和红外光部分在电极本体10上产生的等离子体共振效应较为强烈，有效提升电极对可见光和红外光的透射率，由于太阳能电池对可见光和红外光部分的光电转换效率较高，提升电极对可见光和红外光的透射率可以进一步的提升太阳能电池的光电转换效率。
更进一步的，在本实施方式中，电极本体10的厚度在40纳米至500纳米之间，例如40纳米、50纳米、60纳米、100纳米、200纳米、350纳米、500纳米等。如此设置，太阳光中的可见光和红外光部分在电极本体10上产生的等离子体共振效应较为强烈，有效提升电极对可见光和红外光的透射率，由于太阳能电池对可见光和红外光部分的光电转换效率较高，提升电极对可见光和红外光的透射率可以进一步的提升太阳能电池的光电转换效率。
本发明的第二实施方式涉及一种电极。所述电极包括电极本体10和设置在电极本体10上的多个孔隙结构20。如图3所示，电极本体10包括多个电极微粒11，相邻的多个电极微粒11可以包围所述形成孔隙结构。具体地，多个电极微粒11之间相互抵接形成孔隙结构20。
与现有技术相比，本发明第二实施方式所提供的电极在保留第一实施方式的全部技术效果的同时，设置多个电极微粒11相互抵接形成孔隙结构20，无需进行额外的制备孔隙结构20，从而有效的简化制备过程。
其中，电极本体10为金属电极本体。例如银电极、铝电极、银铝混合电极等，具体可以根据实际需要进行灵活的设置。
具体的，如图3所示，在本实施方式中，电极微粒11的形状为球体、柱体或锥体。优选地，电极微粒11为球体或圆柱体，便于进行制备的同时，球体或圆柱体之间抵接时可以形成孔隙结构20，进一步简化制备过程。
优选的，在本实施方式中，球体和圆柱体形状的电极微粒的直径在200纳米至600纳米之间，例如200纳米、300纳米、400纳米、500纳米或600纳米等。如此设置，太阳光中的可见光和红外光部分在电极本体10上产生的等离子体共振效应较为强烈，有效提升电极对可见光和红外光的透射率，由于太阳能电池对可见光和红外光部分的光电转换效率较高，提升电极对可见光和红外光的透射率可以进一步的提升太阳能电池的光电转换效率。
具体的，如图3所示，在本实施方式中，多个电极微粒11以矩阵形式进行阵列排布，其中依次连接相邻的四个电极微粒11形成矩形结构。如此设置，便于对电极本体10进行制备。可以理解的是，前述仅为本实施方式中的一种具体的举例说明，并不构成限定，在本发明的其它实施方式中，也可以是其它形式的阵列排布。如图4所示，多个电极微粒11以等边三角形形式进行阵列排布，其中依次连接相邻的三个电极微粒11形成等边三角形结构。如此设置，可以有效的提升电极本体10的结构强度。
本发明的第三实施方式涉及一种电极制备方法，具体流程如图5所示，包括：
步骤S101：提供基底，在基底上设置多个呈阵列形状排布的模具。
具体的，如图6所示，在基底100上设置模具200。在一些实施例中，模具200为球状的模具，例如，聚苯乙烯小球或者聚甲基丙烯酸小球。
具体的，在本实施方式中，在基底100上设置多个呈阵列形状排布的模具200的步骤包括：
将多个聚苯乙烯小球和乙醇混合，对小球-乙醇混合液进行超声处理，使得多个聚苯乙烯小球和乙醇充分混合，再将得到的小球-乙醇混合液设置在基底100上，待乙醇蒸发后，对基底上聚苯乙烯小球200进行氧等离子刻蚀，通过控制氧等离子体的氧气流量、功率及时间，控制聚苯乙烯小球的大小及间距，形成呈阵列形状排布在基底上的多个聚苯乙烯小球200。
步骤S102：在基底上制备金属电极本体，电极本体的厚度小于模具的高度。
具体的，如图7所示，在设置有聚苯乙烯小球的基底100上制备金属电机本体300，例如蒸镀等方法形成金属电极本体300，电极本体300的厚度小于模具的高度。其中，电极本体的厚度在40纳米至500纳米之间，例如40纳米、100纳米、200纳米、500纳米等。
步骤S103：电极本体制备完成后去除模具以在电极本体上形成多个呈阵列形状排布的孔隙结构。
具体的，如图8所示，在电极本体300制备完成后去除基底100上的模具，以在电极本体300上形成多个呈阵列形状排布的孔隙结构400。
本实施方式可与第一实施方式互相配合实施以制备所述具有阵列排布的孔隙结构的电极。第一实施方式中提到的相关技术细节和技术效果在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
需要理解的是，对于太阳能电池，所述基底100可以包括预处理的半导体基底。例如，所述半导体基底可以包括具有PN结结构的硅基底。所述预处理包括但不限于制绒、扩散掺杂、抛光、制备选择性发射极、钝化等电池制备工艺。在一些实施例中，本发明所述电极制备可以在电池的金属化步骤中实施。
本发明的第四实施方式涉及一种电极制备方法，具体流程如图9所示，包括：
步骤S301：提供基底。
具体的，在本实施方式中，基底可以包括预处理的半导体基底。例如，所述半导体基底可以包括具有PN结结构的硅基底。所述预处理包括但不限于制绒、扩散掺杂、抛光、制备选择性发射极、钝化等电池制备工艺。
步骤S302：获取多个金属电极微粒，以电极微粒为原料、采用3D打印技术在基底上形成电极本体，电极本体上设置有多个呈阵列形状排布的孔隙结构。
具体的，在本实施方式中，在获取多个金属电极微粒后，将多个金属电极微粒与相应溶剂(例如乙醇溶液等)混合后，在电场作用下将混合液体充分均匀混合并分散成纳米级别的液滴，各个液滴中均包含部分金属电极微粒。最后使用分散的液滴进行3D打印，在基底上形成电极本体，根据所选的金属电极微粒尺寸和打印堆叠次数，实现电极厚度在40纳米至500纳米之间，例如40纳米、100纳米、200纳米、500纳米等。
本实施方式可与第二实施方式互相配合实施以制备所述具有阵列排布的孔隙结构的电极。第二实施方式中提到的相关技术细节和技术效果在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明的第五实施方式涉及一种太阳能电池，包括如前述实施方式所提供的电极。
本发明第五实施方式所提供的太阳能电池中设置有前述实施方式所提供的电极，因此，本发明第五实施方式同样具备前述实施方式的技术效果，在此不再赘述，具体可以参照前述实施方式的具体介绍。
具体的，在本实施方式中，太阳能电池的具体结构如图10所示，包括：正电极100、第一氮化硅层200、氧化硅层300、硅基底400、氧化铝层500、第二氮化硅层600和背电极700，所述正电极100、第一氮化硅层200、氧化硅层300、硅基底400、氧化铝层500、第二氮化硅层600和背电极700依次按序设置。其中，正电极100和背电极700两者中的至少一者为前述实施方式所提供的电极结构。
可以理解的是，前述仅为本实施方式中的太阳能电池的一种具体的结构举例，并不构成限定，在本发明的其它实施方式中，也可以是其它结构的P型太阳能电池及N型太阳能电池，例如PERC太阳能电池、PERC双面太阳能电池、PERT太阳能电池等，在此不进行一一列举。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (7)
1.一种电极制备方法，其特征在于，包括：
提供基底；
获取电极微粒，以所述电极微粒为原料、采用3D打印技术在所述基底上形成电极本体，所述电极本体上设置有多个呈阵列形状排布的孔隙结构；电极微粒包围所述孔隙结构，多个所述电极微粒之间相互抵接形成所述孔隙结构，依次连接相邻的三个所述电极微粒形成等边三角形结构；太阳光照射在所述电极本体上时，在所述电极本体上产生等离子体共振效应，增强所述电极本体对太阳光的透射率；
所述获取电极微粒包括获取多个金属电极微粒，将多个金属电极微粒与乙醇溶液混合后，在电场作用下将混合液体充分均匀混合并分散成纳米级别的液滴，各个液滴中均包含部分金属电极微粒。
2.根据权利要求1所述的电极制备方法，其特征在于，所述电极微粒的尺寸在200纳米至600纳米之间。
3.根据权利要求1所述的电极制备方法，其特征在于，单一的所述孔隙结构沿所述电极本体的横截面上任意两点之间的最大距离在150纳米至300纳米之间。
4.根据权利要求1所述的电极制备方法，其特征在于，相邻的任意两个所述孔隙结构的重心之间的距离在200纳米至600纳米之间。
5.根据权利要求1所述的电极制备方法，其特征在于，所述电极本体厚度在40纳米至500纳米之间。
6.一种电极，其特征在于，所述电极采用权利要求1-5中任一项所述的电极制备方法制作。
7.一种太阳能电池，其特征在于，包括如权利要求6所述的电极。
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