CN113437178A - 一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，包括以下步骤：在电池片表面印刷所需图样的金属电极；采用激光在上述金属电极上进行扫描，使金属电极热熔、固化及烧结；激光光源发出的激光照射到金属电极的光斑大小与金属电极宽度大小一致。本发明的金属化电极的制备方法可选择地减少对金属非接触晶硅区域的损坏，进而提高少子寿命，提高太阳能电池转换效率，而且相对简单易操作，有利于能耗成本降低。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法。
背景技术
目前金属电极作为太阳能电池收集光生电流的一种重要形式，金属电极基本都是通过丝网印刷金属湿浆料形成金属主栅线及副栅线，再通过链式烧结炉对金属主栅及副栅线进行低温热熔及固化、高温烧结形成良好欧姆接触的金属电极，如附图1所示，链式烧结炉是通过灯管5加热方式对太阳能电池片进行加热，电池片、正面金属电极，背面金属电极均受到来自灯管带来的热量，根据电池结构的设计要求，链式炉对电池片金属电极经历四个阶段，烘干-预烧结-烧结-冷却，一般烧结炉温度维持在700℃-900℃，金属电极在此温度下烧穿氮化硅膜层，与硅基体充分接触，冷却后金属电极与硅基体形成良好的欧姆接触，如上可以看出，金属电极热熔、固化及烧结的整个过程中，电池片也全程受到来自灯管的热量，此高温会放大电池片内部缺陷，也会破坏正背面的钝化膜，从而影响电池片转换效率，另一方面，链式烧结炉灯管需持续加热才能满足烧结工艺要求，电能耗较高。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，包括以下步骤：
步骤1：在电池片表面印刷所需图样的金属电极；
步骤2：采用激光在上述金属电极上进行扫描，使金属电极热熔、固化及烧结；激光光源发出的激光照射到金属电极的光斑大小与金属电极宽度大小一致。
进一步地，步骤2中，激光光源进行照射过程中对金属电极进行温控，使金属电极维持在120-1000℃范围内。
进一步地，步骤2中，激光光源的照射时间为0.1-10s。
进一步地，步骤1中，所述的电池片为晶硅电池、薄膜电池中的任意一种。
进一步地，步骤1中，金属电极的材质为银电极、铜电极、银铝电极的一种。
进一步地，步骤1中，所述图样包含电极副栅线、电极主栅线、电池mark 点。
进一步地，步骤2中，激光扫描图形与金属电极图样一致，采用波长在 300-1060nm，连续皮秒脉冲激光器。
进一步地，所述步骤2中，采用光纤激光器、半导体激光器或者光纤激光器与CO2激光器的组合中的任意一种。
进一步地，电池mark点样式包括圆形、椭圆形、十字形及方形。
本发明的有益效果是：
与传统烧结工艺相比，本发明的金属化电极的制备方法可选择地减少对金属非接触晶硅区域的损坏，进而提高少子寿命，提高太阳能电池转换效率，而且相对简单易操作，有利于能耗成本降低。
附图说明
图1为传统链式烧结炉烧结方式示意图。
图2为本发明烧结方式示意图。
图3为被激光烧结的金属电极图形示意图。
其中，1—光伏电池片，2—正面金属电极，22—金属电极图样，221—电极mark 点，222—电极副栅线，223—电极主栅线，3—背面金属电极，4—传输炉带，5—上下加热灯管，6—扫描激光束，7—电池片承载台面。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
本发明的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，包括如下步骤：
步骤1：使用丝网印刷方法，在电池片1表面印刷所需图样22的金属电极；此处所述的丝网印刷方法为现有技术中常规的方法，本发明不对其进行改进。
步骤2：采用连续激光束6在上述金属电极(金属电极包括正面金属电极2 和背面金属电极3)上进行扫描，使金属电极(正面金属电极2和背面金属电极 3)热熔、固化及烧结。
在一些优选的方式中，步骤2中，激光照射到金属电极时，金属电极温度是一个升温→保温的过程，也是金属电极不同成分物理变化的过程(金属电极的主要成分：金属粉、玻璃粉、有机溶剂)，即：热熔→固化→烧结，具体如下：
1、金属电极热熔温度一般在120-500℃之间，此过程是一个升温过程，使电极材料中的有机溶剂热熔挥发，
2、金属电极固化温度一般在500-700℃之间，此过程是一个升温过程，使固体玻璃粉开始融化，
3、金属电极烧结温度一般在700-1000℃之间(不同金属粉，温度不同)，此温度是一个保温过程，此温度熔融的玻璃烧穿氮化硅膜，使金属与硅接触，并形成良好的欧姆接触。
在一些优选的方式中，步骤2中，激光光源发出的激光照射到金属电极的光斑大小与金属电极宽度大小一致。例如金属电极宽度26μm，那么激光照射到金属电极的光斑大小为26μm。
在一些优选的方式中，步骤2中，所述的激光束6光源进行照射过程中对太阳能电池金属电极进行温控，使太阳能电池片金属电极维持在一定温度范围内。这样可有效控制金属穿透氮化硅钝化膜的质量，从而使金属电极与硅基体有良好的欧姆接触。
在一些优选的方式中，步骤2中，所述的一定温度为120-1000℃。温度控制，可以有效地监控金属电极的热熔、固化及烧结的过程。温度过高，金属电极可能会烧穿电池PN结，降低电池片转换效率；温度过低，不仅导致烧结时间增加，影响产能，而且金属电极与硅基体未接触与或很少接触，造成很差的欧姆接触，影响电池片转换效率。
在一些优选的方式中，步骤2中，激光束6光源的照射时间为0.1-10s。可以根据不同氮化硅钝化膜厚度，调整激光照射时间，使金属电极烧结后与硅基体有良好的欧姆接触，照射时间过长，超过10s，单片CT过长，没有实用价值；受目前技术的限制，照射时间过短小于0.1s，金属电极热熔、固化及烧结过程还很差，使金属电极与硅基体未接触与或很少接触，造成很差的欧姆接触，影响电池片转换效率。
在一些优选的方式中，步骤2中，所述的电池片1包含晶硅电池、薄膜电池的任意一种。
在一些优选的方式中，步骤2中，步骤1中金属电极2或3的材质包含，但不限于银电极、铜电极、银铝电极的一种。
在一些优选的方式中，步骤2中，所述激光束6扫描图形与金属电极图样 22一致，采用波长在300-1060nm，连续皮秒脉冲激光器。
在一些优选的方式中，步骤2中，所述激光束为光纤激光器、半导体激光器或光纤激光器与CO2激光器组合的任意一种。
在一些优选的方式中，步骤1中，所述图样22，包含电极副栅线222、电极主栅线223、电池mark点221，此mark点221样式包含但不限于圆形、椭圆形、十字形及方形等。
与传统烧结工艺相比，本发明的太阳能电池金属化电极激光烧结的方法，有利于能耗成本降低，而且可选择的减少对金属非接触晶硅区域的损坏，进而提高少子寿命，提高太阳能电池转换效率。
实施例1
金属电极材料选用银电极(银浆料通过丝网印刷后得到银电极)，然后对银电极进行激光烧结制备太阳能电池金属化电极，激光器参数要求如下：
首先，将激光光源光斑大小控制在26μm，
其次，选择激光器参数，采用波长532nm，连续皮秒脉冲光纤激光器，激光光源照射时间1s，所述激光照射到电极的温度控制在900℃；
最后，晶硅电池片移动到激光烧结区域进行烧结，收集电池片进行测试分选，具体数据如表1。
实施例2
金属电极材料选用银电极(银浆料通过丝网印刷后得到银电极)，然后对银电极进行激光烧结制备太阳能电池金属化电极，激光器参数要求如下：
首先，将激光光源光斑大小控制在26μm，
其次，选择激光器参数，采用波长532nm，连续皮秒脉冲光纤激光器，激光光源照射时间0.9s，所述激光照射到电极的温度控制在1000℃；
最后，晶硅电池片移动到激光烧结区域进行烧结，收集电池片进行测试分选，具体数据如表1。
实施例3
金属电极材料选用银电极，银浆料通过丝网印刷后得到银电极，然后对银电极进行激光烧结，激光器烧结参数要求如下：
首先，将激光光源光斑大小控制在26μm，
其次，选择激光器参数，采用波长532nm，连续皮秒脉冲光纤激光器，激光光源照射时间1s，所述激光照射到电极的温度控制在1000℃；
最后，晶硅电池片移动到激光烧结区域进行烧结，收集电池片进行测试分选，具体数据如表1。
对比例1
对比例工艺为PERC常规晶体硅电池工艺：使用丝网印刷制备银电极后，通过烧结炉进行烧结，炉温参数要求如下：
首先，对硅片表面进行第一次升温处理，温度从室温25℃递增到450℃，升温速率30℃，升温时间15s；
紧接着，继续对硅片表面进行第二次升温处理，温度从高温烧结区温度从 450℃递增到650℃，升温速率20℃，升温时间10s；
紧接着，继续对硅片表面进行保温处理，温度控制在650℃-800℃，峰值温度优选的在750℃，保持时间7s；
最后，继续对硅片表面进行降温处理，温度从750℃降温到40℃，降温速率 70℃。
实施例1-3与对比例1具体测试结果如表1，其中Voc代表开路电压，Isc 代表短路电流，FF代表填充因子，EFF代表电池片转换效率。
表1实施例与对比例的晶硅太阳能电池片电性能参数测试结果
| 工艺 | Voc(mV) | Isc(A) | FF(％) | Eff(％) |
| 对比例1 | 689.8 | 11.245 | 81.74 | 23.13 |
| 实施例1 | 691.2 | 11.269 | 81.49 | 23.15 |
| 实施例2 | 690.8 | 11.273 | 81.46 | 23.14 |
| 实施例3 | 691.3 | 11.271 | 81.59 | 23.19 |
对比实施例1-3与对比例1的测试数据可知，实施例中，选择性激光烧结的电池片开路电压比对比例1中制得的电池片开路电压高1-2mV，说明选择性激光烧结的电池片具有较少的高温损坏，提升少子寿命从而提升开路电压，电池片转换效率较高。填充因子的偏低，可能是选择性激光烧结的欧姆接触稍差。通过实施例1-3可看出，调整激光照射时间或照射温度可以改善烧结质量，提高电池片转换效率，长远来看随着技术成熟，可以克服目前的不足。
本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1：在电池片表面印刷所需图样的金属电极；
步骤2：采用激光在上述金属电极上进行扫描，使金属电极热熔、固化及烧结；激光光源发出的激光照射到金属电极的光斑大小与金属电极宽度大小一致。
2.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，其特征是，步骤2中，激光光源进行照射过程中对金属电极进行温控，使金属电极维持在120-1000℃范围内。
3.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，其特征是，步骤2中，激光光源的照射时间为0.1-10s。
4.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，其特征是，步骤1中，所述的电池片为晶硅电池、薄膜电池中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，其特征是，步骤1中，金属电极的材质为银电极、铜电极、金电极、银铝电极的一种。
6.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，其特征是，步骤1中，所述图样包含电极副栅线、电极主栅线、电池mark点。
7.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，其特征是，步骤2中，激光扫描图形与金属电极图样一致，采用波长在300-1060nm，连续皮秒脉冲激光器。
8.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，其特征是，所述步骤2中，采用光纤激光器、半导体激光器或者光纤激光器与CO2激光器的组合中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，其特征是，电池mark点样式包括圆形、椭圆形、十字形及方形。
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