CN114068732A - 一种太阳能电池电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池电极及其制备方法，第一，在基底的正面和反面，均制备导电薄膜层；第二，在两个导电薄膜层上的部分区域均制备图形化掩膜；第三，对第二步骤中的组合体上覆盖一层不导电的保护层；第四，去除图形化掩膜及覆盖于图形化掩膜上的保护层，并在图形化掩膜的位置制备金属导电层；以及利用此方法进行太阳能电池电极的制备。本方法的制作工艺不仅成本低廉，造价便宜，而且工艺简化，减少废液排放，可达到缩短工时和降低生产成本的优势。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池加工领域，尤其涉及一种复合型的太阳能电池电极及其制备方法。
背景技术
目前光伏产业的晶体硅太阳电池，其前表面电极是利用丝网印刷银浆并烧结的技术形成图案化的银栅线。但此种方法生产的电极栅线高宽比例小，导致电池遮光面积较大；烧结后浆料中有机物质的残留及结构缺陷导致栅线电阻较大；而且银的价格昂贵，烧结温度高(700-800℃)，不利于转化效能与降低成本。
然而，随着双面异质结(HIT)光伏电池逐渐成为未来高效光伏电池的领头羊之后，传统的银浆印刷与高温烧结不再适用并满足于异质结(HIT)光伏电池的元件特性。掺锡的氧化锢(Indium Tin Oxide，ITO)薄膜作为一种用半导体材料制备而成的透明导电薄膜，具有高电导率、高可见光透过率(大于90％)、抗擦伤等众多优良的物理性能，以及良好的化学稳定性和一些其他的半导体特性，容易制备成电极图形，己经被广泛地应用于双面异质结(HIT)光伏电池中。在应用中，需要将ITO制成特定的图形来充当触摸屏透明电极。现有的ITO的制作方法通常是先在ITO底材上溅镀一层薄铜膜当种子层(Seed layer),接着再运用黄光微影工艺(Photo Lithography)将线路图案转移至光阻干膜(photo resistor)，再进行铜电镀。其后移除光阻并进行铜回蚀,将先前的薄铜膜种子层腐蚀直至金属线路图案显露出来。此种图形制作方法的图形化线路精准度虽然高，但由于使用材料光阻、光罩及显影剂，排放量大，排放时会造成环境污染；使用设备光阻涂布机，曝光机及显影机的成本及造价昂贵，工艺步骤繁琐，不利量产及降低生产成本。且在现有的双面异质结(HIT)光伏电池的ITO膜的图形化制作方法，很容易受到ITO膜会与酸性感光材料(光阻)材料起作用的特性，导致ITO膜损伤进而影响光伏电池的电性。因此需要对异质结光伏电池ITO膜上的图形制作方法做进一步革新和改进。
因此本发明专利发明人，针对上述技术问题，旨在发明一种太阳能电池电极及其制备方法。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种太阳能电池电极及其制备方法。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种太阳能电池电极，包括基底，所述基底的上下两侧均设置有导电薄膜层，且两个所述导电薄膜层上均设置图形化掩膜，且在所述基底、导电薄膜层和图形化掩膜组成的组合体的周围覆盖不导电的保护层，且所述图形化掩膜及能被金属导电层取代，且所述金属导电层能与导电薄膜层直接接触。
优选地，所述基底为HIT基底，所述导电薄膜层为ITO层，所述保护层为氮化硅、硅或氧化硅中的任意一种。即实现了对异质结光伏电池ITO膜上的图形化掩膜制作太阳能电池电极，而且保护层材质的选择，在不导电的同时，而且有良好的抗酸碱性能。
优选地，所述导电薄膜层中至少一个与基底的边缘形成隔离区。隔离区的设置是为了避免基底的两个导电薄膜层导通。
优选地，所述图形化掩膜的两侧为锯齿状，且所述锯齿状的R角半径不小于0.05mm。锯齿状的设计，可以增加金属导电层的附着力，而且不小于0.05mm的设计，可以有效取消金属电极在制备增厚时，所产生的内应力，更进一步地增加了金属导电层的附着。
优选地，所述金属导电层为倒凸状结构或蕈状结构。利用倒凸状结构或蕈状结构可有效利用不导电的保护层之间形成良好支撑，增加金属导电层的附着力与稳定性。
一种太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤，
第一，在基底的正面和反面，均制备导电薄膜层；
第二，在两个导电薄膜层上的部分区域均制备图形化掩膜；
第三，对第二步骤中的组合体上覆盖一层不导电的保护层；
第四，去除图形化掩膜及覆盖于图形化掩膜上的保护层，并在图形化掩膜的位置制备金属导电层。
优选地，第一步骤中的导电薄膜层可以分别或同时制备，且第一步骤中的导电薄膜层采用中频脉冲磁控溅射工艺制备。
优选地，第二步骤中的图形化掩膜采用印刷方式制备，且所述图形化掩膜还经过热烘烤进行固化。
优选地，第三步骤中的保护层通过真空溅渡法制备。
优选地，第四步骤中的图形化掩膜及覆盖于图形化掩膜上的保护层通过热水浴或热水浴/超声震荡组合方式去除。
本发明一种太阳能电池电极及其制备方法的有益效果是，本方法的制作工艺不仅成本低廉，造价便宜，而且工艺简化，减少废液排放，可达到缩短工时和降低生产成本的优势。
附图说明
图1为太阳能电池电极的制备方法的流程示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为太阳能电池电极的结构示意图。
图4为在制备保护层之间的太阳能电池电极的结构示意图。
图中：
1-基底；2-导电薄膜层；3-图形化掩膜；4-保护层；5-金属导电层；
21-隔离区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1-4所示，本实施例中的一种太阳能电池电极及其制备方法，其中电池电极包括基底1，基底1的上下两侧均设置有导电薄膜层2，且两个导电薄膜层2上均设置图形化掩膜3，且在基底1、导电薄膜层2和图形化掩膜3组成的组合体的周围覆盖不导电的保护层4，且图形化掩膜3及图形化掩膜3上的保护层4能被金属导电层5一起取代，且金属导电层5能与导电薄膜层2直接接触，基底1为HIT基底1，导电薄膜层2为ITO层，保护层4为氮化硅、硅或氧化硅中的任意一种。制备方法为，在基底1的正面和反面，均制备导电薄膜层2；在两个导电薄膜层2上的部分区域均制备图形化掩膜3；对上一步骤中的组合体上覆盖一层不导电的保护层4；去除图形化掩膜3及覆盖于图形化掩膜3上的保护层4，并在图形化掩膜3的位置制备金属导电层5。
其中附图1和2中，步骤4有两个，第一个步骤4为去除图形化掩膜3的示意图，第二个步骤4为金属导电层5的示意图。
根据上述太阳能电池电极的结构及其制备方法，其具体的实施方式如下。
第一种制备太阳能电池电极的实施例
步骤一，在双面太阳能电池的基底1(HIT基底1)的正面及背面两面制备透明导电薄膜层2(ITO膜)，且双面异质结太阳能电池中透明导电薄膜层2的制备为现有技术，可采用中频脉冲磁控溅射工艺实现；
步骤二，在双面太阳能电池的正面和背面的透明导电薄膜层2上的部分区域，采用高分子材料分别以印刷方式形成图形化掩膜3，印刷方式包括丝网印刷技术或3D列印技术；
步骤三，透明导电薄膜上已形成的图形化掩膜3，经过热烘烤方式使其固化，让图形化掩膜3收缩形成较好的高宽比，热烘烤的方法包括烤箱法、隧道炉法、快速退火炉以及直接或间接热风法；
步骤四，采用真空溅渡法将氮化硅或氧化硅分别覆盖在双面太阳能电池的正面、背面的透明导电薄膜层2和已固化的图形化掩膜3上，同时覆盖基底1的四个侧面，即在步骤三完成之后的组合体上进行保护层4的全方位的覆盖；
步骤五，由于高分子材料的水溶性，以热水浴或热水浴/超音震荡组合方式去除透明导电薄膜层2上的图形化掩膜3及图形化掩膜3上的氮化硅或氧化硅，露出已图形化的透明导电薄膜层2；而氮化硅或氧化硅与透明导电膜之间存在强附着力，氮化硅或氧化硅留在透明导电薄膜层2上的作为后续金属化工艺的掩膜。
运用丝网印刷技术将高分子材料在透明导电膜上形成图形化掩膜3的网板，网板的网目范围为200～500网目；丝网内径宽介于15～19um；刮刀下压力介于50～120N；网板与电池片表面间距介于0.5mm～4mm，丝网印刷的效果好。
高分子材料为可印刷、可溶于水且不会与透明导电膜起化学反应并可加热固化的水溶性可剥保护胶，该高分子材料方便后续剥离，为光伏电池行业常用材料。
在步骤三中，热烘烤温度为100～150℃，热烘烤时间为10～20分钟。热烘烤方式的升温速度为10～30℃/分。升温的过程中所提供的热能相对的减少，可改善因为热能造成的薄膜晶粒过度的成长。
在步骤五中，热水浴包括直接或间接热水浴法。热水浴温度为60～100℃，热水浴时间为10～30分钟。
步骤五中，去除透明导电薄膜层2上的图形化掩膜3及图形化掩膜3上的氮化硅或氧化硅包括两种方式：第一种方式将双面太阳能光伏电池置于花篮内，放入温水槽进行摇晃或震荡；第二种方式将双面太阳能光伏电池置于温水槽，在温水槽内加装单点或多点超音波振动源，多点超音波振动源为2～20个。
步骤四的真空溅镀法中，在25～70℃的温度、1～5nm/分的低镀率下，将氮化硅或氧化硅覆盖在双面太阳能电池的正面、背面的透明导电薄膜层2和已固化的图形化掩膜3上，以及基底1的四个侧面。氮化硅或氧化硅形成的膜厚度为40～90nm。氮化硅或氧化硅形成的膜有效与透明导电层组合形成较佳的抗反射层，有助于光伏电池发电效率的提升。
由上述方法对双面太阳能电池的ITO膜进行图形化，仅需可溶于水的高分子材料、网版、温水等材料，网印机，烤箱，溅度机等设备，零污染排放，成本低廉，造价便宜，而且加工步骤简单，可简化工艺，缩短工时及降低生产成本。
第二种制备太阳能电池电极的实施例
在实施例一中步骤四完成后，将氮化硅或氧化硅覆盖后的双面太阳能电池经过热烘烤方式再次固化，热烘烤的方法包括烤箱法、隧道炉法、快速退火炉以及直接或间接热风法，烘烤温度为100～150℃，热烘烤时间为10～20分钟。使透明导电薄膜层2上的图形化掩膜3收缩完全。其余步骤与具体实施例一中的步骤一致。
即，实施例二进行两次固化，在制备保护层4的前后分别进行两次固化，使图形化掩膜3完全收缩。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池电极，其特征在于：包括基底(1)，所述基底(1)的上下两侧均设置有导电薄膜层(2)，且两个所述导电薄膜层(2)上均设置图形化掩膜(3)，且在所述基底(1)、导电薄膜层(2)和图形化掩膜(3)组成的组合体的周围覆盖不导电的保护层(4)，且所述图形化掩膜(3)及图形化掩膜(3)上的保护层(4)能被金属导电层(5)取代，且所述金属导电层(5)能与导电薄膜层(2)直接接触。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电极，其特征在于：所述基底(1)为HIT基底(1)，所述导电薄膜层(2)为ITO层，所述保护层(4)为氮化硅、硅或氧化硅中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电极，其特征在于：所述导电薄膜层(2)中至少一个与基底(1)的边缘形成隔离区(21)。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电极，其特征在于：所述图形化掩膜(3)的两侧为锯齿状，且所述锯齿状的R角半径不小于0.05mm。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电极，其特征在于：所述金属导电层(5)为倒凸状结构或蕈状结构。
6.一种太阳能电池电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
第一，在基底(1)的正面和反面，均制备导电薄膜层(2)；
第二，在两个导电薄膜层(2)上的部分区域均制备图形化掩膜(3)；
第三，对第二步骤中的组合体上覆盖一层不导电的保护层(4)；
第四，去除图形化掩膜(3)及覆盖于图形化掩膜(3)上的保护层(4)，并在图形化掩膜(3)的位置制备金属导电层(5)。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能电池电极的制备方法，其特征在于：第一步骤中的导电薄膜层(2)可以分别或同时制备，且第一步骤中的导电薄膜层(2)采用中频脉冲磁控溅射工艺制备。
8.根据权利要求6所述的一种太阳能电池电极的制备方法，其特征在于：第二步骤中的图形化掩膜(3)采用印刷方式制备，且所述图形化掩膜(3)还经过热烘烤进行固化。
9.根据权利要求6所述的一种太阳能电池电极的制备方法，其特征在于：第三步骤中的保护层(4)通过真空溅渡法制备。
10.根据权利要求6所述的一种太阳能电池电极的制备方法，其特征在于：第四步骤中的图形化掩膜(3)及覆盖于图形化掩膜(3)上的保护层(4)通过热水浴或热水浴/超声震荡组合方式去除。
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| CN115117183A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-27 | 三一集团有限公司 | 异质结电池的加工方法 |
| WO2024099415A1 (zh) * | 2022-11-11 | 2024-05-16 | 苏州太阳井新能源有限公司 | 一种电池片制备方法及电池片 |
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2020
- 2020-08-05 CN CN202010778552.0A patent/CN114068732A/zh active Pending
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