CN114497274A - 一种perc电池的低成本分布式印刷金属化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其为一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，包括以下步骤：步骤S1、将硅片基体通过清洗、制绒、扩散、蚀刻和减反射膜沉积；步骤S2、通过丝网印刷方式在硅片基体的正反面分别印刷电极；步骤S3、在金属化处理后的银电极表面上通过丝网印刷方式印刷上铜电极；步骤S4、将硅片基体正面形成铜银合金的正面电极，在氮气氛围中干燥、经烧结金属化处理得到最终电池。本发明通过采用丝网印刷工艺在金属化处理后的银电极表面上印刷上铜电极并进行金属化处理，使得铜电极分布在银电极的表面，从而形成铜银合金的正面电极，这样能够将铜电极代替正面电极上的部分银电极，因此可有效降低了PERC电池的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体为一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法。
背景技术
太阳能电池是一种能将太阳能转化为电能的半导体器件。金属化是太阳能电池生产工序中一个关键步骤，光生载流子必须通过金属化形成的导电电极才能获得有效收集。目前，量产太阳能电池中最常用的金属化方法是丝网印刷金属浆料法，通过印刷银浆或掺铝银浆，经过高温烧结过程，形成具备电学接触、电学传导、焊接互联等功能的金属化。为了形成良好的欧姆接触以及兼顾可焊性，晶体硅太阳能电池的正表面一般印刷银浆或掺铝银浆。
但是，目前的硅太阳能电池所用的银电极的成本占了整个硅太阳能电池制造成本的15％，由于银浆或掺铝银浆的价格一般都较为昂贵，这就使硅太阳能电池的成本较高，导致硅太阳能电池很难大力推广。为此，基于以上情况，本发明提供一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，解决了目前的硅太阳能电池所用的银电极的成本较高，进而导致硅太阳能电池成本较高，很难大力推广的问题。
(二)技术方案
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，包括以下步骤：
步骤S1、首先将硅片基体通过化学腐蚀的方式进行清洗，然后将清洗后的硅片基体经制绒、扩散炉内扩散和蚀刻机中蚀刻处理后，再经减反射膜沉积；
步骤S2、将硅片基体经减反射膜沉积处理后，通过丝网印刷方式在硅片基体的正反面分别印刷电极，其中以银粉、玻璃粉A1和有机粘合剂组成的银浆，在硅片基体的正面印刷银电极，然后以铝粉、玻璃粉A2、有机载体B1和无机添加剂组成的铝浆，在硅片基体的背面印刷铝电极，并且将硅片基体正反面印刷的银电极和铝电极在温度范围为100～200℃，氮气流量为1000～20000ml/min的氛围中烘干10～20min，最后将烘干后的硅片基体放入链式烧结炉中进行金属化处理；
步骤S3、以纳米铜粉、玻璃粉A3和有机载体B2组成的铜浆，在金属化处理后的银电极表面上通过丝网印刷方式印刷上铜电极，使得铜电极分布在银电极表面上，形成电极叠层，其中丝网印刷工艺为：印刷压力为100～160N，速度120～200mm/s；
步骤S4、将硅片基体正面形成铜银合金的正面电极，在温度范围为100～200℃，氮气流量为1000～20000ml/min的氛围中烘干10～20min，最后将烘干后的硅片基体放入链式烧结炉中进行金属化处理，得到最终电池。
进一步地，步骤S2中丝网印刷工艺为：印刷压力为120～180N，速度为130～260mm/s；金属化处理工艺为：带速为3000～8000mm/min，烧结温度为800～900℃。
进一步地，步骤S2中玻璃粉A1由碳酸锶、二氧化硅、三氧化二铋、氧化铝、三氧化二硼、氧化锌、二氧化碲和氧化镧组成；有机粘合剂为丙烯酸树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的一种或几种，其用量为有机粘合剂总量的10～20％。
进一步地，步骤S2中玻璃粉A2由碳酸锶、二氧化碲、二氧化硅、氧化铝、三氧化二硼和三氧化二铋组成；有机载体B1为含乙基纤维素、醇酯的混合物；无机添加剂为四硼酸钠、氟硼酸钠、硼氢化钠、偏硼酸钠、过硼酸钠的一种或几种混合物。
进一步地，步骤S3中纳米铜粉的粒径为650～750nm，纯度大于99％；玻璃粉A3由碳酸锶、二氧化碲、二氧化硅、氧化铝、三氧化二硼和三氧化二铋组成；有机载体B2由二乙二醇丁醚、柠檬酸三丁酯、乙基纤维素、聚酰胺蜡、卵磷脂、磷酸三丁酯和聚乙二醇组成。
进一步地，步骤S4中金属化处理工艺为：带速为4000～9000mm/min，烧结温度为920～980℃。
进一步地，步骤S2中和步骤S4中烧结均采用红外线加热方法或磁场加热方法中的任一种。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，具备以下有益效果：
本发明，通过将硅片基体在烘干和烧结工艺中分别置于氮气氛围中进行保护，可有效保证硅片基体表面上印刷的电极在烘干和烧结的过程中可以与氧气隔离，从而能够防止硅片基体表面上印刷的电极不易被氧化，进一步提高硅片基体表面电极的金属化质量、以及提高短路电流和填充因子，实现提高太阳能电池的转换效率的目的，通过采用丝网印刷工艺在金属化处理后的银电极表面上印刷上铜电极并进行金属化处理，使得铜电极分布在银电极的表面，从而形成铜银合金的正面电极，这样能够将铜电极代替正面电极上的部分银电极，因此可有效降低了PERC电池的制造成本。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明一个实施例提出的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，包括以下步骤：
步骤S1、首先将硅片基体通过化学腐蚀的方式进行清洗，然后将清洗后的硅片基体经制绒、扩散炉内扩散和蚀刻机中蚀刻处理后，再经减反射膜沉积；
步骤S2、将硅片基体经减反射膜沉积处理后，通过丝网印刷方式在硅片基体的正反面分别印刷电极，其中以银粉、玻璃粉A1和有机粘合剂组成的银浆，在硅片基体的正面印刷银电极，然后以铝粉、玻璃粉A2、有机载体B1和无机添加剂组成的铝浆，在硅片基体的背面印刷铝电极，并且将硅片基体正反面印刷的银电极和铝电极在温度范围为100℃，氮气流量为1000ml/min的氛围中烘干10min，最后将烘干后的硅片基体放入链式烧结炉中进行金属化处理；
步骤S3、以纳米铜粉、玻璃粉A3和有机载体B2组成的铜浆，在金属化处理后的银电极表面上通过丝网印刷方式印刷上铜电极，使得铜电极分布在银电极表面上，形成电极叠层，其中丝网印刷工艺为：印刷压力为100N，速度120mm/s；
步骤S4、将硅片基体正面形成铜银合金的正面电极，在温度范围为100℃，氮气流量为1000ml/min的氛围中烘干10min，最后将烘干后的硅片基体放入链式烧结炉中进行金属化处理，得到最终电池。
在一些实施例中，步骤S2中丝网印刷工艺为：印刷压力为120N，速度为130mm/s；金属化处理工艺为：带速为3000mm/min，烧结温度为800℃。
在一些实施例中，步骤S2中玻璃粉A1由碳酸锶、二氧化硅、三氧化二铋、氧化铝、三氧化二硼、氧化锌、二氧化碲和氧化镧组成；有机粘合剂为丙烯酸树脂，其用量为有机粘合剂总量的10％。
在一些实施例中，步骤S2中玻璃粉A2由碳酸锶、二氧化碲、二氧化硅、氧化铝、三氧化二硼和三氧化二铋组成；有机载体B1为含乙基纤维素、醇酯的混合物；无机添加剂为四硼酸钠。
在一些实施例中，步骤S3中纳米铜粉的粒径为650nm，纯度大于99％；玻璃粉A3由碳酸锶、二氧化碲、二氧化硅、氧化铝、三氧化二硼和三氧化二铋组成；有机载体B2由二乙二醇丁醚、柠檬酸三丁酯、乙基纤维素、聚酰胺蜡、卵磷脂、磷酸三丁酯和聚乙二醇组成。
在一些实施例中，步骤S4中金属化处理工艺为：带速为4000mm/min，烧结温度为920℃。
在一些实施例中，步骤S2中和步骤S4中烧结均采用红外线加热方法。
其中步骤S1中具体包括为：
步骤S101P、首先选者P型硅片基体置于恒温超声槽内配制的洗涤灵和氢氧化钠组合的混合液中进行超声清洗，将硅片基体表面的油污或污渍去除；
步骤S102P、然后将清洗后的硅片基体作制绒处理，并将制绒处理后的硅片基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼扩散，其中硼源采用三溴化硼；
步骤S103P、将硼扩散后的P型硅片基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的硼扩散层和正面的硼硅玻璃层；
步骤S104P、将处理后的P型硅片基体放入PECVD设备中，在正面和背面均镀上氮化硅层。
实施例2
如图1所示，本发明一个实施例提出的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，包括以下步骤：
步骤S1、首先将硅片基体通过化学腐蚀的方式进行清洗，然后将清洗后的硅片基体经制绒、扩散炉内扩散和蚀刻机中蚀刻处理后，再经减反射膜沉积；
步骤S2、将硅片基体经减反射膜沉积处理后，通过丝网印刷方式在硅片基体的正反面分别印刷电极，其中以银粉、玻璃粉A1和有机粘合剂组成的银浆，在硅片基体的正面印刷银电极，然后以铝粉、玻璃粉A2、有机载体B1和无机添加剂组成的铝浆，在硅片基体的背面印刷铝电极，并且将硅片基体正反面印刷的银电极和铝电极在温度范围为200℃，氮气流量为20000ml/min的氛围中烘干20min，最后将烘干后的硅片基体放入链式烧结炉中进行金属化处理；
步骤S3、以纳米铜粉、玻璃粉A3和有机载体B2组成的铜浆，在金属化处理后的银电极表面上通过丝网印刷方式印刷上铜电极，使得铜电极分布在银电极表面上，形成电极叠层，其中丝网印刷工艺为：印刷压力为160N，速度200mm/s；
步骤S4、将硅片基体正面形成铜银合金的正面电极，在温度范围为200℃，氮气流量为20000ml/min的氛围中烘干20min，最后将烘干后的硅片基体放入链式烧结炉中进行金属化处理，得到最终电池。
在一些实施例中，步骤S2中丝网印刷工艺为：印刷压力为180N，速度为260mm/s；金属化处理工艺为：带速为8000mm/min，烧结温度为900℃。
在一些实施例中，步骤S2中玻璃粉A1由碳酸锶、二氧化硅、三氧化二铋、氧化铝、三氧化二硼、氧化锌、二氧化碲和氧化镧组成；有机粘合剂为丙烯酸树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的一种或几种，其用量为有机粘合剂总量的20％。
在一些实施例中，步骤S2中玻璃粉A2由碳酸锶、二氧化碲、二氧化硅、氧化铝、三氧化二硼和三氧化二铋组成；有机载体B1为含乙基纤维素、醇酯的混合物；无机添加剂为氟硼酸钠。
在一些实施例中，步骤S3中纳米铜粉的粒径为750nm，纯度大于99％；玻璃粉A3由碳酸锶、二氧化碲、二氧化硅、氧化铝、三氧化二硼和三氧化二铋组成；有机载体B2由二乙二醇丁醚、柠檬酸三丁酯、乙基纤维素、聚酰胺蜡、卵磷脂、磷酸三丁酯和聚乙二醇组成。
在一些实施例中，步骤S4中金属化处理工艺为：带速为9000mm/min，烧结温度为980℃。
在一些实施例中，步骤S2中和步骤S4中烧结均采用磁场加热方法。
其中步骤S1中具体包括为：
步骤S101N、首先选者N型硅片基体置于恒温超声槽内配制的洗涤灵和氢氧化钠组合的混合液中进行超声清洗，将硅片基体表面的油污或污渍去除；
步骤S102N、然后将清洗后的硅片基体作制绒处理，并将制绒处理后的硅片基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行磷扩散，其中磷源采用三氯氧磷；
步骤S103N、将磷扩散后的N型硅片基体放入刻蚀清洗机中，去除背面的磷扩散层和正面的磷硅玻璃层；
步骤S104N、将步骤S103N处理后的N型硅片基体放入PECVD设备中，在正面和背面均镀上氮化硅层。
本发明实施例1～2中的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，通过将硅片基体在烘干和烧结工艺中分别置于氮气氛围中进行保护，可有效保证硅片基体表面上印刷的电极在烘干和烧结的过程中可以与氧气隔离，从而能够防止硅片基体表面上印刷的电极不易被氧化，进一步提高硅片基体表面电极的金属化质量、以及提高短路电流和填充因子，实现提高太阳能电池的转换效率的目的，通过采用丝网印刷工艺在金属化处理后的银电极表面上印刷上铜电极并进行金属化处理，使得铜电极分布在银电极的表面，从而形成铜银合金的正面电极，这样能够通过铜电极代替正面电极上的部分银电极，因此可降低了硅片基体正面电极的银电极用量，从而降低了PERC电池的制造成本。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、首先将硅片基体通过化学腐蚀的方式进行清洗，然后将清洗后的硅片基体经制绒、扩散炉内扩散和蚀刻机中蚀刻处理后，再经减反射膜沉积；
步骤S2、将硅片基体经减反射膜沉积处理后，通过丝网印刷方式在硅片基体的正反面分别印刷电极，其中以银粉、玻璃粉A1和有机粘合剂组成的银浆，在硅片基体的正面印刷银电极，然后以铝粉、玻璃粉A2、有机载体B1和无机添加剂组成的铝浆，在硅片基体的背面印刷铝电极，并且将硅片基体正反面印刷的银电极和铝电极在温度范围为100～200℃，氮气流量为1000～20000ml/min的氛围中烘干10～20min，最后将烘干后的硅片基体放入链式烧结炉中进行金属化处理；
步骤S3、以纳米铜粉、玻璃粉A3和有机载体B2组成的铜浆，在金属化处理后的银电极表面上通过丝网印刷方式印刷上铜电极，使得铜电极分布在银电极表面上，形成电极叠层，其中丝网印刷工艺为：印刷压力为100～160N，速度120～200mm/s；
步骤S4、将硅片基体正面形成铜银合金的正面电极，在温度范围为100～200℃，氮气流量为1000～20000ml/min的氛围中烘干10～20min，最后将烘干后的硅片基体放入链式烧结炉中进行金属化处理，得到最终电池。
2.根据权利要求1所述的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，其特征在于：步骤S2中丝网印刷工艺为：印刷压力为120～180N，速度为130～260mm/s；金属化处理工艺为：带速为3000～8000mm/min，烧结温度为800～900℃。
3.根据权利要求1所述的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，其特征在于：步骤S2中玻璃粉A1由碳酸锶、二氧化硅、三氧化二铋、氧化铝、三氧化二硼、氧化锌、二氧化碲和氧化镧组成；有机粘合剂为丙烯酸树脂、乙基纤维素、硝酸纤维素中的一种或几种，其用量为有机粘合剂总量的10～20％。
4.根据权利要求1所述的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，其特征在于：步骤S2中玻璃粉A2由碳酸锶、二氧化碲、二氧化硅、氧化铝、三氧化二硼和三氧化二铋组成；有机载体B1为含乙基纤维素、醇酯的混合物；无机添加剂为四硼酸钠、氟硼酸钠、硼氢化钠、偏硼酸钠、过硼酸钠的一种或几种混合物。
5.根据权利要求1所述的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，其特征在于：步骤S3中纳米铜粉的粒径为650～750nm，纯度大于99％；玻璃粉A3由碳酸锶、二氧化碲、二氧化硅、氧化铝、三氧化二硼和三氧化二铋组成；有机载体B2由二乙二醇丁醚、柠檬酸三丁酯、乙基纤维素、聚酰胺蜡、卵磷脂、磷酸三丁酯和聚乙二醇组成。
6.根据权利要求1所述的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，其特征在于：步骤S4中金属化处理工艺为：带速为4000～9000mm/min，烧结温度为920～980℃。
7.根据权利要求1所述的一种PERC电池的低成本分布式印刷金属化方法，其特征在于：步骤S2中和步骤S4中烧结均采用红外线加热方法或磁场加热方法中的任一种。
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