CN115595641A - 太阳电池及栅线的电镀工艺 - Google Patents
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Abstract
一种太阳电池及栅线的电镀工艺，属于太阳电池制备领域。栅线电镀工艺包括以下步骤：以表面具有绝缘的图案化掩膜的电池片为阳极，图案化掩膜的开口与栅线对应，开口用于暴露构成电池片的金属材质；将阳极和阴极置于含有金属离子的电镀液中，施加不超过8.7A且呈阶梯状逐步上升的电流进行电镀，以在电池片对应开口的位置形成构成栅线的镀层，其中在电镀的过程中，电池片在电镀液的任一深度上按照预设速度往复水平摆动。其能够改善栅线电镀质量差，外观良率低的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及太阳电池制备领域，具体而言，涉及一种太阳电池及栅线的电镀工艺。
背景技术
电镀设备是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺。
现有的太阳电池制备过程中，通常采用电镀的方式形成栅线，但采用电镀的方式形成的栅线效果差，外观良率低，即开始电镀的阶段容易出现结合力异常(常规电池的拉力异常，不利于光伏组件环节的焊接)，而电镀结束阶段容易出现冒镀(栅线的外观顶部呈现蘑菇装轮廓，此种外形增加了栅线造成挡光面积，降低了电池片的有效吸光面积)等质量问题。
发明内容
本申请提供了一种太阳电池及栅线的电镀工艺，其能够改善栅线电镀质量差，外观良率低的技术问题。
本申请的实施例是这样实现的：
在第一方面，本申请示例提供了一种栅线电镀工艺，其包括以下步骤：以表面具有绝缘的图案化掩膜的电池片为阳极，图案化掩膜的开口与栅线对应，开口用于暴露构成电池片的金属材质；将阳极和阴极置于含有金属离子的电镀液中，施加不超过8.7A且呈阶梯状逐步上升的电流进行电镀，以在电池片对应开口的位置形成构成栅线的镀层；其中，在电镀的过程中，电池片在电镀液的任一深度上按照预设速度往复水平摆动。
本申请提供的电镀工艺，利用以表面具有绝缘的图案化掩膜的电池片为阳极，图案化掩膜的开口与栅线对应，开口用于暴露构成电池片的金属材质的设置，可使电镀过程中，仅在开口处形成与栅线对应的镀层，有效提高制备效率，并且降低制备成本。利用施加不超过8.7A且呈阶梯状逐步上升的电流进行电镀，并且在电镀的过程中，电池片在电镀液的任一深度上按照预设速度往复水平摆动，不仅可有效降低镀层的应力，而且可有效提高栅线质量效果以及外观良率，提高太阳电池的性能。
在一些可选地实施例中，将阳极置于含有金属离子的电镀液之后，以及施加电流之前，电镀工艺还包括：使电池片浸泡在电镀液中10-40s。
在一些可选地实施例中，电镀时，电镀液的温度为25±1℃，且电镀液的浓度保持恒定。
在一些可选地实施例中，电镀的总时间为340-360s。
在一些可选地实施例中，对电池片的N面进行电镀时，施加电流并依次且连续进行第一电镀阶段、第二电镀阶段、第三电镀阶段以及第四电镀阶段，各电镀阶段的电流保持恒定；
其中，第一电镀阶段的电流为1.0-1.2A，电镀时间为45-55s；
第二电镀阶段的电流为2.1-2.3A，电镀时间为35-45s；
第三电镀阶段的电流为3.3A-3.4A，电镀时间为45-55s；
第四电镀阶段的电流为4.5A-4.6A，电镀时间为175-190s；
可选地，第一电镀阶段的电镀时间为50s，第二电镀阶段的电镀时间为40s，第三电镀阶段的电镀时间为50s，第四电镀阶段的电镀时间为180s。
在一些可选地实施例中，对电池片的P面进行电镀时，施加电流并依次且连续进行第一电镀阶段、第二电镀阶段、第三电镀阶段以及第四电镀阶段，各电镀阶段的电流保持恒定；
其中，第一电镀阶段的电流为1.2-2A，电镀时间为45-55s；
第二电镀阶段的电流为4.1-4.3A，电镀时间为35-45s；
第三电镀阶段的电流为6.3A-6.5A，电镀时间为45-55s；
第四电镀阶段的电流为8.5A-8.7A，电镀时间为175-190s；
可选地，第一电镀阶段的电镀时间为50s，第二电镀阶段的电镀时间为40s，第三电镀阶段的电镀时间为50s，第四电镀阶段的电镀时间为180s。
在一些可选地实施例中，预设速度为300-500mm/s。
在一些可选地实施例中，开口的宽度为20-40μm，任意相邻的两个开口的边缘之间的间距为2mm-5mm。
在一些可选地实施例中，电镀液中的金属离子包括铜离子。
在第二方面，本申请示例提供了一种太阳电池，太阳电池具有栅线，栅线由本申请第一方面提供的电镀工艺制得。
本申请提供的由第一方面提供的电镀工艺制得的栅线不仅内应力低且外观质量高，并且能够稳定的形成于电池片的金属材质上。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为一些可选地实施例中提供的电池片的N面进行电镀时的电流变化示意图；
图2为一些可选地实施例中提供的电池片的P面进行电镀时的电流变化示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本申请实施例的太阳电池及栅线的电镀工艺进行具体说明：
本申请示例提供了一种栅线电镀工艺，其包括以下步骤：
S1、以表面具有绝缘的图案化掩膜的电池片为阳极，图案化掩膜的开口与栅线对应，开口用于暴露构成电池片的金属材质。
利用以表面具有绝缘的图案化掩膜的电池片为阳极，图案化掩膜的开口与栅线对应，开口用于暴露构成电池片的金属材质的设置，可使电镀过程中，仅在开口处形成与栅线对应的镀层，有效提高制备效率，并且降低制备成本。
其中，经开口的暴露的构成电池片的金属材质通常为金属种子层。
可以理解的是，开口的形状与栅线的形状互补，也即是开口的形状呈细条状。
可选地，开口的宽度为20-40μm，任意相邻的两个开口的边缘之间的间距为2mm-5mm。
任意相邻的两个开口的边缘之间的间距为2mm-5mm是指位于任意相邻的两个开口之间的掩膜的宽度为2mm-5mm。上述范围内，不仅可以满足太阳电池对于栅线的使用需求，而且成型的栅线在兼顾较佳的质量的同时也具有良好的外观。
示例性地，开口的宽度为20μm、25μm、30μm、35μm、40μm中的任一值或介于任意两个值之间，任意相邻的两个开口的边缘之间的间距为2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5mm中的任一值或介于任意两个值之间。
需要说明的是，每次电镀时作为阳极的电池片的数量可以为一个，也可以为多个，当其数量为多个时，可设置导电夹具，每个导电夹具上夹持有多个电池片且每个电池片与导电夹具电连接，从而提高电镀的效率，提高生产效率。
S2、将阳极和阴极置于含有金属离子的电镀液中，施加不超过8.7A且呈阶梯状逐步上升的电流进行电镀，以在电池片对应开口的位置形成构成栅线的镀层，其中，在电镀的过程中，电池片在电镀液的任一深度上以预设速度往复水平摆动。
利用施加不超过8.7A且呈阶梯状逐步上升的电流进行电镀，并且电镀的过程中，电池片在电镀液的任一深度上以预设速度往复水平摆动，不仅可有效降低镀层的应力，而且能够有效提高栅线质量效果以及外观良率，提高太阳电池的性能。
其中，电镀液中含有的金属离子用于在电镀过程中，沉积在开口处，以形成构成栅线的镀层，其中金属离子包括但不局限于铜离子、铁离子、银离子、镍离子等。
在一些可选地实施例中，电镀液中的金属离子包括铜离子。
也即是镀层为铜层，其不仅导电效果佳，而且便于获得。
其中铜离子可由可溶性铜盐，例如硫酸铜等提供，并且电镀液中除了含有金属离子，还可以含有一些增加电镀速率的化合物等，具体可参考相关技术，在此不做限定。
在一些可选地实施例中，电镀时，电镀液的温度为25±1℃，且电镀液的浓度保持恒定。
可利用在电镀过程中实时调节温度以及浓度实现电镀时温度及浓度满足相关需求，利用上述限定，避免温度及浓度对于电镀产生不良影响，影响镀层的内应力以影响其外观及质量。
在一些可选地实施例中，电镀的总时间为340-360s。
上述时间范围内电镀效果佳且生产效率高。
示例性地，电镀的总时间为340s、345s、350s、355s、360s中的任一值或介于任意两个值之间。
在一些可选地实施例中，将阳极置于含有金属离子的电镀液之后，以及施加电流之前，电镀工艺还包括：使电池片浸泡在电镀液中10-40s。
利用上述设置，使电镀前电镀液预先浸润电池片，提高电镀初期镀层的质量，避免结合力异常，若无预接触直接进行电镀，则会造成镀层在电镀的初期产生空洞，从而影响栅线的导电电流以及太阳电池的拉力，降低产品良率。
在一些可选地实施例中，预设速度为300-500mm/s，也即是在电镀的过程中，电池片在电镀液的任一深度上，以300-500mm/s的摆动速度往复水平摆动。
利用上述摆动的方式，保持电池片与电镀液的充分接触，同时有利于使电镀液各处的浓度相同，提高获得的镀层的均匀性，并且提高镀层的质量。
示例性地，电池片的摆动速度为300mm/s、330mm/s、350mm/s、370mm/s、400mm/s、420mm/s、450mm/s、470mm/s、500mm/s中的任一值或介于任意两个值之间。
由于电池片具有N面以及P面，N面以及P面的电镀具有不同的要求。
因此，在一些可选地实施例中，对电池片的N面进行电镀时，施加电流并依次且连续进行第一电镀阶段、第二电镀阶段、第三电镀阶段以及第四电镀阶段，各电镀阶段的电流保持恒定。此时，第一电镀阶段的电流为1.0-1.2A，电镀时间为45-55s；第二电镀阶段的电流为2.1-2.3A，电镀时间为35-45s；第三电镀阶段的电流为3.3A-3.4A，电镀时间为45-55s；第四电镀阶段的电流为4.5A-4.6A，电镀时间为175-190s。
各电镀阶段的电流保持恒定是指实际电镀过程中，在各电镀阶段的电流范围内选择合适的电流，保持该电流数值不变完成该阶段的电镀。
上述电镀时间以及电镀时间的配合下，可有效提高电镀的质量。其中，第一电镀阶段利用较小的电流参数，从而降低开始电镀时电镀的速度，避免电镀速率过快导致的镀层与电池片之间的内应力不均匀，电池片被镀层的应力拉扯，出现电池片弯曲以及碎片的问题，然后在第二电镀阶段以及第三电镀阶段逐渐增加电流，以加速电镀的速度，降低生产的耗时，最后在第四电镀阶段给电池片较高的电流让其表层形成致密的结构层，减少电池片在搬运以及接触的过程中导致的栅线异常。
可选地，第一电镀阶段的电镀时间为50s，第二电镀阶段的电镀时间为40s，第三电镀阶段的电镀时间为50s，第四电镀阶段的电镀时间为180s。
在一些可选地实施例中，对电池片的N面进行电镀时的参数如图1所示。
上述范围内，镀层效果佳。
在一些可选地实施例中，对电池片的P面进行电镀时，施加电流并依次且连续进行第一电镀阶段、第二电镀阶段、第三电镀阶段以及第四电镀阶段，各电镀阶段的电流保持恒定；其中，第一电镀阶段的电流为1.2-2A，电镀时间为45-55s；第二电镀阶段的电流为4.1-4.3A，电镀时间为35-45s；第三电镀阶段的电流为6.3A-6.5A，电镀时间为45-55s；第四电镀阶段的电流为8.5A-8.7A，电镀时间为175-190s。
上述电镀时间以及电镀时间的配合下，可有效提高电镀的质量。其中，第一电镀阶段利用较小的电流参数，从而降低开始电镀时电镀的速度，避免电镀速率过快导致的镀层与电池片之间的内应力不均匀，电池片被镀层的应力拉扯，出现电池片弯曲以及碎片的问题，然后在第二电镀阶段以及第三电镀阶段逐渐增加电流，以加速电镀的速度，降低生产的耗时，最后在第四电镀阶段给电池片较高的电流让其表层形成致密的结构层，减少电池片在搬运以及接触的过程中导致的栅线异常。
可选地，第一电镀阶段的电镀时间为50s，第二电镀阶段的电镀时间为40s，第三电镀阶段的电镀时间为50s，第四电镀阶段的电镀时间为180s。
上述范围内，镀层效果佳。
在一些可选地实施例中，对电池片的P面进行电镀时的参数如图2示。
可以理解的是，为了实现上述各电镀段的不同的电流控制，用于电镀的电镀机台中设有PLC控制系统以及多个独立的电流控制器，每个电流控制器与PLC控制系统连接，从而实现电流的梯度控制。
电流控制器例如为RS485/RS232/CanOpen等具备通讯功能的控制器。
在第二方面，本申请示例提供了一种太阳电池，太阳电池具有栅线，栅线由本申请第一方面提供的电镀工艺制得。由电镀工艺制得的栅线不仅内应力低且外观质量高，与光刻工艺结合，对电池片的栅线进行细线化工艺，并且能够稳定的形成于电池片的金属材质上。
以下结合实施例对本申请的太阳电池及栅线的电镀工艺作进一步的详细描述。
以下各实施例以及对比例采用的阳极相同，均以表面具有绝缘的图案化掩膜的电池片为阳极，图案化掩膜的开口与栅线对应，开口用于暴露构成电池片的铜种子层；开口的宽度为30μm，任意相邻的两个开口的边缘之间的间距为4mm。
以下各实施例以及对比例中，电镀液成分及浓度相同，均含有硫酸铜10g/L，电镀时控制其浓度保持不变，电镀时电镀液的温度保持在25±1℃。
实施例1
针对于电池片N面的电流梯度工艺如下：将电池片侵泡在电镀液中30s后通电，先以1.0A通电50s，然后以2.1A通电40s，接着以3.4A通电50s，最后以4.5A通电180s。
电镀过程中，电池片保持在电镀液深度不变，并且以400mm/s的摆动速度往复水平摆动。
实施例2
针对于电池片N面的电流梯度工艺如下：将电池片侵泡在电镀液中30s后通电，先以1.1A通电50s，然后以2.2A通电40s，接着以3.3A通电50s，最后以4.6A通电180s。
电镀过程中，电池片保持在电镀液深度不变，并且以300mm/s的摆动速度往复水平摆动。
实施例3
针对于电池片P面的电流梯度工艺如下：将电池片侵泡在电镀液中30s后通电，先以1.2A通电50s，然后以4.1A通电40s，接着以6.3A通电50s，最后以8.5A通电180s。
电镀过程中，电池片保持在电镀液深度不变，并且以500mm/s的摆动速度往复水平摆动。
实施例4
针对于电池片P面的电流梯度工艺如下：将电池片侵泡在电镀液中30s后通电，先以2A通电50s，然后以4.3A通电40s，接着以6.5A通电50s，最后以8.5A通电180s。
电镀过程中，电池片保持在电镀液深度不变，并且以400mm/s的摆动速度往复水平摆动。
实施例5
针对于电池片P面的电流梯度工艺如下：将电池片侵泡在电镀液中30s后通电，先以1.5A通电50s，然后以4.2A通电40s，接着以6.4A通电50s，最后以8.7A通电180s。
电镀过程中，电池片保持在电镀液深度不变，并且以450mm/s的摆动速度往复水平摆动。
对比例1
其与实施例1的区别仅在于：电镀过程中电池片保持静止，不发生摆动。
对比例2
其与实施例1的区别仅在于：以3.4A的恒定电流电镀320s。
对比例3
其与实施例3的区别仅在于：针对于电池片P面的电流梯度工艺如下：将电池片侵泡在电镀液中30s后通电，先以1.2A通电50s，然后以4.1A通电40s，接着以6.3A通电50s，最后以10A通电180s。
试验例
上述各实施例以及对比例制得的太阳电池的相关性能如下表1所示。
表1太阳电池性能
| Eta(％) | Voc(V) | Isc(A) | FF(％) | |
| 实施例1 | 23.87 | 0.747 | 8.492 | 82.96 |
| 实施例2 | 23.82 | 0.748 | 8.482 | 82.86 |
| 实施例3 | 23.85 | 0.748 | 8.495 | 82.95 |
| 实施例4 | 23.83 | 0.747 | 8.494 | 82.92 |
| 实施例5 | 23.86 | 0.747 | 8.491 | 82.95 |
| 对比例1 | 22.94 | 0.688 | 18.3 | 80.32 |
| 对比例2 | 22.96 | 0.6879 | 8.305 | 80.43 |
| 对比例3 | 23.03 | 0.6894 | 8.342 | 80.37 |
从表1可以看出，采用本申请实施例的方法最终得到的太阳电池，相较于对比例，其性能有效提升，说明本申请提供的方式可有效提高栅线质量，并且根据实施例1以及对比例1的对比可知，摆动的方式有利于提高栅线质量。
也即是，本申请提供的栅线的电镀工艺，其能够改善栅线电镀质量差，外观良率低的技术问题，有效提高太阳电池的性能。
以上仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种栅线电镀工艺，其特征在于，包括以下步骤：
以表面具有绝缘的图案化掩膜的电池片为阳极，所述图案化掩膜的开口与所述栅线对应，所述开口用于暴露构成所述电池片的金属材质；
将所述阳极和阴极置于含有金属离子的电镀液中，施加不超过8.7A且呈阶梯状逐步上升的电流进行电镀，以在所述电池片对应所述开口的位置形成构成所述栅线的镀层；
其中，在所述电镀的过程中，所述电池片在所述电镀液的任一深度上按照预设速度往复水平摆动。
2.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于，将所述阳极置于含有金属离子的电镀液之后，以及施加所述电流之前，所述电镀工艺还包括：使所述电池片浸泡在所述电镀液中10-40s。
3.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于，电镀时，所述电镀液的温度为25±1℃，且所述电镀液的浓度保持恒定。
4.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于，所述电镀的总时间为340-360s。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的电镀工艺，其特征在于，对所述电池片的N面进行电镀时，施加电流并依次且连续进行第一电镀阶段、第二电镀阶段、第三电镀阶段以及第四电镀阶段，各电镀阶段的电流保持恒定；
其中，所述第一电镀阶段的电流为1.0-1.2A，电镀时间为45-55s；
所述第二电镀阶段的电流为2.1-2.3A，电镀时间为35-45s；
所述第三电镀阶段的电流为3.3A-3.4A，电镀时间为45-55s；
所述第四电镀阶段的电流为4.5A-4.6A，电镀时间为175-190s；
可选地，所述第一电镀阶段的电镀时间为50s，所述第二电镀阶段的电镀时间为40s，所述第三电镀阶段的电镀时间为50s，所述第四电镀阶段的电镀时间为180s。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的电镀工艺，其特征在于，对所述电池片的P面进行电镀时，施加电流并依次且连续进行第一电镀阶段、第二电镀阶段、第三电镀阶段以及第四电镀阶段，各电镀阶段的电流保持恒定；
其中，第一电镀阶段的电流为1.2-2A，电镀时间为45-55s；
第二电镀阶段的电流为4.1-4.3A，电镀时间为35-45s；
第三电镀阶段的电流为6.3A-6.5A，电镀时间为45-55s；
第四电镀阶段的电流为8.5A-8.7A，电镀时间为175-190s；
可选地，所述第一电镀阶段的电镀时间为50s，所述第二电镀阶段的电镀时间为40s，所述第三电镀阶段的电镀时间为50s，所述第四电镀阶段的电镀时间为180s。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的电镀工艺，其特征在于，所述预设速度为300-500mm/s。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的电镀工艺，其特征在于，所述开口的宽度为20-40μm，任意相邻的两个开口的边缘之间的间距为2mm-5mm。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的电镀工艺，其特征在于，所述电镀液中的金属离子包括铜。
10.一种太阳电池，其特征在于，所述太阳电池具有栅线，所述栅线由权利要求1-9任意一项所述的电镀工艺制得。
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|---|---|---|---|---|
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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