晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極及其製備方法與應用的製作方法

2023-07-07 07:48:26 2

專利名稱：晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極及其製備方法與應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能製備領域，特別涉及一種晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極及其製備方法與應用。
背景技術：
隨著能源問題成為制約國際社會發展的瓶頸時，太陽能電池以清潔性、永久性、靈活性等優勢受到世界各國的廣泛重視，各國紛紛開始實行自己的「陽光計劃」。國際上已有眾多大公司投入到太陽能電池的研發和生產中。十幾年來，通過製造方法的改進以及產品性能的改善，矽基太陽能電池的應用成本已經大幅度下降。然而，如何進一步降低生產成本以及提高光電轉換率是太陽能電池能夠廣泛應用的兩個重大挑戰。電極列陣作為矽基太陽能電池的必要組件，其性能直接影響到電流的收集和能量的轉換，因此晶體矽太陽能電池中矽片上電極列陣的製備是非常關鍵的技術。絲網印刷和噴墨印刷作為製備電極列陣的常用方法存在操作複雜、成本較高等缺陷，在一定程度上制約了光的吸收率與能量轉換率，而光誘導沉積卻是一種比較高效、簡單的方法。

發明內容
本發明的首要目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極的製備方法。本發明的另一目的在於提供通過上述製備方法製備得到的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極。本發明的再一目的在於提供所述的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極的應用。本發明的目的通過下述技術方案實現一種晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極的製備方法，包括以下步驟(1)金屬底層的製備通過真空鍍、化學鍍、絲網印刷或者噴墨印刷的方法在具有減反射層、ρ/η結的半導體晶體矽的表面製備金屬底層；(2)光誘導沉積將步驟(1)得到的半導體晶體矽片置於鍍液中，將半導體晶體矽片的背電極通過導線與鉬片連接，利用光源對半導體晶體矽片的前電極進行照射，進行光誘導沉積；(3)表面處理及清洗將步驟( 處理後的半導體晶體矽用水衝洗，接著將表面處理劑附著於半導體晶體矽上，將表面處理劑附著於半導體晶體矽上是防止極線表面變色； 然後清洗、烘乾，得到晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極；步驟(1)所述的減反射層包括氮化矽減反射膜、多孔二氧化矽減反射膜、二氧化鈦減反射膜和MgF2/ZnS雙層減反射膜；步驟(1)更優選為在具有減反射層、ρ/η結的半導體晶體矽的表面噴墨印刷一層金屬陣列底層；或者在具有減反射層、ρ/η結的半導體晶體矽的表面上通過雷射刻出陣列凹槽並化學沉積金屬底層；步驟O)中所述的光源優選為D65光源；步驟O)中所述的照射的時間優選為10 40min ；步驟O)中所述的導線優為銅導線；步驟O)中所述的鍍液優選為銅溶液、銀溶液或金溶液；所述的銅溶液由以下組成組成焦磷酸銅50 150g/L、焦磷酸鉀250 350g/L、 檸檬酸銨10 15g/L、二氧化硒0. 006 0. 5g/L、2-巰基苯駢噻唑0. 001 0. 5g/L和2-巰基苯駢咪唑0. 001 0. lg/L ；或者由以下組成組成硫酸銅100 250g/L、硫酸50 150g/ L、氯化鉀100 200mg/L、聚乙二醇0.05 0. 3g/L和雙(二甲基硫代氨基)甲醯鋶丙烷磺酸鹽0. 02 0. 5g/L ；所述的銀溶液由以下組成組成硝酸銀30 40g/L、氰化鉀50 75g/L和碳酸鉀 20 95g/L ；所述的金溶液由以下組成組成亞硫酸鈉8 20g/L、硫代硫酸鈉15 30g/L和氯金酸10 30g/L ；步驟C3)所述的將表面處理劑附著於半導體晶體矽上的方式優選為①通過浸漬，將透明保護漆或化合物附著於半導體晶體矽上；化合物為咪唑類化合物或氮唑類化合物；②閃鍍金屬層；所述的透明保護漆優選為酚醛清漆、醇酸清漆、硝基清漆、環氧清漆或丙烯酸清漆中的至少一種；所述的金屬層優選為錫層；一種晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極，通過上述製備方法製備得到；所述的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極可用於製備太陽能電池組合板。本發明的原理光誘導沉積是利用具有p-n結半導體的光伏效應，利用光源的照射(如D65光源)，在半導體的p-n結兩側的ρ區產生空穴域和η區域產生電子，並利用其來還原金屬離子的一種方法，這種利用光生電子來還原金屬溶液中金屬離子的技術叫做光誘導沉積技術。這類技術不會因為基體被完全覆蓋後而停止反應。光誘導沉積與電沉積類似，前者是靠外部光源照射到基體上，通過光生電子來產生基體反應需要的電流，而後者是靠外電源提供。光誘導沉積技術作為傳統電沉積技術的一個新興分支，既有傳統電鍍的優點，又能夠解決傳統印刷和噴墨技術不能解決的問題。採用這種技術在矽太陽能表面製備微型金屬導線作為前電極，可以填補絲網印刷前電極難以製備微型列陣電極的缺陷。在光電誘導沉積過程中通過控制光照強度和電沉積時間來增加金屬導線的厚度，既能提高太陽能電池電極載流子收集能力，又能減少太陽能電池電極的串聯電阻和由此引起的功率損失，提高了太陽能電池的轉換效率。該發明技術的應用，能夠以最小的投入，通過提升電極列陣製作工藝來達到提高太陽能電池轉換效率的目的，具有重要的應用和推廣價值。而通過電沉積方法，可以製備出更細、更厚的電極來獲得更高的能量轉換效率，同時成本較低、操作簡單， 有利於太陽能電池技術的廣泛應用。本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果(1)本發明所提供的方法簡單，易掌握，所需工裝設備少，生產效率較高，成本較低，汙染較小。該方法彌補了現有絲印電極易斷裂的缺陷，同時克服了覆蓋面積大，操作複雜等缺點，降低了生產成本，提高了太陽能轉換效率、工藝簡單穩定。(2)本發明所提供的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極光亮、均勻、結合力好，而且槽液容易維護。(3)本發明不僅有良好的經濟效益，還有巨大的社會效益。


圖1是本發明所述的光誘導沉積的示意圖，其中1-電流表、2-導線、3-外置光源、4-前電極、5-鉬片、6_矽片、7_背電極密封層、 8-金屬溶液。圖2是實施例1中的晶體矽片的溝槽電鏡圖；其中(a)為沉積前；(b)為沉積後。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。實施例1(1)金屬底層的製備使用具有減反射膜和ρ/η結的晶體矽片，這些矽片厚度為 300μπι，長寬為15cmX15cm的方形常規矽片。絲網印刷方法在矽片後表面上提供鋁沉積以及在前表面通過噴墨印刷寬為30 μ m陣列電極的銀導電層並在700°C高溫爐中還原氣體保護下燒結合金化。(2)光誘導沉積把導線固定在步驟⑴製備的晶體矽片背電極上並與鉬片導通， 鍍液為銅溶液(由硫酸銅100g/L、硫酸50g/L、氯化鉀100mg/L、聚乙二醇0. 05g/L和雙(二甲基硫代氨基)甲醯鋶-1-丙烷磺酸鹽0.02g/L組成)。採用太陽模擬光源(D65光源) 照射前電極，進行光誘導沉積(如圖1所示，背電極為陰極，其與陽極連接)，沉積時間為 IOmin,即得到均勻的列陣電極。(3)表面處理及清洗把光誘導沉積後的晶體矽片用水漂洗，再用質量分數為2% 的三氮咪唑溶液浸漬1分鐘，進行表面防變色處理；然後清洗、烘乾，得到晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極。將光誘導前和光誘導後的晶體矽片進行電鏡掃描，結果如圖2所示，圖2(a)為沉積前，可見溝槽裡面沒有其他的東西；圖2(b)為沉積後，溝槽裡有一層金屬，說明發生了光誘導沉積。實施例2(1)金屬底層的製備在具有減反射膜的矽電池表面中用雷射切出微型陣列凹槽。每一個槽具有寬20μπι和深約3μπι的U型橫剖面。該凹槽之間的間距為1.5mm，在表面上分布的第一組共80個平行凹槽，以及垂直於表面凹槽並在具有彼此間隔6cm的兩束凹槽中接合第二組凹槽。第二組凹槽的槽寬為2mm，化學鍍金屬鎳層，並在400°C高溫爐中還原氣體保護下燒結合金化。(2)光誘導沉積把導線連接在步驟(1)製備的矽電池的背電極上和鉬片上，鍍液為銀溶液(由磺基水楊酸15g/L，硝酸銀3g/L、醋酸銨3g/L、氫氧化鉀lg/L，氨水調pH值9 組成)。採用太陽模擬光源(D65光源)照射前電極，進行光誘導沉積(如圖1所示)，沉積時間為20min，即得到均勻的列陣電極。(3)表面處理及清洗把光誘導沉積後的晶體矽片用水漂洗，再用環氧清漆浸泡， 進行表面防變色處理；然後清洗、烘乾，得到晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極。實施例3(1)金屬底層的製備使用具有減反射膜和ρ/η結的晶體矽片，這些矽片厚度為 300μπι，長寬為15cmX15cm的方形常規矽片。絲網印刷方法在矽片後表面上提供鋁沉積以及在前表面通過噴墨印刷寬為30 μ m陣列電極的銀導電層並在700°C高溫爐中還原氣體保護下燒結合金化。(2)光誘導沉積把導線連接步驟(1)製備的晶體矽片的背電極上和鉬片導通， 鍍液為銅溶液(由焦磷酸銅150g/L、焦磷酸鉀350g/L、檸檬酸銨15g/L、二氧化硒0. 5g/L、 2-巰基苯駢噻唑0. 5g/L和2-巰基苯駢咪唑0. lg/L組成)。採用太陽模擬光源(D65光源)照射前電極，進行光誘導沉積(如圖1所示)，沉積時間為20min，即得到均勻的列陣電極。(3)表面處理及清洗把光誘導沉積後的晶體矽片用水漂洗，再閃鍍一層金屬錫， 進行表面防變色處理；然後清洗、烘乾，得到晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極的製備方法，其特徵在於包括以下步驟(1)金屬底層的製備通過真空鍍、化學鍍、絲網印刷或者噴墨印刷的方法在具有減反射層、ρ/η結的半導體晶體矽的表面製備金屬底層；(2)光誘導沉積將步驟(1)得到的半導體晶體矽片置於鍍液中，將半導體晶體矽片的背電極通過導線與鉬片連接，利用光源對半導體晶體矽片的前電極進行照射，進行光誘導沉積；(3)表面處理及清洗將步驟( 處理後的半導體晶體矽用水衝洗，接著將表面處理劑附著於半導體晶體矽上；然後清洗、烘乾，得到晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極。
2.根據權利要求1所述的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極的製備方法，其特徵在於步驟(1)所述的減反射層為氮化矽減反射膜、多孔二氧化矽減反射膜、二氧化鈦減反射膜或MgF2/ZnS雙層減反射膜。
3.根據權利要求1所述的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極的製備方法，其特徵在於步驟(1)為在具有減反射層、ρ/η結的半導體晶體矽的表面噴墨印刷一層金屬陣列底層；或者在具有減反射層、ρ/η結的半導體晶體矽的表面上通過雷射刻出陣列凹槽並化學沉積金屬底層。
4.根據權利要求1所述的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極的製備方法，其特徵在於步驟⑵中所述的光源為D65光源；步驟O)中所述的照射的時間為10 40min ；步驟O)中所述的導線為銅導線；步驟O)中所述的鍍液為銅溶液、銀溶液或金溶液；所述的銅溶液由以下組成組成焦磷酸銅50 150g/L、焦磷酸鉀250 350g/L、檸檬酸銨10 15g/L、二氧化硒0. 006 0. 5g/L、2-巰基苯駢噻唑0. 001 0. 5g/L和2-巰基苯駢咪唑0. 001 0. lg/L ；或者由以下組成組成硫酸銅100 250g/L、硫酸50 150g/L、氯化鉀100 200mg/L、聚乙二醇0. 05 0. 3g/L和雙(二甲基硫代氨基)甲醯鋶丙烷磺酸鹽0. 02 0. 5g/L ；所述的銀溶液由以下組成組成硝酸銀30 40g/L、氰化鉀50 75g/L和碳酸鉀20 95g/L ；所述的金溶液由以下組成組成亞硫酸鈉8 20g/L、硫代硫酸鈉15 30g/L和氯金酸 10 30g/L。
5.根據權利要求1所述的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極的製備方法，其特徵在於步驟C3)所述的將表面處理劑附著於半導體晶體矽上的方式為①通過浸漬，將透明保護漆或化合物附著於半導體晶體矽上；化合物為咪唑類化合物或氮唑類化合物；②閃鍍金屬層。
6.根據權利要求5所述的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極的製備方法，其特徵在於所述的透明保護漆為酚醛清漆、醇酸清漆、硝基清漆、環氧清漆或丙烯酸清漆中的至少一種；所述的金屬層為錫層。
7.一種晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極，通過權利要求1 6任一項所述的製備方法製備得到。
8.權利要求7所述的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極在太陽能電池組合板中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極及其製備方法與應用。本發明通過將含有金屬底層的半導體晶體矽片置於鍍液中，含有金屬底層的半導體晶體矽片的背電極通過導線與鉑片連接，其前電極被光源進行照射，進行光誘導沉積；將光誘導沉積的半導體晶體矽用水衝洗，接著將表面處理劑附著於半導體晶體矽上；然後清洗、烘乾，得到晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極。本發明所提供的方法簡單，易掌握，所需設備少，生產效率較高，成本較低，汙染較小，提高了太陽能轉換效率、工藝簡單穩定；得到的晶體矽太陽能電池柵狀陣列電極光亮、均勻、結合力好，而且槽液容易維護。本發明不僅有良好的經濟效益，還有巨大的社會效益。
文檔編號H01L31/0224GK102569525SQ201210037810
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月17日 優先權日2012年2月17日
發明者李偉善, 羅建成, 莫燁強, 黃啟明 申請人:華南師範大學