低成本、高效的太阳能电池栅线电极的制备方法与流程

1.本发明涉及光伏电池领域，具体涉及一种低成本、高效的太阳能电池栅 线电极的制备方法。


背景技术：

2.进一步推广光伏应用的关键是提高太阳能电池片的光电转换效率以及降低 电池片的制作成本。对于太阳能电池来说，为了获得尽可能高的光电转化效率， 对电池的结构必须进行详细设计。其中栅线是不可或缺的一部分，负责将电池 体内的光生电流引到电池外部。栅线电极目前使用最多的是丝印导电银浆为主， 缺点是银浆价格高昂，消耗量大，成本难以降低，印刷工艺难以进一步提高高 宽比，遮光面积较大，影响电池片对光的吸收，进而影响光电转化效率。
3.目前太阳能电池栅线改进工艺主要包括以下几种：(1)激光转印技术，激 光转印为非接触式印刷，可以避免挤压式印刷存在的隐裂、破片、污染、划伤 等问题，以及提高栅线的高宽比，但该工艺制备得到的栅线的电阻率没有改善， 且对设备要求高，前期投入大，工艺稳定性和生产效率欠佳；(2)电镀工艺， 该工艺可进一步提高栅线的高宽比，但制备工艺复杂，难以实现工业化；(3) 高温焊接金属线，通过在金属线外面包裹低温金属，再通过高温焊接至电池片 上，该方法制备的栅线稳定性不够，且制备效率低，操作过程易损伤电池片。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种低成本、高效的太阳能电池栅线电极 的制备方法，利用具有良好兼容性的热熔胶在太阳能电池片上固定金属线形成 主栅，降低光伏银浆的使用量、提高光透过率，同时提高了金属线与电池片之 间的焊接拉力；此外，利用导电浆料在主栅和副栅的部分或全部交点处设置粘 结点，降低主栅与副栅之间的搭接电阻，提高光电转换效率。
5.为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种低成本、高效的太阳能电池栅线电极的制备方法，主要 包括以下两种方法：
7.其中，方法一包括以下步骤：
8.(1)在太阳能电池片表面根据预设图案丝网印刷热熔胶，然后在热熔胶的 路径上布设金属线，冷却固定后形成主栅；所述热熔胶在太阳能电池片表面上 沿着主栅方向连续或间断式印刷；
9.(2)在制备主栅后的太阳能电池片表面根据预设图案丝网印刷光伏浆料， 固化处理后形成副栅；其中，主栅与副栅交点处的光伏浆料覆盖面积大于或等 于交点面积；或，
10.在制备主栅后的太阳能电池片表面根据预设图案丝网印刷光伏浆料，固化 处理后形成副栅，再将导电浆料通过丝网印刷、点胶或喷墨的方式印刷、点涂 或喷涂在主栅和
副栅的部分或全部交点处作为粘结点，所述粘结点完全覆盖相 应交点，固化处理后得到所述太阳能电池栅线电极；
11.所述主栅与所述副栅互相垂直相交。
12.进一步地，当热熔胶在太阳能电池片表面上沿着主栅方向间断式印刷时， 一根金属线与太阳能电池片表面之间至少设置两段热熔胶，所述热熔胶分别设 置于金属线的两端。
13.进一步地，所述热熔胶设置于副栅中每相连两根细栅线之间，与细栅无重 合部分。
14.进一步地，所述金属线的直径小于热熔胶的宽度，使金属线通过热熔胶与 太阳能电池片充分粘结。
15.进一步地，所述金属线为铜线、银线、铝线、锡包铜线、锡铋合金包铜线 或银包铜线。
16.进一步地，所述热熔胶冷却成型后的透光率不低于95％。
17.进一步丝，所述光伏银浆为低温光伏浆料，固化处理的温度为130-230℃。
18.进一步地，所述低温光伏浆料为低温银浆、低温银包铜浆或低温银铝浆。
19.进一步地，导电浆料为导电浆、导电膏或导电胶，所述导电浆料的固化温 度为70-200℃。
20.进一步地，所述导电浆料的固化处理温度小于热熔胶的软化温度。
21.进一步地，所述粘结点的形状为圆形、椭圆形、矩形或菱形。
22.进一步地，方法一适用于低温工艺制备的太阳能电池，例如hjt电池。
23.方法二包括以下步骤：
24.(1)在太阳能电池片表面根据预设图案丝网印刷光伏浆料，固化处理后形 成副栅；
25.(2)在制备副栅后的太阳能电池片表面根据预设图案丝网印刷热熔胶，然 后在热熔胶的路径上布设金属线，冷却固定后形成主栅；所述热熔胶在太阳能 电池片表面上沿着主栅方向连续或间断式印刷；
26.(3)将导电浆料通过丝网印刷、点胶或喷墨的方式印刷、点涂或喷涂在主 栅和副栅的部分或全部交点处作为粘结点，所述粘结点完全覆盖相应交点，固 化处理后得到所述太阳能电池栅线电极；
27.所述主栅与所述副栅互相垂直相交。
28.进一步地，方法二中，所述光伏浆料为低温光伏浆料或高温光伏浆料；当 所述光伏浆料为低温光伏浆料时，所述固化处理的温度为130-230℃；当所述 光伏浆料为高温光伏浆料时，所述固化处理的温度为500-900℃。
29.进一步地，所述低温光伏浆料为低温银浆、低温银包铜浆或低温银铝浆， 所述高温光伏浆料为银浆、银包铜浆或银铝浆。
30.进一步地，方法二中，当热熔胶在太阳能电池片表面上沿着主栅方向间断 式印刷时，一根金属线与太阳能电池片表面之间至少设置两段热熔胶，所述热 熔胶分别设置于金属线的两端。
31.进一步地，方法二中，所述热熔胶设置于副栅中每相连两根细栅线之间， 与细栅
无重合部分。
32.进一步地，方法二中，所述金属线的直径小于热熔胶的宽度，使金属线通 过热熔胶与太阳能电池片充分粘结。
33.进一步地，方法二中，所述金属线为铜线、银线、铝线、锡线、锡包铜线、 锡铋合金包铜线或银包铜线。
34.进一步地，方法二中，所述热熔胶冷却成型后的透光率不低于95％。
35.进一步地，方法二中，导电浆料为导电浆、导电膏或导电胶，所述导电浆 料的固化温度为70-200℃。
36.进一步地，方法二中，所述导电浆料的固化处理温度小于热熔胶的软化点； 若导电浆料的固化温度大于热熔胶的软化点，会影响热熔胶对金属线的固定。
37.进一步地，方法二中，所述粘结点的形状为圆形、椭圆形、矩形或菱形。
38.进一步地，方法二适用于低温工艺或高温工艺制备的太阳能电池。
39.在上述方法一和方法二中，所述交点面积为主栅线的宽
×
副栅线的宽。
40.进一步地，优选热熔胶与副栅无相交的结构，避免热熔胶影响副栅与电池 片之间的搭接或影响金属线与副栅之间的搭接性能。
41.进一步地，根据预设图案设计丝网印刷的网板，然后将热熔胶、光伏浆料 或导电浆料通过网版将预设图案印刷至太阳能电池片上。
42.进一步地，通过调整粘结点的大小，可实现粘结点固定副栅与金属线的同 时部分与硅片相粘结，提高栅线电极与太阳能电池片的连接。
43.上述方法一或方法二中，通过预先设计的结构，将热熔胶与光伏浆料印刷 至太阳能电池片上，用于粘结金属线与电池片，形成主栅，印刷的光伏浆料固 化处理后形成副栅；然后在部分或全部的主栅和副栅的交点处增加粘结点，可 进一步降低主栅和副栅之间的搭接电阻以及提高栅线电极与太阳能电池片的焊 接拉力。
44.本发明的有益效果在于：
45.1.本发明提供了两种太阳能电池栅线电极的制备方法，满足低温工艺、高 温工艺太阳能电池的制备；采用具有兼容性好的热熔胶结合结构的设计，用于 固定金属线，提高金属线与电池片之间的焊接拉力，且电池片上印刷的热熔胶 降低了后续工艺中电池片隐裂的几率；同时通过结构设计使热熔胶与副栅不相 交，有效避免热熔胶影响副栅与电池片之间的搭接或与金属线之间的搭接。另 外，在主栅和副栅的部分或全部交点处通过涂覆导电浆料来增强主栅与副栅之 间的搭接，同时进一步提高整体的栅线电极与太阳能电池焊接拉力，制备得到 具有搭接电阻低、稳定性好的栅线电极。
46.2.较之丝印光伏银浆制备的主栅，本发明利用高宽比大、电阻率低的金属 线作为栅线电极的主栅，并利用具有高透光率的热熔胶固定，增加了光照面积， 有利于提高光电转换效率；且较之光伏银浆尤其是低温银浆，采用金属线替代 光伏银浆降低了太阳能电池栅线电极的制作成本。
47.3.本发明提供的两种太阳能电池栅线电极的制备方法，提效明显，涉及的 相关制备工艺成熟，适用于产业化量产。
附图说明
48.图1为两种太阳能电池栅线电极的制备工艺简易流程图；
49.图2为实施例1制备的栅线电极的结构示意图；
50.图3为实施例1制备的栅线电极的局部结构的放大示意图；
51.图4为一种栅线电极的局部结构的放大示意图。
具体实施方式
52.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人 员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
53.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
54.本发明涉及的化合物合成中，原料比例以及纯化方法采用常规比例或者常 规纯化方法，实施例及对比例中制备的化合物均通过核磁、碳谱以及高分辨质 谱验证产物结构的正确性。
55.以下实施例及对比例均以hjt166太阳能电池为例，其中光伏浆料和导电 浆料均采用常规的hjt银浆，栅线电极的副栅的栅线条数相同，100条。
56.实施例1
57.本实施例涉及一种hjt166太阳能电池栅线电极的制备，采用如图1所示 的方案一，具体制备过程如下：
58.(1)首先在hjt166太阳能电池透明导电氧化物薄膜(tco)上根据预设 的图案丝网印刷18条长300μm、宽度100μm的热熔胶，然后用全自动金属线 打印机在热熔胶路径上布设直径为30μm的铜线，固化得到主栅；
59.(2)在制备好主栅的tco上根据预设的图案丝网印刷hjt银浆，在 180℃下加热固化20min，得到副栅线；
60.(3)最后在主栅和副栅线交叉的位置印刷直径为100μm圆形hjt银浆， 180℃下加热固化20min，制备得到如图2所示的栅线电极。
61.实施例2
62.本实施例涉及一种hjt166太阳能电池栅线电极的制备，采用如图1所示 的方案一，具体制备过程如下：
63.(1)首先在hjt166太阳能电池tco上根据预设的图案丝网印刷13条长 300μm、宽度100μm热熔胶，然后用全自动金属线打印机在热熔胶路径上布 设直径为40μm的铜线，固化得到主栅；
64.(2)在制备好主栅的tco上根据预设的图案丝网印刷hjt银浆，在 180℃下加热固化20min，得到副栅线；
65.(3)最后在主栅和副栅线交叉的位置印刷直径为100μm圆形hjt银浆， 180℃下加热固化20min，制备得到如图2所示的栅线电极。
66.实施例3
67.本实施例涉及一种hjt166太阳能电池栅线电极的制备，采用如图1所示 的方案一，具体制备过程如下：
68.(1)首先在hjt166太阳能电池tco上根据预设的图案丝网印刷9条长 300μm、宽度100μm热熔胶，然后用全自动金属线打印机在热熔胶路径上布 设直径为50μm的铜线，固化得到主栅；
69.(2)在制备好主栅的tco上根据预设的图案丝网印刷hjt银浆，在 180℃下加热固化20min，得到副栅线；
70.(3)最后在主栅和副栅线交叉的位置印刷直径为100μm圆形hjt银浆， 180℃下加热固化20min，制备得到如图2所示的栅线电极。
71.实施例4
72.本实施例涉及一种hjt166太阳能电池栅线电极的制备，采用如图1所示 的方案二，具体制备过程如下：
73.(1)首先在hjt166太阳能电池tco上根据预设的图案丝网印刷hjt银 浆，在180℃下加热固化20min，得到副栅线；
74.(2)在制备好副栅的tco上根据预设的图案丝网印刷9条长300μm、宽 度100μm热熔胶，然后用全自动金属线打印机在热熔胶路径上布设直径为50 μm的铜线，固化得到主栅。
75.(3)最后在主栅和副栅线交叉的位置印刷直径为100μm圆形hjt银浆， 180℃下加热固化20min，制备得到如图2所示的栅线电极。
76.实施例5
77.本实施例涉及一种hjt166太阳能电池栅线电极的制备，采用如图1所示 的方案一，具体制备过程如下：
78.(1)首先在hjt166太阳能电池tco上根据预设的图案丝网印刷9条长 300μm、宽度100μm热熔胶，然后用全自动金属线打印机在热熔胶路径上布 设直径为50μm的锡包铜线，固化得到主栅；
79.(2)在制备好主栅的tco上根据预设的图案丝网印刷hjt银浆，在 180℃下加热固化20min，得到副栅线；
80.(4)最后在主栅和副栅线交叉的位置印刷直径为100μm圆形hjt银浆， 180℃下加热固化20min，制备得到如图2所示的栅线电极。
81.对比例1
82.本对比例涉及一种hjt166太阳能电池栅线电极的制备，具体如下：
83.将银浆通过丝网印刷按照预设图案印刷至hjt电池的tco表面上，在 180℃下烘烤30min，银浆在tco表面固化形成电极，主栅的条数为9条， 主栅线宽为200μm，副栅栅线的宽度为50μm。
84.性能表征
85.对比上述实施例及对比例制备栅线电极的成本差、光照面积及其hjt电池 的光电转化效率，光电转化效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能 量转换效率，等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比。 具体的测试条件为：将太阳能电池置于am1.5模拟太阳光光谱条件、 100mw/cm2的光源强度照射下，25℃，计算产生的最大转换效率与入射到太阳 能电池表面的能量之比。相关参数及结果如下表1所示。
86.表1实施例与对比例中hjt电池的工艺参数、制作成本及光电性能对比
[0087][0088]
*：实施例1～5的主栅面积是相对于对比例1的主栅面积比值。
[0089]
采用本发明所述的两种工艺，将高宽比大的金属线作为主栅，较之银浆作 为主栅的对比例1，增加了光的透过率，且大幅度降低了栅线电极的材料成本； 以对比例1的光照面积、转化效率为基准，实施例1～5制备的栅线电极的主栅 面积大幅度降低，光透过率提高，且金属线的导电性高，栅线之间(主栅与副 栅)以及栅线与太阳能电池片之间的搭接性能好，使具有实施例1～5制备的栅 线电极的太阳能电池的光电转换效率未下降，反而优于对比例1中完全由hjt 低温银浆制备的栅线电极。
[0090]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的 保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或 变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。