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CN111509085A - 一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统及其应用 - Google Patents

一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统及其应用 Download PDF

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CN111509085A CN202010254905.7A CN202010254905A CN111509085A CN 111509085 A CN111509085 A CN 111509085A CN 202010254905 A CN202010254905 A CN 202010254905A CN 111509085 A CN111509085 A CN 111509085A
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赵科良
王大林
寇航周
任军刚
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赵莹
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Abstract

本发明涉及一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统及其应用,该系统包括浆料存储装置(1)、喷涂装置(2)和掩膜(3),所述的浆料存储装置(1)和喷涂装置(2)通过管道连接,所述的掩膜(3)设于喷涂装置(2)和太阳能电池电极之间。该系统通过:(1)充分混合浆料;(2)种子层的制作;(3)导电传输层的制作;(4)共烧工艺:栅线(4)制作完成后,将电极进行加热烧结,形成超高效太阳能电池电极。与现有技术相比,本发明制作的多层电极,电极致密性好,栅线电极堆积流平性好,有利于电流的传输,降低了贵金属用量,极大的节约成本,提升作业良率。

Description

一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统及其应用
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域,尤其是涉及一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统及其应用。
背景技术
目前,随着光伏发电技术的不断创新及发展,对光电转换效率的要求越来越高。一方面,在硅基电池上,如现在的Perc(钝化发射极背面接触)技术,HIT(异质结电池)技术,Topcon(隧穿氧化层钝化电池)技术,N-type技术等,需要做出工艺改善外,另外一方面需要在印刷工艺上做调整,主要方法是降低栅线,即电极宽度,同时增加栅线,即电极高度,主要目的是减少遮光损失,降低串联电阻,从而提升光电转化效率。
针对目前的太阳能电池电极制备工艺,主要还是采用传统的丝网印刷工艺,在转化率提升电极改善上还是通过调整,网版目数,丝网线径,栅线宽度,乳剂厚度等网版参数或工艺,达到改善栅线线型,最佳高宽比的目的。近两年来看,无网结、低网结或少网结技术的发展在一定程度上减少了纬线数量,但是经线数量始终无法避免,同时受到不同浆料流平性能的差异,电极无法达到最佳形态,如图4,从而导致转化效率在电极上的应用并未发挥到最佳。
目前的电极制作全部采用单一贵金属,成本高,经过印刷一次成型,且成型后水平高度落差分布大,高度低点,电阻值容易偏高,从而影响电子传输,转化效率受到制约,如图5-6。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电极致密性好,栅线电极堆积流平性好,有利于电流的传输,降低了贵金属用量,极大的节约成本,提升作业良率的超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统及其应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,该系统包括浆料存储装置、喷涂装置和避免栅线以外的区域污染的掩膜,所述的浆料存储装置和喷涂装置通过管道连接,所述的掩膜设于喷涂装置和太阳能电池电极之间。
进一步地,所述的太阳能电池电极包括栅线、载体和基板,所述的栅线位于载体上方,所述的载体位于基板上方,所述的掩膜设于喷涂装置和载体之间。在浆料存储装置内将浆料分散,使浆料处于旋漂状态,然后通过喷涂装置将浆料喷射透过掩膜,使载体上形成栅线,进而制作超高效太阳能电池电极。
进一步地,所述的栅线包括种子层和电流收集及传输的导电传输层,所述的种子层与载体抵接,使浆料与载体形成电极基层,经过烧结工艺形成金属接触层,达到良好的欧姆接触,所述的导电传输层与种子层抵接。
进一步地,所述的浆料存储装置包括种子层浆料罐和至少两个导电层浆料罐,所述的种子层浆料罐和副浆料罐分别通过管道与喷涂装置管道连接,所述的种子层浆料罐中存储有喷涂形成种子层的种子浆料,主要为银等高导电性材料,不同的导电层浆料罐中存储有不同固含量、不同粘度或不同材料,最终组合喷涂形成导电传输层的各种导电层浆料,其主要作用是形成栅线的多层堆积,增加烧结后栅线的致密性,同时优化栅线线型,达到最佳的高宽比,从而最大限度的提供电流传输,同时降低因栅线塌陷等因素造成的遮光损失。
进一步地,所述的浆料存储装置包括种子层浆料罐、第一导电层浆料罐和第二导电层浆料罐,所述的种子层浆料罐、第一导电层浆料罐和第二导电层浆料罐分别通过第一管道、第二管道和第三管道与喷涂装置管道连接,所述的第一管道、第二管道和第三管道分别设有第一阀门、第二阀门和第三阀门。
进一步地,所述的喷涂装置包括移动式喷头转换器,该喷头转换器上设有喷涂半径可变的种子层喷头和至少两个导电层喷头。在喷涂过程中,喷头转换器的运行轨迹参考掩膜的尺寸决定,如果任一个喷头的喷涂半径可以达到掩膜的尺寸,可以只采用旋转交替变化的方式变更各个喷头即可,如果任一个喷头的喷涂半径无法达到掩膜的尺寸,则可以通过喷头转换器的移动,使喷头采用类似逐行扫描的方式或者印刷载自动化扫描方式实现喷涂,使浆料按照设计要求喷涂在载体上,逐渐形成栅线。
进一步地,所述的喷涂装置包括移动式喷头转换器,该喷头转换器上设有喷涂半径可变的种子层喷头、第一导电层喷头和第二导电层喷头。
进一步地,所述的掩膜上开设有与栅线形状匹配的镂空条纹,镂空条纹的形状可以根据栅线的设计图形提供匹配,其主要作用是能更好地保护栅线以外的区域,从而避免其它区域污染,能很好的提升产品合格率。
一种如上所述的超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统的应用,该系统应用于超高效太阳能电池电极的制备,包括以下步骤:
(1)装置启动;启动存储装置,使种子层浆料罐和副浆料罐处于高压旋浮状态,并充分混合;
(2)种子层的制作:开启第一阀门,使种子层浆料经过第一管道,进入喷头转换器,然后使种子层喷头对准载体,进行逐行扫描喷涂作业,得到种子层;种子层的喷涂膜厚控制在5±2μm;
(3)导电传输层的制作:更换掩膜,并使导电层浆料罐中的导电层浆料经过管道,进入喷头转换器,然后使导电层喷头对准种子层,进行逐行扫描喷涂作业,得到导电传输层,进而完成栅线的制作;
(4)共烧工艺:栅线制作完成后,用高温多段烧结炉,将电极进行加热烧结,形成超高效太阳能电池电极。其中,种子层与载体形成良好的欧姆接触,同时,导电传输层形成金属合金,从而具备良好的导电性。
进一步地,所述的充分混合的时间为20-30min,混合时间根据浆料的固含量,粘度设定等特性设定,所述的扫描喷涂压力为60-100N,所述的加热烧结的温度为700-760℃。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)由于不同的导电层浆料罐中存储有不同固含量、不同粘度或不同材料,最终组合喷涂形成导电传输层的各种导电层浆料,就可以形成栅线的多层堆积,进而增加烧结后栅线的致密性,同时优化栅线线型,达到最佳的高宽比,从而最大限度的提供电流传输,同时降低因栅线塌陷等因素造成的遮光损失;
(2)喷涂装置设有移动式喷头转换器,使得在喷涂过程中,喷头转换器的运行轨迹参考掩膜的尺寸决定,如果任一个喷头的喷涂半径可以达到掩膜的尺寸,可以只采用旋转交替变化的方式变更各个喷头即可,如果任一个喷头的喷涂半径无法达到掩膜的尺寸,则可以通过喷头转换器的移动,使喷头采用类似逐行扫描的方式或者印刷载自动化扫描方式实现喷涂,使浆料按照设计要求喷涂在载体上,逐渐形成栅线,喷涂装置的可移动、可扫描的特性使得栅线制备更加灵活,尺寸更加可控;
(3)掩膜上开设有与栅线形状匹配的镂空条纹,镂空条纹的形状可以根据栅线的设计图形提供匹配,其主要作用是能更好地保护栅线以外的区域,从而避免其它区域污染,能很好的提升产品合格率;
(4)本发明完全不同于现有的印刷工艺,采用高压喷涂制作多层导电传输层,使得电极整体致密性好,栅线堆积流平性好,有利于电流的传输;同时多层堆积栅线不容易坍塌,降低了烧结后的遮光损失,很大程度的提升了光电转化效率;
(5)本发明在先制备种子层时可以通过喷涂的方法精确控制种子层厚度为5±2μm,此时使用的种子层浆料的用量小于现有技术用量的1/3,节约了成本。在导电传输层制备时,采用逐层的喷涂的手法累积栅线高度,把原来一次可以完成的步骤分步实现,这样一来,每步的误差基本小于0.3μm或者更低,这样做可以增加栅线的致密性,同时避免栅线的坍塌变形;通过喷涂制备的多层栅线可以降低串联电阻,提高填充因子,同时提高转换效率;
(6)逐层扫描喷涂的另外一个好处是,使得各个栅线的高低起伏落差降低,一般印刷方式不好控制,导致各个栅线的高度落差在5μm或者以上,采用本发明逐步喷涂作业方式,各个栅线高度差异可以控制在2-3μm以内,从而增加传输截面面积,降低传输电阻;
(7)本发明采用多种混合金属制作电极,降低了贵金属用量,极大的节约成本,且对浆料要求降低,不需要浆料有较好的塑型及过高的固含量,同时有掩膜保护,可以降低硅片污染,提升作业良率。
附图说明
图1为实施例1中喷涂系统示意图;
图2为采用实施例1中喷涂系统示意图喷涂形成的栅线示意图;
图3为采用实施例1中喷涂系统示意图喷涂形成的栅线剖视图;
图4为现有技术中丝网印刷设备示意图;
图5为现有技术中丝网印刷设备形成的栅线示意图;
图6为现有技术中丝网印刷设备形成的栅线剖视图;
图中标号所示:浆料存储装置1、种子层浆料罐11、第一管道111、第一阀门112、第一导电层浆料罐12、第二管道121、第二阀门122、第二导电层浆料罐13、第三管道131、第三阀门132、喷涂装置2、喷头转换器21、种子层喷头211、第一导电层喷头212、第二导电层喷头213、掩膜3、镂空条纹31、栅线4、种子层41、导电传输层42、载体5、基板6。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,如图1,该系统包括浆料存储装置1、喷涂装置2和避免栅线4以外的区域污染的掩膜3,浆料存储装置1和喷涂装置2通过管道连接,掩膜3设于喷涂装置2和太阳能电池电极之间。
太阳能电池电极包括栅线4、载体5和基板6,栅线4位于载体5上方,载体5位于基板6上方,掩膜3设于喷涂装置2和载体5之间。在浆料存储装置1内将浆料分散,使浆料处于旋漂状态,然后通过喷涂装置2将浆料喷射透过掩膜3,使载体5上形成栅线4,进而制作超高效太阳能电池电极。栅线4包括种子层41和电流收集及传输的导电传输层42,种子层41与载体5抵接,使浆料与载体5形成电极基层,经过烧结工艺形成金属接触层,达到良好的欧姆接触,导电传输层42与种子层41抵接。导电传输层42含有三个子层。
浆料存储装置1包括种子层浆料罐11、第一导电层浆料罐12和第二导电层浆料罐13,种子层浆料罐11、第一导电层浆料罐12和第二导电层浆料罐13分别通过第一管道111、第二管道121和第三管道131与喷涂装置2管道连接,第一管道111、第二管道121和第三管道131分别设有第一阀门112、第二阀门122和第三阀门132。种子层浆料罐11中存储有喷涂形成种子层41的种子浆料,主要为银等高导电性材料,第一导电层浆料罐12和第二导电层浆料罐13中存储有不同固含量、不同粘度或不同材料,最终组合喷涂形成导电传输层42的各种导电层浆料,其主要作用是形成栅线4的多层堆积,增加烧结后栅线4的致密性,同时优化栅线4线型,达到最佳的高宽比,从而最大限度的提供电流传输,同时降低因栅线4塌陷等因素造成的遮光损失。
喷涂装置2包括移动式喷头转换器21,该喷头转换器21上设有喷涂半径可变的种子层喷头211、第一导电层喷头212和第二导电层喷头213。在喷涂过程中,喷头转换器21的运行轨迹参考掩膜3的尺寸决定,如果任一个喷头的喷涂半径可以达到掩膜3的尺寸,可以只采用旋转交替变化的方式变更各个喷头即可,如果任一个喷头的喷涂半径无法达到掩膜3的尺寸,则可以通过喷头转换器21的移动,使喷头采用类似逐行扫描的方式或者印刷载自动化扫描方式实现喷涂,使浆料按照设计要求喷涂在载体5上,逐渐形成栅线4。
掩膜3上开设有与栅线4形状匹配的镂空条纹31,镂空条纹31的形状可以根据栅线4的设计图形提供匹配,其主要作用是能更好地保护栅线4以外的区域,从而避免其它区域污染,能很好的提升产品合格率。
利用上述喷涂系统制备超高效太阳能电池电极,该电极的导电传输层42含有三个子层,如图2-3,包括以下步骤:
(1)装置启动;启动存储装置1,使种子层浆料罐11和副浆料罐处于高压旋浮状态,并充分混合,充分混合的时间为20-30min,混合时间根据浆料的固含量,粘度设定等特性设定;
(2)种子层的制作:开启第一阀门112,使种子层浆料经过第一管道111,进入喷头转换器21,然后使种子层喷头211对准载体5,进行逐行扫描喷涂作业,扫描喷涂压力为60-100N,得到种子层41;种子层41的喷涂膜厚控制在5±2μm;
(3)导电传输层第一子层的制作:更换掩膜3,开启第二阀门122,并使第一导电层浆料罐12中的导电层浆料经过第二管道121,进入喷头转换器21,然后使第一导电层喷头212对准种子层41,进行逐行扫描喷涂作业,扫描喷涂压力为60-100N,得到导电传输层第一子层;种子层41加上第一子层的膜厚为10±2μm;
(4)导电传输层第二子层的制作:更换掩膜3,开启第三阀门132,并使第二导电层浆料罐13中的导电层浆料经过第三管道131,进入喷头转换器21,然后使第二导电层喷头213对导电传输层第一子层,进行逐行扫描喷涂作业,扫描喷涂压力为60-100N,得到导电传输层第二子层;种子层41加上第一子层再加上第二子层膜厚为15±1.5μm;
(5)导电传输层第三子层的制作:更换掩膜3,开启第二阀门122,并使第一导电层浆料罐12中的导电层浆料经过第二管道121,进入喷头转换器21,然后使第一导电层喷头212对准导电传输层第二子层,进行逐行扫描喷涂作业,扫描喷涂压力为60-100N,得到导电传输层第三子层;完成导电传输层42的制作,进而完成栅线4的制作;
(6)共烧工艺:栅线4制作完成后,用高温多段烧结炉,将电极进行700-760℃加热烧结,形成超高效太阳能电池电极。其中,种子层41与载体5形成良好的欧姆接触,同时,导电传输层42形成金属合金,从而具备良好的导电性。

Claims (10)

1.一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,其特征在于,该系统包括浆料存储装置(1)、喷涂装置(2)和掩膜(3),所述的浆料存储装置(1)和喷涂装置(2)通过管道连接,所述的掩膜(3)设于喷涂装置(2)和太阳能电池电极之间。
2.根据权利要求1所述的一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,其特征在于,所述的太阳能电池电极包括栅线(4)、载体(5)和基板(6),所述的栅线(4)位于载体(5)上方,所述的载体(5)位于基板(6)上方,所述的掩膜(3)设于喷涂装置(2)和载体(5)之间。
3.根据权利要求2所述的一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,其特征在于,所述的栅线(4)包括种子层(41)和电流收集及传输的导电传输层(42),所述的种子层(41)与载体(5)抵接,所述的导电传输层(42)与种子层(41)抵接。
4.根据权利要求2所述的一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,其特征在于,所述的掩膜(3)上开设有与栅线(4)形状匹配的镂空条纹(31)。
5.根据权利要求1所述的一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,其特征在于,所述的浆料存储装置(1)包括种子层浆料罐(11)和至少两个导电层浆料罐,所述的种子层浆料罐(11)和副浆料罐分别通过管道与喷涂装置(2)管道连接。
6.根据权利要求1所述的一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,其特征在于,所述的浆料存储装置(1)包括种子层浆料罐(11)、第一导电层浆料罐(12)和第二导电层浆料罐(13),所述的种子层浆料罐(11)、第一导电层浆料罐(12)和第二导电层浆料罐(13)分别通过第一管道(111)、第二管道(121)和第三管道(131)与喷涂装置(2)管道连接,所述的第一管道(111)、第二管道(121)和第三管道(131)分别设有第一阀门(112)、第二阀门(122)和第三阀门(132)。
7.根据权利要求1所述的一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,其特征在于,所述的喷涂装置(2)包括移动式喷头转换器(21),该喷头转换器(21)上设有喷涂半径可变的种子层喷头(211)和至少两个导电层喷头。
8.根据权利要求1所述的一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统,其特征在于,所述的喷涂装置(2)包括移动式喷头转换器(21),该喷头转换器(21)上设有喷涂半径可变的种子层喷头(211)、第一导电层喷头(212)和第二导电层喷头(213)。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统的应用,其特征在于,该系统应用于超高效太阳能电池电极的制备,包括以下步骤:
(1)装置启动;启动存储装置(1),使种子层浆料罐(11)和副浆料罐处于高压旋浮状态,并充分混合;
(2)种子层的制作:开启第一阀门(112),使种子层浆料经过第一管道(111),进入喷头转换器(21),然后使种子层喷头(211)对准载体(5),进行逐行扫描喷涂作业,得到种子层(41);
(3)导电传输层的制作:更换掩膜(3),并使导电层浆料罐中的导电层浆料经过管道,进入喷头转换器(21),然后使导电层喷头对准种子层(41),进行逐行扫描喷涂作业,得到导电传输层(42),进而完成栅线(4)的制作;
(4)共烧工艺:栅线(4)制作完成后,将电极进行加热烧结,形成超高效太阳能电池电极。
10.根据权利要求9所述的一种超高效太阳能电池电极制备用喷涂系统的应用,其特征在于,所述的充分混合的时间为20-30min,所述的扫描喷涂压力为60-100N,所述的加热烧结的温度为700-760℃。
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