一种太阳能电池电极的制备方法
阅读说明：本技术 一种太阳能电池电极的制备方法 (Preparation method of solar cell electrode ) 是由 殷志豪 彭颖杰 陈娜娜 高绪彬 潘克菲 姜锴 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种太阳能电池电极的制备方法,包括以下步骤：在基底表面设置两层可分离的压印胶层；在压印胶层上制备预设图案的凹槽；将具有凹槽结构的胶层面贴附在太阳能电池片上,分离胶层,在电池表面形成预设图案的沟槽；在沟槽中填充银浆,固化并去除胶层,形成预设图案的银电极。通过在压印胶层上增加纳米银线层并结合上述方法,在HJT电池表面制作电极的同时增加纳米银线层。上述方法可通过对压印模板及胶层厚度的设计来控制电极的高宽比,降低栅线电极的宽度,增加电池片的光照面积以提高转化效率；较之传统丝网印刷工艺,该工艺减少了电极制作过程对电池片的机械损伤,降低了产品的不良率。(The invention discloses a preparation method of a solar cell electrode, which comprises the following steps: arranging two separable imprinting adhesive layers on the surface of a substrate; preparing a groove with a preset pattern on the imprinting adhesive layer; attaching the adhesive layer surface with the groove structure on the solar cell, separating the adhesive layer, and forming a groove with a preset pattern on the surface of the cell; and filling silver paste in the groove, solidifying and removing the adhesive layer to form a silver electrode with a preset pattern. By adding the nano silver wire layer on the imprinting adhesive layer and combining the method, the nano silver wire layer is added while the electrode is manufactured on the surface of the HJT battery. According to the method, the height-width ratio of the electrode can be controlled by designing the thickness of the imprinting template and the glue layer, the width of the grid line electrode is reduced, and the illumination area of the cell is increased so as to improve the conversion efficiency; compared with the traditional screen printing process, the process reduces the mechanical damage to the battery plate in the electrode manufacturing process and reduces the reject ratio of products.)
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池电极的制备方法。
背景技术
栅线电极是电池的重要组成部分，负责收集电流并将电流运输到电池外部，而电极遮光面积引起的光学损失是制约太阳能电池效率提升的主要因素之一。太阳能电池表面的栅线电极越细，电极遮挡所带来的光学损失会越小，但传统的工艺是通过丝网印刷方式在电池表面印刷光伏银浆来制作栅极，由于受丝网印刷精度的限制，丝网印刷栅线的宽度有一定的极限，否则会出现断栅现象。目前栅线的设计宽度为35～45μm，已接近极限值，高宽比仅0.3左右且很难再提高，成为制约太阳能电池效率的一个障碍。此外，丝网印刷银浆工艺以造成电池片的机械损伤。
对此，不断有新的栅线电极的加工技术出现，例如专利“太阳能电池正面电极栅线的制备工艺”中(CN102709394B)，利用双喷嘴的装置在硅片上喷涂双层浆料制备电极栅线，获得的金属栅线的高宽比大于0.3。在专利“可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法”中(CN11090140B)，采用镂空掩膜真空镀膜的方式在电池片表面溅射金属电极，该方法对器械设备要求高，生产成本高，不适于产业化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种太阳能电池电极的制备方法，通过纳米压印的方法根据预设图案在胶层上制作好沟槽，并将得到的胶模转移至太阳能电池片表面，向胶模的沟槽中填充银浆，固化制作电极；此外本发明还提供了一种HJT电池电极的制备方法，模具压印前在压印胶层上涂覆纳米银线层，根据上述制备方法，在电池片表面同时制备纳米银线层以及电极，且将固化后高透明的胶层作为电池的保护层，达到降本增效的作用。在上述的制备方法中，可通过对压印模板及胶层厚度的设计来控制电极的高宽比，降低栅线电极的宽度，增加电池片的光照面积以提高转化效率。
本发明提供了如下所述的技术方案：
本发明第一方面提供了一种太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)在基底上设置第一胶层，对所述第一胶层进行表面处理以增加离型力，处理后在第一胶层上设置第二胶层，得到复合多层材料；
(2)利用压印模板在上述复合多层材料的第二胶层上制备预设图案的凹槽；所述凹槽深入第一胶层中；
(3)将具有凹槽结构的复合多层材料的第二胶层面贴附在太阳能电池片上，去除第一胶层及基底在电池表面形成预设图案的沟槽；
(4)在上述沟槽中填充银浆，加热固化并去除第二胶层，在电池片表面形成预设图案的银电极。
进一步地，步骤(1)中，所述表面处理具体为：采用等离子、涂氟或涂硅离型剂对第一胶层表面进行处理，使第一胶层和第二胶层间形成超轻且稳定的离型力，便于后续分离。
进一步地，所述第一胶层为热固型或紫外光固化型压印胶；所述第一胶层的厚度为5-200μm。
进一步地，所述第二胶层为热塑型压印胶，选自聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸芳香酯和聚甲基丙烯酸芳香酯中的一种。
进一步地，所述第二胶层的厚度为30-2000μm。
进一步地，步骤(4)中，所述加热固化的温度为130-900℃，加热固化的时间为15-90min。
进一步地，步骤(4)中，所述银浆为低温银浆或高温银浆；当银浆为低温银浆，加热固化银浆后，在第二胶层软化状态下将其剥离；当银浆为高温银浆，先将银浆加热至150-200℃进行预固化，剥离第二胶层后再进行高温固化。
进一步地，步骤(4)中，所述银电极的高宽比为0.3-3。
本发明第二方面提供了一种HJT太阳能电池电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)在基底上设置第一胶层，采用等离子、涂氟或涂硅离型剂对第一胶层的表面进行处理，处理后在第一胶层上设置第二胶层，得到复合多层材料；所述第二胶层为热固性压印胶或紫外光固化型压印胶；
(2)在上述复合多层材料的第二胶层上涂覆纳米银墨水，形成纳米银线层，得到导电复合多层材料；
(3)利用压印模板在导电复合多层材料的纳米银线层上制备预设图案的凹槽；所述凹槽穿过第二胶层深入至第一胶层中；
(4)将具有凹槽结构的导电复合多层材料的纳米银线层面贴附在太阳能电池片上，去除第一胶层及基底，在电池表面形成纳米银线层及预设图案的沟槽；
(5)在上述沟槽中填充银浆，加热固化，在电池片表面形成预设图案的银电极以及保护层。
进一步地，所述第二胶层为热固型压印胶或紫外光固化型压印胶。
进一步地，所述第一胶层的厚度为5-200μm；所述第二胶层的厚度为30-2000μm。
进一步地，所述纳米银线层的厚度为10-100nm；所述纳米银线层的透过率为95％-99.9％。
进一步地，所述纳米银线层的方阻为10-200Ω/□。
进一步地，步骤(5)中，所述加热固化的温度为130-200℃，加热固化的时间为20-60min。
进一步地，步骤(5)中，所述银电极的高宽比为0.3-3。
进一步地，第二胶层固化后在电池表面形成透明保护层，所述保护层的透过率大于98％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.通过纳米压印的方法根据预设图案在胶层上制作好沟槽，并将得到的胶模转移至太阳能电池片表面，向胶模的沟槽中填充银浆，固化制作电极；制备方法简单、成本低，且可通过对压印模板及胶层厚度的设计来控制电极的高宽比，降低栅线的宽度，增加了电池片的光照面积，从而提高光电转化效率。
2.通过本发明所述的制备方法，在HJT电池表面制备银电极的同时增加了纳米银线层以及保护层，纳米银线层与HJT电池表面的透明导电氧化物薄膜以及银电极紧密连接，可降低银电极与透明导电氧化物薄膜的接触电阻，在满足导电性能的同时，可降低透明导电氧化物薄膜的使用量，达到降本、增效的作用；用以制备银电极的胶模固化后在电池表面形成透明保护层，可提高银电极与电池的粘结性，同时对电池起到一定的保护作用。
附图说明
图1为太阳能电池电极的制备工艺流程图；
图2为HJT电池电极的制备工艺流程图。
具体实施方式
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。
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。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：HJT电池表面制作电极
一种太阳能电池电极的制备方法如图1所示，具体包括以下步骤：
①在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底表面上设置一层丙烯酸树脂，在丙烯酸树脂表面涂覆一层硅离型剂后再设置一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；
②加热至PMMA软化后，利用压印模板在PMMA表面压印深入丙烯酸树脂层，制备得到预设图案的凹槽；
③基底倒置将PMMA面贴附至HJT电池的透明导电氧化物薄膜(本实施例中为ITO)上，剥离丙烯酸树脂层及基底，在电池表面上形成预设图案的沟槽；
④在沟槽内填充银浆，在180℃下加热20min，剥离PMMA，银浆固化在电池表面形成预设图案的电极。
通过调整压印模板的形状及第二胶层的厚度，制备了具有不同高宽比电极的HJT电池：
样品A1：线高为30μm、线宽为25μm；
样品A2：线高为40μm、线宽为40μm。
实施例2：HJT电池表面制作纳米银线层+电极+保护层
一种HJT太阳能电池电极的制备方法如图2所示，具体包括以下步骤：
①在PET基底表面上设置第一层丙烯酸树脂，在第一层丙烯酸树脂表面涂覆一层硅离型剂后再设置第二层丙烯酸树脂；
②在第二层丙烯酸树脂上表面涂覆纳米银墨水，形成纳米银线层；
③利用压印模板在纳米银线层压印深入第一层丙烯酸树脂层，制备得到预设图案的凹槽；
④基底倒置将纳米银线层贴附至HJT电池的透明导电氧化物薄膜(本实施例中为ITO)上，剥离第一层丙烯酸树脂层及基底，在电池表面上形成预设图案的沟槽；
⑤在沟槽内填充银浆，在180℃下加热20min，银浆固化在电池表面形成预设图案的电极，丙烯酸树脂固化在电池表面形成透明保护层，纳米银线层嵌于ITO膜与保护层之间。
通过调整纳米银线墨水中纳米银线的含量，制备了具有保护层、不同导电性的纳米银线层及电极的HJT电池：
样品B1：纳米银线层的方阻为40Ω/□、线高为40μm、线宽为40μm；
样品B2：纳米银线层的方阻为60Ω/□、线高为40μm、线宽为40μm；
样品B3：纳米银线层的方阻为80Ω/□、线高为40μm、线宽为40μm；
样品B4：纳米银线层的方阻为100Ω/□、线高为40μm、线宽为40μm。
对比例：丝网印刷法制作HJT电池电极
将银浆(与实施例1、2中使用的银浆一致)通过丝网印刷的方式印刷在HJT电池表面，在180℃下加热20min，固化得到银浆电极；不同高宽比电极的HJT电池样品如下：
对比例1：线高为15μm、线宽为50μm；
对比例2：线高为12μm、线宽为40μm。
性能对比
将实施例1与对比例中通过不同电极制备方法制备得到的HJT电池的光电性能进行比较，结果如下表1所示：
表1实施例1与对比例中HJT电池的光电性能对比
由上述结果可知，在相同银浆使用量的情况下，高宽比大、遮光少，转化效率得到提升；在电极线宽大小相同的情况下，高宽比越大、电阻小，转换效率越高。
将实施例2中具有银线层的HJT电池与实施例1中无纳米银线层的样品A2以及对比例2的光电性能进行比较，结果如下表2所示：
表2不同HJT电池样品的光电性能对比
以对比例2的转化效率为基准，增加纳米银线层的样品B1～B4的转化效率提升的量要高于仅增大高宽比的样品A2，这是由于纳米银线层的增加降低了电极与透明导电层的接触电阻，进而提升了电池的转换效率，但随着纳米银线层中纳米银线含量的增加，纳米银线层的方阻及透过率随之降低，导电性提升的同时影响光的透过率，因此需合理控制纳米银线层中纳米银线的含量。
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。
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