一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法技术

本发明专利技术提供了一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，采用3D激光熔覆成型技术，将由金属粉末与玻璃粉末组成的混合粉末通过3D打印机喷嘴聚集硅片表面，与激光汇于一点，混合粉末熔化冷却后获得太阳能电池正面主栅电极。本发明专利技术3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，导电材料无需采用溶剂进行调制浆料，直接将导电金属粉末通过激光熔融冷却后与硅片结合形成欧姆接触，后续无需对正面主栅电极进行烧结，简化了制备工艺，同时节省了材料，降低成本。

A method of preparing the main grid electrode on the front of solar cell by 3D printing

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法
本专利技术涉及一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法。
技术介绍
晶硅太阳能电池正面电极包含主栅和副栅电极，目前，工业应用大多采用丝网印刷，同时印刷正面主栅和副栅电极，然后进行烧结，实现电极与硅片形成良好的欧姆接触，导出电流。而丝网印刷过程中容易出现结点和断线，严重时这些颗粒或异物会堵塞网孔，浆料无法透过，造成断栅。此外，太阳能电池正面主栅电极主要负责与副栅进行电性连接，将副栅电极收集的电流进行汇集输出，因此主栅电极无需提高印刷高度。但在传统的丝网印刷工艺中是使用一种浆料对主栅及副栅同时印刷，为了尽量提高副栅线的高度，主栅线高度势必也会随之增加，而主栅线的高度增加不仅对太阳能电池光电转化效率无明显增效，还增加了浆料的单耗，增加成本，同时主栅线高度过高也会造成组件焊接碎片率增加，容易导致太阳电池报废。印刷了浆料的硅片经过烘干排焦过程后使浆料中的大部分有机溶剂挥发，膜层收缩为固态物紧密粘附在硅片上，这时可视为金属电极材料和硅片接触在一起。烧结过程是要使印刷到硅片上的电极在高温下烧结成电池片，最终使电极和硅片本身形成欧姆接触，从而提高电池片的开路电压，其原理为当电极里金属材料和半导体单晶硅加热到共晶温度时，单晶硅原子以一定比例融入到熔融的合金电极材料中，单晶硅原子融入到电极金属中的整个过程一般只需要几秒钟的时间。烧结方式采用高温快速烧结，加热采用红外线加热。烧结高温前，一定要保证浆料中的有机物已经经过烘干并挥发干净。正面电极的烧结对电池片性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，烧结温度过低导致烧结不足，串联电阻过大，温度过高导致烧穿，并联电阻过小。烧结过程还可能出现断栅现象。由上印刷烧结制备太阳能电池正面电极过程中，浆料中溶剂对印刷过程影响很大，且对后续烧结工艺存在影响，而在烧结过程中对设备、工艺控制等要求较高，基于现有丝网印刷工艺制备太阳能电池正面电极的不足，有必要提供一种无需有机溶剂、无需进行烧结即可制备太阳能电池正面电极的工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，解决现有丝网印刷工艺制备太阳能电池正面主栅电极需要采用有机溶剂制浆料，导致工艺复杂，成本高，良品率低的技术问题。本专利技术的目的，通过以下技术方案实现：一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，采用3D打印激光成型技术，将由金属粉末与玻璃粉末组成的混合粉末通过3D打印机喷嘴聚集硅片表面，与激光汇于一点，混合粉末熔化冷却后获得太阳能电池正面主栅电极。本专利技术中，3D打印所述太阳能电池正面栅电极在真空环境或惰性气体的密闭环境中进行，激光功率为5-100W，激光频率10-200KHz，激光光斑尺寸50-150um，喷嘴输送混合粉末采用气动送粉，送粉速率1-35g/min，载流气体流量1-25L/min。进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气。本专利技术中，所述激光或喷嘴喷出的混合粉末与硅片垂直。本专利技术中，3D打印机喷嘴和激光发生器模块与硅片呈水平方向相对运动，形成太阳能电池正面主栅电极，其中，3D打印机喷嘴和激光发生器模块移动速度15000-30000mm/min。本专利技术中，所述混合粉末由以下质量百分比组分组成：金属粉末80～99％，玻璃粉末1～20％。进一步地，所述金属粉末为银粉。进一步地，所述混合粉末为球形或类球形，粒径小于0.5um。本专利技术中，正面主栅电极宽度为0.5-2mm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，导电材料无需采用溶剂进行调制浆料，直接将导电金属粉末通过激光熔融冷却后与副栅进行电性连接，后续无需对正面主栅电极进行烧结，简化了制备工艺。(2)本专利技术方法制备的太阳能电池正面主栅，主栅高度容易控制，主栅嵌入硅片部分高度较现有技术主栅嵌入硅片部分高度大大缩短，可节约主栅浆料用量30-60％，降低成本，且降低光伏组件焊接碎片率；(3)本专利技术采用金属银粉和玻璃粉组成的混合粉末替代传统丝网印刷所用的银浆，没有有机组分，更加安全环保。附图说明图1是本专利技术进行3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的示意图；图2是本专利技术太阳能电池正面主栅电极结构图；图3是现有技术太阳能电池正面主栅电极结构图；图中附图标记如下：1-硅片；2-太阳能电池正面主栅电极；3-3D打印机喷嘴；4-激光束；5-正面主栅电极；6-正面钝化膜；7-N型硅；8-P型硅；具体实施方式以下结合具体的实施例对本专利技术作进一步的说明，以便本领域技术人员更好理解和实施本专利技术的技术方案。实施例1一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，包含以下步骤：采用3D激光熔覆成型技术，将由金属粉末与玻璃粉末组成的混合粉末通过3D打印机喷嘴聚集硅片表面，与激光汇于一点，激光束垂直于硅片表面，3D打印机喷嘴和激光发生器模块与硅片呈水平方向相对运动，3D打印机喷嘴和激光发生器模块移动速度28000mm/min，如图1所示，混合粉末熔化冷却后获得太阳能电池正面主栅电极，如图2所示，图3是现有丝网印刷技术制备的太阳能电池正面主栅电极，本实施例制得的太阳能电池正面主栅电极嵌入硅片的高度较现有技术制备的太阳能电池正面主栅电极嵌入高度显著减少，大大降低了正面主栅电极的成本。本实施例中，3D打印所述太阳能电池正面栅电极在惰性气体氮气的密闭环境中进行，激光功率为25W，激光频率125KHz，激光光斑尺寸80um，喷嘴输送混合粉末采用气动送粉，送粉速率15g/min，载流气体流量12L/min。混合粉末由银粉和玻璃粉组成，混合粉末为球形或类球形，粒径小于0.5um。混合粉末中银粉的质量百分比为83％，玻璃粉质量百分比为17％，玻璃粉与银粉质量百分比为20.48％。最终制得的太阳能电池单片主栅电极混合粉末用量16.2mg，主栅电极宽度为0.81mm，主栅高度3.57um。对比例1采用取玻璃粉与银粉质量百分比为20.48％的正银浆料，通过丝网印刷、烧结制得太阳能电池正面主栅电极。实施例2一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，包含以下步骤：采用3D激光熔覆成型技术，将由金属粉末与玻璃粉末组成的混合粉末通过3D打印机喷嘴聚集硅片表面，与激光汇于一点，激光束垂直于硅片表面，3D打印机喷嘴和激光发生器模块与硅片呈水平方向相对运动，3D打印机喷嘴和激光发生器模块移动速度25000mm/min，粉末熔化冷却后获得太阳能电池正面主栅电极。本实施例中，3D打印所述太阳能电池正面栅电极在惰性气体氮气的密闭环境中进行，激光功率为50W，激光频率100KHz，激光光斑尺寸75um，喷嘴输送混合粉末采用气动送粉，送粉速率15g/min，载流气体流量12L/min。混合粉末由银粉和玻璃粉组成，混合粉末为球形或类球形，粒径小于0.5um。混合粉末中银粉的质量百分比为88％，玻璃粉质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，其特征在于，采用3D激光熔覆成型技术，将由金属粉末与玻璃粉末组成的混合粉末通过3D打印机喷嘴聚集硅片表面，与激光汇于一点，混合粉末熔化冷却后获得太阳能电池正面主栅电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，其特征在于，采用3D激光熔覆成型技术，将由金属粉末与玻璃粉末组成的混合粉末通过3D打印机喷嘴聚集硅片表面，与激光汇于一点，混合粉末熔化冷却后获得太阳能电池正面主栅电极。


2.根据权利要求1所述3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，其特征在于，3D打印所述太阳能电池正面栅电极在真空环境或惰性气体的密闭环境中进行，激光功率为5-100W，激光频率10-200KHz，激光光斑尺寸50-150um，喷嘴输送混合粉末采用气动送粉，送粉速率1-35g/min，载流气体流量1-25L/min。


3.根据权利要求2所述3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气。


4.根据权利要求3所述3D打印制备太阳能电池正面主栅电极的方法，其特征在于，所述激光或喷嘴喷出的混合粉末与硅片垂直。

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【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，方结彬，林纲正，
申请(专利权)人：广东爱旭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44