[发明专利]一种3D喷墨打印制备HIT电极的方法

说明书

本发明涉及一种3D喷墨打印制备HIT电极的方法，利用3D喷墨打印技术，首先采用两种不同的浆料配方对形成TCO膜的HIT太阳能电池上的正面进行两次喷墨打印并烘干获得正面电极，然后以同样的方法对背面进行喷墨打印获得背面电极，最后进行固化即可。本发明减少了银的使用，节约了电池成本，且两次喷涂打印分别降低了接触电阻和线阻，提高了光电转换效率。此外，HIT电极制作只需低温烧结，降低了加热能耗，节约了能源，制得的墨水分散性好，稳定性高，可大大降低墨水中团聚颗粒堵塞喷印孔的现象，具有生产成本低、工艺设备简单、制备过程绿色高效的特点。

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池电极的制备方法，尤其是涉及一种3D喷墨打印制备HIT电极的方法。

背景技术

喷墨打印技术是一种无接触、无压力、无印版的传统印刷技术，常规用在纸质基材的字体、图案打印上，其图案一般为二维形态，喷印材料为碳基墨水或有机、无机盐材料的彩色墨水。随着快速成型技术与打印技术的结合，出现了三维打印技术(3D打印)，可以将各种有机、无机功能材料无掩膜、非接触地逐层打印堆积于基材表面，形成特殊形态结构的立体形状，可以是功能器件、零件、模型，甚至是人体器官或骨骼等。使用3D打印技术能节省原材料，实现从电脑设计图案直接成型，缩短了研发周期，能快速、灵活地更改设计。打印机本身的制造相对容易，而选择何种适合打印的材料实现目标功能，成为3D打印技术发展的关键。

自上个世纪石油危机以来，各国都在探讨一种新能源来缓解能源危机。太阳能电池直接将太阳光转化为电力，是一种清洁能源，因而这种新型能源越来越备受关注。随着太阳能电池光电转换效率的提升，光伏发电的成本在阳光充足地方已接近火力发电成本，国际能源署预测太阳能发电量在2050年约占全球发电量的16％，将是未来能源获取的主要形式之一。太阳能电池有许多种类，其中HIT太阳电池具有转换效率高，制备工艺简单，温度低等特点，是大规模应用的低价电池之一。HIT太阳电池在制备工艺和材料上的优势，加上其转换效率高，因此具有较好的发展前景。

与晶硅太阳能电池类似，在工业化生产中，HIT太阳能电池的表面金属化也采用银浆丝网印刷工艺，因此电极制作是HIT太阳能电池的关键工序之一。制作电极的方法主要有真空蒸镀、电镀、丝网印刷等，其中银浆的丝网印刷及低温烧结是目前HIT电池生产中采用的工艺方法。银电极在电池表面呈H型指状分布，细线(细栅)收集电流，粗线(主栅)导出电流。为改善HIT电池的性能，在电极制作时需要考虑以下几个方面：①银电极在正面所占的面积，决定了受光面的大小，与太阳电池光电转换效率成反比，因此，遮光面积应尽可能小，细栅和主栅尽可能窄，以改善电池的J_sc；②银电极的内阻应尽可能低以提高输出效率，在体电阻率相同情况下，栅线尽可能高，增加横截面积以降低电极内阻，电极与电池表面之间的接触电阻大小应尽可能低，一般与电极原始颗粒大小成正比③采用高质量、低电阻的栅线电极材料，以改善电池的FF，一般电池的栅线电阻与电极原始颗粒大小成反比。

HIT电池由于非晶硅薄膜的特性决定了其烧结温度只能在200℃左右，因此选用的浆料必须是低温浆料，使用低温浆料要求既要达到较高的导电性，与TCO薄膜间的接触电阻又要低。目前，可应用于HIT电池的低温银浆有两种类型。一种是热塑性浆料，其溶剂含量较多，需要控制烧结温度防止溶剂滞留在电极与硅片的接触区域。对这种浆料加热则开始聚合固化，同时有利于使长链聚合物分子自由移动，而冷却则减少这种移动。另一种是热固性浆料，它的表现则完全不同。在加热固化过程中，热固性聚合物在相邻的聚合物链间形成化学键，导致形成三维网络结构，比热塑性浆料形成的二维结构要刚硬。