一种硅太阳能电池金属电极的制备方法与流程

本发明涉及硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种硅太阳能电池金属电极的制备方法。

背景技术：

目前，硅太阳能电池已经获得广泛的应用，在大规模应用和工业生产中占据主导地位。为了输出硅太阳能电池的电能，必须在电池上制作正、负两个电极。电极是指与电池p-n结两端形成紧密欧姆接触的导电材料，其中，与n端接触的电极是电流输出的负极，称正面极；与p端接触的电极是电流输出的正极，称背电极，作用是输出电流。

现有技术中，硅太阳能电池金属电极的制备主要采用银(铝)浆印刷-烧结工艺，具体制备工序为：丝网印刷→印刷背电极→烘干→印刷背电场→烘干→印刷正电极→烧结→降温→测试分选包装，工艺繁杂。该制备工艺中所用的银浆一般是由80％以上的超细银粉、5～10％的无机添加剂、10～15％的有机粘合剂调合而成；烘干温度在250～400℃；烧结温度750～950℃。因此，在利用该制备工艺制作硅太阳能电池金属电极时，需要购买大量无机添加剂和有机溶剂，制备成本较高、污染严重，银浆中的有机溶剂会影响银在硅片表面的沉积，使电极薄膜覆盖不均匀，导电性能差，而且有机溶剂大多具有毒性，会直接危害人体健康。该制备工艺中烘干温度和烧结温度较高，能耗大，且在制备过程中极易导致硅片弯曲或开裂，甚至使硅片烧坏，不能使用，次品率高。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种硅太阳能电池金属电极的制备方法，以解决现有技术中硅太阳能电池金属电极制备过程繁琐、制备成本高、污染大、导电性能差、次品率高的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明的实施方式的第一方面中，提供了一种硅太阳能电池金属电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤s1，硅片表面预处理；

步骤s2，将预处理后的硅片浸入反应液中，在超声波条件下，用紫外光光照，所述反应液包含硝酸盐溶液和氢氟酸溶液；

步骤s3，将硅片从所述反应液中取出，进行干燥处理。

在本发明的一个实施例中，所述反应液中的硝酸盐溶液与氢氟酸溶液的摩尔百分比为1～100：3～40。

在本发明的另一实施例中，所述反应液包含0.01～1.0m的硝酸盐溶液和0.03～0.4m的氢氟酸溶液。

在本发明的又一个实施例中，所述硝酸盐溶液为硝酸铜溶液或硝酸银溶液。

在本发明的再一个实施例中，在所述步骤s2中，超声波的频率为20khz～40khz。

在本发明的再一个实施例中，所述紫外光光照的功率密度为1～5w/cm2，紫外光光照的时间为1～50min。

在本发明的再一个实施例中，所述紫外光光照的时间为30～50min。

在本发明的再一个实施例中，所述步骤s1包括以下步骤：

步骤s11，清洗：将硅片放置在超声波清洗器中，将清洗频率控制在20khz～30khz，用等离子水清洗10～20min，换用丙酮清洗10～20min，然后，将硅片取出，用去离子水冲洗硅片；

步骤s12，抛光：将硅片浸入抛光液中抛光3～10min后用去离子水冲洗干净，然后置于空气中干燥。

在本发明的再一个实施例中，所述步骤s12中，抛光液包含氢氟酸和稀盐酸，所述氢氟酸和稀盐酸的摩尔百分比为30～50:50～70。

在本发明的再一个实施例中，所述硅片为单晶硅片、多晶硅片或非晶硅片。

本发明的实施方式具有如下优点：本发明实施例所提供的硅太阳能电池金属电极的制备方法是将清洗干净的硅片浸入反应液中，反应液体包含硝酸盐溶液和氢氟酸溶液，在超声波条件下用紫外光光照，使得硅片通过吸收光子被激发出电子，使硝酸盐中的金属离子还原生成金属并沉积在被氢氟酸腐蚀过的硅片表面上，从而在硅片表面形成金属薄膜电极，干燥后得到硅太阳能电池金属电极。在超声波条件下进行，有助于金属薄膜更均匀地沉积在硅片表面，沉积效果良好，导电性能强；该方法过程简单，操作方便；在制备过程中未使用有机溶剂，污染小，成本低，操作安全；在制备过称中紫外光光照的时间和强度以及超声波的振动频率大小等条件可控；由于制备过程中无需高温烧结，极大避免了硅片的破碎或隐裂，废弃率低，机械性能强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明的实施例提供的硅太阳能金属电极的制备方法流程图；

图2为本发明的一实施例提供的铜薄膜电极的电子显微镜扫描图；

图3为本发明的另一实施例提供的铜薄膜电极的电子显微镜扫描图；

图4为本发明的另一实施例提供的铜薄膜电极的电子显微镜扫描图；

图5为本发明的另一实施例提供的银薄膜电极的电子显微镜扫描图；

图6为本发明的另一实施例提供的银薄膜电极的电子显微镜扫描图；

图7为本发明的另一实施例提供的银薄膜电极的电子显微镜扫描图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供的一种硅太阳能电池金属电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，硅片表面预处理；

在本实施例中，将单晶硅片放置在超声波清洗器中，将清洗频率控制在20kh，用等离子水清洗10min，去除其表面的灰尘类污染物，换用丙酮清洗10min，去除单晶硅片表面的有机物等污染物。之后，将单晶硅片从超声波清洗器中取出，用大量去离子水冲洗单晶硅片。

将已清洗干净的单晶硅片浸入抛光液中，抛光3min，使单晶硅片表面光滑，再用大量的去离子水冲洗干净，置于空气中干燥。所用的抛光液包含氢氟酸和稀盐酸，氢氟酸和稀盐酸的摩尔百分比为50:70。

步骤s2，将预处理后的单晶硅片浸入反应液中，在超声波条件下，用紫外光光照，反应液包含硝酸盐溶液和氢氟酸溶液。

在本实施例中，用0.01m的硝酸铜溶液和0.03m的氢氟酸溶液混合均匀制得反应液。将反应液倒入超声波反应器皿中，设置超声波频率为20khz。然后，将单晶硅片浸入反应液，同时开启紫外光固机。将紫外光固机的温度设置为15℃，紫外光波长为365nm，光强为1w/cm2，紫外光光照2min。

步骤s3，将单晶硅片从反应液中取出，进行干燥处理。

在本实施例中，当紫外光光照至单晶硅片的表面生成铜薄膜后，将单晶硅片从反应液中取出，用滤纸吸干单晶硅片上的残留液体，置于干燥器皿中干燥，得到硅太阳能电池铜电极。

本实施例提供的硅太阳能电池金属电极的制备方法步骤简单、实施方便。在制备过程中避免了有机溶剂的使用，既减少制备成本又能减轻污染，而且避免了有机溶剂对人体的危害，安全可行。在制备过程中紫外光照的时间和强度以及超声波的震动频率大小均可自由调控，进而易于控制金属电极的大小、形状及厚度。本实施例提供的硅太阳能电池金属电极的制备方法在制备过程中未出现硅片的破碎或隐裂，机械性能优良。

将得到的铜薄膜电极进行电子显微镜扫描，得到sem图，如图2(a)和图2(b)所示，可知，在超声波条件下用紫外光光照，使单晶硅片表面成功沉积上铜薄膜，沉积在单晶硅片表面的铜颗粒的粒径在1-3μm左右，厚度在0.3μm～1.0μm之间变化，铜薄膜分布均匀。对得到的铜薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为96％，导电性能较强。

实施例2

如图1所示，本发明实施例提供的一种硅太阳能电池金属电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，硅片表面预处理；

在本实施例中，将多晶硅片放置在超声波清洗器中，将清洗频率控制在30kh，用等离子水清洗20min，去除其表面的灰尘类污染物，换用丙酮清洗20min，去除多晶硅片表面的有机物等污染物。之后，将多晶硅片从超声波清洗器中取出，用大量去离子水冲洗多晶硅片。

将已清洗干净的多晶硅片浸入抛光液中，抛光10min，使多晶硅片表面光滑，再用大量的去离子水冲洗干净，置于空气中干燥。所用的抛光液包含氢氟酸和稀盐酸，氢氟酸和稀盐酸的摩尔百分比为30:50。

步骤s2，将预处理后的多晶硅片浸入反应液中，在超声波条件下，用紫外光光照，反应液包含硝酸盐溶液和氢氟酸溶液。

在本实施例中，用0.2m的硝酸铜溶液和0.2m的氢氟酸溶液混合均匀制得反应液。将反应液倒入超声波反应器皿中，设置超声波频率为40khz。然后，将多晶硅片浸入反应液，同时开启紫外光固机。将紫外光固机的温度设置为15℃，紫外光波长为365nm，光强为5w/cm2，紫外光光照50min。

步骤s3，将多晶硅片从反应液中取出，进行干燥处理。

在本实施例中，当紫外光光照至多晶硅片的表面生成铜薄膜后，将多晶硅片从反应液中取出，用滤纸吸干多晶硅片上的残留液体，置于干燥器皿中干燥，得到硅太阳能电池铜电极。

本实施例提供的硅太阳能电池金属电极的制备方法简单，污染低，成本低，安全性高，条件易控，而且，次品率低。

将得到的铜薄膜电极进行电子显微镜扫描，得到sem图，如图3(a)和图3(b)所示，可知，在超声波条件下用紫外光光照，使多晶硅片表面成功沉积上铜薄膜，沉积在多晶硅片表面的铜颗粒的粒径在1-2μm左右，铜颗粒较密集。对得到的铜薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为95％，导电性能较强。

实施例3

如图1所示，本发明实施例提供的一种硅太阳能电池金属电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，硅片表面预处理；

在本实施例中，将非晶硅片放置在超声波清洗器中，将清洗频率控制在25kh，用等离子水清洗15min，去除其表面的灰尘类污染物，换用丙酮清洗15min，去除非晶硅片表面的有机物等污染物。之后，将非晶硅片从超声波清洗器中取出，用大量去离子水冲洗非晶硅片。

将已清洗干净的非晶硅片浸入抛光液中，抛光8min，使非晶硅片表面光滑，再用大量的去离子水冲洗干净，置于空气中干燥。所用的抛光液包含氢氟酸和稀盐酸，氢氟酸和稀盐酸的摩尔百分比为40:60。

步骤s2，将预处理后的非晶硅片浸入反应液中，在超声波条件下，用紫外光光照，反应液包含硝酸盐溶液和氢氟酸溶液。

在本实施例中，用0.9m的硝酸铜溶液和的0.3m氢氟酸溶液混合均匀制得反应液。将反应液倒入超声波反应器皿中，设置超声波频率为40khz。然后，将非晶硅片浸入反应液，同时开启紫外光固机。将紫外光固机的温度设置为15℃，紫外光波长为365nm，光强为4.5w/cm2，紫外光光照30min。

步骤s3，将非晶硅片从反应液中取出，进行干燥处理。

在本实施例中，当紫外光光照至非晶硅片的表面生成铜薄膜后，将非晶硅片从反应液中取出，用滤纸吸干非晶硅片上的残留液体，置于干燥器皿中干燥，得到硅太阳能电池铜电极。

该制备方法步骤简单，操作安全。在制备过程中条件易控，次品率低。

将得到的铜薄膜电极进行电子显微镜扫描，得到sem图，如图4(a)和图4(b)所示，可知，在超声波条件下用紫外光光照，使非晶硅片表面成功沉积上铜薄膜，沉积在非晶硅片上的铜颗粒粒径为0.6-1.5μm更加细小，分布更加密集。对得到的铜薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为98％，导电性能强。

实施例4

如图1所示，本发明实施例提供的一种硅太阳能电池金属电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，硅片表面预处理；

在本实施例中，将单晶硅片放置在超声波清洗器中，将清洗频率控制在20kh，用等离子水清洗10min，去除其表面的灰尘类污染物，换用丙酮清洗10min，去除单晶硅片表面的有机物等污染物。之后，将单晶硅片从超声波清洗器中取出，用大量去离子水冲洗单晶硅片。

将已清洗干净的单晶硅片浸入抛光液中，抛光3min，使单晶硅片表面光滑，再用大量的去离子水冲洗干净，置于空气中干燥。所用的抛光液包含氢氟酸和稀盐酸，氢氟酸和稀盐酸的摩尔百分比为50:70。

步骤s2，将预处理后的单晶硅片浸入反应液中，在超声波条件下，用紫外光光照，反应液包含硝酸盐溶液和氢氟酸溶液。

在本实施例中，用0.02m的硝酸银溶液和0.045m的氢氟酸溶液混合均匀制得反应液。将反应液倒入超声波反应器皿中，设置超声波频率为20khz。然后，将单晶硅片浸入反应液，同时开启紫外光固机。将紫外光固机的温度设置为15℃，紫外光波长为365nm，光强为1w/cm2，紫外光光照2min。

步骤s3，将单晶硅片从反应液中取出，进行干燥处理。

在本实施例中，当紫外光光照至单晶硅片的表面生成银薄膜后，将单晶硅片从反应液中取出，用滤纸吸干单晶硅片上的残留液体，置于干燥器皿中干燥，得到硅太阳能电池银电极。

本实施例提供的硅太阳能电池金属电极的制备方法步骤简单、实施方便。在制备过程中避免了有机溶剂的使用，既减少制备成本又能减轻污染，而且避免了有机溶剂对人体的危害，安全可行。在制备过程中紫外光照的时间和强度以及超声波的震动频率大小均可自由调控。本实施例提供的硅太阳能电池金属电极的制备方法在制备过程中未出现硅片的破碎或隐裂，制备成功率高。

将得到的银薄膜电极进行电子显微镜扫描，得到sem图，如图5(a)和图5(b)所示，可知，在超声波条件下用紫外光光照，使单晶硅片表面成功沉积上银薄膜，沉积在单晶硅片表面的银颗粒的粒径在0.05-0.1μm，银薄膜分布均匀。对得到的银薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为97％，导电性能较强。

实施例5

如图1所示，本发明实施例提供的一种硅太阳能电池金属电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，硅片表面预处理；

在本实施例中，将多晶硅片放置在超声波清洗器中，将清洗频率控制在30kh，用等离子水清洗20min，去除其表面的灰尘类污染物，换用丙酮清洗20min，去除多晶硅片表面的有机物等污染物。之后，将多晶硅片从超声波清洗器中取出，用大量去离子水冲洗多晶硅片。

将已清洗干净的多晶硅片浸入抛光液中，抛光10min，使多晶硅片表面光滑，再用大量的去离子水冲洗干净，置于空气中干燥。所用的抛光液包含氢氟酸和稀盐酸，氢氟酸和稀盐酸的摩尔百分比为30:50。

步骤s2，将预处理后的多晶硅片浸入反应液中，在超声波条件下，用紫外光光照，反应液包含硝酸盐溶液和氢氟酸溶液。

在本实施例中，用0.2m的硝酸银溶液和0.1m的氢氟酸溶液混合均匀制得反应液。将反应液倒入超声波反应器皿中，设置超声波频率为40khz。然后，将多晶硅片浸入反应液，同时开启紫外光固机。将紫外光固机的温度设置为15℃，紫外光波长为365nm，光强为5w/cm2，紫外光光照50min。

步骤s3，将多晶硅片从反应液中取出，进行干燥处理。

在本实施例中，当紫外光光照至多晶硅片的表面生成银薄膜后，将多晶硅片从反应液中取出，用滤纸吸干多晶硅片上的残留液体，置于干燥器皿中干燥，得到硅太阳能电池银电极。

本实施例提供的硅太阳能电池金属电极的制备方法简单，污染低，成本低，安全性高，条件易控，而且，次品率低。

将得到的银薄膜电极进行电子显微镜扫描，得到sem图，如图6(a)和图6(b)所示，可知，在超声波条件下用紫外光光照，使多晶硅片表面成功沉积上银薄膜，沉积在多晶硅片表面的银颗粒的粒径在0.2-0.5μm左右，银颗粒较密集。对得到的银薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为95％，导电性能较强。

实施例6

如图1所示，本发明实施例提供的一种硅太阳能电池金属电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1，硅片表面预处理；

在本实施例中，将非晶硅片放置在超声波清洗器中，将清洗频率控制在25kh，用等离子水清洗15min，去除其表面的灰尘类污染物，换用丙酮清洗15min，去除非晶硅片表面的有机物等污染物。之后，将非晶硅片从超声波清洗器中取出，用大量去离子水冲洗非晶硅片。

将已清洗干净的非晶硅片浸入抛光液中，抛光8min，使非晶硅片表面光滑，再用大量的去离子水冲洗干净，置于空气中干燥。所用的抛光液包含氢氟酸和稀盐酸，氢氟酸和稀盐酸的摩尔百分比为40:60。

步骤s2，将预处理后的非晶硅片浸入反应液中，在超声波条件下，用紫外光光照，反应液包含硝酸盐溶液和氢氟酸溶液。

在本实施例中，用1m的硝酸银溶液和的0.4m氢氟酸溶液混合均匀制得反应液。将反应液倒入超声波反应器皿中，设置超声波频率为40khz。然后，将非晶硅片浸入反应液，同时开启紫外光固机。将紫外光固机的温度设置为15℃，紫外光波长为365nm，光强为4.5w/cm2，紫外光光照30min。

步骤s3，将非晶硅片从反应液中取出，进行干燥处理。

在本实施例中，当紫外光光照至非晶硅片的表面生成银薄膜后，将非晶硅片从反应液中取出，用滤纸吸干非晶硅片上的残留液体，置于干燥器皿中干燥，得到硅太阳能电池银电极。

该制备方法步骤简单，操作安全。在制备过程中条件易控，次品率低。

将得到的银薄膜电极进行电子显微镜扫描，得到sem图，如图7(a)和图7(b)所示，可知，在超声波条件下用紫外光光照，使非晶硅片表面成功沉积上银薄膜，沉积在非晶硅片上的银颗粒粒径为0.6-1.0μm更加细小，分布更加密集。对得到的银薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为98％，导电性能强。

对比例1

与实施例1的区别在于，将预处理后的硅浸入反应液，用紫外光光照，但未在超声波环境下进行。对得到的铜薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为68％，导电性弱。

对比例2

与实施例1的区别在于，将预处理后的硅浸入反应液，未经紫外光光照。对得到的铜薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为28％，导电性差。

对比例3

与实施例4的区别在于，将预处理后的硅浸入反应液，用紫外光光照，但未在超声波环境下进行。对得到的银薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为66％，导电性弱。

对比例4

与实施例4的区别在于，将预处理后的硅浸入反应液，未经紫外光光照。对得到的银薄膜电极进行导电性能测试，得到其电导率(％iacs)为27％，导电性差。

综上，本发明实施例提供的硅太阳能金属电极的制备方法操作简单、污染小、安全性高，条件易控，机械性能及导电性能优良。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。