用于TCO表面的电极结构及其制备方法与流程

用于tco表面的电极结构及其制备方法
技术领域
1.本发明属于一种电极结构及其制备方法，具体涉及用于tco表面的电极结构及其制备方法。


背景技术：

2.随着国内外光伏市场的迅速发展，生产高效率、低成本的太阳能电池已成为光伏市场需求的必然方向，其中，异质结电池被认为有望成为下一代主流电池技术。
3.对于传统晶硅电池，通常采用丝网印刷工艺印刷银浆，再利用高温烧结将银浆的有机相烧除，使银粉在表面熔融并互相烧结在一起，形成导电良好的金属栅线。然而高效异质结电池的制备工艺较为特殊，制备的整个过程均需采用低温工艺，因此，需要使用更为昂贵的低温导电银浆，再加上异质结电池为双面电池，其银浆消耗量几乎是传统单面电池的两倍，使银浆成为阻碍异质结电池产业化推广的关键因素，且目前降低银浆消耗量和细化金属线仍存在技术困难。


技术实现要素：

4.本发明为解决目前高效异质结电池在制备时要消耗大量昂贵的低温导电银浆导致的生产成本较高，并且目前降低银浆消耗量和细化金属线存在技术困难的问题，提供了用于tco表面的电极结构及其制备方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种用于tco表面的电极结构，其特殊之处在于，包括导电层，以及在tco表面上由上至下依次设置的第一过渡层和第二过渡层；
7.所述导电层包括多个相互平行的高导电性线材体；
8.所述第一过渡层包括多个相互平行的第一导电体，第一导电体的材质为一种或多种导电金属组成的焊接材料，或者一种或多种导电颗粒和粘合剂组成的导电胶状材料，第一过渡层的厚度为1-40μm；各高导电性线材体分别对应设置于各第一导电体内部；
9.所述第二过渡层包括多个相互平行的第二导电体，第二导电体为一种或多种导电金属形成的单层或多层结构，第二过渡层的厚度为10-500nm；各第一导电体分别对应设置于各第二导电体的上表面；
10.各第二导电体分别设置于tco的表面上，且各第二导电体之间的间隔距离为0.5-2mm。
11.进一步地，所述高导电性线材体的材质为铜、铝或银；
12.所述第二导电体为铜、锌、铅、铝、镍、锡、铬中的一种或多种导电金属形成的单层或多层结构。
13.进一步地，所述第一导电体的材质为银、碳、铜、锡、铅中的一种或多种导电颗粒和粘合剂组成的导电胶状材料。
14.或者，所述第一导电体的材质为锡、银、铜、铅、铋、锌、镍中的一种或多种导电金属
组成的焊接材料。
15.相应的，本发明提供了一种上述用于tco表面的电极结构的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
16.s1，在tco表面整面采用与第二过渡层材质相同的导电金属制备总厚度为10-500nm的至少一层第二过渡层预制层；
17.s2，采用电镀或热浸镀的方法，将各第一导电体分别对应包裹于各高导电性线材体表面，得到多个导电组合体；
18.s3，采用热压焊接的方法，将步骤s2得到的各导电组合体按照0.5-2mm的间隔平行设置于步骤s1制备的第二过渡层预制层上表面，得到电极预制品，其中，所述导电组合体中第一导电体的下表面与所述第二过渡层预制层的上表面接触；
19.s4，对所述电极预制品进行化学腐蚀，去除第二过渡层预制层中未被导电组合体覆盖的区域。
20.进一步地，步骤s3中，所述热压焊接的温度为20-250℃，压强为0.01-3mpa。
21.本发明还提供了另一种用于tco表面的电极结构，其特殊之处在于，包括在tco表面上由上至下依次设置的导电层、第一过渡层和第二过渡层；
22.所述导电层包括多个相互平行的高导电性线材体，各高导电性线材体之间的间隔距离为0.5-2mm；
23.所述第一过渡层包括多个相互平行的第一导电体，第一导电体的材质为一种或多种导电金属组成的焊接材料，或者一种或多种导电颗粒和粘合剂组成的导电胶状材料，第一过渡层的厚度为1-40μm；各高导电性线材体分别对应设置于各第一导电体内部；
24.所述第二过渡层包括多个相互平行的第二导电体，第二导电体为一种或多种导电金属形成的单层或多层结构，第二过渡层的厚度为10-500nm；各第一导电体分别对应设置于各第二导电体的上表面。
25.各第二导电体分别设置于tco的表面上。
26.进一步地，所述高导电性线材体的材质为铜、铝或银；
27.所述第二导电体为铜、锌、铅、铝、镍、锡、铬中的一种或多种导电金属形成的单层或多层结构；
28.所述第一导电体的材质为银、碳、铜、锡、铅中的一种或多种导电颗粒和粘合剂组成的导电胶状材料；
29.或者，所述第一导电体的材质为锡、银、铜、铅、铋、锌、镍中的一种或多种导电金属组成的焊接材料。
30.对应本发明的第二种电极结构，本发明也提供了一种上述用于tco表面的电极结构的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
31.s1，在tco表面整面采用与第二过渡层材质相同的导电金属制备总厚度为10-500nm的至少一层第二过渡层预制层；
32.s2，采用电镀或粘贴的方法，将各第一导电体按照0.5-2mm的间隔平行设置于步骤s1制备的第二过渡层预制层上表面；
33.s3，采用粘合的方法，将各高导电性线材体对应固定于各第一导电体上，得到电极预制品；
34.s4，对所述电极预制品进行化学腐蚀，去除第二过渡层预制层中未被第一导电体覆盖的区域。
35.进一步地，步骤s3中，所述粘合具体为：在0.01-3mpa，20-250℃加压粘合。
36.进一步地，步骤s4中，所述化学腐蚀采用的溶液由盐酸、磷酸、氨基磺酸、氨水、过氧化氢、氢氧化钠、表面活性剂、三氯化铁中的一种或多种成分组成，且化学腐蚀温度为5-60℃。
37.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
38.1.本发明用于tco表面的电极结构，在tco表面依次构建第二过渡层、第一过渡层和导电层，通过设置第一过渡层和第二过渡层能够有效降低栅线与电池表面的接触电阻，最终得到高效的异质结电池。同时，经研究验证，确定了各高导电性线材体之间的间隔距离，以及第一过渡层和第二过渡层的厚度，使本发明的电极结构，能够最大限度保证异质结电池的性能，同时兼顾加工可行性。与目前现有的金属化方案相比，该方法既省去了低温银浆的使用，又避免了图形化和电镀过程导致的工艺复杂问题，成本低廉。
39.2.本发明中第一导电体可以有两种形式，同时，相应提供了两种形式对应优选的导电材料，使本发明的结构使用更加灵活，可根据实际情况进行合理选择。
40.3.本发明提供了两种电极结构的制备方法，既可以采用热压焊接的方式，也可以采用粘合的方式，在制备顺序上两种制备方法也有所不同，两种方法都能够实现栅线的制备和异质结电池表面电荷的导出，且整个生产流程简单快速，成本低廉。
附图说明
41.图1为本发明用于tco表面的电极结构一种实施例的示意图；
42.图2为本发明用于tco表面的电极结构的制备方法的实施例一的流程示意图；
43.图3为本发明用于tco表面的电极结构的制备方法的实施例二的流程示意图。
44.其中：1-tco、2-第二过渡层、3-第一过渡层、4-导电层、5-第一导电体、6-第二导电体、7-电极预制品、8-第二过渡层预制层、9-高导电性线材体。
具体实施方式
45.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
46.现有异质结太阳能电池表面均具有一层透明导电层4(tco1)，需要在tco1上制备一层电极以收集电流。由于需要控制电极和tco1的接触电阻，目前，主要采取两种电极方案：1)丝网印刷银浆并烘干以制备银栅线，这种工艺制备的银栅线由于没有经过烧结，其电导率偏低，约是纯银线的5-7倍，同时，低温银浆价格高于普通银浆，双面结构的异质结电池所消耗的银用量又是常规太阳电池的2倍以上，导致异质结太阳电池的制造成本被大幅增加；2)通过电镀方案制备栅线，该方案一般需要在tco1表面预先制备种子层，并通过涂布或光刻方案制备掩膜图案，再在裸露区域电镀铜电极，最后通过湿法腐蚀的方法去除掩膜层和种子层。这种方案工艺流程比较复杂，同时存在污染问题。
47.而本发明通过构建新型电极结构，使用其他贱金属材料替代银浆作为栅线，并且可根据需要选择不同种类涂层，选择更加多样化，以热压焊接的方式将第一导电体5和高导电性线材体9组成的导电组合体固定于第二过渡层预制层8上，或以粘合的方式将高导电性线材体9固定于第一导电体5上，得到电极预制品7，再将第二过渡层预制层8中未被第一导电体5覆盖的部分通过化学腐蚀的方式腐蚀掉，实现栅线的制备和异质结电池表面电荷的导出，同时，第一过渡层3和第二过渡层2一方面可以将导电层4固定于tco1表面，另一方面也有助于降低金属栅线与tco1之间的接触电阻，进而得到高效的异质结电池。与现有的金属化方案相比，既可免除银浆料的使用，又避免了图形化和电镀过程导致的工艺复杂问题，还能够减少污染，整个生产流程简单快速，成本低廉。
48.实施例一
49.一种用于tco表面的电极结构，包括在tco1表面上由上至下依次设置的导电层4、第一过渡层3和第二过渡层2。
50.导电层4包括多个相互平行的高导电性线材体9，各高导电性线材体9之间的间隔距离为0.5-2mm，该间隔距离的设置不易过大或过小，若间隔距离过小，会大幅提高加工难度，同时，也会影响异质结电池的电池效率，若间隔距离过大，则会影响收集电流。高导电性线材体9在材料选择时，一般采用铜、铝、银等高导电性的材料。导电层4的设置，主要是用于收集并传导电池表面产生的电流。
51.第一过渡层3包括多个相互平行的第一导电体5，第一导电体5的材质可以是锡、银、铜、铅、铋、锌、镍等之中一种或多种导电金属组成的焊接材料，也可以是银、碳、铜等之中一种或多种导电性颗粒及粘合剂组成的导电胶状材料。各高导电性线材体9分别对应固定于各第一导电体5上，第一过渡层3用于连接各高导电性线材体9和第二过渡层2中的各第二导电体6，并实现和导电层4、第二过渡层2比较低的接触电阻，第一过渡层3的厚度为1-40μm。
52.第二过渡层2包括多个相互平行的第二导电体6，第二导电体6为一种或多种导电金属形成的单层结构，各第一导电体5分别对应固定于各第二导电体6的上表面，各第二导电体6附着于tco1上，用于连接第一过渡层3和tco1，并实现第一过渡层3和tco1比较低的接触电阻。在本发明的其他实施例中，第二导电体6也可以是大于单层的多层结构，可根据结合力要求对层数进行调整，当第二导电体6为多层结构时，各层的材质可以相同也可以不同。第二过渡层2的厚度为10-500nm，第二过渡层2的厚度若小于10nm，会影响电极结构的长期稳定性，若厚度大于500nm，会对电池造成影响，也会增加非必要的成本。
53.作为本发明用于tco表面的电极结构的一个优选方案，包括由下至上依次固定在tco1表面上的第二过渡层2、第一过渡层3和导电层4，第二过渡层2的材质为镍，厚度为200nm，第一过渡层3的材质为锡铅合金，厚度为10μm，导电层4的材质为高纯铜，导电层4中各高导电性线材体9之间的间隔距离为1mm。对设置有该电极结构的电池进行性能测试，经验证，电池效率与目前采用银浆的方法相当，但成本大幅降低1。
54.本发明针对上述用于tco表面的电极结构，针对性的设计了两种不同的制备方法，通过如下两个实施例，对本发明的两种制备方法进行说明：
55.如图2，相应的提供了一种用于tco表面的电极结构的制备方法，包括以下步骤：
56.s1，采用化学镀的方式，在tco1表面整面采用与第二过渡层2材质相同的导电金属
制备总厚度为10-500nm的第二过渡层预制层8。
57.s2，采用丝网印刷的方法，将各第一导电体5按照0.5-2mm的间隔平行印刷在第二过渡层预制层8上表面，第一导电体5的材质为含碳导电胶。
58.s3，采用粘合的方法，将各高导电性线材体9对应固定于各第一导电体5上，得到电极预制品7，粘合时，在190℃下加压粘合，压强为0.5mpa。
59.s4，对所述电极预制品7进行化学腐蚀，将第二过渡层预制层8中未被第一导电体5覆盖的区域去除干净。
60.实施例二
61.如图1，一种用于tco表面的电极结构，与实施例一的区别在于，包括导电层4，以及在tco1表面上由上至下依次设置的第一过渡层3和第二过渡层2。各高导电性线材体9分别对应设置于各第一导电体5内部。
62.如图3，本发明也提出了实施例二电极结构的制备方法，一种用于tco表面的电极结构的制备方法，包括以下步骤：
63.s1，通过化学镀的方式，在tco1表面整面采用与第二过渡层2材质相同的导电金属制备总厚度为10-500nm的第二过渡层预制层8。化学镀的方式是一种优选方法，在本发明的其他实施例中，还可以采用磁控溅射或热蒸发的方式。
64.s2，采用热浸镀的方法，将各第一导电体5分别对应热浸镀于各高导电性线材体9的表面，得到多个导电组合体。
65.s3，采用热压焊接的方法，将步骤s2得到的各导电组合体按照0.5-2mm的间隔，平行设置于步骤s1制备的第二过渡层预制层8上表面，得到电极预制品7。在进行热压焊接时，热压温度为190℃，压强为0.5mpa。
66.s4，使用化学腐蚀液对电极预制品7进行化学腐蚀，将第二过渡层预制层8中未被导电组合体覆盖的区域清除干净。
67.本发明基于对异质结电池金属化技术和工艺参数设计的研究，以高“高宽比”、低接触电阻的金属栅极发挥高效异质结电池光电转换效率为前提，提出了全新的电极结构，在保证电池性能的基础上，大幅降低了加工成本，且兼顾了环保要求。
68.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。