專利名稱：一種光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，進一步屬于太陽能電池加工電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法及裝置。
背景技術(shù)：
從1954年Chapin, Fuller和Pearson研制成功娃PN結(jié)太陽電池以來，利用p-n結(jié)光伏效應(yīng)工作的器件經(jīng)過半個多世紀(jì)的改進和演變，發(fā)展成為具有多種幾何結(jié)構(gòu)和相應(yīng)制造流程的一類太陽電池產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，但晶體硅太陽電池仍然是當(dāng)今光伏工業(yè)的主流。晶體硅太陽電池的柵狀電極負責(zé)收集光生電子，由于其處在受光面，因此制成柵狀結(jié)構(gòu)。目前，晶硅太陽能電池的柵狀電極主要采用1970年代開發(fā)出的絲網(wǎng)印刷銀電極技術(shù)制備。絲網(wǎng)印刷制備柵狀電極是將含有銀的導(dǎo)電漿料透過絲網(wǎng)網(wǎng)孔壓印在硅片上形成柵狀，然后進行快速燒結(jié)，銀漿里的玻璃體會穿透氮化硅減反射層以形成對硅的接觸。這種方法因為工藝簡單成熟、設(shè)備產(chǎn)能較高，而得到大規(guī)模的應(yīng)用。然而，隨著市場競爭的加劇，絲網(wǎng)印刷技術(shù)愈發(fā)不能滿足高效、低成本的要求，許多缺陷凸顯出來1、燒結(jié)完成的銀電極和硅之間存在一層不導(dǎo)電的玻璃體，接觸電阻大；2、由于銀漿中的有機物在燒結(jié)過程中蒸發(fā)，使得銀電極呈疏松多孔的結(jié)構(gòu)，體電阻大。玻璃燒結(jié)導(dǎo)致的接觸電阻大和線的多孔性導(dǎo)致的體電阻大，使得柵線的導(dǎo)電性與純金屬制成的線相比降低了大約4倍；3、絲網(wǎng)印刷的柵線一般大于100微米，而且很難減少線寬，且一次印刷只能產(chǎn)生小于25微米的線高，雖然可以多次印刷增高，但又會造成柵線進一步加寬，因此高寬比小，較寬的線寬降低了太陽能電池的工作面積，故陰影損耗大；4、由于銀材料本身的價格昂貴以及目前銀漿的被壟斷形勢，成本昂貴。由于絲網(wǎng)印刷銀電極技術(shù)的缺陷，限制了太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的提高和生產(chǎn)成本的下降。為了克服缺陷，新的柵狀電極技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。新柵狀電極技術(shù)主要分為兩種形式1、采用絲網(wǎng)印刷或噴印的方式在晶硅電池制備很薄的柵狀金屬涂層，通過燒結(jié)形成同硅的接觸，以作為電鍍的種子層，然后采用電鍍或光誘導(dǎo)電鍍制備金屬傳導(dǎo)層。例如，中國專利 200710188267. 8,200810207490. 7,201010594209. 7、201010594189. 3,201010594201. 0,201110166196. 8 以及美國專利 US2011275175A1、德國專利DE102006030822A1都是基于第I種方式制備的晶硅太陽電池的電極的。2、采用光亥IJ、化學(xué)腐蝕和機械刻蝕的方法在太陽電池的減反射層上開槽，然后采用電鍍、光誘導(dǎo)電鍍或者化學(xué)鍍的方式制備柵狀電極。例如，中國專利200710188267. 8，200610076375. I、201010621325.3,201110143880.4,以及美國專利 US20090482737， US7939437B2，US2009139568A1, US2010003817A1, US201113220532, US2012060911A1 主要是采用第二種方式制備晶硅太陽電池的電極的。其它還有激光燒結(jié)技術(shù)，如德國專利DE102006040352B3
坐寸o基于第一種方式的絲網(wǎng)印刷柵狀電極技術(shù)可以有效減少印刷銀漿的用量，并且減少體電阻和陰影損耗小，但不可避免的有一個制備電鍍種子層的過程，仍然存在接觸電阻過大、工序復(fù)雜、成本過高的缺點。噴印雖然可以產(chǎn)生較窄的柵線，由于原理同絲網(wǎng)印刷相似，依然存在接觸電阻過大、含金屬的墨水成本高、生產(chǎn)效率低的缺點。采用第二種方式的柵狀電極技術(shù)，由于不存在燒結(jié)漿料的過程，因此接觸電阻小，也可以有效減少體電阻和陰影損耗，但是，這種方式無一例外需要采用光刻、化學(xué)定向腐蝕或機械刻蝕開槽以便為電鍍、化學(xué)鍍或光誘導(dǎo)電鍍提供掩膜板，雖然解決了絲網(wǎng)印刷存在的接觸電阻大、體電阻大、陰影損失大的卻大，但卻因工藝過于復(fù)雜、成本過高、設(shè)備生產(chǎn)效率低等問題，并未得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。其它如激光燒結(jié)法，也存在金屬粉末分離和重新收集難、生產(chǎn)效率低的問題。目前也有采用溶液半導(dǎo)體界面的結(jié)電場，采用激光照射光誘導(dǎo)電鍍的。國內(nèi)也有人在單純的P型硅上實現(xiàn)了鎳和銅的電鍍。Ronald H. Micheels等在單純的P型硅上實現(xiàn)了 10 的Cu柵鍍層，然而這種方式并不適合太陽電池工藝。原因有兩點1、硅的能帶結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的半導(dǎo)體溶液結(jié)電場，使得目前只能在P型硅上實現(xiàn)直接的光誘導(dǎo)電鍍，而現(xiàn)在 市場主流的晶硅太陽電池主要是以N型面為受光面；2、對于市場上出現(xiàn)的少量的P型面為受光面的太陽電池(N型太陽電池)，由于存在PN結(jié)，其在光照時會形成一個反向電源(即向預(yù)置電極面提供空穴)，也難以實現(xiàn)直接的光誘導(dǎo)電鍍。因此，開發(fā)一種基于光誘導(dǎo)電鍍的太陽能電池柵狀電極的加工技術(shù)，克服現(xiàn)有技術(shù)太陽能電池加工技術(shù)上存在的不足，對于提高晶硅太陽能電池的電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本有著重大意義和應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、效率高、成本低、無需開槽掩膜或種子層，所得到的柵狀電極高寬比高、陰影損失小、接觸電阻及體電阻低、電極厚度和電鍍沉積速度易控的光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法；第二目的在于提供一種實現(xiàn)前述方法的裝置。本發(fā)明第一目的是這樣實現(xiàn)的，包括硅片預(yù)處理、電鍍狀態(tài)設(shè)置、遮光板設(shè)置、光誘導(dǎo)電鍍工序，具體包括
A、硅片預(yù)處理將硅片原材經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕、去磷并制備硅片背電極；
B、電鍍狀態(tài)設(shè)置將娃片背電極與電鍍池中對電極電性連接，將娃片表面向下懸置于電鍍液中；
C、遮光板設(shè)置在硅片表面設(shè)置柵狀遮光板；
D、光誘導(dǎo)電鍍接通光源，使光線透過柵狀遮光板上的透光孔照射于硅片表面，通過光誘導(dǎo)電鍍方式將金屬離子沉積于硅片表面形成柵狀電極接觸層。本發(fā)明的第二目的是這樣實現(xiàn)的，包括電鍍池、光源、導(dǎo)線、對電極，所述的電鍍池底部設(shè)置光源，所述的電鍍池兩側(cè)設(shè)置對電極，所述的對電極與硅片背電極連接，所述的電鍍池底部或下側(cè)面設(shè)置有排水口和/或加熱裝置，所述的電鍍池上部設(shè)置柵狀遮光板，且置于娃片N區(qū)表面下方。本發(fā)明方法采用光柵電鍍方式直接在電池硅片N區(qū)表面上光誘導(dǎo)電鍍沉積形成金屬柵狀電極，能實現(xiàn)Ni、Co、Sn、Cd、Ti等平衡電位相對較正的金屬柵線的沉積。本發(fā)明方法通過附加恒流電源可將沉積金屬范圍拓展到更負的區(qū)段，例如Ni-W-P、Co-ff-P, Co-W、Ni-W、Co-W、Co-Mo、Ni-Mo、Co-P、Ni-P合金等。[nl]而這些含W、Mo等成分的合金可以起到對電極傳導(dǎo)層銅的擴散阻擋作用，大大提高太陽電池的使用壽命。本發(fā)明裝置在電池硅片N區(qū)表面與光源間設(shè)置預(yù)制柵狀圖案的遮光板，利用太陽能電池的光電效應(yīng)，光照區(qū)電阻急劇減小，光電流集中于預(yù)制柵狀圖案的光照區(qū)，將電鍍液中金屬離子還原成金屬沉積在光照區(qū)，實現(xiàn)太陽能電池柵狀電極形狀按遮光板的預(yù)制圖案電鍍而成。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)柵狀電極采用絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷在太陽能電池減反層上，需要后期高溫?zé)Y(jié)以形成滲透接觸，但是會造成玻璃體阻隔和柵線多孔化，從而導(dǎo)致接觸電阻大及體電阻大的缺陷；也克服了高溫?zé)Y(jié)易導(dǎo)致太陽能電池翹曲變形的問題。本發(fā)明具有以下特點
I、本發(fā)明通過采用調(diào)整遮光板縫隙寬度，以及遮光板與硅片間的距離，能夠得到較窄的線寬；調(diào)整光照時間，能夠得到理想的電極線高，從而減少柵狀電極對太陽能電池表明的覆蓋面積，達到低覆蓋率的目的。本發(fā)明方法克服了現(xiàn)有技術(shù)絲網(wǎng)印刷和噴印造成的高覆蓋率、高接觸電阻、高體電阻的問題，有利于提高晶體硅太陽能電池光轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明方法利用金屬或合金作為對電極材料，采用普通金屬鹽作為電鍍液電解質(zhì)，取代了對需要進口的昂貴的導(dǎo)電銀漿和含金屬墨水的依賴，大大降低太陽能電池的生產(chǎn)成本。2、本發(fā)明方法采用光誘導(dǎo)電鍍，相比現(xiàn)有技術(shù)的光刻、化學(xué)腐蝕和機械刻蝕等方法，無需開槽和預(yù)置電鍍種子層工序，工藝簡單、效率高，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。由于太陽能電池除N區(qū)表面外其它表面不與電鍍液接觸，且只對N區(qū)表面進行光照，避免了其它表面金屬沉積造成的電極短路問題；同時，由于只是電池硅片N區(qū)表面與電鍍液接觸，避免了硅片浸入電鍍液中需使用電鍍掛具易造成電池損壞和金屬沉積不均勻的問題。3、本發(fā)明電鍍裝置采用電化學(xué)沉積方式較現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)沉積方式生產(chǎn)效率高，并采用普通金屬鹽作為電解質(zhì)和普通金屬或合金作為對電極，相比導(dǎo)電銀漿料和含金屬的墨水，耗材成本低廉。低溫電鍍方式，電能消耗很少，生產(chǎn)成本低；由于遮光板可水平和/或垂直調(diào)整，有利于提高遮光板的利用率和便于調(diào)整柵狀電極表面光亮帶的寬度，也即柵狀電極的生成寬度；通過對光照時間、電鍍液濃度和外加電流的控制，使金屬沉積生產(chǎn)的電極厚度和電鍍沉積速度易于控制。
4、本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，所得到的柵狀電極高寬比高、陰影損失小、接觸電阻及體電阻低、電極厚度和電鍍沉積速度易控的的特點。


圖I為本發(fā)明工藝流程框 圖2為本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明裝置另一種實施方式整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-電鍍池、2-光源、3-電鍍液、4-光照方向、5-恒流電源、6-電量測量裝置、7-導(dǎo)線、8-電池硅片、81-硅片N區(qū)、82-硅片背電極面、9-對電極、10-柵狀遮光板。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，依據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)所作的任何變更或替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。如圖I所示，本發(fā)明方法包括硅片預(yù)處理、電鍍狀態(tài)設(shè)置、遮光板設(shè)置、光誘導(dǎo)電、鍍工序，首先將硅片原材經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕、去磷并制備硅片背電極；然后將硅片背電極與電鍍池中對電極電性連接，將娃片N區(qū)表面向下懸置于電鍍液中,在娃片N區(qū)表面下方設(shè)置柵狀遮光板，接通光源，使光線透過柵狀遮光板上的透光孔照射于硅片N區(qū)表面，通過光誘導(dǎo)電鍍方式將金屬離子沉積于硅片N區(qū)表面形成柵狀電極接觸層。所述的對電極連接恒流電源，其為可調(diào)式恒流電源。所述的硅片背電極與對電極電路中串聯(lián)或并聯(lián)電量測量裝置，以控制光誘導(dǎo)電鍍的金屬沉積量。所述的硅片表面與電鍍液接觸，避免硅片其他部分與電鍍液接。所述的光源照射方向與娃片表面垂直。所述的對電極為Ni-W-P、Co-ff-P, Co-W、Ni_W、Co-Mo, Ni-Mo, Co-P, Ni-P 等合金型電極或Co、Ni等金屬型電極或石墨、玻碳等惰性電極。
所述的電鍍液為CoSO4或/和NiSO4電鍍液，或CoSO4、NiSO4分別與Na2WO4和Na3Citrate或N(C2H4OH) 3或甘氨酸鈉組成的復(fù)合電鍍液，或CoS04、NiSO4分別與Na2MoO4和Na3Citrate或N(C2H4OH) 3或甘氨酸鈉組成的復(fù)合電鍍液。所述的電鍍液為濃度0. Olmol/L lmol/L的CoSO4或/和NiSO4電鍍液，或0. 01 0. 5mol/L 的 CoSO4 或 NiSO4 分別與 0. 01 0. 5mol/L 的 Na2WO4 和 0. 02 lmol/L的Na3Citrate或N(C2H4OH) 3或甘氨酸鈉組成的復(fù)合電鍍液，或0. 01 0. 5mol/L的CoSO4或 NiSO4 分別與 0. 01 0. 5mol/L 的 Na2MoO4 和 0. 02 lmol/L 的 Na3Citrate 或 N(C2H4OH) 3或甘氨酸鈉組成的復(fù)合電鍍液。所述的Na3Citrate為合金電鍍提供配合離子，Na3Citrate也可用其它檸檬酸鹽(Citrate)、甘氨酸鹽(glycine)或 N(C2H4OH)3 (三乙醇胺、triethanolamine)代替。光誘導(dǎo)電鍍工序制備太陽能電池柵狀電極接觸層后，對接觸層進行強化電鍍或光誘導(dǎo)電鍍，在接觸層上強化沉積Cu、Ag金屬或Cu-Cr、Cu-Zn合金或其它導(dǎo)電性良好的金屬、合金，或/和強化沉積助焊層，助焊層材料優(yōu)選為Sn。圖2示出了本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)，其包括電鍍池I、光源2、導(dǎo)線7、對電極9，所述的電鍍池I底部設(shè)置光源2，所述的電鍍池I兩側(cè)設(shè)置對電極9，所述的對電極9與硅片背電極82連接，所述的電鍍池I底部或下側(cè)面設(shè)置有排水口和/或加熱裝置，所述的電鍍池I上部設(shè)置柵狀遮光板10，且置于硅片N區(qū)81表面下方。所述的對電極9連接恒流電源，所述的恒流電源為可調(diào)式恒流電源；所述的光源2為自然光、照明燈具或激光器光源，所述的照明燈具為熒光燈、白熾燈、LED燈、鹵素?zé)?、高壓氣體放電燈中的任意一種，所述的光源為恒定光強的光源或光強變化的光源。所述的柵狀遮光板10設(shè)置于縱橫向調(diào)節(jié)機構(gòu)上，以調(diào)節(jié)柵狀遮光板10與硅片N區(qū)81表面間距離，以及平行移動?xùn)艩钫诠獍?0。圖3示出了另一種光誘導(dǎo)電鍍裝置，其為臥式結(jié)構(gòu)，將電池硅片密封固定于電鍍池的側(cè)面，確保了電鍍液只與硅片N區(qū)接觸發(fā)生光致電化學(xué)反應(yīng)。而且光源、柵狀遮光板更方便調(diào)整，控制精度更高。本發(fā)明工作原理及工作工程
將經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕和去磷、制背電極等硅片預(yù)處理的電池硅片N區(qū)81表面置于Ni-Mo、Co-Mo、Co-W、Ni-W、Co、Ni等電鍍液3中，并將電池硅片背電極面82與浸入電鍍液中的對電極9用導(dǎo)線7連接，以便形成閉合回路。在電池硅片N區(qū)81表面前設(shè)置柵狀遮光板10，讓光源2發(fā)出的光通過預(yù)制柵狀圖案的柵狀遮光板10照射到硅片N區(qū)81表面，此時被光照射的區(qū)域由于光電效應(yīng)產(chǎn)生的光生電子將電鍍液中的金屬離子還原成金屬沉積在柵狀遮光板的光照區(qū)。同時，光生空穴則沿導(dǎo)線7傳輸?shù)綄﹄姌O9并將電極金屬溶解為金屬離子以補充溶液中離子的損耗。通過電路中的電量測量裝置6測量沉積電量，通過反應(yīng)時間監(jiān)測沉積金屬的厚度，完成柵狀電極的制備。將配制好的光誘導(dǎo)電鍍電鍍液注入電鍍池中，將經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕和去磷、制背電極的電池硅片電性連接于電鍍池及其 控制電路中，即將電池硅片背電極與對電極、電源電路連接好，固定好電池硅片位置且保持N區(qū)表面與電鍍液面平行，硅片N區(qū)表層浸入電鍍液中。在電池硅片N區(qū)表面與光源間設(shè)置柵狀遮光板并保證其N區(qū)表面平行，開啟光源，使光線透過柵狀遮光板照射到電池硅片N區(qū)表面，發(fā)生光誘導(dǎo)電化學(xué)反應(yīng)，電鍍液中的金屬離子還原成金屬沉積于柵狀光照區(qū)，形成柵狀電極。控制光照時間即可控制電極的厚度。本發(fā)明裝置電路中連接直流可調(diào)恒流電源及電量測量裝置，工作時將恒流電源調(diào)至不足以使合金沉積的合適電流，以促進平衡電位較負的合金電鍍液中金屬離子的沉積，同時也能促進單金屬電鍍液中金屬離子的沉積，加快光誘導(dǎo)電鍍進程。同時，通過電量測量裝置6檢測開始電鍍以來的沉積電量，從而達到控制沉積金屬的膜厚，即電極膜厚的目的。實施例I
將配制好0. Olmol/L的Co金屬離子光誘導(dǎo)電鍍液注入電鍍池中，將經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕和去磷、制背電極的電池硅片電性連接于電鍍池及其控制電路中，即將電池硅片背電極與Co對電極、電源電路連接好，固定好電池硅片位置且保持N區(qū)表面與電鍍液面平行，硅片N區(qū)表層浸入電鍍液中。在電池硅片N區(qū)表面與熒光燈光源間設(shè)置柵狀遮光板并保證其N區(qū)表面平行，啟動光源，使光線透過柵狀遮光板照射到電池硅片N區(qū)表面，發(fā)生光誘導(dǎo)電化學(xué)反應(yīng)，電鍍液中的金屬離子還原成金屬沉積于柵狀光照區(qū)，形成柵狀電極，然后采用光誘導(dǎo)電鍍和普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu和Sn，以強化柵狀電極。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提高5. 11%，開路電壓提高0. 044%,填充因子提高0. 23%。實施例2
以lmol/L的Ni金屬離子電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以Ni電極作為對電極，以自然光作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用光誘導(dǎo)電鍍和普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提高5. 23%，開路電壓提高0. 046%,填充因子提高0. 24%。實施例3
以lmol/L的Ni金屬離子電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以Ni電極作為對電極，以自然光作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提聞2. 30%,開路電壓提聞0. 046%,填充因子提聞0. 18%。此實施例是對前面實施例不選擇加強化電鍍的支持。
實施例4
以0. 3mol/L的Co金屬離子電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以Co電極作為對電極，以LED燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用光誘導(dǎo)電鍍和普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上鍍一層Cu，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提高4. 92%，開路電壓提高0. 05%,填充因子提聞0. 18%。實施例5
以0. lmol/L的Co和0. 7mol/L的Ni金屬離子電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以Co-Ni合金電極作為對電極，以氖光燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用光誘導(dǎo)電鍍和普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提聞4. 90%,開路電壓提聞0. 05%,填充因子提聞0. 18%。實施例6
以 0. Olmol/L 的 CoS04、0. Olmol/L 的 Na2WO4 和 0. 02mol/L 的 Na3Citrate 電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以Co電極作為對電極，以氖光燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極。效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提聞4. 81%,開路電壓提聞0. 08%,填充因子提聞0. 26%o實施例7
以 0. 5mol/L 的 CoS04、0. 5mol/L 的 Na2WO4 和 lmol/L 的 Na3Citrate 電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以石墨電極作為對電極，Ag作為沉積金屬，以白熾燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提聞4. 93%,開路電壓提聞0. 07%,填充因子提聞0. 25%。實施例8
以 0. 5mol/L 的 CoS04、0. 5mol/L 的 Na2WO4 和 lmol/L 的 Na3Citrate 電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以石墨電極作為對電極，以氦氖激光器作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提高4. 94%，開路電壓提高0. 07%,填充因子提高0. 25%。實施例9
以 0. 5mol/L 的 NiS04、0. 5mol/L 的 Na2WO4 和 lmol/L 的 Na3Citrate 電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以Ni電極作為對電極，以氙氣燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，、高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提聞5. 05%,開路電壓提聞0. 08%,填充因子提聞0. 21%。實施例10
以 0. 3mol/L 的 NiS04、0. 4mol/L 的 Na2WO4 和 0. 8mol/L 的 Na3Citrate 電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以石墨電極作為對電極，以氪燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，短路電流提高5. 10%，開路電壓提高0. 07%，填充因子提高0. 23%。實施例11 以 0. Olmol/L 的 CoS04、0. Olmol/L 的 Na2MoO4 和 0. 02mol/L 的 Na3Citrate 電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以石墨電極作為對電極，以鹵素?zé)糇鳛楣庠?，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，短路電流提高5. 10%，開路電壓提高0. 07%，填充因子提聞0. 23%。實施例12
以 0. 5mol/L 的 CoS04、0. 5mol/L 的 Na2MoO4 和 lmol/L 的 Na3Citrate 電鍛液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以石墨電極作為對電極，以鹵素?zé)糇鳛楣庠?，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，短路電流提高5. 12%，開路電壓提高0. 07%，填充因子提高0. 21%。實施例13
以 0. 5mol/L 的 CoS04、0. 5mol/L 的 Na2MoO4 和 lmol/L 的 Na3Citrate 電鍛液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以玻碳電極作為對電極，以熒光燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，短路電流提高5. 12%，開路電壓提高0. 07%，填充因子提高0. 21%。實施例14
以 0. 5mol/L 的 CoS04、0. 5mol/L 的 Na2WO4 和 lmol/L 的 N (C2H4OH) 3 (三乙醇胺;triethanolamine)電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以石墨電極作為對電極，以氦氖激光器作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提高4. 94%，開路電壓提高0. 07%，填充因子提聞 0. 25%。實施例15以 0. 5mol/L 的 NiS04、0. 5mol/L 的 Na2WO4 和 lmol/L 的甘氨酸鈉(Sodium Glycinate)電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以石墨電極作為對電極，Ag作為沉積金屬，以白熾燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提聞4. 93%,開路電壓提聞0. 06%,填充因子提聞0. 26%o實施例16
以 0. 03mol/L 的 NiS04、0. 3mol/L 的 Na2WO4 和 0. 4mol/L 的甘氨酸鈉(SodiumGlycinate)電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以石墨電極作為對電極，Ag作為沉積金屬，以頻閃燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提高5. 20%,開路電壓提高0. 06%,填充因 子提聞0. 30%o實施例17
以 0. 03mol/L 的 NiS04、0. 3mol/L 的 Na2WO4 和 0. 4mol/L 的甘氨酸鈉(SodiumGlycinate)電鍍液作為光誘導(dǎo)電鍍液，以石墨電極作為對電極，Ag作為沉積金屬，以漸變暗燈作為光源，按與實施例I相同的工序步驟，制備電池硅片柵狀電極，然后采用普通電鍍方法，在太陽能電池柵狀電極上電鍍一層Cu金屬，以強化柵狀電極，效果良好。經(jīng)檢測柵狀電極牢固，電阻率低于現(xiàn)有技術(shù)制備的柵狀電極，高寬比大，電池有效工作面積大，相比采用絲網(wǎng)印刷制備的太陽電池的對比樣品，短路電流提高5. 15%，開路電壓提高0. 06%，填充因子提聞0. 27%。
權(quán)利要求
1.一種光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法，包括硅片預(yù)處理、電鍍狀態(tài)設(shè)置、遮光板設(shè)置、光誘導(dǎo)電鍍工序，具體包括 A、硅片預(yù)處理將硅片原材經(jīng)過制絨、擴散、刻蝕、去磷并制備硅片背電極； B、電鍍狀態(tài)設(shè)置將娃片背電極與電鍍池中對電極電性連接，將娃片表面向下懸置于電鍍液中； C、遮光板設(shè)置在硅片表面設(shè)置柵狀遮光板； D、光誘導(dǎo)電鍍接通光源，使光線透過柵狀遮光板上的透光孔照射于硅片表面，通過光誘導(dǎo)電鍍方式將金屬離子沉積于硅片表面形成柵狀電極接觸層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法，其特征是所述的對電極連接恒流電源，所述的硅片背電極與對電極電路中串聯(lián)或并聯(lián)電量測量 裝直。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法，其特征是所述的硅片表面與電鍍液接觸，所述的光源照射方向與硅片表面垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法，其特征是所述的對電極為 Ni-W-P、Co-ff-P, Co-W、Ni-W、Co-Mo, Ni-Mo, Co-P, Ni-P 合金型電極或Co、Ni金屬型電極或石墨、玻碳惰性電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法，其特征是所述的電鍍液為CoSO4或/和NiSO4電鍍液，或CoSO4、NiSO4分別與Na2WO4和Na3Citrate或N(C2H4OH) 3或甘氨酸鈉組成的復(fù)合電鍍液，或CoS04、NiSO4分別與Na2MoO4和Na3Citrate或N(C2H4OH) 3或甘氨酸鈉組成的復(fù)合電鍍液。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法，其特征是所述的電鍍液為濃度0. Olmol/L lmol/L的CoSO4或/和NiSO4電鍍液，或0. 01 0.5mol/L 的 CoSO4 或 NiSO4 分別與 0. 01 0. 5mol/L 的 Na2WO4 和 0. 02 lmol/L 的Na3Citrate或N(C2H4OH) 3或甘氨酸鈉組成的復(fù)合電鍍液，或0. 01 0. 5mol/L的CoSO4或NiSO4 分別與 0. 01 0. 5mol/L 的 Na2MoO4 和 0. 02 lmol/L 的 Na3Citrate 或 N(C2H4OH) 3 或甘氨酸鈉組成的復(fù)合電鍍液。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法，其特征是光誘導(dǎo)電鍍工序制備太陽能電池柵狀電極接觸層后，對接觸層進行強化電鍍或光誘導(dǎo)電鍍，在接觸層上強化沉積Cu、Ag金屬或Cu-Cr、Cu-Zn合金，或/和強化沉積助焊層。
8.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述的光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法的裝置，包括電鍍池(I)、光源(2)、導(dǎo)線(7)、對電極(9)，所述的電鍍池(I)底部設(shè)置光源(2)，所述的電鍍池(I)兩側(cè)設(shè)置對電極(9)，所述的對電極(9)與硅片背電極(82)連接，所述的電鍍池(I)底部或下側(cè)面設(shè)置有排水口和/或加熱裝置，其特征是所述的電鍍池(I)上部設(shè)置柵狀遮光板(10)，且置于硅片N區(qū)(81)表面下方。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征是所述的對電極(9)連接恒流電源；所述的光源(2)為自然光、照明燈具或激光器光源，所述的照明燈具為熒光燈、白熾燈、LED燈、鹵素?zé)簟⒏邏簹怏w放電燈中的任意一種，所述的光源為恒定光強的光源或光強變化的光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征是所述的柵狀遮光板(10)設(shè)置于縱橫向調(diào)節(jié)機構(gòu)上，以調(diào)節(jié)柵狀遮光板(10)與硅片N區(qū)(81)表面間距離，以及平行移動?xùn)艩钫诠獍?10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光誘導(dǎo)電鍍制備太陽能電池表面柵狀電極的方法及裝置。本發(fā)明方法包括硅片預(yù)處理、電鍍狀態(tài)設(shè)置、遮光板設(shè)置、光誘導(dǎo)電鍍工序，通過光誘導(dǎo)電鍍方式將金屬離子直接沉積于硅片表面形成柵狀電極。本發(fā)明裝置包括電鍍池、光源、導(dǎo)線、對電極，所述的電鍍池底部設(shè)置光源，所述的電鍍池兩側(cè)設(shè)置對電極，所述的對電極與硅片背電極連接，所述的電鍍池底部或下側(cè)面設(shè)置有排水口和/或加熱裝置，所述的電鍍池上部設(shè)置柵狀遮光板且置于硅片N區(qū)表面下方。本發(fā)明實現(xiàn)了在太陽能電池硅片上直接電鍍制備柵狀電極，無需傳統(tǒng)方法的開槽和預(yù)置種子層工序，降低了生產(chǎn)成本，克服了現(xiàn)有絲網(wǎng)印刷技術(shù)高寬比小、接觸電阻和體電阻高、效率低的不足。
文檔編號C25D7/12GK102747397SQ20121027082
公開日2012年10月24日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者馮苑飛, 劉鑄, 徐哲, 肖輝 申請人:云南大學(xué)