可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法

摘要

本发明公开了一种可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法，用可水溶的镂空掩膜，贴在光伏电池表面，然后在放入真空镀膜设备中，镀上一层金属电极膜层后，揭下镂空掩膜，光伏电池表面留下金属栅线电极。镂空掩膜可以多次使用，达到使用次数后，该镂空掩膜放入水中溶解掩膜，得到要回收的金属，经过清洗后，可以重新用于镀膜靶材的制作。本发明专利的栅线加工材料种类范围广，可以是银、铜、铝等；栅线电极的厚度、宽度可控；栅线电极的材料致密性好，和电池表面的结合强度高。另外，通过可溶性掩膜还可以对多余的沉积金属进行回收和重新利用，大幅度节约了成本。

权利要求

1.一种可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制作水溶性的镂空掩膜：用水溶性聚合物，制备镂空的掩膜，该掩膜的镂空图形与待制作的金属栅线的形状和尺寸一致；

步骤2，将水溶性镂空的掩膜贴在光伏电池表面，并放入真空设备中；

步骤3，用真空镀膜的方法，在上述的光伏电池表面镀上一层栅线电极金属材料；

步骤4，镀膜结束后，把镂空的掩膜从光伏电池片上取下，留下金属栅线电极；

步骤5，下一批次光伏电池的栅线电极依次重复上述步骤2至步骤4；

步骤6，镂空掩膜材料及表面金属回收：当镂空的掩膜表面积累的镀膜金属材料达到一定厚度，不再适合继续作为掩膜进行真空镀膜栅线电极时，将该镂空的掩膜放入水中，经过溶解后，留下金属层，并进行回收，用于镀膜靶材的加工；水溶性聚合物溶液，经过水分蒸发后，得到可重复使用的水溶性掩膜材料。

2.根据权利要求1所述的可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法，其特征在于：所述步骤1中，所述水溶性聚合物为聚乙烯醇或聚乙二醇。

3.根据权利要求1所述的可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法，其特征在于：所述步骤3中，所述真空镀膜的方法为电子束蒸发、溅射镀膜、热蒸发、原子层沉积和离子束镀膜其中之一。

4.根据权利要求1所述的可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法，其特征在于：所述步骤3中，所述栅线电极金属材料至少为银、铜和铝其中之一。

5.根据权利要求1所述的可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法，其特征在于：所述步骤1中，采用微细加工方法，包括纳米压印、激光开孔和浇筑其中之一种方法制备镂空的掩膜。

说明书

可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法

技术领域

[0001] 本发明属于太阳能光伏电池技术领域，具体的说是涉及一种可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法。

背景技术

[0002] 光伏电池片的能量转换效率提升和加工成本降低，是实现光伏发电平价上网，并逐步提高能源供给的重要技术手段。太阳能电池的光电转换效率提升包括开源节流。开源方面，例如降低电池表面的反射率，让加更多的光参与光电转换。节流方面，例如，缩小栅线电极的遮光面积。成本降低也是光伏电池产品的重要指标，包括节约材料，降低加工成本等。改善栅线电极是光伏电池片的能量转换效率提升和加工成本降低的重要内容。

[0003] 栅线电极是目前光伏电池最重要的收集转换电流的结构材料。以常见的156毫米电池片为例，正面分布有栅线电极，反面布有背板电极。正面栅线电极分为主栅线和细栅线。细栅线的宽度目前已经降低到30至50微米。传统的加工方法是丝网印刷。栅线宽度越低，对丝网模板的要求越高。对此，有一些新的栅线电极加工技术，例如专利“一种电喷印太阳能光伏电池电极的方法”(CN 106653877A)中，采用了电场对压力喷射的导电墨水进一步缩小射流直径，喷射在电池表面，形成栅线电极。在专利“一种晶硅太阳能电池的正面电极”(CN105552144A)中，采用无主栅线，全部是副栅线和细栅线，此外增加焊接接触点的形式。专利“一种太阳能电池的正面电极结构及其制备方法”(CN105789345B)中，该制备方法在丝网印刷银栅线后，然后采用金属丝印制机在金属化处理后的银栅线表面上印制金属丝电极，金属丝和银栅线通过锡膏连接接在一起，优点是用铜电极代替了正面电极上的部分银栅线，降低了硅太阳电池的正面电极的银栅线用量，从而降低了硅太阳电池的制造成本；另外铜电极有更高的高度，提升栅线高宽比，提高效率。

[0004] 与以上方法相比，真空镀膜是更为直接的加工电极方法。真空镀膜具有成膜质量好，电极与电池结合力好，是纯物理的加工方法。但是由于栅线电极的总面积仅占电池表面积的很小一部分(通常约为3-5％)，因此镀膜后，镂空掩膜表面的大部分沉积金属材料面临再次收集和利用的难题。

发明内容

[0005] 为了克服上述缺陷，本发明提供了一种可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法，采用镂空的可溶性聚合物薄膜掩膜，贴在光伏电池表面，然后进行镀膜，移除可溶性聚合物薄膜掩膜，即可得到栅线电极结构。由于镂空掩膜具有水溶性，因此可以很方便的回收金属材料，即把镂空掩膜放入水中，溶解后，即可捞出金属材料，再用于真空镀膜靶材的制作。这样，可以充分有效的回收利用金属材料，同时真空镀膜加工的栅线电极宽度、高度可控，沉积材料致密等优点。在保证栅线电极质量的同时，又大幅度节约了金属材料成本。

[0006] 本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0007] 一种可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法，包括以下步骤：

[0008] 步骤1，制作水溶性的镂空掩膜：用水溶性聚合物，制备镂空的掩膜，该掩膜的镂空图形与待制作的金属栅线的形状和尺寸一致；

[0009] 步骤2，将水溶性镂空的掩膜贴在光伏电池表面，并放入真空设备中；

[0010] 步骤3，用真空镀膜的方法，在上述的光伏电池表面镀上一层栅线电极金属材料；

[0011] 步骤4，镀膜结束后，把镂空的掩膜从光伏电池片上取下，留下金属栅线电极；

[0012] 步骤5，下一批次光伏电池的栅线电极依次重复上述步骤2至步骤4；

[0013] 步骤6，镂空掩膜材料及表面金属回收：当镂空的掩膜表面积累的镀膜金属材料达到一定厚度，不再适合继续作为掩膜进行真空镀膜栅线电极时，将该镂空的掩膜放入水中，经过溶解后，留下金属层，并进行回收，用于镀膜靶材的加工；水溶性聚合物溶液，经过水分蒸发后，得到可重复使用的水溶性掩膜材料。

[0014] 作为本发明的进一步改进，所述步骤1中，所述水溶性聚合物为聚乙烯醇或聚乙二醇，但不局限于此。

[0015] 作为本发明的进一步改进，所述步骤3中，所述真空镀膜的方法为电子束蒸发、溅射镀膜、热蒸发、原子层沉积和离子束镀膜其中之一，但不局限于此。

[0016] 作为本发明的进一步改进，所述步骤3中，所述栅线电极金属材料至少为银、铜和铝其中之一，但不局限于此。

[0017] 作为本发明的进一步改进，所述步骤1中，采用微细加工方法，包括纳米压印、激光开孔和浇筑其中之一种方法(但不局限于此)制备镂空的掩膜。

[0018] 本发明的有益效果是：本发明用可水溶的镂空掩膜，贴在光伏电池表面，然后在放入真空镀膜设备中，镀上一层金属电极膜层后，揭下镂空掩膜，光伏电池表面留下金属栅线电极。镂空掩膜可以多次使用，达到使用次数后，该镂空掩膜放入水中溶解掩膜，得到要回收的金属，经过清洗后，可以重新用于镀膜靶材的制作；采用真空镀膜方法制备的栅线电极，材料种类范围广，可以是银、铜、铝等；栅线电极的厚度、宽度可控；栅线电极的材料致密性好，和电池表面的结合强度高。另外，通过可溶性掩膜还可以对多余的沉积金属进行回收和重新利用，大幅度节约了成本。

附图说明

[0019] 图1为本发明所述方法示意图。

[0020] 结合附图，作以下说明：

[0021] 1——靶材；              2——镀膜束流；

[0022] 3——镂空掩膜；          4——栅线电极；

[0023] 5——光伏电池。

具体实施方式

[0024] 以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。

[0025] 图1示出了本发明一种可溶性掩膜真空镀制备光伏电池栅线电极的方法的一种实施方式，包括以下步骤：

[0026] 步骤1，选用聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)薄膜，厚度50至100微米。PVA薄膜也可由粉料溶解和浇筑而成，首先选用溶解在水中，100毫升水溶解聚乙烯醇5-20克，水温60至95摄氏度，同时搅拌。然后蒸发水分，形成干膜。用激光在聚乙烯醇表面加工镂空栅线电极结构。

[0027] 步骤2，用真空吸附办法，将镂空聚乙烯醇掩膜，夹持，并放在太阳能电池片表面表面，并释放。然后用辊压方法，将镂空聚乙烯醇掩膜与光伏电池表面紧密贴合；

[0028] 3，步骤表面贴有镂空聚乙烯醇掩膜的光伏电池，放入电子束蒸发镀膜设备中，电子束蒸发电压10kV，功率1-8kW，镀膜厚度1微米至20微米。

[0029] 步骤4，镀膜结束后，用真空吸附办法，把镂空聚乙烯醇掩膜吸起来，并放在下一批次光伏电池表面。重复步骤2和3。移除镂空聚乙烯醇掩膜后，即可得到表面镀膜有栅线电极的电池片。

[0030] 步骤5，沉积过程中多余的电极镀膜材料的回收。镂空掩膜表面积累的镀膜金属材料达到一定厚度时，不再适合继续作为掩膜进行真空镀膜栅线电极时，将镂空掩膜放入水中，经过溶解后，留下金属层，并进行回收，用于镀膜靶材的加工。

[0031] 此外，溶解的聚乙烯醇材料通过蒸发水分的方法，可以继续制备聚乙烯醇薄膜。

[0032] 相比现有丝网印刷，本发明中的电极镀膜加工方法，镂空掩膜表面积累的镀膜金属材料达到一定厚度时，不再适合继续作为掩膜进行真空镀膜栅线电极时，将镂空掩膜放入水中，经过溶解后，留下金属层，并进行回收，用于镀膜靶材的加工。