[发明专利]一种电喷印太阳能光伏电池电极的装置

说明书

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，提供一种电喷印太阳能光伏电池电极的装置。

背景技术

太阳能光伏电池(以下简称光伏电池)能够将太阳能直接转换为电能，其原理是光生伏特效应。目前，硅太阳能电池发展最成熟，且在电池应用中占主导地位。

硅太阳能电池主要由上电极、下电极、n型半导体、p型半导体以及p-n结等组成，其中上下电极直接与负载连接并向负载输出电压，是影响光伏电池串联电阻和光电转化效率的关键。光伏电池普遍采用银作为电极材料，银电极也是影响光伏电池成本的重要部分。光伏电池电极的宽度、高度、高宽比以及电极在电池板的面积对光伏电池光电转换效率具有重要影响。光伏电池有两条主栅和多条细栅，平行排列在镀有减反射膜的N型半导体上。为减小遮光效应和获得较小线阻，要求线宽小、线高大，附着力和电导性能优良。

目前普遍采用丝网印刷技术制备光伏电池电极，该技术单次印刷烧结后制备的银电极宽度在50μm以上，高度在12-20μm，丝网印刷制备的栅线高宽比仅为0.4。受到网板结构和浆料性质的限制，难以进一步降低电极结构的宽度，因此难以降低电极在电池板上的面积，导致难以减小阴影损失。尽管通过二次印刷可以提高电极结构高度，但是二次印刷存在电极线宽精度难控制、工艺过程复杂等难题，这限制了光伏电池开路电压、短路电流、平面利用率、光电转换效率等性能的进一步提高。此外，由于丝网印刷属于接触制造方法，它直接把压力施加在易碎的半导体晶片上，容易造成晶片裂纹、断裂等损伤。并且丝网印刷的电极浆料利用率受限，需要经常更换丝网，这些增加了光伏电池的制造成本。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服上述技术的不足，发明一种电喷印太阳能光伏电池电极装置。利用导电墨水在电场力作用下形成的微米级精细射流，并同时利用热场处理电喷印中的导电射流和电喷印成型的导电墨水，免除模板工艺过程，在光伏电池半导体片上直接打印成型光伏电池电极。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电喷印太阳能光伏电池电极的装置，包括流体喷印模块、运动模块、显微视觉模块和控制模块四部分。

所述的流体喷印模块包括注射泵3、注射器4、导电墨水5、喷头6、喷头夹具7、电压控制器8和加热装置；所述的注射泵3由220V交流电源供电，将导电墨水5吸入注射器4中，用注射泵3夹紧固定注射器4。注射器4的针头一端和喷头6上端通过塑料导管连接；喷头夹具7定位夹紧喷头6，所述的喷头夹具7前端导电并夹紧喷头6，后端绝缘并固定在可以纵向移动的Z位移轴上，实现喷印高度的调节。所述的喷头6由导电材料制造，头部加工有内径200微米以下的喷孔13；所述的电压控制器8的电源线连接220V交流电源，电压输出范围为0-5kV，其输出端与喷头夹具7导电部分的右端相连。所述的加热装置可以采用多种加热方式，加热装置为红外加热灯9或者运动平台基板12内部安装加热结构。使用红外加热灯9加热时，红外加热灯9连接0-30V直流电源，由0-30V直流电源供电，其发热功率范围为0-300W，灯身放置在光伏电池半导体片15上方，使灯光照射整个光伏电池半导体片15表面区域并加热光伏电池半导体片15。使用具有加热功能的运动平台基板12加热时，运动平台基板12内部铸有电热管，通过外接的数字温控器实时监控其温度，运动平台基板12的温度调节范围为20-400℃。

所述的运动模块包括真空吸附装置10、运动平台11、运动平台基板12、光伏电池半导体片15；所述的运动平台基板12是平面度1微米以下的金属厚板，内部加工有气道，用于连接真空吸附装置10的管道，其下端用绝缘螺钉与绝缘垫圈固定在运动平台11上，使其跟随运动平台11做相同运动。所述的运动平台11由220V交流电源供电，并用USB数据线和上位机1连接，实现通信。所述的运动平台11可以在上位机1的程序控制下做二维平面运动，通过上位机1还可以控制其运动轨迹和运动速度。所述的真空吸附装置10与运动平台基板12的气道相连，在气道上方放置光伏电池半导体片15，即可将其吸附固定，使其跟随运动平台11做相同运动。

所述的显微视觉模块包括相机2及其实时监测软件。所述的相机2用数据线连接在上位机1上，镜头对准正在打印的区域，即可通过上位机1上的实时监测软件实时监测打印过程。

所述的控制模块为上位机1。所述的上位机1可以控制运动平台11的运动轨迹、运动速度以及喷孔13的打印高度，并放大显示相机2视野范围内的打印过程。