[发明专利]一种太阳电池新型电极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种太阳电池新型电极及其制备方法和应用，太阳电池新型电极包括铜丝，铜丝的表面还包覆有金属镀层，金属镀层表面还附着有银浆层；金属镀层由一元金属材料、二元合金材料、三元合金材料或更多元的合金材料制成；一元金属材料为Ag、Sn、Ni、Au、Bi等中的任意一种；二元合金材料为Sn‑Pb、Sn‑Zn、Sn‑Bi、Sn‑Au等中的任意一种；三元合金材料为Sn‑Ag‑Sb、Sn‑Ag‑Bi等中的任意一种；使用本发明制备方法所形成的太阳电池电极会降低太阳电池电极的串联电阻、降低太阳电池的电极成本，并能够满足太阳电池电极附着力的要求。

技术领域

本发明涉及一种太阳电池新型电极及其制备方法和应用。

背景技术

太阳电池是利用光生伏特效应制成的一种光电换能器件，可以直接将太阳能转换成电能。太阳电池种类繁多，目前超过95％的太阳电池都是利用硅基片材制备的，产业化的主要有PERC太阳电池、TOPCon太阳电池及HJT太阳电池等。不管任何一种太阳电池，按其完成的功能都可以分为基体和电极两个部分，基体的主要功能是完成光的吸收、载流子产生和分离；电极的主要功能是将光产生的载流子导出。太阳电池的基体通常是半导体材料，电极通常是金属或金属氧化物。现在最常用的金属是将银制备成银浆，通过烧结和基体材料结合在一起形成电池的金属电极。由于太阳电池的基体材料和电极是两种性质完全不同的材料，因此在制备太阳电池电极的过程中，不但要求要形成低的欧姆接触，还要有一定的剥离强度，以满足太阳电池在户外25年以上的使用寿命。

经过研究人员多年的努力，目前硅基片状太阳电池上主要采用印刷银浆、烧结制备金属电极，方法是将一定份数的超细银粉、玻璃粘结剂和有机粘合剂等混合，制成浆料，通过丝网印刷等工艺将银浆印刷或挤压在太阳电池基体材料的表面，再采用烧结工艺形成具有一定剥离强度的低接触电阻金属电极。

目前用于太阳电池电极材料的银浆主要存在以下问题：

1、银浆价格昂贵，在电池片非硅成本中占比约为30-40％，在电池片整体成本中占比约为8％-10％左右；银粉占电池正面银浆原材料成本比例达98％，因此采用银浆来制备太阳电池的电极不利于光伏发电成本的持续降低。

2、全球白银总储备量约40万吨，如果2021-2023全球光伏新增装机为160GW、200GW和240GW，那么2021-2023年光伏银浆需求总量有望达到3500吨、4300吨和5000吨；未来太阳能光伏发电会成为人类能源主力，那么全球所有的银根本不能满足这个要求。

研究人员尝试了很多方法来降低太阳电池中银的消耗，或用别的金属来替代银，典型的有采用银包铜粉或电镀铜等金属，但超细铜粉的化学性质比银要活泼得多，易氧化，氧化后在铜的表面生成Cu₂O和CuO薄膜，且铜粉粒度越细，其比表面积越大，氧化速度也就越快；如果银包铜粉中银的比例过低，由于铜的氧化在太阳电池烧结工艺中无法形成低电阻的电极，会导致太阳电池效率降低；如果银包铜粉中银的比例足够大，由于银的保护能够满足后续烧结中铜不被氧化，但高的银含量达不到降低成本的要求；若采用电镀的方法将铜镀在银等种子层上，但由于电镀成本高且有污染，因此这两种方法现在都不能实现产业化，亟需等待解决。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提出了一种太阳电池新型电极及其制备方法和应用，具体如下：

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种太阳电池新型电极，其特征在于：包括铜丝，所述铜丝的表面还包覆有金属镀层，所述金属镀层表面还附着有银浆层；所述金属镀层由一元金属材料、二元合金材料、三元合金材料或更多元的合金材料制成；所述一元金属材料为Ag、Sn、Ni、Au、Bi等中的任意一种；所述二元合金材料为Sn-Pb、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-Au等中的任意一种；所述三元合金材料为Sn-Ag-Sb、Sn-Ag-Bi等中的任意一种。

进一步地，所述铜丝的截面形状为圆形、矩形、三角形、或其他规则及不规则形状。