CN102364701A - 太阳能电池表面电极的制备工艺 - Google Patents

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邢政
王荣新
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杨辉
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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池表面电极的制备工艺，属于太阳能电池制造领域。该工艺为：在太阳能电池采光面上覆设石墨烯薄膜，并在太阳能电池的选定区域上形成外引线黏附材料层，以及在该选定区域引出外引线。本发明利用优良导电性及透光性的石墨烯薄膜作为透明导电材料制备PN或PIN结构连接，较之目前的太阳电池电极的制作流程，免去了部分繁琐生长及工艺步骤，极大的提高了进入电池的光通能量，进而有效的增加了太阳电池的光电转换效率，具有工艺简单、成本低，利于规模化生产的特性，有望在太阳电池及其它光电器件领域被广泛应用。

Description

太阳能电池表面电极的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制备工艺，尤其涉及一种太阳能电池表面电极的制备工艺，属于太阳能电池光伏技术领域。
背景技术
1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到光伏效应。1876年，依据固态硒(Se)***中的光伏效应，人们开发出Se/CuO光电池，这些早期器件没有足够效率，只能用于光电探测，直至1954年美国贝尔实验室研制出第一片实用的硅太阳电池，并于1958年将之首先应用在航天器上，其后工艺不断改进，电池设计逐步定型，但由于其价格昂贵，只能用于空间航天器的电源。
同时，随着人们意识到石化能源是不可再生的、有限的，并且伴随着全球性环境污染与生态破环，世界各国开始加强清洁能源的开发，从而推动了太阳能电池的发展，效率不断提高，单晶体硅电池的效率已经从20世纪50年代的6%提高到目前的24.7%，多晶体硅电池的效率达到了20.3%，在薄膜电池的研究工作中，非晶硅薄膜电池效率达到了13%，碲化镉(CdTe) 效率达到了16.4%，铜铟硒(CIS)的效率达到19.5%。而多结叠层光电池的研究更是取得了长足的进步，聚光条件下GaInP/Ga(In)As/Ge多结光电池的转化效率已经突破了40%。
在制约太阳电池效率提升因素中，采光面电极设计一直是一个倍受关注的问题。合理的设计直接影响电池各项性能指标，主要由采光量和串联电阻这两个矛盾方面的影响。当表面金属电极间距减小时，表面金属电极面积增大，也就是遮光区域的面积增大，进入电池的总的光能量是必减少了，此时横向电流流动距离较短，串联电阻将降低。反之，当表面金属电极间距加大，表面金属电极面积减小时，也就是遮光区域的面积减小，进入电池的总的光能量是必增加，而横向电流要经过较长距离进入电极导出，串联电阻增大。长期以来，人们均是通过计算优化来设计栅电极的布局，其需要兼顾进光量与串联电阻，因此一直没有使两者同时做到最优。
发明内容
本发明的目的在于提出一种太阳能电池表面电极的制备工艺，其利用具有优良光电性能的石墨烯薄膜替代传统的栅线电极，可实现进光量与串联电阻的同步优化，从而克服了现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种太阳能电池表面电极的制备工艺，其特征在于，该工艺为：在太阳能电池采光面上覆盖石墨烯薄膜，并在靠近太阳能电池边缘的选定区域上形成外引线黏附材料层，而后在该选定区域引出外引线。
作为一种可选的方式，所述石墨烯薄膜是直接覆盖于太阳能电池采光面上。
作为一种优选方式，所述石墨烯薄膜是由生长形成或外部转移至太阳能电池采光面上的石墨烯材料制成的。
具体而言，所述石墨烯材料的转移方法可为直接转移或间接转移。转移方式可选通过将太阳能电池衬底浸润到石墨烯悬浊液中，使用浸润黏附的方式或采用超声辅助的方式来加强太阳电池表面覆盖石墨烯膜层的效果，取出后烘干；也可选择将石墨烯利用黏附转移的方法制备在太阳电池采光面上。
所述石墨烯材料的制备工艺为：首先在强氧化剂与强酸形成的胶体体系中加入天然石墨或人造石墨反应后得到氧化石墨，利用溶剂热还原法或热膨胀还原得到石墨烯材料；所述强氧化剂可选用氯酸钾和高锰酸钾，所述强酸可选用浓硫酸、浓硝酸和浓盐酸等；
所述溶剂热还原法中采用乙醇作为溶剂，反应温度为20℃-900℃；
所述热膨胀还原法是在温度为100℃-1200℃的条件下进行，且其中快速热膨胀剥离石墨的操作是在1-30min内完成。
所述太阳能电池是由Si、Ge、Cu、In、Ti、III族、V族、II族、VI族中的一种或一种以上元素的组合构成。
所述太阳能电池的结构形式选自一个或一个以上的PN结、PIN单结、PIN结叠层多端连接结构以及双结级联和多结级联的复合结构。
所述外引线黏附材料层是所述外引线黏附材料层由1nm~5mm厚的无机导电材料和/或有机导电材料形成，采用物理或化学沉积方法制备的，所述物理或化学沉积的方法可选自蒸发、溅射、激光沉积、旋涂、印刷、喷涂、CVD、PVD、VPD、化学水热、化学微乳胶、化学溶胶凝胶、化学液相沉积中的任意一种或两种以上的组合。
与现有技术相比，本发明的优点至少在于：大大简化了太阳能电池表面电极的制备工艺，极大的提高了进入电池的光能量，同时降低了电池的串联电阻，进而有效的增加了太阳电池的光电转换效率，具有工艺简单、成本低，利于规模化生产的特性，可广泛应用于太阳电池及其它光电器件领域。
具体实施方式
下面结合一较佳实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但本发明并不局限于此。
需要指出的，下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所用试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
该太阳能电池表面电极的制备工艺包括如下步骤：
(1)将太阳能电池的样片使用无机溶液和有机溶液清洗后，备用；
(2)石墨烯溶液的制备：
（i）将浓硫酸与浓硝酸以3：1的方式混合，放入天然石墨，搅拌15分钟，然后加入10g氯酸钾，反应12-72小时，之后加入大量去离子水稀释，离心机5000rpm，离心3分钟，得到沉淀物，真空烘干得到氧化石墨；
(ii)将氧化石墨放入到1000℃的石英管中，热膨胀5-60s，得到可剥离石墨，放入无水乙醇超声处理2小时，得到石墨烯悬浮液；
(3)将备用的电池样片浸润到石墨烯悬浊液中并超声1分钟，然后在70℃～120℃温度烘干；
(4)遮挡样片表面特定的区域，通过物理沉积的方式在靠近样片表面边缘的选定区域上沉积金属黏附材料，制备选定区域外引线黏附层； 
(5)将制备完成的电池样片分割、固定、引出外引线后封装。
本发明工艺制法及选材上具有多样性，以上仅是本发明众多具体应用范例中的颇具代表性的几个实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是材料的简单替换而形成的技术方案，只要是采用本发明具减反射效果的薄膜结构制备太阳能电池，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能电池表面电极的制备工艺，其特征在于，该工艺为：在太阳能电池采光面上覆设石墨烯薄膜，并在靠近太阳能电池边缘的选定区域上形成外引线黏附材料层，而后在该选定区域引出外引线。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池表面电极的制备工艺，其特征在于，所述石墨烯薄膜是由直接生长于太阳能电池采光面上的或由外部直接或间接转移至太阳能电池采光面上的石墨烯材料制成。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池表面电极的制备工艺，其特征在于，所述石墨烯材料的直接转移方法为：
将太阳能电池衬底浸润到石墨烯悬浊液中或伴以超声以加强粘附，再取出烘干。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池表面电极的制备工艺，其特征在于，所述石墨烯材料的直接转移方法为：
将石墨烯利用黏附转移的方法固定在太阳电池采光面上。
5.根据权利要求2 、3或4所述的太阳能电池表面电极的制备工艺，其特征在于，所述石墨烯材料的制备工艺为：首先在主要由强氧化剂与强酸形成的胶体体系中加入天然石墨或人造石墨反应后得到氧化石墨，其后利用溶剂热还原法或热膨胀还原得到石墨烯；
所述强氧化剂至少选自氯酸钾和/或高锰酸钾；
所述强酸至少选自浓硫酸、浓硝酸和浓盐酸中的任意一种；
所述溶剂热还原法中采用乙醇作为溶剂，反应温度为20℃-900℃；
所述热膨胀还原法是在温度为100℃-1200℃的条件下进行的，且其中快速热膨胀剥离石墨的操作是在1-30min内完成。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池表面电极的制备工艺，其特征在于， 所述太阳能电池是由Si、Ge、Cu、In、Ti、III族、V族、II族、VI族中的任意一种或两种以上的组合构成。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池表面电极的制备工艺，其特征在于，所述太阳能电池的结构形式选自一个或一个以上的PN结、PIN单结、PIN结叠层多端连接结构以及双结级联和多结级联的复合结构。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池表面电极的制备工艺，其特征在于，所述外引线黏附材料层是采用物理或化学沉积方法制备的、厚1nm~5mm的无机导电材料和/或有机导电材料层，所述物理或化学沉积方法至少选自蒸发、溅射、激光沉积、旋涂、印刷、喷涂、CVD、PVD、VPD、化学水热、化学微乳胶、化学溶胶凝胶、化学液相沉积中的任意一种或两种以上的组合。
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