本發(fā)明涉及電鍍，具體涉及一種基于垂直傳輸?shù)囊惑w化柵線銅電極電鍍設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

1、太陽能電池利用半導體材料的光生伏特效應，將光能轉(zhuǎn)換為電能。當太陽光照射到半導體材料上時，光子能量被半導體吸收，導致電子躍遷，形成電子-空穴對。這些電子和空穴通過金屬導電柵線電極收集，在電場的作用下分別向兩極移動，從而產(chǎn)生電流，實現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)化。

2、當前太陽能電池柵線電極普遍采用絲網(wǎng)印刷法，將銀粉導電漿料按照網(wǎng)版上預設(shè)圖形通過擠出方式轉(zhuǎn)移到太陽能電池片上，再經(jīng)過高溫燒結(jié)或低溫固化形成銀柵線來作為導電電極。該方法因工藝簡單、容易實現(xiàn)被廣泛應用。但是絲網(wǎng)印刷方法制備太陽能電池柵線電極存在兩大缺陷：成本高昂，銀材料占電池非硅成本的30％-40％，且價格波動劇烈；效率瓶頸，銀漿電極線寬受限(>30μm)，高寬比不足，導致遮光損失和電阻損耗。

3、采用微米級圖形化電鍍廉價金屬的方法制作電池金屬電極是解決以上絲網(wǎng)印刷方式不足的主要的實現(xiàn)方式。目前在開發(fā)中的銅電鍍制備柵線電極方法大多數(shù)采用圖形化轉(zhuǎn)移柵線圖形，存在工藝復雜度高等問題。傳統(tǒng)銅電鍍需多設(shè)備流轉(zhuǎn)，主要包括掩膜材料涂布→曝光→顯影→電鍍→褪掩膜→去種子層→化學浸錫工序，多次在不同工種設(shè)備間上料、下料，導致生產(chǎn)周期長和碎片率高。同時受制備方法和設(shè)備限制，較窄的銅電鍍柵線(<20μm)容易發(fā)生顯影后掩膜材料去除不凈，褪掩膜工藝容易造成柵線脫落甚至斷裂，所以銅電鍍柵線寬度多為20μm以上。

4、將銅電鍍工藝一體化，解決多種設(shè)備之間流轉(zhuǎn)的問題可以提高生產(chǎn)效率、降低碎片率。電鍍工藝設(shè)備按照電池片擺放方式分為水平式電鍍和垂直式電鍍。水平式電鍍導電接觸不穩(wěn)定，鍍層質(zhì)量差，均勻性差，因為水平電鍍時液流方向與重力方向垂直，藥液循環(huán)效果差，銅離子交換補充不充分，厚度偏差多超過30％，同時導電接觸在工藝腔室內(nèi)固定，電鍍過程中沉積的銅層無法消除，會對電池片表面造成刮蹭劃傷，影響產(chǎn)品良率。垂直式電鍍導電接觸持續(xù)穩(wěn)定，鍍層質(zhì)量好，厚度均勻性好，但是現(xiàn)有的后續(xù)的褪掩膜一般為電池片水平式的藥液噴射沖刷工藝，通過頂部噴灑用大流量褪膜藥液沖刷，解決褪膜副產(chǎn)物反粘電池片的問題，垂直式和水平式工藝難以整合成一體化設(shè)備。

5、因此，如何改善垂直式電鍍作業(yè)方式，實現(xiàn)各工序一體化，并實現(xiàn)更窄柵線寬度(<15μm)，提高此類電鍍電池片的生產(chǎn)效率和良率是目前亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于垂直傳輸?shù)囊惑w化柵線銅電極電鍍設(shè)備，采用垂直式電鍍方法，將柵線銅電極電鍍工藝集成一體化，太陽能電池片固定于夾持治具的轉(zhuǎn)盤，通過升降傳輸機構(gòu)實現(xiàn)電池片在各槽體工位流轉(zhuǎn)，作業(yè)過程中保持360°旋轉(zhuǎn)，提高電鍍的均勻性和褪掩膜穩(wěn)定性，并避免水平?jīng)_刷式褪掩膜容易造成窄線寬柵極脫落的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第一方面提供了一種基于垂直傳輸?shù)囊惑w化柵線銅電極電鍍設(shè)備，包括設(shè)備本體、升降傳輸機構(gòu)和夾持治具，所述夾持治具包括治具本體以及嵌入治具本體內(nèi)的轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤通過夾爪固定嵌入轉(zhuǎn)盤內(nèi)的太陽能電池片，所述轉(zhuǎn)盤外周設(shè)置若干安裝在治具本體上的轉(zhuǎn)輪，其中一個轉(zhuǎn)輪通過齒輪連接旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)；

3、所述設(shè)備本體包括順序設(shè)置的預處理槽、電鍍槽組、褪掩膜槽、去銅種子層槽、化學浸錫槽和烘干槽；

4、所述升降傳輸機構(gòu)連接豎直設(shè)置的夾持治具，用于驅(qū)動太陽能電池片在設(shè)備本體的各槽體間轉(zhuǎn)移。

5、本發(fā)明采用垂直式電鍍方法，通過升降傳輸機構(gòu)實現(xiàn)電池片在各槽體工位流轉(zhuǎn)，通過夾持治具的轉(zhuǎn)盤豎直式固定太陽能電池片并驅(qū)動其在作業(yè)過程中沿轉(zhuǎn)盤軸心360°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了褪掩膜等工序的豎直式處理方式，褪膜副產(chǎn)物在旋轉(zhuǎn)和重力作用下容易從電池片表面脫離同時不會造成反粘現(xiàn)象，同時避免水平?jīng)_刷式褪掩膜容易造成窄線寬柵極脫落的問題，提高電鍍的均勻性和褪掩膜穩(wěn)定性，實現(xiàn)線寬小于15μm柵線電極的電鍍；將柵線銅電極電鍍工藝集成一體化，提高電鍍工藝效率和良率，避免了不同工位流轉(zhuǎn)造成碎片率高的問題。

6、進一步的，所述電鍍槽組包括順序設(shè)置的電流密度逐級增大的第一電鍍槽、第二電鍍槽、第三電鍍槽。

7、進一步的，所述第一電鍍槽的電流密度為0.5-2asd、電鍍時間為0.5-2min，所述第二電鍍槽的電流密度為5-10asd、電鍍時間為6-10min，第三電鍍槽的電流密度為20-30asd、電鍍時間為2-4min。其中，第一電鍍槽前還包括電流密度為15-25asd、電鍍時間為5-30s的預電鍍槽，通過大電流密度沖擊閃鍍一層薄銅。在第一電鍍槽通過小電流密度電鍍可以控制銅晶粒大小，使銅層更加致密，后續(xù)電流密度逐漸增大，提高電鍍效率。

8、進一步的，所述轉(zhuǎn)盤在電鍍槽組時的轉(zhuǎn)速為0.1-25r/min，通過低速率的太陽能電池片的自轉(zhuǎn)，解決了電鍍銅層厚度偏差大、內(nèi)部空洞缺陷等問題，使柵線厚度偏差≤±5％，銅鍍層質(zhì)量更高，性能更優(yōu)；在褪掩膜槽時的轉(zhuǎn)速為5r/min-50r/min，通過相對較大的自轉(zhuǎn)速率，幫助副產(chǎn)物在離心力和重力作用下及時脫離，避免蝕刻過量及不充分的問題，提高褪掩膜穩(wěn)定性，避免了大量藥液沖刷導致窄寬柵線脫落的問題。

9、進一步的，所述電鍍槽組采用脈沖式整流機，正向脈寬30-50ms，反向脈寬5-15ms。電鍍時溝槽頂沿等區(qū)域電力線相對集中，沉積速度快溶液造成內(nèi)部有空洞，施加反向電流可提升鍍層質(zhì)量尤其是鍍層厚度均勻性，減少因電力線分布不均勻所導致的鍍層缺陷，提高電鍍效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

10、進一步的，所述預處理槽、電鍍槽組、褪掩膜槽、去銅種子層槽、化學浸錫槽和烘干槽中每兩個相鄰槽之間均設(shè)置水洗槽，通過水洗去除前一工序藥液。

11、進一步的，所述預處理槽、電鍍槽組、褪掩膜槽、去銅種子層槽、化學浸錫槽中分別裝填酸性預清洗藥液、銅電鍍藥液、褪掩膜藥液、去銅種子層藥液和化學浸錫藥液，并通過頂部溢流循環(huán)過濾后回流。

12、本發(fā)明第二方面提供一種基于垂直傳輸?shù)臇啪€銅電極電鍍方法，采用第一方面所述的電鍍設(shè)備，包括如下步驟：

13、s1、將顯影后太陽能電池片固定在夾持治具的轉(zhuǎn)盤上，并通過升降傳輸機構(gòu)轉(zhuǎn)移至預處理槽豎直插入并浸泡于酸性預清洗藥液中去除太陽能電池片表面污染物；

14、s2、升降傳輸機構(gòu)將太陽能電池片轉(zhuǎn)移至電鍍槽組豎直插入并浸泡于銅電鍍藥液，轉(zhuǎn)盤驅(qū)動太陽能電池片旋轉(zhuǎn)，通電后進行柵線銅電極電鍍；

15、s3、升降傳輸機構(gòu)將太陽能電池片轉(zhuǎn)移至褪掩膜槽豎直插入并浸泡于褪掩膜藥液中，轉(zhuǎn)盤驅(qū)動太陽能電池片旋轉(zhuǎn)，去除掩膜材料；

16、s4、升降傳輸機構(gòu)將太陽能電池片轉(zhuǎn)移至去銅種子層槽豎直插入并浸泡于去銅種子層藥液去除銅種子層；

17、s5、升降傳輸機構(gòu)將太陽能電池片轉(zhuǎn)移至化學浸錫槽豎直插入并浸泡于化學浸錫藥液在太陽能電池片表面形成錫層；

18、s6、升降傳輸機構(gòu)將太陽能電池片轉(zhuǎn)移至烘干槽烘干。

19、進一步的，s2中，升降傳輸機構(gòu)將太陽能電池片順序轉(zhuǎn)移至第一電鍍槽、第二電鍍槽、第三電鍍槽進行銅電極電鍍。

20、進一步的，s1-s6中相鄰兩個步驟之間還包括將太陽能電池片轉(zhuǎn)移至水洗槽進行水洗的步驟。

21、本發(fā)明的有益效果：

22、本發(fā)明通過夾持治具的轉(zhuǎn)盤豎直式固定太陽能電池片并驅(qū)動其在作業(yè)過程中沿轉(zhuǎn)盤軸心360°旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了褪掩膜等工序的豎直式處理方式，褪膜副產(chǎn)物在旋轉(zhuǎn)和重力作用下容易從電池片表面脫離同時不會造成反粘現(xiàn)象，同時避免水平?jīng)_刷式褪掩膜容易造成窄線寬柵極脫落的問題，提高電鍍的均勻性和褪掩膜穩(wěn)定性，實現(xiàn)線寬小于15μm柵線電極的電鍍。

23、本發(fā)明采用豎直式電鍍方法，通過升降傳輸機構(gòu)實現(xiàn)電池片在各槽體工位流轉(zhuǎn)，將柵線銅電極電鍍工藝集成一體化，提高電鍍工藝效率和良率，避免了不同工位流轉(zhuǎn)造成碎片率高的問題。

24、本發(fā)明采用階段式電鍍工藝，控制不同階段電鍍參數(shù)，提高柵線銅電極穩(wěn)定性的同時，解決避免電鍍效率低的問題。