絲網(wǎng)印刷網(wǎng)版對太陽電池片細(xì)柵線高度及電池性能的影響研究

晶澳太陽能有限公司寧晉基地工藝部 ■ 許鴻雁 張景洋 李景 張軍杰 李強(qiáng)強(qiáng)

0 引言

太陽電池是低電壓高電流的發(fā)電器件，串聯(lián)電阻是影響太陽電池填充因子和短路電流，進(jìn)而影響光電轉(zhuǎn)化效率的重要因素之一。因此減少電池的串聯(lián)電阻非常重要，串聯(lián)電阻由金屬電極的電阻、金屬-半導(dǎo)體接觸電阻、發(fā)射區(qū)薄層電阻和基區(qū)電阻等組成。工業(yè)化生產(chǎn)的晶體硅太陽電池通常采用絲網(wǎng)印刷燒結(jié)銀導(dǎo)體作為上電極[1]。太陽電池的受光面積與光生載流子數(shù)量成正比，所以在印刷正面銀柵線時(shí)要綜合考慮銀柵線電阻、銀硅接觸電阻與太陽電池片受光面積等因素。這就要求印刷銀柵線寬度一定時(shí)要盡量提高柵線高度，以減少金屬導(dǎo)線的電阻。本文通過研究不同規(guī)格網(wǎng)版印刷電池片柵線高度差異及對電性參數(shù)的影響等，以提高太陽電池的轉(zhuǎn)化效率。

1 太陽電池片柵線高度影響因素實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)固定印刷機(jī)器，使用不同規(guī)格網(wǎng)版印刷，每2 h測量一次細(xì)柵線寬度、高度、稱取一次濕重，統(tǒng)計(jì)各規(guī)格網(wǎng)版印刷電池片的細(xì)柵線度、寬度、濕重及電性能變化情況。網(wǎng)版規(guī)格如表1所示。

表1 網(wǎng)版規(guī)格

實(shí)驗(yàn)一網(wǎng)版細(xì)柵線較寬，印刷銀柵線時(shí)有更好的堆砌性；實(shí)驗(yàn)二網(wǎng)版貼膜厚度較高，印刷銀柵線時(shí)有更好的塑型效果；實(shí)驗(yàn)三網(wǎng)版網(wǎng)布目數(shù)較大絲徑較小，印刷銀柵線時(shí)透墨效果與實(shí)驗(yàn)一、二不同。

每塊實(shí)驗(yàn)網(wǎng)版使用12 h，測試線高結(jié)果如圖1所示。

表2為電性參數(shù)，數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)減去3個(gè)實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)，重點(diǎn)關(guān)注趨勢?！鱒oc表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)減去3個(gè)實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)的電壓差值；△Isc表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)減去3個(gè)實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)電流差值；△FF表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)減去3個(gè)實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)的填充因子差值；△Eta表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)減去3個(gè)實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)的效率差值；△Rsh表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)減去3個(gè)實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)的并聯(lián)電阻差值；△Rs表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)減去3個(gè)實(shí)驗(yàn)平均數(shù)據(jù)的串聯(lián)電阻差值。

表2 電性參數(shù)表

由表2知，實(shí)驗(yàn)二印刷太陽電池片的銀細(xì)柵線高度要明顯高于實(shí)驗(yàn)一、三，即網(wǎng)版貼膜厚度對印刷銀細(xì)柵線高度影響較大。圖2為基恩士測量3種網(wǎng)版印刷電池片的微觀三維圖。

圖3為太陽電池測試的I-V曲線示意圖。其中：Uoc為開路電壓，Isc為短路電流；FF=UmppImpp/(UocIsc)(Umpp為最大輸出功率電壓，Impp為最大輸出功率電流)；Rsh是I-V曲線在亮場正向(第一象限)與暗場反向(第二象限，即Q2區(qū)域)交界處的斜率，如Rshuntlf標(biāo)示位置；Rs是I-V曲線在亮場正向與暗場正向(第三象限，即Q3區(qū)域)交界處的斜率，如Rser4標(biāo)示位置；Eta=UmppImpp/Pin×S，Pin為入射光的光強(qiáng)，S為太陽電池片的面積。

實(shí)驗(yàn)一細(xì)柵線寬度較大，柵線整體面積與電池片整體面積較大，遮光面積較大會(huì)影響光生載流子數(shù)量，進(jìn)而影響短路電流。實(shí)驗(yàn)二線高較高，在Isc、Uoc方面有優(yōu)勢，整體Eta要高于實(shí)驗(yàn)一、三；實(shí)驗(yàn)三網(wǎng)版網(wǎng)布與實(shí)驗(yàn)一、二不同，印刷時(shí)透墨量有差異，且網(wǎng)版目數(shù)較多，印刷銀柵線線條平滑度稍差，影響FF，整體Eta也不高。

2 網(wǎng)版窄線寬情況下不同膜厚實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在網(wǎng)版細(xì)柵線寬度一定情況下，膜厚較高則柵線高度較高，電池片轉(zhuǎn)化效率有一定優(yōu)勢；但在網(wǎng)版窄線寬情況下，提高網(wǎng)版膜厚電池片轉(zhuǎn)化效率是否仍有優(yōu)勢？網(wǎng)版其他參數(shù)固定，網(wǎng)版規(guī)格見表3。

表3 網(wǎng)版規(guī)格

實(shí)驗(yàn)固定在一條多晶印刷產(chǎn)線，連續(xù)使用實(shí)驗(yàn)網(wǎng)版和對比網(wǎng)版，每套網(wǎng)版使用時(shí)間為8 h(約10 000片)，測試印刷電池片細(xì)柵高度情況并對比電性參數(shù)。

如圖4所示，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)版測試細(xì)柵線平均高度為21.36 μm，線條整體高低起伏，平均高度略高。對比網(wǎng)版測試細(xì)柵線平均高度為19.77 μm，線條整體較平滑，平均高度略低。表4為兩種網(wǎng)版印刷電池片電性能對比分析情況。

圖4 兩種網(wǎng)版基恩士測試線高情況三維圖

表4 兩種網(wǎng)版印刷電池片電性能對比分析情況

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，在網(wǎng)版高膜厚條件下繼續(xù)減小細(xì)柵線寬度，印刷效果會(huì)明顯變差，線條不再平滑有型，而是高低起伏。這是因?yàn)榫W(wǎng)版的透墨性和網(wǎng)版細(xì)柵線寬度呈反比關(guān)系，細(xì)柵線寬度越大透墨量越大，反之則越小。高膜厚窄線寬時(shí)透墨量在同一線條上已不均勻，所以會(huì)出現(xiàn)圖4中實(shí)驗(yàn)網(wǎng)版印刷電池片線條高低起伏的情況。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)網(wǎng)版與對比網(wǎng)版的結(jié)果可知，窄線寬情況下的膜厚高低變化對整體印刷線條高度的影響明顯減弱，且高低起伏的線條直接影響到串聯(lián)電阻。圖5是兩種網(wǎng)版印刷情況的示意圖。

圖5 兩種網(wǎng)版印刷情況示意圖

電性參數(shù)方面，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)版的Isc仍略高于對比網(wǎng)版，但由于印刷線條缺陷Rs高于對比網(wǎng)版。10 000片電池片數(shù)據(jù)的Rs分布情況顯示，對比網(wǎng)版的Rs分布比實(shí)驗(yàn)網(wǎng)版集中，波動(dòng)較小，整體平均值較低，Rs的升高對FF有一定影響。所以實(shí)驗(yàn)網(wǎng)版電池片的電能參數(shù)FF降低，整體來看，電池片轉(zhuǎn)化效率無優(yōu)勢。

兩種網(wǎng)版Rs分布情況如圖6所示。實(shí)驗(yàn)表明，在網(wǎng)版細(xì)柵線較窄情況下，網(wǎng)版貼膜厚度不宜過大，否則會(huì)影響網(wǎng)版透墨量導(dǎo)致印刷線條高低起伏，不利于Rs降低。雖然Isc略有優(yōu)勢，但FF降低，因此電池片的轉(zhuǎn)化效率方面沒有優(yōu)勢。

圖6 兩種網(wǎng)版Rs分布情況

3結(jié)論與應(yīng)用

規(guī)?；a(chǎn)條件下，對幾種規(guī)格網(wǎng)版印刷效果進(jìn)行測驗(yàn)，從微觀方面探究網(wǎng)版對銀柵線寬度和線高的影響，找出造成電性能差異的原因，為提高太陽電池片的轉(zhuǎn)化效率提供數(shù)據(jù)支持。

兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，網(wǎng)版貼膜厚度對印刷后銀柵線高度影響最大。網(wǎng)版各種參數(shù)一定時(shí)，提高膜厚，印刷后細(xì)柵線高度提高，串阻變小，相對應(yīng)的電池片轉(zhuǎn)化效率也提高。在窄線寬工藝條件下，網(wǎng)版貼膜需控制在一定厚度，厚度過低影響印刷細(xì)柵線高度，不利于電池片轉(zhuǎn)化效率；厚度過高影響網(wǎng)版透墨性，印刷電池片線條高低起伏不利于降低Rs，從而影響電池片的轉(zhuǎn)化效率。

實(shí)際生產(chǎn)過程中要綜合考慮電池片工藝類型、印刷品質(zhì)等問題，要盡可能提高細(xì)柵線高度，降低細(xì)柵線寬度，以提高電池的轉(zhuǎn)化效率。這樣選擇匹配的網(wǎng)版細(xì)柵線寬度和網(wǎng)版貼膜厚度意義重大。

[1] 劉祖明, 蘇里曼·K.特拉奧雷, 林理彬, 等.晶體硅太陽電池絲網(wǎng)印刷電極接觸電阻及其測量[J] . 太陽能學(xué)報(bào)，2003，24(5)：659－662.