太陽能電池不同組分銀漿電性能研究

王海亮 李翠雙 張曉朋 楊偉光

摘 要：該文研究了不同組分的絲網(wǎng)印刷用正面銀漿的電性能，通過PECVD工序后嚴(yán)格均分鍍膜硅片，在同一印刷設(shè)備上使用同種絲網(wǎng)、不同銀漿進(jìn)行印刷、燒結(jié)、測試，并通過SEM分析研究了多晶硅太陽能實(shí)驗(yàn)銀漿電池柵線的形貌及微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，銀粉粒徑大小、玻璃粉含量對電性能均有較明顯的影響。銀粉粒徑增大電極的比接觸電阻率降低，理想的玻璃粉含量應(yīng)控制在2.0～2.5wt%之間。找到合適的玻璃軟化點(diǎn)溫度、合適的玻璃粉含量可有效改善電極歐姆接觸電阻，提升電池效率。

關(guān)鍵詞：歐姆接觸電阻 絲網(wǎng)印刷 多晶硅電池

中圖分類號：TB39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0051-01

目前，隨著煤炭、石油等傳統(tǒng)能源的日益短缺，太陽能光伏新型能源正在被大眾接受，并應(yīng)用到生活中的方方面面。在實(shí)驗(yàn)室高效晶體硅太陽能電池制造工藝中，使用成本昂貴的蒸鍍工藝制作電極，如采用Ti/Pa/Ag結(jié)構(gòu)來降低接觸電阻，增加與硅基底的附著力[1]。而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，為降低成本，常采用導(dǎo)電性能優(yōu)異的銀漿料，用絲網(wǎng)印刷工藝制作正面電極，在經(jīng)燒結(jié)、冷卻后使電極與硅基底形成良好的歐姆接觸。在整個太陽能電池制作過程中正、背面電極的絲網(wǎng)印刷及燒結(jié)工序是太陽能電池制作的最后一道工藝，也是最重要的一道工序，因此其材料的選擇及工藝條件的控制將直接影響整塊電池片的各項(xiàng)性能。銀漿是太陽能電池中極為重要的原材料之一，玻璃粉、銀粉和其他有機(jī)載體按特定比例進(jìn)行配比，經(jīng)過均勻混合多次研磨制成印刷用銀漿。銀粉作為導(dǎo)電功能相，其燒結(jié)質(zhì)量直接影響電流的輸出；玻璃粉不僅有高溫粘結(jié)作用，還是銀粉燒結(jié)的助熔劑以及形成良好銀硅歐姆接觸的媒介物質(zhì)。該文通過測試不同組分銀漿的電性能，定量研究了銀導(dǎo)電漿料中銀粉顆粒大小、玻璃粉含量對電性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)選用P型多晶156mm*156mm*180um硅片，在擴(kuò)散工序后選取擴(kuò)散方阻合格的硅片，根據(jù)硅片晶向嚴(yán)格均分為4組，每組30片。濕法刻蝕工序、PECVD工序及印刷工序（背電極印刷、鋁背場印刷）均使用相同的制作工藝。正電極印刷時選用同一規(guī)格參數(shù)的不銹鋼絲網(wǎng)，銀漿分別選用產(chǎn)線銀漿及3種實(shí)驗(yàn)銀漿。實(shí)驗(yàn)銀漿基本情況為：1、2、3號銀漿銀粉種類分別為1.5 μm球形銀粉、1.5 μm球形銀粉、1.8 μm球形銀粉。玻璃粉含量分別為2.5wt%、2.0wt%、2.0wt%。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

配合同種參數(shù)絲網(wǎng)分別將4種銀漿印制在每組硅片前表面氮化硅減反射膜上，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)工藝形成銀硅接觸電極和鋁背場。最后將制作的電池在25 ℃、AM1.5標(biāo)準(zhǔn)光譜條件下測試電池性能參數(shù)，結(jié)果如表1所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 表征接觸電阻

串聯(lián)電阻是太陽能電池的主要性能參數(shù)之一[3]，正面電極與硅片間的接觸電阻占串聯(lián)電阻的一部分，如果制備正面電極所用銀漿材料性能不好，使得接觸電阻值很大，即不能制備出能與硅片形成良好接觸的正電極，因此將影響電池串聯(lián)電阻、轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)。由圖1、圖2可見2、3號銀漿電池的接觸電阻值很大，沒有和硅基體形成良好的歐姆接觸。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)銀漿制備的電池片樣品SEM分析

實(shí)驗(yàn)銀漿和參考銀漿制備的電池片樣品經(jīng)濃硝酸腐蝕后電極表面SEM照片。界面玻璃經(jīng)氫氟酸洗滌后，只留下硅發(fā)射極表面，從圖3、圖4、圖5、圖6可以看出Ref、1號銀漿硅發(fā)射極表面嵌有較多的銀晶體，2號和3號硅發(fā)射極表面銀晶體較少。這些銀晶體是由熔有過飽和銀離子的玻璃熔體傳送至硅表面并沉淀下來的，這些銀晶體有利于載流子的收集[2]，有利于降低銀硅界面歐姆接觸電阻，因此2、3號銀漿樣品電池串聯(lián)電阻值較大（接觸電阻大）。

3 結(jié)論

1號銀漿在界面玻璃的數(shù)量上及硅表面嵌有的銀晶體的數(shù)量上與Ref較接近， 2、3號銀漿中玻璃粉含量偏少導(dǎo)致SiNx減反膜蝕刻的不完全和銀晶體數(shù)量的下降，是該銀漿電性能較差的主要原因。從各銀漿電性能可以看出，1號存在弱的過燒現(xiàn)象，2、3號銀漿又欠燒，因此理想的玻璃粉含量應(yīng)在2.0～2.5wt%之間。在1號銀漿體系的基礎(chǔ)上，調(diào)整玻璃粉的熱物理性能和玻璃粉的用量，可達(dá)到降低接觸電阻的目的，最終提升電池效率。

參考文獻(xiàn)

[1] Iles P A.Evolution of space solar cells[J].Solar Energy Materials & Solar Cells，2001，68：3-4.

[2] 崔容強(qiáng)，喜文華，魏一康，等.太陽光伏發(fā)電[J].中國建設(shè)動態(tài)：陽光能源，2004（10M）：78-81.

[3] R.J.S.Young，A.F.Carroll.Advances in Front-side Thick Film Metallisations For Silicon Cells[C]//The 16th European Photovoltaic Energy Conference，Glasgow.2000：1731-1734.