脫模劑對(duì)晶硅太陽(yáng)能電池正面銀漿性能的影響

王 靜，伍 洋，王海清

（四川省東樹新材料有限公司，四川德陽(yáng) 618000）

引言

近年來(lái)，由于化石能源的日漸減少及環(huán)境污染問(wèn)題，可再生能源得到迅速的發(fā)展，其中太陽(yáng)電池研究和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭迅猛。目前，晶硅太陽(yáng)電池是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的太陽(yáng)電池，在光伏市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位[1]。隨著光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，高效率、低成本一直是大家共同追逐的目標(biāo)。除了電池自身結(jié)構(gòu)性能的提升，降低金屬化遮光面積，提高短路電流也一直是改進(jìn)目標(biāo)。目前光伏電池片金屬化中，由于絲網(wǎng)印刷工藝技術(shù)成熟，工藝簡(jiǎn)單且精度容易控制，被光伏用于形成太陽(yáng)能電池的正背面電極?；诮当驹鲂?，MBB技術(shù)得以迅速發(fā)展，網(wǎng)版廠商進(jìn)一步降低網(wǎng)版開口，同時(shí)電池廠商擴(kuò)大產(chǎn)能進(jìn)一步提升印刷速度。因此，漿料的印刷性不僅要面對(duì)網(wǎng)版開口的降低，同時(shí)也需要面對(duì)印刷速度提升帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

正面銀漿是由銀粉、玻璃粉等固體顆粒分散于有機(jī)載體中形成的均相懸浮體系[2]。有機(jī)載體的主要作用是保證漿料的印刷性。有機(jī)載體主要由溶劑、觸變劑、樹脂、表面活性劑、脫模劑等構(gòu)成。討論正面銀漿印刷性的論文較多，主要集中在觸變劑和樹脂的研究[3,4]，少量論文涉及表面活性劑例如司班85等的影響。脫模劑有利于漿料更好地透過(guò)絲網(wǎng)，印刷于電池片表面。目前，鮮有研究脫模劑對(duì)正銀有機(jī)載體的影響以及對(duì)正面銀漿印刷性的影響的報(bào)道。因此，本研究選用二甲基硅油和改性二甲基硅油作為正面銀漿的脫模劑，研究其對(duì)晶硅太陽(yáng)電池正面銀漿印刷性能的影響，以制備出適合高速印刷的漿料。

1 試驗(yàn)

1.1 有機(jī)載體的制備

將二乙二醇丁醚、醇脂12、二乙二醇醋酸酯等的溶劑混合后，加入表面活性劑、脫模劑等溶劑型助劑混合均勻。然后加入固體樹脂如乙基纖維素等，加熱至80℃溶解均勻。加入觸變劑繼續(xù)溶解均勻，自然冷卻制得有機(jī)載體。有機(jī)載體配方見(jiàn)表1。

表1 有機(jī)載體配方

1.2 晶硅太陽(yáng)能電池正面銀漿的制備

按照一定質(zhì)量比分別稱取銀粉、玻璃粉以及有機(jī)載體，充分?jǐn)嚢杌旌?，三輥機(jī)研磨出料，即制得正面銀漿。銀粉和玻璃粉型號(hào)、批次不變，搭配1-4#四個(gè)有機(jī)載體分別制成001-004四款漿料。

1.3 晶硅太陽(yáng)電池正面銀漿絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)

首先進(jìn)行背銀、鋁漿印刷，制備背電場(chǎng)，均勻分為四份電池片；然后分別采用001-004漿料進(jìn)行正面印刷，印刷機(jī)器采用邁為印刷機(jī)；最后通過(guò)Despatch燒結(jié)爐燒結(jié)制得，最高燒結(jié)溫度780℃。

1.4 分析測(cè)試

采用安東帕流變儀302測(cè)量有機(jī)載體黏度，測(cè)量漿料3ITT黏度和250 Pa壁面滑移速率。采用基恩士VHX-5000測(cè)量電極細(xì)柵線的高度和寬度，觀察其電極形貌。采用北京華測(cè)EL測(cè)量?jī)x器測(cè)量印刷后電池片斷柵情況，判斷漿料印刷性。采用梅耶博格IV測(cè)試儀器Spot LIGHT測(cè)量電池片的效率。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫模劑對(duì)有機(jī)載體的影響

將相同質(zhì)量的二甲基硅油和改性二甲基硅油滴在硅片上，相同燒結(jié)條件，觀察燒結(jié)后的情況（圖1)。從圖1可以明顯觀察到燒結(jié)后二甲基硅油殘留的灰燼比較多，未能完全燒結(jié)去除。這主要是二甲基硅油中含有大量的硅，經(jīng)高溫不能完全去除。改性二甲基硅油由于聚醚改性減少了硅的含量，殘留灰燼較少。導(dǎo)電銀漿經(jīng)絲網(wǎng)印刷后燒結(jié)形成相應(yīng)的銀導(dǎo)電線，硅的殘留會(huì)對(duì)導(dǎo)電性產(chǎn)生一定影響，因此硅越少越好。

圖1 二甲基硅油和改性二甲基硅油燒結(jié)后

改性二甲基硅油由于聚醚改性，其黏度降低，黏度越低對(duì)漿料后期印刷適應(yīng)性的調(diào)整更有利。二甲基硅油的黏度為1.00 Pa·s，改性二甲基硅油的黏度0.06 Pa·s。制備成有機(jī)載體，添加改性二甲基硅油的黏度明顯低于添加二甲基硅油的黏度。1#由于未添加脫模劑，溶劑量較多，因此黏度最低為1.40 Pa·s。2#添加二甲基硅油黏度 1.77 Pa·s，3#添加改性二甲基硅油黏度1.50 Pa·s，4#處于2#和3#黏度之間為1.64 Pa·s。

2.2 脫模劑對(duì)正面銀漿流變性能的影響

圖2所示為正面銀漿流變性能。從圖2可見(jiàn)，3ITT黏度測(cè)量漿料先經(jīng)低速剪切后高速剪切最后低速剪切過(guò)程的黏度，模擬絲網(wǎng)印刷過(guò)程漿料流動(dòng)的過(guò)程。結(jié)果表明，未添加脫模劑的001銀漿的黏度偏低，這主要是有機(jī)載體中溶劑含量更高。002-004漿料的黏度與有機(jī)載體黏度趨勢(shì)基本一致。高剪切黏度下黏度較低的漿料通常流動(dòng)性較好，因此印刷性較好。001雖然高剪切黏度較低，但初始黏度和回復(fù)黏度也較低，可能存在印刷后高度較低。002～004相對(duì)初始黏度和回復(fù)黏度相差不大，高剪切黏度隨著二甲基硅油含量增加而增加。

圖2 正面銀漿流變性能

測(cè)量其壁面滑移速率，可以觀察到添加脫模劑能明顯增加正面銀漿的壁面滑移速率。壁面滑移速率主要用于表征漿料透過(guò)絲網(wǎng)產(chǎn)生滑移的速率，速率越大，漿料透過(guò)絲網(wǎng)的可能越大。因此，壁面滑移速率越大印刷性越好。試驗(yàn)結(jié)果表明，添加脫模劑可以明顯增加漿料的印刷性。

2.3 脫模劑對(duì)正面電極細(xì)柵的形貌影響

絲網(wǎng)印刷時(shí)，漿料通過(guò)刮刀刮到網(wǎng)版上，通過(guò)網(wǎng)版網(wǎng)孔沉積到硅片上得到柵線圖案。漿料經(jīng)過(guò)高速剪切后產(chǎn)生流動(dòng)，然后經(jīng)過(guò)網(wǎng)孔在硅片上得到回復(fù)。圖3為正面銀漿柵線形貌，從圖3可見(jiàn)，001漿料由于其黏度過(guò)低，柵線寬度未能收住，寬度較大，高寬比較小。過(guò)寬的柵線導(dǎo)致遮光面積增大，影響電流，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)換效率。添加二甲基硅油相比改性二甲基硅油漿料黏度大，因此線寬較小，遮光面積減少有利于電性能提高。但黏度過(guò)高，導(dǎo)致柵線出現(xiàn)明顯的節(jié)點(diǎn)（圖3b）。柵線起伏嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致電池片電阻增大。004將兩者結(jié)合，黏度適中，壁面滑移速率高，印刷性好。柵線線寬小，高寬比較好，光滑平整。表2為正面銀漿柵線高寬統(tǒng)計(jì)。

圖3 正面銀漿柵線形貌

表2 正面銀漿柵線高寬統(tǒng)計(jì)

柵線節(jié)點(diǎn)多起伏嚴(yán)重，容易導(dǎo)致其局部位置出現(xiàn)斷柵。EL測(cè)量可觀察整個(gè)電池片柵線是否存在印刷不良斷柵虛印的情況。圖4為EL圖，從圖4可見(jiàn)，001～004均無(wú)虛印，001和002存在3～5處斷柵。001漿料推測(cè)是壁面滑移速率過(guò)低導(dǎo)致其印刷性差，柵線節(jié)點(diǎn)明顯導(dǎo)致斷柵。002漿料則是黏度過(guò)高，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)多最終導(dǎo)致少量斷柵。003和004柵線光滑平整，因此無(wú)斷柵，EL良好。

圖4 EL圖

2.4 脫模劑對(duì)電性能的影響

轉(zhuǎn)換效率是晶硅太陽(yáng)能電池的重要指標(biāo)，2020工信部對(duì)《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》公開征求意見(jiàn)。該規(guī)范規(guī)定多晶硅、單晶硅平均光電轉(zhuǎn)換效率應(yīng)分別不低于19%和22.5%。IV測(cè)量結(jié)果列于表3，從表3可見(jiàn)，001由于寬度寬，遮光面積大，電流低，最終轉(zhuǎn)換效率低；添加脫模劑，使線寬收住，降低了遮光面積，002～004電流均相對(duì)001具有優(yōu)勢(shì)；二甲基硅油雖能提供最佳的高寬比，最佳的電流，但柵線起伏嚴(yán)重，節(jié)點(diǎn)明顯，導(dǎo)致其串阻最低，因此002的效率相比003和004偏低；004漿料印刷柵線平整光滑，串阻相對(duì)較低，柵線高寬比較高，因此具有電流優(yōu)勢(shì)，最終004轉(zhuǎn)換效率最佳。

表3 電性能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

電池片廠商為了降本增效，要求漿料能適應(yīng)更低開口的網(wǎng)版以及更快的印刷速率，漿料的印刷性能要求愈高。脫模劑對(duì)正面銀漿的印刷性能有顯著的影響。改性二甲基硅油相比二甲基硅油可減少殘留灰燼，更好地實(shí)現(xiàn)漿料的流平，提高印刷性，降低接觸電阻。但二甲基硅油相對(duì)改性二甲基硅油黏度較高，漿料柵線收線寬，光電轉(zhuǎn)換效率提高。因此可以將兩者結(jié)合提升漿料的轉(zhuǎn)換效率。