銀粉對硅異質結太陽電池用低溫銀漿的影響綜述

收稿日期：2022-11-08

基金項目：上海市科技創(chuàng)新行動計劃社會發(fā)展科技攻關項目（20dz1207103）；國防重點實驗室開放基金（61428040202）；國家自然科學基金青

年項目（62004208）；上海市科技創(chuàng)新行動項目（22ZR1473200）

通信作者：劉正新（1967—），男，博士、研究員、博士生導師，主要從事高效晶體硅太陽電池方面的研究。z.x.liu@mail.sim.ac.cn

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1710 文章編號：0254-0096（2024）02-0489-10

摘 要：銀漿是硅異質結太陽電池的重要材料，更低的體積電阻率和接觸電阻、良好的附著力、優(yōu)良的細線印刷性能及組件柵線抗腐蝕老化是其不斷改進的方向。作為導電相，銀粉的性能和含量對銀漿有著至關重要的影響。該文基于低溫固化銀漿導電機理以及SHJ電池對銀漿性能的追求，綜述了銀粉的振實密度、形貌、粒徑、表面處理劑及其與有機物的適配。進一步探討了納米銀粉和銀包銅粉在SHJ太陽電池用低溫銀漿中的應用。

關鍵詞：硅異質結太陽電池；低溫銀漿；銀粉；表面處理；振實密度；銀包銅

中圖分類號：TK514""""""""""" """""""""" """""""文獻標志碼：A

0 引 言

硅異質結太陽電池具有轉換效率高、雙面率高、溫度系數(shù)低、弱光響應高、工藝步驟少、易于薄片化等優(yōu)勢，是公認的有望在未來兩三年內實現(xiàn)大規(guī)模量產的晶體硅太陽電池技術［1］。

低溫銀漿占據(jù)硅異質結（silicon heterojunction，SHJ）太陽電池最大的非硅成本，在早期主要由日本KYOTO ELEX公司提供，由于價格高昂和用量更大，極大限制了SHJ太陽電池的大規(guī)模量產。銀漿耗量減少、價格降低、國產化率和性能水平提高、貴金屬銀替代是降低成本實現(xiàn)大規(guī)模量產的關鍵。因此催生了超細線印刷、無主柵技術、多主柵技術、高精串焊技術、銀包銅等技術的開發(fā)和應用。這些新技術要求性能更好的低溫銀漿，更低的體積電阻率和接觸電阻、良好的附著力、優(yōu)良的細線印刷性能及組件柵線抗腐蝕老化都對導電相銀粉提出了更高的要求［2］。本文從SHJ太陽電池的工藝需求出發(fā)，基于低溫固化銀漿的導電機理，分析銀粉影響銀漿性能的基本原理，對銀粉性能的基本要求，并對未來研究開發(fā)的方向進行探討。

1 低溫銀漿的構成和導電機理

硅異質結太陽電池用低溫銀漿主要由導電功能相（銀粉、銀包銅粉）、黏結相（樹脂有機聚合物）、少量添加劑（分散劑、流平劑、觸變劑、附著力促進劑等）和有機溶劑構成。

銀粉、銀包銅粉是導電功能相，直接影響銀漿的體積電阻、接觸電阻等。樹脂有機聚合物是黏結相，保證導電功能相穩(wěn)定黏結在其中，同時實現(xiàn)固化后與基材的附著黏結，其對銀粉的包裹程度和固化過程中的分子鏈收縮能力直接影響了低溫銀漿的附著力和導電性能［3］。添加劑主要用于改善觸變性、分散性、固化條件、印刷性等，添加劑在低溫烘干固化后不易揮發(fā)出漿料而會增加漿料的體積電阻率，因而添加劑的加入應綜合考慮，嚴格控制其加入比例［4］。有機溶劑主要用于樹脂的溶解和導電相顆粒的分散，其揮發(fā)能力對導電膜層成膜非常重要，且可以調節(jié)和穩(wěn)定漿料的黏度，最終影響漿料的印刷性能和網印后膜層的分辨率（線寬、線間距）［5］。

低溫銀漿導電機理目前最具有代表性的有滲流理論和隧穿模型。

基于導電填料體積分數(shù)對復合材料導電率的影響形成了滲流理論（percolation theory）。根據(jù)該理論，銀粉在固化過程中隨著有機溶劑的不斷揮發(fā)而自身的體積分數(shù)不斷增大，開始相互接觸形成導電通路。這一過程的示意圖如圖1所示，最終復合材料變成良導體（體積電阻率突然下降），此銀粉臨界體積分數(shù)稱之為“滲流閾值”［6-7］。

滲流理論從宏觀的角度解釋了導電通路形成的機理，實際上影響復合材料的導電性還有導電粒子形貌大小、接觸狀態(tài)、表面包覆劑和成膜過程等［8-11］。

Ruschau等［12］提出隧穿模型，根據(jù)該模型，電子可在導電粒子之間隧穿、躍遷，一系列電阻的串聯(lián)存在于體系內的每一條導電路徑，包括導電粒子自身的體積電阻和粒子之間的接觸電阻。其中接觸電阻包括導電粒子接觸產生的集中電阻和非接觸時產生的場致發(fā)射或隧穿電阻，表達式為：

[R=R0+ρi/d+ρt.L/α] （1）

式中：[R]——復合材料電阻；[R0]——導電粒子自身體電阻；[ρi]——導電粒子的本征電阻率；[d]——接觸點的直徑；[ρt]——量子隧穿電阻率；[L]——顆粒絕緣層（有機聚合物、表面助劑、氧化物等）的厚度；[α]——接觸點面積。

圖2為隧穿模型示意圖。該模型完善了復合材料的導電機理。從理論上解釋了銀粉的振實密度、形貌、粒徑、表面處理劑、樹脂有機聚合物相對分子質量和分子鏈收縮能力等因素影響漿料導電率的機理。

2 銀粉的振實密度、形貌和粒徑

在超細粉末工程中，對干粉末顆粒群施加振動等外力后，達到的極限堆積密度，稱為振實密度，振實密度越高，單位體積內活性導電物質的含量越大，厚膜致密性越好，銀漿固化后體積電阻率越小，與透明導電氧化物（transparent conductive oxide，TCO）之間的接觸電阻率也越小，進而能提高太陽電池的光電轉換率［13］。振實密度越低，固化后的柵線孔洞率越大，與TCO之間的接觸面積越小，進而影響導電性能。目前太陽電池正銀導電銀漿用銀粉振實密度要求大于4 g/cm3［14］。

銀粉的形態(tài)和粒徑分布影響其振實密度［15］。銀粉的表面粗糙度越大，振實密度越小，表面干凈光滑的球形銀粉振實密度較高；銀粉粒徑分布越窄，顆粒間存在的空隙越大，狀態(tài)越疏散，較寬的粒徑分布有助于增大振實密度。

從銀粉形貌方面來說，以球形銀粉為顆粒體系具有較高振實密度［16］，因為球體粒子之間發(fā)生架橋現(xiàn)象很少，團聚性低。但同等質量片狀銀粉的體積電阻率要比球形銀粉的體積電阻率要小。這是因為片狀銀粉顆粒間的面接觸或線接觸比球狀銀粉的點接觸的接觸面大，可有效降低成膜電阻率，提高漿料電性能［17］。且片狀銀粉呈片式結構排列，顆粒間流動性好，更利于銀漿的燒結致密，導電性能更好。閆方存等［18］實驗表明片狀銀粉的加入能明顯提高銀膜的電性能，較球形銀粉方阻有明顯降低。

最緊密排列理論［19］是目前一種關于振實密度的理論依據(jù)，該理論以球形粒子為基礎，在大粒度粒子堆積的體系中不斷加入小粒度粒子，直到體系的堆積密度達到最大?，F(xiàn)連續(xù)分步球形堆積模型有很多種，但現(xiàn)在普遍認為Dinger-Funk粉體堆積方程［20-22］是最接近實際的模型。該模型方程為：

[U（D）=Dn-DsnDLn-Dsn]""""" （2）

式中：[U（D）]——小于粒徑[D]的顆粒質量分數(shù)，%；[D]——顆粒尺寸；[n]——分布模數(shù)；[Ds]——粉體體系中最小顆粒粒徑；[DL]——粉體體系中最大顆粒粒徑。Dinger等［20-21］利用計算機模擬計算出[n]=0.37時，可得到粉體體系的最小孔隙率。

根據(jù)導電機理中的隧穿模型［12］，銀漿導電率取決于銀粉顆粒的接觸點數(shù)、接觸面積和接觸程度，這些影響因素表現(xiàn)在銀粉上面最直觀的特性便是振實密度。為了追求更低的體積電阻率，現(xiàn)有SHJ太陽電池用低溫銀漿一般采用片粉和球粉的混合銀粉以增加振實密度，進而提高電池的性能。謝湘洲等［23］研究表明片狀銀粉搭配更小粒徑組合球形銀粉有助于提高粉體間的致密度，減少燒結后膜層的孔隙率，增加了銀粉間的導電通路，從而大大減小膜層的方阻，提高銀漿綜合性能。另外孔隙率的降低可減少組件柵線附近水汽的進入，對于提高柵線電極的抗腐蝕老化具有積極作用。

為降低漿料成本、提高太陽電池的轉換效率，漿料印刷線寬開口逐步收窄。影響印刷線寬開口的主要因素包括銀粉的形貌和粒徑、有機聚合物的特性等，鈍化發(fā)射器和后部接觸（passivated emitter and rear cell，PERC）電池正極高溫銀漿因為已全部使用粒徑更小的球狀銀粉和更寬的有機聚合物可選擇范圍，線寬開口已降到了14、12 μm，并已開始測試10、8 μm。

現(xiàn)今SHJ太陽電池用低溫銀漿線寬開口已收窄到24 μm，并將進一步收窄到20 μm以下。因此，獲取粒徑小且分布窄、振實密度大的片狀銀粉［24］變得尤為重要。

因為片狀銀粉的粒徑分布較球狀銀粉更大且片狀銀粉的各向異性決定了其超細線過網性不如球狀銀粉，所以隨著線寬開口的一步步收窄，SHJ太陽電池用低溫銀漿中銀粉將從片粉和球粉的組合向大球粉和小球粉的組合轉變。雖然大球粉和小球粉的組合電阻率要弱于片粉和球粉的組合，但這是高分辨率精密印刷條件下的必然選擇趨勢。

為滿足高分辨率精密印刷的要求，印刷過程中銀漿應均勻涂布在網版上且順利通過絲網；過網后銀漿在基材上應迅速定形，銀漿黏/彈性以彈性為主，以保證印刷線路邊緣光滑和較小的擴邊率［25］。片粉和球粉的組合中片粉起到支撐作用，球粉起到填充作用，片粉在觸變性上的表現(xiàn)優(yōu)于球粉，所以大球粉和小球粉的組合對于樹脂、溶劑、觸變劑等的綜合選擇上提出了更高的要求。

3 銀粉對接觸電阻的影響

SHJ太陽電池沉積透明導電氧化物（TCO）作為導電層和減反射層，低溫銀漿固化后直接與TCO接觸，金屬與TCO之間具有優(yōu)異的歐姆接觸特性［26］。銀粉表面一般都經過表面處理，且固化后銀顆粒表面有有機聚合物黏結相包覆，所以金屬銀同TCO之間隔有一層不導電的界面層，因此，接觸電阻與固化后銀電極同TCO之間接觸狀態(tài)和界面層的厚度有關。

低溫銀漿固化形成電極后要與TCO之間形成良好的接觸，需盡量增加接觸面積來降低接觸電阻［27］。為了做到這一點，除了要求銀漿固化后盡量較少孔隙以外，還要求銀粉的粒徑大小要與電池表面的金字塔大小適配，尤其注意較大粒徑的片粉易與TCO之間形成孔隙，進而增加接觸電阻。圖3為日本KYOTO ELEX公司生產的低溫銀漿固化后同TCO之間的接觸界面圖，圖片出處為亞化咨詢主辦的第四屆太陽電池漿料與金屬化技術論壇KYOTO ELEX報告《New generation conductive paste for HJT》。從圖3可看出KYOTO ELEX公司生產的低溫銀漿固化后銀粉顆粒之間結合緊密，孔隙率較低，與TCO之間接觸良好，沒有因為銀粉粒徑較大而產生的與金字塔之間的孔隙。

圖4為實驗室拍攝中國某龍頭漿料公司生產的低溫銀漿固化后同TCO之間的接觸界面電鏡圖，可看出銀粉顆粒之間接觸緊密、孔隙率較低、與TCO接觸較好，展現(xiàn)出較強的產品競爭力。

有機聚合物黏結相的相對分子質量直接影響漿料界面層的厚度，進而影響漿料的力學性能。相對分子質量過小會導致界面力學性能不足，過大則會導致界面層過厚而破壞導電功能相微粒間的電橋效應，對導電銀粉粒子間產生空間阻礙效應，導電性能減弱［28］。

界面層過厚不僅影響電極的體積電阻率，還會導致電極與TCO之間的接觸電阻增加，選擇合適相對分子質量的有機聚合物黏結相對于降低電池串聯(lián)電阻進而提高電池性能非常重要。通常樹脂有機聚合物黏結相的分子量最佳為（5～7）×105［29］。

4 銀粉的表面處理劑

目前，銀粉制備中存在的主要問題包括顆粒團聚、粒徑分布大以及形貌不規(guī)則等[30]。為提高銀粉性能，在銀粉制備過程中會加入表面處理劑，如分散劑和活性劑以實現(xiàn)對銀粉形貌、粒徑、分散性等的調控［31-32］。如果在洗滌過程中表面處理劑完全被洗掉，銀粉反而會出現(xiàn)嚴重團聚，降低分散性和松裝密度。因此，銀粉表面需殘留極少量有機物。根據(jù)FERRO、DUPONT等公司提供的產品的燒損值來看，銀粉中以含有不超過1%的有機物為宜［33］。

導電銀漿中銀粉的表面處理劑如果在固化過程中不能消除，就會降低導電性能，這是因為表面處理劑絕緣，增加銀粉之間的隧穿電阻，使得體積電阻率變大。日本KYOTO ELEX公司在早期申請的專利中使用不具有多元羧酸或表面處理劑附著在其表面上的薄片狀銀粉和球狀銀粉［34-35］。但某些實驗并不完全支持這種結論，黃富春等［36］用乙醇-鹽酸溶液洗滌后的片狀銀粉狀態(tài)類似直接用化學法還原出來的超細銀粉，表面處理劑極少殘留，將其配制成銀漿烘干固化后基本不導電，這是因為洗滌后的銀粉完全影響了在樹脂基體中的分散性。因此，不影響銀粉在樹脂基體中的分散性是基本前提，在此基礎上盡可能減少銀粉表面處理劑的含量。相關研究在導電膠行業(yè)研究較多，對SHJ太陽電池用低溫銀漿有極大的借鑒意義。

張中鮮等［37］和文獻［38］使用已二酸等對微米銀粉表面絕緣層進行改性，移除部分表面絕緣層。楊誠等［39］使用I2與微米銀粉表面的氧化層以及潤滑劑反應生成小尺寸銀粒子，完成了對表面絕緣層的部分置換。左新浪等［40］在導電膠中加入導電促進劑聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）或二乙二醇丁醚（diethylene glycol butyl ether，DBGE），除去了部分表面硬脂酸絕緣層。

相關研究在太陽電池也獲得了應用，王傳博等［41］以90%（質量分數(shù)）銀含量，10%（質量分數(shù)）樹脂為基體制備出環(huán)氧導電膠。采用0.023 mol/L KI試劑對銀粉進行表面處理，原位取代了銀粉表面部分潤滑劑且與銀粉表面的氧化銀發(fā)生反應。在日光照射條件下原位生成小尺寸的銀納米粒子，增加銀粉中相鄰銀微米片和銀微米球之間的相互接觸，相比于未處理的銀粉制成的導電銀膠體積電阻率降低了26％。將其應用在太陽電池上，極大提高了導電性能。

表面處理劑與樹脂的不同組合對銀漿電阻有較大的影響。圖5為經過烘干固化后低溫銀漿成分變化示意圖。在銀漿中，銀粉表面處理劑、溶劑和樹脂有機聚合物三者之間形成平衡體系，烘干固化過程中隨著溶劑的揮發(fā)和有機聚合物結構的變化，形成了最終的平衡體系界面層。

銀膜電阻主要由銀粉基礎電阻、界面層基礎電阻以及銀粉與界面層之間的接觸電阻3部分組成。漿料固化后銀粉與銀粉直接接觸的幾率很小，銀粉與界面層之間的接觸電阻與兩者的接觸面積（接觸面積大，接觸電阻低）、界面層的相對厚度（厚度變薄，電子躍遷更容易）有關。

銀粉表面處理劑在漿料的烘干固化過程中直接影響銀膜層的導電性能，其與溶劑和樹脂發(fā)生化學反應或進行物質交換，形成消除能量壁壘的界面層，從而達到有利于電子躍遷的狀態(tài)。根據(jù)相關資料［42］推斷：銀粉的表面處理劑、溶劑、添加劑和樹脂有機聚合物的性質和結構，會綜合影響銀粉表面的吸附，其中若有2個以上在銀粉表面具有共同吸附中心，那么在銀粉分散體系內將會出現(xiàn)競爭吸附，吸附的結果將會影響銀膜層的最終性能。

銀粉殘留的表面處理劑在低溫銀漿中的消除有以下方法：表面處理劑本身能在烘干固化過程中揮發(fā)；溶解于樹脂或溶劑；與樹脂或溶劑發(fā)生化學反應形成新物質；生成的新物質能在烘干固化過程中揮發(fā)。有關這方面的研究還需進一步深化。

5 納米銀粉在低溫固化銀漿中的應用

由于納米銀粉具有納米尺寸效應可實現(xiàn)低溫燒結，表面效應可改善流變性能，良好的可填充性和宏觀量子隧道效應可提高導電性能［42-44］。因此SHJ太陽電池用低溫銀漿中添加納米銀粉也成為目前導電漿料的研發(fā)熱點。

納米銀粉在SHJ太陽電池用低溫銀漿中的應用可分為兩個方面，一是在漿料中添加少量的納米銀粉實現(xiàn)更好的填充和接觸，二是利用納米銀粉納米尺寸效應實現(xiàn)低溫燒結。

在硅異質結太陽電池用低溫銀漿中加入少量納米銀粉的機理很好理解，納米銀粉因為其尺寸小可以很好地填充進微米或亞微米銀粉之間的孔隙，增加相互接觸，提高銀粉整體的振實密度，進而提高電池性能。在實際中也證明了加入納米銀粉可提升漿料性能［45］。

然而，納米銀漿低溫燒結原理使得SHJ太陽電池中納米銀粉實現(xiàn)低溫燒結面臨很大難度。因為納米銀粉具有表面強活性，為了防止室溫保存過程中預先團聚和保證顆粒良好分散，要在其表面包覆一層有機物，另外，樹脂有機聚合物又是SHJ太陽電池用低溫銀漿的重要組成部分。高分子聚合物的熱分解是納米銀顆粒燒結發(fā)生的前提條件，但高分子聚合物熱分解溫度一般都在250 ℃以上，這個溫度遠大于SHJ太陽電池用低溫銀漿的固化溫度180～200 ℃。圖6為納米銀漿成膜過程示意圖，銀漿經過烘干和固化后，溶劑揮發(fā)，銀粉表面處理劑與有機聚合物發(fā)生物質交換，形成阻隔在銀顆粒之間的界面層。

如果在低溫銀漿中僅使用熱塑性樹脂，熱塑性樹脂由長聚合物鏈構成無法交聯(lián)成網狀結構，在加熱和冷卻過程中不發(fā)生化學反應，通過范德華力和氫鍵相互吸引［46］，固化后具有可逆的特點，因此，理論上僅使用熱塑性樹脂可實現(xiàn)銀粉與銀粉之間的直接接觸進而實現(xiàn)納米銀粉的低溫燒結，然而，熱塑性樹脂低溫銀漿極低的附著力以及層壓和焊接中性能可能出現(xiàn)的大幅下降都限制了熱塑性樹脂的使用。

關于低溫燒結型納米銀漿的研究非常多，實現(xiàn)這種納米銀漿燒結的前提是有機成分在所定燒結溫度之前或揮發(fā)或分解出去［47］。納米銀粉表面包覆的有機物會在銀漿燒結固化后保留下來，嚴重影響銀膜的導電性能。為解決這個問題已做了很多研究，比如：不加入表面包覆劑生產納米銀粉的物理法和生物法［48］、納米銀表面改性處理、化學試劑去除納米銀表面分散劑、減薄顆粒表面分散劑層、采用低溫分解分散劑、使用各向異性納米材料等［49］。這其中采用低溫分解分散劑值得研究和參考，王帥等［50］采用檸檬酸根包覆在納米顆粒表面，研究表明檸檬酸根與納米顆粒之間形成的化學鍵斷裂是燒結過程發(fā)生的開始，用其制備的納米銀漿在低溫（150～200 ℃）無壓條件下實現(xiàn)燒結。

6 銀包銅粉在低溫固化銀漿中的應用

銀包銅粉是表面為銀而內核為銅的核殼結構復合粉體，具有導電性好、抗氧化性好、耐候性強、良好的抗腐蝕及化學穩(wěn)定性能，既節(jié)約貴金屬又降低了成本［51］，目前作為純銀粉理想替代品而廣受關注。美國、韓國、日本等國家對銀包銅粉研究較多，且產品較中國更好、種類更多。銀包銅粉的主要制備方法包括機械球磨法、熔融霧化法和化學鍍法等［52］。

使用銀包銅粉的低溫銀漿還處于開發(fā)驗證階段。2021年7月，華晟新能源宣布500 MW硅異質結太陽電池項目使用銀包銅漿料，且通過了DH 6400 h的可靠性測試。其次，邁為股份的相關上市公告，日本KYOTO ELEX公司含銀量44%的銀包銅導電漿料制備的SHJ電池和組件通過可靠性測試，后期有望應用于SHJ太陽電池的量產。但銀包銅粉制備SHJ太陽電池用低溫銀漿實際應用效果以及在實際應用環(huán)境下的可靠性還有待進一步驗證。

由于銀包銅粉具有高溫氧化性［53］，所以不適用于使用高溫燒結的PERC、隧穿氧化層鈍化接觸（tunnel oxide passivating contacts，TOPCon）等單晶硅太陽電池。研究表明，銀含量40%的銀包銅粉起始氧化溫度高于200 ℃［54］，具備在低溫制程的SHJ太陽電池上應用的可能性。

低溫銀包銅漿料的抗氧化性與銀包銅粉的表面鍍層致密性和表面包覆率有極大的關系，但現(xiàn)在制備銀包銅的方法普遍存在鍍層致密性差、包覆率較低的問題，且漿料的生產過程中要經過長時間三輥軋機的軋制、批量生產過程中漿料要經過多次印刷的摩擦、主柵焊接過程要在串焊機設定溫度300 ℃左右下實現(xiàn)焊帶和銀柵電極之間的黏合，這些更大增加了銅核裸露的風險，而銅一旦裸露就面臨著短時間內快速發(fā)生催化和電化學反應，即使在封裝的組件中仍將伴隨長期持續(xù)性的腐蝕氧化風險，電池和組件的短時間濕熱實驗（damp heat，DH）測試可能沒有問題，但能否達到至少25 a的穩(wěn)定性質保期則需要更詳細的研究和跟蹤。

因為片粉的各向異性和較大粒徑，在三輥軋機軋制和印刷的過程中更易發(fā)生鍍銀層被破壞而使得銅核裸露，所以低溫銀漿中的銀包銅粉以球粉為佳。同時，為了增加包覆率，需較高的銀含量（40%以上），隨著銀包銅粉制備技術的進步，銀含量有望逐漸降低。

總之，提高銀包銅粉的鍍層致密性和包覆率，完善組件可靠性測試標準是SHJ太陽電池低溫銀包銅漿料的研究開發(fā)重點。

7 展 望

低溫銀漿是SHJ太陽電池的最關鍵原材料之一，表1為中信建投測算的假設關鍵技術參數(shù)實現(xiàn)基礎上的PERC、TOPCon、SHJ電池片單W成本。

從表1可看出SHJ太陽電池銀漿成本占比最高，比PERC和TOPCon高0.04～0.05 元/W，是決定非硅成本的最主要因素。

低溫銀漿既是影響太陽電池電性能和可靠性的關鍵材料，也同時面臨著電鍍銅電極以及其他替代技術的競爭和挑戰(zhàn)，為了滿足SHJ太陽電池的產業(yè)化需求，未來須具備以下條件。

7.1 高電性能

目前SHJ太陽電池柵線體積電阻率純銀在4～7 μΩ·cm，銀包銅在5.0～7.5 μΩ·cm，電鍍銅為1.7 μΩ·cm，電鍍銅柵線對應在效率上有0.3%～0.5%的提升。銀和銅在相同條件下電阻率僅相差0.09 μΩ·cm，電鍍銅柵線的體積電阻率幾乎是純銀柵線體積電阻率的極限。目前PERC電池正極高溫銀柵線體積電阻率可做到2～3 μΩ·cm，低溫銀漿體積電阻率應以其為目標，理論上可通過優(yōu)化銀粉搭配、改善銀粉表面處理劑、調整有機聚合物、研發(fā)和使用低溫可揮發(fā)添加劑等方法實現(xiàn)。

目前PERC細柵接觸電阻率約為1×10-3 Ω·cm2，SHJ太陽電池細柵接觸電阻率可做到約2.5×10-3 Ω·cm2，通過強化銀粉與TCO之間的接觸狀態(tài)和改進接觸界面層有望進一步降低。

7.2 良好的印刷性

硅片尺寸越來越大，印刷工藝的邊緣效應增加，印刷區(qū)域中心與邊緣的網版形變、網布張力、漿料離網速度等因素的作用被放大，對漿料有機體系以及網版工藝提出更高要求。

柵線收窄后，漿料與硅片的接觸面積降低，會導致接觸更具挑戰(zhàn)性。在網版開口不斷收窄的同時，對漿料在產線上保持長期穩(wěn)定高速印刷有新的挑戰(zhàn)。

對于漿料的挑戰(zhàn)主要在于印刷性、塑形性和更高的接觸。因此，在漿料原材料選擇上主要有以下幾點：塑形性更強的樹脂，收線不坍塌，對低膜厚網版尤其重要；更容易過網的有機溶劑與助劑；過網性更好，更易立線型的銀粉。

7.3 降低成本

從表1可得出，要想實現(xiàn)SHJ太陽電池同PERC、TOPCon成本持平，至少要做到銀漿耗量在17.0 mg/W，而現(xiàn)階段銀漿耗量僅能做到約33.0 mg/W，還有將近一半的下降空間。PERC電池正極高溫銀漿線寬開口已降到14、12 μm，并已開始測試10、8 μm，現(xiàn)SHJ太陽電池用低溫銀漿線寬開口約24 μm，未來SHJ太陽電池用低溫銀漿需緊跟PERC電池正極高溫銀漿線寬開口降低的速度，保持最多3～5 μm的代差才能有成本競爭優(yōu)勢。

7.4 組件柵線抗腐蝕氧化

銀包銅漿料制作的組件柵線抗腐蝕氧化需提高銀包銅粉的鍍層致密性和包覆率，完善軋制、印刷、焊接工藝。

此外，銀粉表面處理劑的包覆可有效防止銀粉表面氧化，當成功地減少和消除銀粉表面處理劑而降低了柵線體積電阻率的同時也增加了柵線的腐蝕氧化風險，因此，未來減少和消除銀粉表面處理劑的同時要兼顧柵線的抗腐蝕氧化，完善由相關技術制作的組件可靠性測試標準評價體系。

7.5 納米銀粉低溫燒結

SHJ太陽電池用低溫銀漿中的納米銀粉低溫燒結并非完全無法實現(xiàn)，采用低溫分解表面分散劑、規(guī)范表面無分散劑納米銀粉的儲存方法、開發(fā)應用滿足各項性能和工藝條件的熱塑性樹脂有助其成為現(xiàn)實。

8 結 論

以上針對SHJ太陽電池用低溫銀漿中的銀粉的技術要素和研究開發(fā)趨勢進行了系統(tǒng)的分析介紹，總結要點如下：

1）振實密度作為能最直接體現(xiàn)低溫銀漿導電機理的銀粉性能具有重要的參考意義，銀漿中片粉和球粉的搭配、大球粉和小球粉的搭配以及納米銀粉的加入都能提高振實密度。

2）銀粉表面處理劑的選擇和處理對于電池性能具有非常重要的微觀影響，還需進一步深入研究。

3）低溫銀漿是導電功能相（銀粉、銀包銅粉）、樹脂有機聚合物、少量添加劑（分散劑、流平劑、觸變劑、附著力促進劑等）和有機溶劑的混合體，各種成分之間要充分適配。

4）銀包銅粉中提高鍍銀層的致密性和包覆率是關鍵，鑒于粉體本身無法100%包覆以及三輥軋制、印刷和焊接過程中均易造成銅裸露，進而發(fā)生長時間持續(xù)性的銅電極氧化，還需進一步完善銀包銅漿料制作的光伏組件的可靠性測試標準評價體系。

致 謝

本文引用大量相關信息，在此表示感謝，標注不盡之處請包容。感謝熊勝虎博士、楊至灝博士對本文提出的寶貴修改意見。

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REVIEW OF INFLUENCE OF SILVER POWDER ON LOW-TEMPERATURE SILVER PASTE FOR SILICON HETEROJUNCTION SOLAR CELLS

Wang Guangyuan1，Han Anjun1，Liu Wenzhu1，Zhao Wenjie1，Wang Dongliang2，

Ao Yiwei2，Kuninori Okamoto2，Meng Fanying1，Liu Zhengxin1

（1. Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology（SIMIT）， Chinese Academy of Sciences， Shanghai 200050， China；

2. Changzhou Juhe New Materials Co.， Ltd.， Changzhou 213000， China）

Abstract：Silver paste is an important material for silicon heterojunction SHJ solar cells. Lower volumetric resistivity and contact resistance， strong adhesion， fine line printing performance and corrosion aging resistance of module grid lines are the key technology points to improve. As conductive phase， silver powder have a critical influence on the performance of silver paste. Based on the conductivity mechanism and performance pursuit of low-temperature curing silver paste of SHJ solar cells， the tap density， morphology， particle size， surface treatment agents and its compatibility with organic matters of silver powder are reviewed. The application of nano-silver powder and silver-coated copper powder in low-temperature silver paste of SHJ solar cells are discussed.

Keywords：silicon heterojunction solar cells； low-temperature silver paste； silver powder； surface treatment； tap density； silver-coated copper