P型雙面太陽(yáng)能電池共燒結(jié)鋁漿的研究

沈琴 鄭金華 季劍汾

摘 要：本文主要研究了一種P型晶硅太陽(yáng)能電池背場(chǎng)燒穿型鋁漿，并詳細(xì)研究共燒用玻璃粉的制備及三氧化鋁助劑對(duì)電池片接觸電阻率和開(kāi)壓的影響。討論了鋁漿中分散劑、觸變劑、鋁粉氧含量和粒徑分布、還原性玻璃粉以及固含對(duì)線電阻的影響。

關(guān)鍵詞：雙面硅電池;共燒結(jié);鋁漿;背面鈍化

1、引言

人類社會(huì)不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)和科技也在不斷進(jìn)步，人們開(kāi)發(fā)新能源的步伐也在不斷加快。目前，人們開(kāi)發(fā)出了太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、核能等形式的可持續(xù)利用能源種類。對(duì)于已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的P型PERC雙面電池，正面銀電極的制備工藝是高溫?zé)┾g化層形成電極與硅片間的歐姆接觸，而背面金屬化則大多采用在鈍化層上開(kāi)孔再印刷制備鋁電極的方式。然而，激光開(kāi)孔過(guò)程中的局部高溫會(huì)對(duì)硅片造成損傷，而且后續(xù)在印刷鋁漿的過(guò)程中，鋁漿與槽線的對(duì)準(zhǔn)工藝也較復(fù)雜，影響其在工業(yè)化中的應(yīng)用。因此，研制能直接燒穿背面鈍化層的鋁漿具有重要意義。它可直接在背面鈍化層印刷并在燒結(jié)過(guò)程中與硅片形成良好歐姆接觸，而不需要在電池片背面進(jìn)行激光開(kāi)槽，這將極大的簡(jiǎn)化P型雙面電池的制造工藝并降低生產(chǎn)成本。

2、 P型雙面鈍化太陽(yáng)能電池概述

晶體硅太陽(yáng)能電池主要是以硅半導(dǎo)體材料為基體。正常情況下，硅最外層有4個(gè)電子并且相鄰硅原子之間最外層的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，當(dāng)利用POCl3液態(tài)源法等擴(kuò)散工藝在硅基體中摻入磷等第五主族元素時(shí)，就會(huì)有1個(gè)價(jià)電子剩余，這種類型的硅被稱為N型硅;B等第三主族的元素最外層只有3個(gè)電子，在形成共價(jià)鍵的過(guò)程中會(huì)多出一個(gè)空穴，這種類型的硅被稱為P型硅。P型太陽(yáng)能電池即以P型硅為基體的太陽(yáng)能電池。

3、共燒結(jié)鋁漿與硅片形成良好歐姆接觸

對(duì)于P型雙面太陽(yáng)能電池，背面燒結(jié)型鋁漿應(yīng)直接燒透Al2O3/SiNx鈍化膜從而與硅片形成良好的歐姆接觸，并形成局域摻雜。與此同時(shí)，在燒穿鈍化膜的過(guò)程中不能引入過(guò)多雜質(zhì)對(duì)電池片的電性能造成影響。通常，能形成較好歐姆接觸的鋁漿會(huì)因?yàn)閾诫s深度過(guò)深導(dǎo)致背表面復(fù)合嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致開(kāi)壓降低;而能使電池片開(kāi)壓較高的鋁漿往往又因?yàn)殁g化膜沒(méi)有被燒穿或摻雜深度不夠，致使歐姆接觸不好。兩者很難達(dá)到平衡。因此，尋找合適的玻璃粉等原材料以保證電池片電性能的同時(shí)，又能得到較小的接觸電阻率是共燒結(jié)鋁漿制備的關(guān)鍵。

研究表明，Pb系玻璃粉對(duì)鈍化層具有較好的刻蝕作用，能在較低溫度下熔融軟化并與硅基體反應(yīng)促進(jìn)Al-Si間歐姆接觸的形成。而且PbO玻璃粉對(duì)硅基體有較好的潤(rùn)濕性，可以使鋁柵線與硅基體之間有較好的附著力。

Pb系玻璃粉的軟化溫度較低，可在較低溫度下熔融促進(jìn)Al-Si之間形成歐姆接觸。但是若玻璃粉的熔融溫度過(guò)低，燒結(jié)過(guò)程中鋁硅之間的作用時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致鋁熔融到硅中的深度較深，此時(shí)會(huì)對(duì)硅片的電性能造成很大的副作用。鋁粉作為鋁漿的主要原材料之一，當(dāng)它暴漏在空氣中時(shí)極易被氧化從而使表面有一層極薄的氧化鋁層。若在鋁漿中額外添加適量氧化鋁粉，燒結(jié)過(guò)程中即使有少量氧化鋁熔融到硅片內(nèi)部，也不會(huì)造成電池片電性能的急劇降低。氧化鋁的熔點(diǎn)高達(dá)2054℃，可以提高鋁漿整體的熔融溫度?；谝陨蟽牲c(diǎn)，氧化鋁可作為提高鋁漿熔融溫度的助劑使用。

4、降低共燒結(jié)鋁漿線電阻

有機(jī)載體是漿料的重要組成成份，它可顯著改善漿料的粘度、流平性、觸變性等，從而影響金屬漿料在絲網(wǎng)印刷工藝中的相關(guān)的性能，如金屬柵線的形貌。所以通過(guò)優(yōu)選合適的分散劑、觸變劑等助劑獲得最佳的有機(jī)載體配方，是提高鋁柵線塑形進(jìn)而降低其體電阻的關(guān)鍵之一。分散劑能使?jié){料中的粉體更好的分散在有機(jī)載體中，從而獲得更均勻、細(xì)膩的鋁漿。而鋁漿是通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝印刷在硅片上，在印刷過(guò)程中刮刀會(huì)給漿料施加一定的壓力使其過(guò)網(wǎng)。若在漿料中引入觸變劑，刮刀作用到漿料上時(shí)漿料的粘度會(huì)變低，有助于過(guò)網(wǎng);印刷前和印刷后有較高粘度，防止流掛。而且觸變性好的鋁漿過(guò)網(wǎng)性也較好，易于印刷，且印刷、燒結(jié)后柵線的高寬比較大。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前常用的四大類觸變劑包括：氣相二氧化硅、有機(jī)膨潤(rùn)土、氫化蓖麻油和聚酰胺蠟。它們對(duì)漿料觸變性的影響從大到小依次為：聚酰胺蠟、氣相二氧化硅、有機(jī)膨潤(rùn)土、氫化蓖麻油[92]。

鋁粉作為鋁漿的主體部分，主要有兩方面的作用：首先，燒結(jié)過(guò)程中鋁硅相互熔融擴(kuò)散并最終在鋁硅之間形成合金實(shí)現(xiàn)歐姆接觸;其次，燒結(jié)后鋁顆粒間相互接觸，填充彼此空隙，形成致密的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。所以鋁粉的特性，諸如氧含量、粒徑、含量等因素都會(huì)對(duì)鋁漿及其制備的電池片的性能有顯著影響。所以通過(guò)對(duì)所用鋁粉的氧含量、粒徑等進(jìn)行研究，優(yōu)化出合適的原材料，也是降低鋁漿線電阻，提高電池片電性能的關(guān)鍵手段之一。

鋁粉本身的電阻率2.83 ×10-8 Ω·m，但是經(jīng)燒結(jié)之后其電阻率增大了3個(gè)數(shù)量級(jí)，主要原因是鋁顆粒表面被氧化，形成一層不導(dǎo)電的氧化鋁薄膜。在燒結(jié)過(guò)程，通過(guò)高溫作用，鋁粉表面的氧化膜會(huì)進(jìn)一步增厚，其形成的鋁柵線電阻率相對(duì)偏大。如果在鋁漿中加入具有還原作用的玻璃粉。在燒結(jié)升溫時(shí)，將鋁顆粒表面的氧化層還原，抑制鋁粉被氧化，進(jìn)而使內(nèi)部鋁更好的熔融并相互連通，由此得到的鋁柵線電阻率相對(duì)較低，導(dǎo)電性會(huì)有所提高。

5、結(jié)語(yǔ)

本文研究的P型雙面太陽(yáng)能電池共燒結(jié)鋁漿，絲網(wǎng)印刷時(shí)的柵線寬度是130 μm，燒結(jié)后柵線拓寬至150 μm左右。P型雙面電池受光照后兩面都可以發(fā)電，若能將背面柵線的寬度收窄，則可提高背面的受光面積，提高雙面率，進(jìn)而提高發(fā)電量。因此，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化玻璃粉、鋁粉、有機(jī)載體等制備出電性能優(yōu)異且遮光面積進(jìn)一步縮小的共燒結(jié)鋁漿是下一步需要開(kāi)展的工作。這不僅可以提高雙面率，還可以減小鋁漿用量，節(jié)約成本。

參考文獻(xiàn)

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