P型雙面太陽能電池共燒結鋁漿的研究

沈琴 鄭金華 季劍汾

摘 要：本文主要研究了一種P型晶硅太陽能電池背場燒穿型鋁漿，并詳細研究共燒用玻璃粉的制備及三氧化鋁助劑對電池片接觸電阻率和開壓的影響。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線電阻的影響。

關鍵詞：雙面硅電池;共燒結;鋁漿;背面鈍化

1、引言

人類社會不斷發展，經濟和科技也在不斷進步，人們開發新能源的步伐也在不斷加快。目前，人們開發出了太陽能、風能、潮汐能、核能等形式的可持續利用能源種類。對于已實現量產的P型PERC雙面電池，正面銀電極的制備工藝是高溫燒穿鈍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孔再印刷制備鋁電極的方式。然而，激光開孔過程中的局部高溫會對硅片造成損傷，而且后續在印刷鋁漿的過程中，鋁漿與槽線的對準工藝也較復雜，影響其在工業化中的應用。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過程中與硅片形成良好歐姆接觸，而不需要在電池片背面進行激光開槽，這將極大的簡化P型雙面電池的制造工藝并降低生產成本。

2、 P型雙面鈍化太陽能電池概述

晶體硅太陽能電池主要是以硅半導體材料為基體。正常情況下，硅最外層有4個電子并且相鄰硅原子之間最外層的價電子形成共價鍵，當利用POCl3液態源法等擴散工藝在硅基體中摻入磷等第五主族元素時，就會有1個價電子剩余，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個電子，在形成共價鍵的過程中會多出一個空穴，這種類型的硅被稱為P型硅。P型太陽能電池即以P型硅為基體的太陽能電池。

3、共燒結鋁漿與硅片形成良好歐姆接觸

對于P型雙面太陽能電池，背面燒結型鋁漿應直接燒透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，在燒穿鈍化膜的過程中不能引入過多雜質對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因為摻雜深度過深導致背表面復合嚴重，進而導致開壓降低;而能使電池片開壓較高的鋁漿往往又因為鈍化膜沒有被燒穿或摻雜深度不夠，致使歐姆接觸不好。兩者很難達到平衡。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，又能得到較小的接觸電阻率是共燒結鋁漿制備的關鍵。

研究表明，Pb系玻璃粉對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促進Al-Si間歐姆接觸的形成。而且PbO玻璃粉對硅基體有較好的潤濕性，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Al-Si之間形成歐姆接觸。但是若玻璃粉的熔融溫度過低，燒結過程中鋁硅之間的作用時間較長，導致鋁熔融到硅中的深度較深，此時會對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，當它暴漏在空氣中時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，燒結過程中即使有少量氧化鋁熔融到硅片內部，也不會造成電池片電性能的急劇降低。氧化鋁的熔點高達2054℃，可以提高鋁漿整體的熔融溫度?；谝陨蟽牲c，氧化鋁可作為提高鋁漿熔融溫度的助劑使用。

4、降低共燒結鋁漿線電阻

有機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印刷工藝中的相關的性能，如金屬柵線的形貌。所以通過優選合適的分散劑、觸變劑等助劑獲得最佳的有機載體配方，是提高鋁柵線塑形進而降低其體電阻的關鍵之一。分散劑能使漿料中的粉體更好的分散在有機載體中，從而獲得更均勻、細膩的鋁漿。而鋁漿是通過絲網印刷工藝印刷在硅片上，在印刷過程中刮刀會給漿料施加一定的壓力使其過網。若在漿料中引入觸變劑，刮刀作用到漿料上時漿料的粘度會變低，有助于過網;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網性也較好，易于印刷，且印刷、燒結后柵線的高寬比較大。據文獻報道，目前常用的四大類觸變劑包括：氣相二氧化硅、有機膨潤土、氫化蓖麻油和聚酰胺蠟。它們對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、有機膨潤土、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，燒結過程中鋁硅相互熔融擴散并最終在鋁硅之間形成合金實現歐姆接觸;其次，燒結后鋁顆粒間相互接觸，填充彼此空隙，形成致密的導電網絡。所以鋁粉的特性，諸如氧含量、粒徑、含量等因素都會對鋁漿及其制備的電池片的性能有顯著影響。所以通過對所用鋁粉的氧含量、粒徑等進行研究，優化出合適的原材料，也是降低鋁漿線電阻，提高電池片電性能的關鍵手段之一。

鋁粉本身的電阻率2.83 ×10-8 Ω·m，但是經燒結之后其電阻率增大了3個數量級，主要原因是鋁顆粒表面被氧化，形成一層不導電的氧化鋁薄膜。在燒結過程，通過高溫作用，鋁粉表面的氧化膜會進一步增厚，其形成的鋁柵線電阻率相對偏大。如果在鋁漿中加入具有還原作用的玻璃粉。在燒結升溫時，將鋁顆粒表面的氧化層還原，抑制鋁粉被氧化，進而使內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較低，導電性會有所提高。

5、結語

本文研究的P型雙面太陽能電池共燒結鋁漿，絲網印刷時的柵線寬度是130 μm，燒結后柵線拓寬至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，進而提高發電量。因此，通過進一步優化玻璃粉、鋁粉、有機載體等制備出電性能優異且遮光面積進一步縮小的共燒結鋁漿是下一步需要開展的工作。這不僅可以提高雙面率，還可以減小鋁漿用量，節約成本。

參考文獻

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