絲網印刷網版對太陽電池片細柵線高度及電池性能的影響研究

晶澳太陽能有限公司寧晉基地工藝部 ■ 許鴻雁 張景洋 李景 張軍杰 李強強

0 引言

太陽電池是低電壓高電流的發電器件，串聯電阻是影響太陽電池填充因子和短路電流，進而影響光電轉化效率的重要因素之一。因此減少電池的串聯電阻非常重要，串聯電阻由金屬電極的電阻、金屬-半導體接觸電阻、發射區薄層電阻和基區電阻等組成。工業化生產的晶體硅太陽電池通常采用絲網印刷燒結銀導體作為上電極[1]。太陽電池的受光面積與光生載流子數量成正比，所以在印刷正面銀柵線時要綜合考慮銀柵線電阻、銀硅接觸電阻與太陽電池片受光面積等因素。這就要求印刷銀柵線寬度一定時要盡量提高柵線高度，以減少金屬導線的電阻。本文通過研究不同規格網版印刷電池片柵線高度差異及對電性參數的影響等，以提高太陽電池的轉化效率。

1 太陽電池片柵線高度影響因素實驗驗證

實驗固定印刷機器，使用不同規格網版印刷，每2 h測量一次細柵線寬度、高度、稱取一次濕重，統計各規格網版印刷電池片的細柵線度、寬度、濕重及電性能變化情況。網版規格如表1所示。

表1 網版規格

實驗一網版細柵線較寬，印刷銀柵線時有更好的堆砌性；實驗二網版貼膜厚度較高，印刷銀柵線時有更好的塑型效果；實驗三網版網布目數較大絲徑較小，印刷銀柵線時透墨效果與實驗一、二不同。

每塊實驗網版使用12 h，測試線高結果如圖1所示。

表2為電性參數，數據為實驗數據減去3個實驗平均數據，重點關注趨勢。△Voc表示實驗數據減去3個實驗平均數據的電壓差值；△Isc表示實驗數據減去3個實驗平均數據電流差值；△FF表示實驗數據減去3個實驗平均數據的填充因子差值；△Eta表示實驗數據減去3個實驗平均數據的效率差值；△Rsh表示實驗數據減去3個實驗平均數據的并聯電阻差值；△Rs表示實驗數據減去3個實驗平均數據的串聯電阻差值。

表2 電性參數表

由表2知，實驗二印刷太陽電池片的銀細柵線高度要明顯高于實驗一、三，即網版貼膜厚度對印刷銀細柵線高度影響較大。圖2為基恩士測量3種網版印刷電池片的微觀三維圖。

圖3為太陽電池測試的I-V曲線示意圖。其中：Uoc為開路電壓，Isc為短路電流；FF=UmppImpp/(UocIsc)(Umpp為最大輸出功率電壓，Impp為最大輸出功率電流)；Rsh是I-V曲線在亮場正向(第一象限)與暗場反向(第二象限，即Q2區域)交界處的斜率，如Rshuntlf標示位置；Rs是I-V曲線在亮場正向與暗場正向(第三象限，即Q3區域)交界處的斜率，如Rser4標示位置；Eta=UmppImpp/Pin×S，Pin為入射光的光強，S為太陽電池片的面積。

實驗一細柵線寬度較大，柵線整體面積與電池片整體面積較大，遮光面積較大會影響光生載流子數量，進而影響短路電流。實驗二線高較高，在Isc、Uoc方面有優勢，整體Eta要高于實驗一、三；實驗三網版網布與實驗一、二不同，印刷時透墨量有差異，且網版目數較多，印刷銀柵線線條平滑度稍差，影響FF，整體Eta也不高。

2 網版窄線寬情況下不同膜厚實驗驗證

由上述實驗結果可知，在網版細柵線寬度一定情況下，膜厚較高則柵線高度較高，電池片轉化效率有一定優勢；但在網版窄線寬情況下，提高網版膜厚電池片轉化效率是否仍有優勢？網版其他參數固定，網版規格見表3。

表3 網版規格

實驗固定在一條多晶印刷產線，連續使用實驗網版和對比網版，每套網版使用時間為8 h(約10 000片)，測試印刷電池片細柵高度情況并對比電性參數。

如圖4所示，實驗網版測試細柵線平均高度為21.36 μm，線條整體高低起伏，平均高度略高。對比網版測試細柵線平均高度為19.77 μm，線條整體較平滑，平均高度略低。表4為兩種網版印刷電池片電性能對比分析情況。

圖4 兩種網版基恩士測試線高情況三維圖

表4 兩種網版印刷電池片電性能對比分析情況

從實驗數據來看，在網版高膜厚條件下繼續減小細柵線寬度，印刷效果會明顯變差，線條不再平滑有型，而是高低起伏。這是因為網版的透墨性和網版細柵線寬度呈反比關系，細柵線寬度越大透墨量越大，反之則越小。高膜厚窄線寬時透墨量在同一線條上已不均勻，所以會出現圖4中實驗網版印刷電池片線條高低起伏的情況。

結合實驗網版與對比網版的結果可知，窄線寬情況下的膜厚高低變化對整體印刷線條高度的影響明顯減弱，且高低起伏的線條直接影響到串聯電阻。圖5是兩種網版印刷情況的示意圖。

圖5 兩種網版印刷情況示意圖

電性參數方面，實驗網版的Isc仍略高于對比網版，但由于印刷線條缺陷Rs高于對比網版。10 000片電池片數據的Rs分布情況顯示，對比網版的Rs分布比實驗網版集中，波動較小，整體平均值較低，Rs的升高對FF有一定影響。所以實驗網版電池片的電能參數FF降低，整體來看，電池片轉化效率無優勢。

兩種網版Rs分布情況如圖6所示。實驗表明，在網版細柵線較窄情況下，網版貼膜厚度不宜過大，否則會影響網版透墨量導致印刷線條高低起伏，不利于Rs降低。雖然Isc略有優勢，但FF降低，因此電池片的轉化效率方面沒有優勢。

圖6 兩種網版Rs分布情況

3結論與應用

規模化生產條件下，對幾種規格網版印刷效果進行測驗，從微觀方面探究網版對銀柵線寬度和線高的影響，找出造成電性能差異的原因，為提高太陽電池片的轉化效率提供數據支持。

兩次實驗結果表明，網版貼膜厚度對印刷后銀柵線高度影響最大。網版各種參數一定時，提高膜厚，印刷后細柵線高度提高，串阻變小，相對應的電池片轉化效率也提高。在窄線寬工藝條件下，網版貼膜需控制在一定厚度，厚度過低影響印刷細柵線高度，不利于電池片轉化效率；厚度過高影響網版透墨性，印刷電池片線條高低起伏不利于降低Rs，從而影響電池片的轉化效率。

實際生產過程中要綜合考慮電池片工藝類型、印刷品質等問題，要盡可能提高細柵線高度，降低細柵線寬度，以提高電池的轉化效率。這樣選擇匹配的網版細柵線寬度和網版貼膜厚度意義重大。

[1] 劉祖明, 蘇里曼·K.特拉奧雷, 林理彬, 等.晶體硅太陽電池絲網印刷電極接觸電阻及其測量[J] . 太陽能學報，2003，24(5)：659－662.