多晶硅太陽電池絲網(wǎng)印刷工藝優(yōu)化研究

陳 麗， 楊 進(jìn)， 梁 玲

(山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046011)

引 言

絲網(wǎng)印刷工藝作為多晶硅太陽電池最關(guān)鍵的步驟之一，印刷質(zhì)量的好壞與否，對電池片的性能包括電池片的外觀等均可構(gòu)成直接影響，因此，充分獲得較高的印刷質(zhì)量是重要工作[1]。絲網(wǎng)印刷工藝的基本原理是利用掩膜的方式，將含有金屬的導(dǎo)電漿料以一定的網(wǎng)狀圖案印刷在硅片的正背面，通過烘干、燒結(jié)使金屬漿料與硅基片形成良好的歐姆接觸，而印刷是否最優(yōu)是通過最終檢測的轉(zhuǎn)換效率來體現(xiàn)的。目前，硅太陽能企業(yè)都在通過各種途徑進(jìn)行電池片轉(zhuǎn)換效率的提升工作，而絲網(wǎng)印刷工藝的優(yōu)化無疑是最直接有效的方式。

絲網(wǎng)印刷工藝要在硅片表面印刷電極，這些電極的存在減少了硅片的受光面積，如何在高效收集電流的同時(shí)，降低硅太陽能電池正面金屬電極的遮光損失(約占6%受光面積)，也是目前提高硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的重點(diǎn)[2]；要提高電池片的轉(zhuǎn)換效率，需要減少金屬漿料在電池片串聯(lián)電阻方面的損失，這就要設(shè)定合理的燒結(jié)條件以保證形成穩(wěn)定良好的銀-硅歐姆接觸[3]。鋁背場鈍化可以降低載流子符合機(jī)率，同時(shí)提升電池片的轉(zhuǎn)換效率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用156.75 mm×156.75 mm的P型多晶硅片，電阻率為1 Ω·cm～3 Ω·cm，厚度為(200±20)μm。絲網(wǎng)印刷設(shè)備采用亞系公司生產(chǎn)的ASYS絲網(wǎng)印刷機(jī)，電極燒結(jié)設(shè)備采用德國Centrotherm公司生產(chǎn)的CT燒結(jié)爐，檢測分選設(shè)備采用ASYS太陽光模擬檢測儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)一：使用PECVD后鍍膜硅片，實(shí)驗(yàn)分兩組，每組400片，印刷漿料及燒結(jié)條件相同，一組印刷時(shí)使用正銀無網(wǎng)結(jié)5主柵網(wǎng)版，對比組使用正銀無網(wǎng)結(jié)12主柵網(wǎng)版進(jìn)行印刷，印刷后對兩組電學(xué)性能進(jìn)行測試，以驗(yàn)證受光面積對轉(zhuǎn)換效率的影響。

實(shí)驗(yàn)二：實(shí)驗(yàn)分4組，每組100片，實(shí)驗(yàn)使用銀漿為碩禾660A5 K4漿料，四組實(shí)驗(yàn)搭配所用銀漿分別對燒結(jié)爐溫度和帶速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以驗(yàn)證溫度和帶速變化對串聯(lián)電阻RS的影響。

實(shí)驗(yàn)三：使用PECVD后鍍膜硅片，實(shí)驗(yàn)分二組，每組400片，正銀及背銀漿料相同，背鋁測試二重不同漿重后進(jìn)行印刷，然后對電學(xué)性能進(jìn)行測試，以驗(yàn)證背電場鈍化對轉(zhuǎn)換效率的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 受光面積與轉(zhuǎn)換效率

第90頁表1為兩種不同主柵網(wǎng)版最終的電學(xué)性能測試結(jié)果，從表中可以看出，12主柵網(wǎng)版相對于5主柵網(wǎng)版印刷的電池片，其電學(xué)參數(shù)中的短路電流高出5主柵網(wǎng)版0.47 mA,開路電壓高出5主柵網(wǎng)版0.006 mV，12主柵的電池片最終的轉(zhuǎn)換效率比5主柵電池片提高了0.6%。產(chǎn)生上述結(jié)果的主要原因是隨著網(wǎng)版主柵線的增加，光生伏特效應(yīng)收集的電流在主柵間傳輸?shù)木嚯x縮短了，同時(shí)隨著主柵寬度的減小，受光面積增加使得電流收集能力增強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率也相應(yīng)提升。因此，電池片受光面積的變化間接影響著電池片的電學(xué)參數(shù)，通過增加網(wǎng)印網(wǎng)版的主柵線數(shù)量，可減少硅片因受光面遮擋造成的效率損失。

表1 兩種網(wǎng)版電學(xué)參數(shù)

2.2 歐姆接觸與轉(zhuǎn)換效率

良好的歐姆接觸是電池片獲得較好轉(zhuǎn)換效率的前提，而太陽電池串聯(lián)電阻Rs的大小直接反映了電極歐姆接觸的好壞[4]。這就需要電池片在燒結(jié)過程中，根據(jù)正銀柵線與硅基片滲透的機(jī)理設(shè)計(jì)與之相匹配的燒結(jié)條件，從而獲得較小的串聯(lián)電阻。

圖1給出了隨燒結(jié)溫度與帶速的調(diào)整串聯(lián)電阻Rs變化情況。從圖中可以看到A點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)Rs的值都高于B點(diǎn)Rs的值，原因是電池片在燒結(jié)過程中，溫度設(shè)定合理但燒結(jié)時(shí)間短，如A點(diǎn)所示，銀漿中的玻璃粉在較短的時(shí)間內(nèi)不能使銀粉末形成致密的銀膜，致使銀與硅的滲透性差，銀硅接觸電阻大導(dǎo)致總體Rs增大；燒結(jié)時(shí)間設(shè)定合理但溫度過高或是溫度設(shè)定合理但燒結(jié)時(shí)間長則會造成電池片燒結(jié)過度，如C點(diǎn)D點(diǎn)所示，此時(shí)銀漿的各顆粒間會產(chǎn)生熔融現(xiàn)象，它們互相接觸時(shí)會產(chǎn)生空隙，而此空隙是不導(dǎo)電的，導(dǎo)致Rs變大；圖中B點(diǎn)為當(dāng)燒結(jié)爐溫度設(shè)定850 ℃且?guī)贋? 000 mm/min時(shí)得到的Rs的值，此時(shí)燒結(jié)充分，銀和硅兩種材料接觸后會相互滲透，形成連續(xù)滲透且有差異的銀硅界面[5]，這時(shí)串聯(lián)電阻小即歐姆接觸良好，最終提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。

圖1 溫度和帶速變化對Rs的影響

2.3 背場鈍化與轉(zhuǎn)換效率

多晶硅電池表面缺陷多、復(fù)合速率高，會影響太陽電池的效率。背鈍化作為鋁背場的作用之一，它的主要目的是降低表面復(fù)合速率減少載流子損失。對兩種不同重量鋁背場的電池片開路電壓和短路電流進(jìn)行散點(diǎn)圖對比分析，見圖2，漿重為1.27 g時(shí)其開路電壓和短路電流都更優(yōu)于漿重為1.19 g時(shí)的數(shù)據(jù)，原因是漿重為1.19 g時(shí)，意味著印刷的鋁背場厚度較低，此時(shí)的鋁背場不利于長波的吸收，光生載流子的數(shù)目也隨之降低。而漿重為1.27 g時(shí)，背電場充分發(fā)揮了背反射器的作用，它增加了光程，提高了短路電流，增長了少數(shù)光生載流子的壽命，從而最終提高了電池的轉(zhuǎn)換效率[6]。

圖2 兩種漿重開路電壓和短路電流散點(diǎn)對比圖

3 結(jié)語

本文以優(yōu)化多晶硅太陽電池絲網(wǎng)印刷工藝為研究目標(biāo)，通過對影響電池片轉(zhuǎn)換效率的因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，改變網(wǎng)印網(wǎng)版的柵線數(shù)量與柵線寬度，提高了正面柵線的受光面積，避免了因柵線遮擋造成的效率損耗。設(shè)定合理的與所用銀漿相匹配的燒結(jié)窗口，才能得到較小的串聯(lián)電阻，形成良好的歐姆接觸。此外，印刷過程中，按照工藝控制點(diǎn)測定漿重范圍，以盡可能發(fā)揮背場的鈍化作用，提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。