P型双面太阳能电池共烧结铝浆的研究

沈琴 郑金华 季剑汾

摘 要：本文主要研究了一种P型晶硅太阳能电池背场烧穿型铝浆，并详细研究共烧用玻璃粉的制备及三氧化铝助剂对电池片接触电阻率和开压的影响。讨论了铝浆中分散剂、触变剂、铝粉氧含量和粒径分布、还原性玻璃粉以及固含对线电阻的影响。

关键词：双面硅电池;共烧结;铝浆;背面钝化

1、引言

人类社会不断发展，经济和科技也在不断进步，人们开发新能源的步伐也在不断加快。目前，人们开发出了太阳能、风能、潮汐能、核能等形式的可持续利用能源种类。对于已实现量产的P型PERC双面电池，正面银电极的制备工艺是高温烧穿钝化层形成电极与硅片间的欧姆接触，而背面金属化则大多采用在钝化层上开孔再印刷制备铝电极的方式。然而，激光开孔过程中的局部高温会对硅片造成损伤，而且后续在印刷铝浆的过程中，铝浆与槽线的对准工艺也较复杂，影响其在工业化中的应用。因此，研制能直接烧穿背面钝化层的铝浆具有重要意义。它可直接在背面钝化层印刷并在烧结过程中与硅片形成良好欧姆接触，而不需要在电池片背面进行激光开槽，这将极大的简化P型双面电池的制造工艺并降低生产成本。

2、 P型双面钝化太阳能电池概述

晶体硅太阳能电池主要是以硅半导体材料为基体。正常情况下，硅最外层有4个电子并且相邻硅原子之间最外层的价电子形成共价键，当利用POCl3液态源法等扩散工艺在硅基体中掺入磷等第五主族元素时，就会有1个价电子剩余，这种类型的硅被称为N型硅;B等第三主族的元素最外层只有3个电子，在形成共价键的过程中会多出一个空穴，这种类型的硅被称为P型硅。P型太阳能电池即以P型硅为基体的太阳能电池。

3、共烧结铝浆与硅片形成良好欧姆接触

对于P型双面太阳能电池，背面烧结型铝浆应直接烧透Al2O3/SiNx鈍化膜从而与硅片形成良好的欧姆接触，并形成局域掺杂。与此同时，在烧穿钝化膜的过程中不能引入过多杂质对电池片的电性能造成影响。通常，能形成较好欧姆接触的铝浆会因为掺杂深度过深导致背表面复合严重，进而导致开压降低;而能使电池片开压较高的铝浆往往又因为钝化膜没有被烧穿或掺杂深度不够，致使欧姆接触不好。两者很难达到平衡。因此，寻找合适的玻璃粉等原材料以保证电池片电性能的同时，又能得到较小的接触电阻率是共烧结铝浆制备的关键。

研究表明，Pb系玻璃粉对钝化层具有较好的刻蚀作用，能在较低温度下熔融软化并与硅基体反应促进Al-Si间欧姆接触的形成。而且PbO玻璃粉对硅基体有较好的润湿性，可以使铝栅线与硅基体之间有较好的附着力。

Pb系玻璃粉的软化温度较低，可在较低温度下熔融促进Al-Si之间形成欧姆接触。但是若玻璃粉的熔融温度过低，烧结过程中铝硅之间的作用时间较长，导致铝熔融到硅中的深度较深，此时会对硅片的电性能造成很大的副作用。铝粉作为铝浆的主要原材料之一，当它暴漏在空气中时极易被氧化从而使表面有一层极薄的氧化铝层。若在铝浆中额外添加适量氧化铝粉，烧结过程中即使有少量氧化铝熔融到硅片内部，也不会造成电池片电性能的急剧降低。氧化铝的熔点高达2054℃，可以提高铝浆整体的熔融温度。基于以上两点，氧化铝可作为提高铝浆熔融温度的助剂使用。

4、降低共烧结铝浆线电阻

有机载体是浆料的重要组成成份，它可显著改善浆料的粘度、流平性、触变性等，从而影响金属浆料在丝网印刷工艺中的相关的性能，如金属栅线的形貌。所以通过优选合适的分散剂、触变剂等助剂获得最佳的有机载体配方，是提高铝栅线塑形进而降低其体电阻的关键之一。分散剂能使浆料中的粉体更好的分散在有机载体中，从而获得更均匀、细腻的铝浆。而铝浆是通过丝网印刷工艺印刷在硅片上，在印刷过程中刮刀会给浆料施加一定的压力使其过网。若在浆料中引入触变剂，刮刀作用到浆料上时浆料的粘度会变低，有助于过网;印刷前和印刷后有较高粘度，防止流挂。而且触变性好的铝浆过网性也较好，易于印刷，且印刷、烧结后栅线的高宽比较大。据文献报道，目前常用的四大类触变剂包括：气相二氧化硅、有机膨润土、氢化蓖麻油和聚酰胺蜡。它们对浆料触变性的影响从大到小依次为：聚酰胺蜡、气相二氧化硅、有机膨润土、氢化蓖麻油[92]。

铝粉作为铝浆的主体部分，主要有两方面的作用：首先，烧结过程中铝硅相互熔融扩散并最终在铝硅之间形成合金实现欧姆接触;其次，烧结后铝颗粒间相互接触，填充彼此空隙，形成致密的导电网络。所以铝粉的特性，诸如氧含量、粒径、含量等因素都会对铝浆及其制备的电池片的性能有显著影响。所以通过对所用铝粉的氧含量、粒径等进行研究，优化出合适的原材料，也是降低铝浆线电阻，提高电池片电性能的关键手段之一。

铝粉本身的电阻率2.83 ×10-8 Ω·m，但是经烧结之后其电阻率增大了3个数量级，主要原因是铝颗粒表面被氧化，形成一层不导电的氧化铝薄膜。在烧结过程，通过高温作用，铝粉表面的氧化膜会进一步增厚，其形成的铝栅线电阻率相对偏大。如果在铝浆中加入具有还原作用的玻璃粉。在烧结升温时，将铝颗粒表面的氧化层还原，抑制铝粉被氧化，进而使内部铝更好的熔融并相互连通，由此得到的铝栅线电阻率相对较低，导电性会有所提高。

5、结语

本文研究的P型双面太阳能电池共烧结铝浆，丝网印刷时的栅线宽度是130 μm，烧结后栅线拓宽至150 μm左右。P型双面电池受光照后两面都可以发电，若能将背面栅线的宽度收窄，则可提高背面的受光面积，提高双面率，进而提高发电量。因此，通过进一步优化玻璃粉、铝粉、有机载体等制备出电性能优异且遮光面积进一步缩小的共烧结铝浆是下一步需要开展的工作。这不仅可以提高双面率，还可以减小铝浆用量，节约成本。

参考文献

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