HJT 电池低温固化浆料体积电阻率测试方法分析

苟鹏飞 伍 洋 杨 红

（四川东树新材料有限公司，四川 德阳618000）

1 概述

从全球各类发电装机及容量统计及预测中可知，2015 年光伏发电装机容量为300GW，预测2040 年将会达到2540GW，也会成为仅次于天然气的新能源。

长远来看，异质结（HJT）电池和隧穿钝化（TOPcon）电池被认为是未来最有可能取代现有单晶电池成为市场的主流技术。相对P 型电池，HJT 电池具有低温度系数、低衰减效应、结构对称等诸多优点。

目前适用于异质结晶硅电池量产的低温银浆大部分为国外厂商提供，全球范围内仅Kyoto Elex、Namics 等数家企业有异质结晶硅电池用银浆产品销售[1-2]。

传统晶硅电池所用银浆由银粉、玻璃粉及有机载体组成，经高温烧结后，银粉之间靠玻璃粉的熔融和再结晶接触到一起，同时玻璃粉熔融后刻蚀SiNx 层形成欧姆接触。与其不同的是，HJT 低温固化浆料组成不含玻璃粉，经过低温固化，由树脂在一定温度下固化收缩形成导电通路[3]。

对于HJT 低温固化浆料来说，最重要的性能指标之一为银浆的体积电阻率。就目前的参考文献及专利记载，常用的为直流电阻法。

京都一来电子化学股份有限公司申请的专利CN201480064513.7 中提出[4]，采用丝网印刷到陶瓷基片上，然后将氧化铝基板于180℃的热风干燥机中加热60 分钟，使导体图案固化。由此制得导体电阻评价用样品，随后用表面光度仪测定导体图案的膜厚，用数字万用表测定电阻，基于该膜厚和电阻以及布线图案的纵横比算出导体体积电阻率：ρ=（R*w*d）/L。

以上两种方法均可视为直流电阻法测试银浆的体积电阻率。结合其他银浆开发中的经验，也可以尝试采用四探针方法对样品进行方阻测试，再换算出体积电阻率。相对直流电阻法测试银浆的体积电阻率，四探针方法的测试更加简单，测试设备与电极接触电阻带来的影响更小。

2 实验

2.1 仪器与试剂

2.1.1 仪器和材料

（1）普通白玻璃。

（2）市售常见直流电阻测试仪；晶格四探针测试仪。

2.1.2 试剂

市售HJT 电池用银浆，工业级。

2.2 测试方法

2.2.1 导电样品的制备

按照如图1 所示，将银浆用刮刀或刮条均匀涂抹在玻璃板上，使用3M隐形胶带进行涂层厚度的控制。注意涂抹过程的连续性和均匀性，保证膜层的平整性。

图1 导电样品制备图例

2.2.2 四探针测试法

采用四探针测试样品的方阻，再根据公式：ρ=R□*d 计算出导电样品的体积电阻率。

2.2.3 直流电阻法

样品的制备与四探针法没有差异，只是测试时，电阻测试距离选择为L=50mm。同样采用公式：ρ=（R*w*d）/L 计算出体积电阻率。

3 结果分析

3.1 四探针法和直流电阻法测试结果

从图2 中可以看出，由于测试方法的差异，所测试出来的电导率的绝对值存在一定的差异。

这其实与四探针的测试计算模型是相关的。通常在四探针测试中，由于样品形状的差异，会引入一个所谓的修正系数。

图2 不同方法体积电阻率测试结果

对于三维尺寸都远大于探针间距的半无穷大试样，其电阻率为ρ。导体的电阻率计算公式为：

对于非规则的试样或不满足无穷大的试样来说，则由如下公式计算其电阻率：

其中，W 为试样的宽度，H 为样品的厚度，S 探针间距。

同时对于本研究中所制备的样品来说，由于样品宽度仅为5mm，四探针并不完全落在在样品宽度的中央区，因此，在测试时会受到一定边缘效应的影响[6]。

另外，对于直流电阻法来说，原理即为运算放大器反向输入测试样品电阻。此方法也是目前在HJT 浆料制备文献和专利中运用最为广泛的方法。但对于未采用丝网印刷制备的电极，由于此方法测试为点到点的电阻测试，依据公式ρ=（R*w*d）/L所计算出的电阻率存在由于厚度的不均匀会导致的偏差。

3.2 四探针测试时采用正向电流和反向电流的测试结果

在四探针测试中，除了边缘效应以外，还需要考虑在测试时所由于不同材料引线接触造成的热电势。探针用的材料与测量是无关的，但是由于各探针接触的地方的温度可能又所不同，会引入热电势，那么不同的材料接触产生的热电势就不同。比如室温下Cu 与CuO 的热电势是1000uV/K，Cu 与Pb/sn 是1-3uV/K。由于1K 温度的变化就会使得在电压测量端就会产生很大变化.写成公式是：

正向电流时：（V 总＋测量）＝V 热电热＋（I+）*（R 样品）

反向电流时：（V 总－测量）＝V 热电热＋（I-）*（R 样品）

对于测试样品来说，并不是每个测试区域都存在正向和反向相差很大的情况，造成这种情况主要有以下几种原因：

（1）如果样品电阻本身电阻就大，样品自然在加电流后会发热，这样样品本身的可能也会形成温差。

（2）电极与样品是有接触电阻的（特别指电流的引线端），他们可能在通电流时发热，也会使得样品形成温差。一旦有温差的存在，如果样品本身又是热电材料，那么会产生很大的温差热电势，这样也会使得观察到正反向相差很大的情况。那么此时相差大时可能就是代表探针接触的地方温度相差大了。

如图3 所示，左图为仅施加正向电流所测试出来的样品电阻率的测试结果，右图为考虑了正反向电流综合效应的体积电阻率测试结果。

图3 热电势造成的体积电阻率差异

对比两个测试结果可以看出，在考虑样品的热效应之后所测试出来的体积电阻率与只施加正向电流测试出来的体积电阻率结果是存在偏差的。因此，在采用四探针法进行体积电阻率测试时，应当考虑样品的温度热效应，对电阻值进行适当的修正。

4 结论

4.1 四探针测试方阻法和直流电阻测试电阻法两种方法均可用于测试样品的体积电阻率：四探针法在样品制备上需要注意尺寸大小，过小的样品宽度需要考虑到其边缘效应的影响，同时在绝对值的计算时可能需要引入一定的边缘效应及样品形状的修正系数，但对于样品之间相对值的比较，可以暂时不用考虑。

4.2 采用四探针测试方阻时，还需要考虑在测试时由于不同材料引线接触造成的热电势，需对样品分别施加正向电流和反向电流，综合计算样品的方阻值，以消除热电势对测试结果的影响。