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                                  不同烧结工艺下 PERC铝浆对电池片电性能影响有啥不同?

                                   2020-07-26    127  

                                  摘要

                                  为了提高局域背接触太阳电池的电性能,研究了铝粉物性(氧含量、粒径)对局域背接触太阳电池背场铝浆性能的影响,探究了烧结工艺对局域背接触太阳电池填充率、铝背场厚度和电性能的影响。结果表明:低氧含量铝粉和小粒径铝粉活性较高,铝粉和玻璃粉的反应温度较低,铝硅原子间扩散程度较大,可获得较厚的铝背场和较低的填充率;适中的烧结温度能够平衡填充率和铝背场厚度,峰值烧结温度为778.6℃时,填充率达到62.35%,铝背场厚4μm左右,转化效率最高,达到21.16%.

                                  和传统太阳电池一样, 局域背接触(passivatedemitter and rear contact, PERC)太阳电池背面也采用全面印刷铝背场结构, 但PERC 电池背面采用钝化膜钝化后再通过激光开槽的方法形成局域接触结构, 其钝化膜可以降低接触电阻, 提高转化效率[1-3]. 大量研究表明, PERC 电池的电性能主要与原材料的种类、原材料的制备工艺、导电浆料配方及电池片的制备工艺等因素有关[4-8]. 而背面用导电铝浆是PERC 太阳电池的核心材料, 铝粉作为铝浆的主要原材料之一, 其本身的性质对PERC 电池有直接影响[9].

                                  不少学者对铝粉粒径和烧结工艺对铝浆性能的影响作了相关研究。 如:邢云[10]研究了铝粉粒径对传统铝浆性能的影响, 发现当粗细铝粉分布适当时, 转化效率较高。 张海珠等[11]讨论了铝粉粒径分布对单晶硅太阳能电池的影响, 当粗粉含量为71%时, 电池片接触电阻较小, 表面性能良好。 Dressler等[12]探讨了烧结时间对空洞形成的影响, 结果发现, 在峰值烧结温度不变的情况下, 延长升温时间会使空洞明显减少, 而仅延长降温时间, 空洞数量无明显变化。 Chen 等[13]通过协调局域接触点尺寸、局域接触点间隔和烧结工艺, 实现了100%填充率。

                                  由上述研究结果可知, PERC 电池的性能和铝粉及烧结工艺等因素息息相关。 然而对于铝粉物性和烧结工艺对填充率、铝背场(back surface field,BSF)厚度和电性能之间的关系尚缺少相关研究。 鉴于此, 本文主要研究铝粉氧含量和粒径对铝浆活性的影响, 探究不同烧结工艺下PERC 铝浆对电池片填充率、BSF 厚度和电性能的影响。

                                  1 实验部分

                                  1.1 实验设备及原料

                                  HSH2503-0510Z 型红外快烧网带炉, 合肥恒力电子装备公司;BT-9300ST 激光粒度分析仪, 丹东百特仪器有限公司;ONH-2000 氧氮氢分析仪,德国ELTRA 公司;SDT Q600 型同步热分析仪, 美国TA 公司;MV2100 金相显微镜, 无锡礼之鑫机械科技有限公司;PEL-01 型光致电致发光一体机, 苏州旭环光伏科技有限公司;JSM-6510 扫描电子显微镜, 日本电子公司;VS-6821S 稳态式太阳模拟器,新加坡维信科技有限公司。高纯球形铝粉(纯度≥99.9%):氧含量分别为0.42%~0.55%、0.57%~0.60%和0.61%~0.70%; 中位径(D50)分别为1.5, 4.5, 10 μm. 玻璃粉为自制。松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇丁醚、乙基纤维素、氢化蓖麻油, 以及其他助剂,所有试剂均为分析纯。

                                  1.2 铝浆制备

                                  1)将松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇丁醚、乙基纤维素、氢化蓖麻油及其他助剂按比例混合, 加热搅拌至完全溶解, 得到淡黄色溶液作为有机载体。

                                  2)将铝粉、玻璃粉和有机载体按比例混合, 先用离心机分散, 再用三辊研磨机分散研磨均匀, 得到一定黏度的铝浆。 用粒径相同, 氧含量分别为0.42%~0.55%、0.57%~0.60%和0.61%~0.70%的铝粉制备的3 款铝浆样品对应编号分别为A1、A2、A3;用氧含量在0.50%~0.60%范围内, D50分别为1.5,4.5, 10 μm 铝粉制备的4 款铝浆样品编号为B1、B2、B3、B4, 铝粉配比情况见表1.

                                   


                                  1.3 电池片的制备

                                  用印刷机分别将A1、A2、A3、B1、B2、B3、B4 铝浆印刷在尺寸为156 mm × 156 mm 的单晶钝化片上, 在烘箱中以200 ℃干燥3 min, 通过红外快烧网带炉烧结, 共制备7 个电池片样品。在其他条件均一致的条件下, 仅调整网带炉的后两区温度, 即分别在690~850, 720~880, 750~910 ℃下烧结B4 铝浆印刷的单晶钝化片, 共制备3个电池片样品。

                                  1.4 检测部分

                                  用同步热分析仪表征铝浆活性;采用金相显微镜表征PERC 电池片的填充率[14], 测试结果均为平均值;用光致电致发光一体机表征空洞和电池片缺陷情况; 通过扫描电子显微镜表征BSF 形貌和厚度, 厚度测试结果为平均值; 利用稳态式太阳模拟器测试PERC 电池片的电性能。

                                  2 结果与讨论

                                  根据柯肯达尔效应, 高温烧结过程中, 硅基底中的硅向铝层扩散的速度比铝层中的铝向硅基底扩散的速度快, 在温度降到共晶温度时, 若扩散到铝层中的硅无法及时扩散回局域接触处, 则易导致空洞的形成, 从而影响PERC 电池的电性能[15]. 空洞的产生和铝粉特性及烧结工艺等因素密切相关。

                                  对PERC 电池背场进行切割, 通过SEM 观察发现, 背场局域开槽截面存在填充饱满和空洞两种情况, 如图1 所示, 两种局域填充形式均具有明显的铝掺杂层。 BSF 厚度和铝硅合金对PERC 电池的电性能均有影响。


                                  2.1 铝粉物性对PERC 电池性能的影响

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