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银浆对太阳能电池电性能的影响


丝网印刷中的银铝浆 的影响

目录
? 1铝浆对电池性能的影响
1.1铝粉对电池性能的影响 1.2粘结剂对电池性能的影响 1.3有机载体对浆料性能的影响。

? 2银浆对电池性能的影响
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 银粉对性能的影响 玻璃料对性能的影响 有机载体对性能的影响 掺杂对性能的影响 添加物

对性能的影响

工作原理
? 制作太阳能电池主要是以半导体材料为基
础, 单晶硅和多晶硅太阳能电池是对P型(或 n型)硅基片经过磷(或硼) 扩散做成PN 结而 制得的。太阳光照在半导体PN 结上, 形成 PN , 新的空穴电子对, 的作用在PN 结电场下, 空 穴由N区流向P区,电子由P区流向N区, 接通 电路后就形成电流。这就是光电效应太阳 能电池的工作原理。

铝浆作用
? 硅太阳能光伏电池背场PN 结通常由丝网印
刷铝浆并在网带炉中烧结后形成, 该工艺形 成背表面结, 起背表面钝化作用, 形成P+ / P高低结, 提高少数载流子寿命, 增加红光效 P , , 应。同时, 对晶体硅中的杂质具有良好的吸 除作用,可以增加少数载流子的扩散长度, 提 高开路电压( VOC) 和光电转换效率( f f)

铝浆组成
? 铝浆由金属铝粉、玻璃粉末、有机载体和
改性剂等原料按一定的比例组成。 ? 铝粉作为导电相, 玻璃作为粘结相, 它们均 匀地分散在有机载体中。

铝粉的影响
? 颗粒较小的铝粉的比表面积较大, 经烧结后
形成的电极表面致密、光洁。

无机粘结相影响
? 无机粘结相是一种超细玻璃粉, 它是由可形成玻璃
的各种氧化物经高温熔合, 然后水淬细化得到。加 入超细玻璃粉以后, 可以明显降低烧结峰值温度, 使金属铝粉在经峰值温度后形成铝膜, 且形成的铝 膜表面光滑, 不起灰, 同时膜与硅片有较强的附着 力。在硅太阳能电池用铝浆中主要是玻璃粉影响 铝浆的膨胀系数, 所以必须保证玻璃的膨胀系数 与晶体硅的膨胀系数相匹配。

有机载体对浆料性能的影响。
? 有机载体包括有机高分子聚合物、有机溶
剂、有机添加剂等等。它调节了浆料的流 变性, 固体粒子的浸润性, 金属粉料的悬浮 性和流动性以及浆料整体的触变性,决定 了印刷质量的优劣。

银浆的组成
? 银浆的组成:导电相银粉、无机粘结剂玻
璃料、有机载体以及其他添加剂组成, 其中 有机载体包括有机溶剂和有机树脂。

2.1 银粉比表面积的影响

? 在专利20090001328中使用了比表面积为
0. 2~ 0. 6 m2/ g 的银粉来制备银浆, 与银 , 粉比表面积大于0. 6m2/g 的银浆进行对比, 结果表明, 电池的串联电阻降低, 光电转化 效率提升。

银粉尺寸的影响
? MohamedM.Hilali 等分别采用了5 种不同
颗粒尺寸的银粉, 在同样的玻璃料及烧结条 件的情况下测试了电池的接触电阻率、串 联电阻Rs、开路电压Voc和填充因子。随银 Rs Voc 粉尺寸的增大, 电池接触电阻率和串联电阻 降低, 开路电压Voc也同样降低, 电池的填充 因子先升高后降低。

银粉密度的影响
? 在专利“太阳能电池的电极形成用浆料”
中,银浆中的银粉采用了不同粒度范围的 球状银粉混合, 其中银粉的振实密度大于 5g/ cm3。该银浆具有烧制收缩率小, 丝网 印刷性好, 并且还特别适合高温、高速烧制。

2.1液相温度的影响
? 据实验证明:通过控制玻璃料中各种氧化
物的成分, 改变了玻璃料的玻璃化温度Tg 以及液相温度T等。测试了不同玻璃料的在 高温下的粘度, 同时还研究了玻璃料的液化 , 温度与电池填充因子和转化效率的关系。 结果表明, 随着玻璃料的液相温度Tl 的升高, 玻璃料的粘度的增加, 电池的填充因子和转 化效率都增加。

玻璃化温度的影响
? P. van Eijk 等通过调整银浆中玻璃料的成
分, 改变了玻璃料的玻璃化温度。实验证明 了玻璃料玻璃化温度较高的银浆制备的电 极与硅发射极之间的接触电阻对烧结峰值 温度的改变不敏感, 较容易加工。

替代铅玻璃料
? 1 金属氧化物能被减反层SiNx 和Si 还原, 并
且对环境没有影响; ? 2 能与Ag 形成合金; ? 3 玻璃料对Si 的蚀刻速度比对减反层的蚀 刻速度小。

2.3有机载体对银浆性能的影响
? 在专利“高粘度太阳能电池正面银浆及其制备方
法” 中将二丁酯、丙烯酸树脂或聚丁烯醇缩丁醛 蓖麻油按照重量比例1: 3~ 1: 5 混合,不断施加剪 切并加热1~ 2 h, 待添加剂溶胀, 冷却后即可得到 非常稳定的凝胶。然后将这种凝胶按一定比例添 加到有机溶剂中, 与银粉及玻璃粘合剂组成了高粘 度的银浆。该银浆通过丝网印刷、低温烘干、高 温烧结等工艺后, 太阳能电池表面可以形成的导电 电极的高宽比很高, 使用后制得的太阳能电池正面 遮光面积小、光电转化效率高。

2.4 掺杂对银浆性能的影响
? Haruhiko Kano 等在银浆中分别添加了重量为银
粉重量2% ~ 4% 的正磷酸银Ag3PO4、焦磷酸银 Ag4P2O7、偏磷酸银AgPO3, 形成了N 型掺杂的银 浆。在烧结阶段, 银的磷酸盐穿过减反射层, 与N 型硅片表面接触, 形成了良好的欧姆接触, 从而提 高了电池的填充因子及性能。

? 有研究表明:掺杂P的浆料的Si 基板上的P
比未掺杂的含量高,由于银浆中掺杂的P经 过烧结之后,均匀分布在Si片表面,且减小 浆料与Si片间接触电阻,降低串阻。

2.5 添加物对银浆性能的影响
? 在SEM 照片中,含Bi2O3 的Ag- Si 接触界
面更加连续; ? CaO 和Al2O3 能够减少烧结时的热膨胀系 数不同的问题; ? Ta2O5 提高了蓝光的透射率和折射率; ? MgO和CaO 在金属和n型Si间具有较低的结 势垒。

? 有的银浆使用了添加剂金属氧化物ZnO、TiO2、
SnO2,防止银粉的过度烧结,抑制来之玻璃介质的 液化玻璃的扩散,有助于形成导电粒子与半导体 表面的接触。 其中添加剂In、Sn、Ga、Ni、Cu 的有机化合物在 150~ 800 ℃的温度范围内变成气体。在烧结工序 中这些物质所产生的气体会在广泛的范围内扩散, 从而提高了电极与硅发射极的接触质量。

?

结论
浅结结构的硅太阳能电池能够降低太阳能电池表面的 少数载流子复合速度以及提高短波响应,从而使电池的光 电转化效率提高普通银浆用在具有浅结结构的硅电池片上 烧结制备的电极容易发生旁路结现象,引起漏电流,并且 电极的接触电阻较大,降低了电流的输出特性,进而降低 了电池的性能。因此,银浆的选择对太阳能电池电性能 具 有很大的影响。

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