鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1547次 | 2021年11月10日
硅基太陽電池及其所用正銀漿料概述
我國儲能網(wǎng)訊:介紹了不同硅基太陽電池技術(shù)優(yōu)勢及其所用正面導(dǎo)電銀漿的用途及組成，比較了國內(nèi)外各正銀漿料供應(yīng)商針對不同電池技術(shù)所研發(fā)的正面銀漿，分析了各種正銀漿料產(chǎn)品的不同與現(xiàn)狀，總結(jié)并展望了未來高效電池技術(shù)及正銀漿料發(fā)展的方向，為未來光伏技術(shù)的發(fā)展及正銀漿料國產(chǎn)化供應(yīng)了一定的思路
1、不同硅基太陽能電池技術(shù)
晶體硅太陽電池重要由經(jīng)過不同工藝處理的硅基片、正面電極、鋁背場及背面電極等組成。圖1～圖5分別為不同技術(shù)的太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1為常規(guī)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖，常規(guī)太陽能電池的制備工藝簡單、成本較低，但和其他硅基太陽能電池技術(shù)相比，其轉(zhuǎn)換效率較低。
PERC太陽能電池，即鈍化發(fā)射極及背面太陽電池，結(jié)構(gòu)如圖2所示。PERC太陽能電池與常規(guī)太陽能電池的重要差別在于[5]：1)PERC太陽能電池在背表面有鈍化介質(zhì)層(多為Al2O3)和保護(hù)層(多為SiNx);2)常規(guī)太陽能電池鋁背場與硅片完全接觸，而PERC太陽能電池鋁背場是通過激光開窗的空洞區(qū)域與硅片進(jìn)行局部接觸。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
圖3為n型晶體硅太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。n型晶體硅太陽能電池較p型晶體硅太陽電池具有少子壽命高、光致衰減小等優(yōu)點(diǎn)，有更大的效率提升空間。同時(shí)，n型晶體硅太陽能電池還具有弱光響應(yīng)好、溫度系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)。
IBC太陽能電池，即叉指背電極太陽能電池，結(jié)構(gòu)如圖4所示[6]。其優(yōu)勢重要體現(xiàn)在[7]：1)轉(zhuǎn)換效率高，正面無柵線使入射光子數(shù)量最大化;2)表面輕摻雜，增強(qiáng)了短波光譜響應(yīng);3)基區(qū)和發(fā)射區(qū)的電極均制作在背面，可實(shí)現(xiàn)電池正、負(fù)極焊線的共面拼裝，簡化了光伏組件制作工藝流程，易實(shí)現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)效率。
圖5為HIT太陽能電池(異質(zhì)結(jié)太陽能電池)結(jié)構(gòu)示意圖[8-9]。HIT太陽能電池以高質(zhì)量超薄本征非晶硅層對晶體硅基底材料的兩面進(jìn)行鈍化，降低表面復(fù)合損耗，提高了器件對光生載流子的收集能力，從而形成高效的新型晶體硅太陽電池。其重要優(yōu)勢有[10-11]：1)采用低溫技術(shù)，整個(gè)燒結(jié)工藝可在200℃左右完成，減少能耗，降低成本;2)光電轉(zhuǎn)換效率高;3)穩(wěn)定性好，沒有形成B-O復(fù)合體而導(dǎo)致的光衰效應(yīng)。
2、硅基太陽電池用正銀漿料
2.1正銀漿料在太陽電池中的用途
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
正銀漿料是通過絲網(wǎng)印刷將銀漿印刷在晶體硅片上，然后經(jīng)過烘干和燒結(jié)工藝在硅片表面形成電極或電路。在光照條件下，硅片中的p-n結(jié)出現(xiàn)的光生電子會朝著電池正面電極運(yùn)動，空穴朝著背電極運(yùn)動。假如電子運(yùn)動到正面電極之前未被缺陷或雜質(zhì)復(fù)合就會被電極收集，進(jìn)而形成電流流至外電路。因此，這對漿料的要求較高，如形成良好的歐姆接觸、低的接觸電阻、良好的印刷性、良好的附著力等。漿料的質(zhì)量和性能對晶體硅太陽電池的效率有重要影響，近年來晶體硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率的提高大部分要?dú)w功于漿料的改善，尤其是正銀漿料。不過由于不同種類太陽電池的結(jié)構(gòu)和制備工藝有差別，對正銀漿料的性能要求也有所差異，重要包括高溫型和低溫型，分別應(yīng)用于晶體硅太陽電池和HIT太陽電池。
2.2正銀漿料的分類與組成
高溫?zé)Y(jié)型正銀漿料一般由銀粉、玻璃粉和有機(jī)載體等組成。由于銀具有良好的導(dǎo)電性，且相有關(guān)其他貴金屬而言價(jià)格便宜，因此在導(dǎo)電漿料中具有導(dǎo)電功能，銀粉一般占漿料總量的80%～90%[4]。文獻(xiàn)[12-15]的研究結(jié)果表明，銀粉粒徑分布、微觀形貌、含量等對太陽電池的轉(zhuǎn)換效率有重要影響。目前銀漿中廣泛使用的是微米、亞微米級超細(xì)球形銀粉，能與硅基片形成良好的歐姆接觸，接觸電阻較低，導(dǎo)電性良好。玻璃粉作為無機(jī)粘結(jié)劑，決定著導(dǎo)電漿料對太陽電池減反射膜的腐蝕穿透力和銀膜電極與硅基體的結(jié)合力;以及溶解Ag，并輸送到Ag/Si界面，保證Ag與Si形成良好的歐姆接觸。玻璃粉一般占漿料總量的2%～10%[4]。文獻(xiàn)[16-18]的研究發(fā)現(xiàn)，具有適當(dāng)融化溫度和潤濕能力的玻璃粉，有助于降低銀電極體電阻和接觸電阻，新增焊接拉力，是獲得最佳電池性能的關(guān)鍵因素之一。有機(jī)載體重要由有機(jī)溶劑、樹脂、添加劑等組成，其用途是分散和潤濕漿料中的銀粉及玻璃粉，控制漿料的流變性能，使?jié){料具有良好的印刷性能，最后在燒結(jié)的過程中揮發(fā)出去，一般占漿料總量的5%～15%[19]。通過調(diào)節(jié)有機(jī)載體的組成和含量可以改變漿料的粘度、揮發(fā)性、觸變性等性能，使?jié){料在印刷時(shí)具有較高的流動性，增大柵線高寬比，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。正銀漿料這些組成成分的性能和比例會直接影響太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。
2.3低溫固化型正銀漿料
HIT太陽電池的正面電極通常在200℃左右進(jìn)行燒結(jié)，因此，必須使用低溫型電極漿料。低溫銀漿成分重要由銀粉、樹脂、溶劑及添加劑組成[8-9]。其中，銀粉為導(dǎo)電相，樹脂是粘結(jié)相，溶劑用來溶解樹脂、控制漿料的揮發(fā)性等，添加劑則是用來改變漿料的各種性能，使其適用于HIT太陽電池電極的印刷和固化工藝。
低溫固化型正銀漿料中，一種為熱塑性漿料，采用熱塑性樹脂，其溶劑含量較多，固化工藝窗口較窄[10];另一種采用熱固性樹脂，稱為熱固性漿料，加熱時(shí)，熱固性聚合物在相鄰的聚合鏈間形成化學(xué)鍵，導(dǎo)致形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比熱塑性漿料形成的二維結(jié)構(gòu)要剛硬[11]。
3、適用于不同太陽電池技術(shù)的正銀漿料
導(dǎo)電銀漿的品質(zhì)對太陽電池的電性能起著決定性用途，優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)電銀漿是制造高效太陽電池的關(guān)鍵。雖然目前國內(nèi)公司生產(chǎn)的漿料市場占有率較低，但在國內(nèi)漿料生產(chǎn)商的努力下，國產(chǎn)漿料與進(jìn)口漿料的性能差距已經(jīng)較小，重要是穩(wěn)定性與品牌知名度還亟需提高。表1～表5列舉了國內(nèi)外漿料商為不同結(jié)構(gòu)太陽電池設(shè)計(jì)的最新正銀漿料的性能參數(shù)[20]。
由于常規(guī)太陽電池技術(shù)的發(fā)展較為成熟，其使用的正銀漿料研發(fā)較早、技術(shù)更新較快、國產(chǎn)產(chǎn)品型號較多，部分國產(chǎn)漿料在性能上可與進(jìn)口漿料相媲美。目前，國內(nèi)只有少部分公司采用無鉛玻璃粉。PERC太陽電池結(jié)構(gòu)和常規(guī)太陽電池相比，重要差別在于背表面沉積鈍化層和激光開窗結(jié)構(gòu)，就正面結(jié)構(gòu)而言差別較小，PERC太陽電池的燒結(jié)溫度相對較低些，因此，有些常規(guī)太陽電池正面銀漿可以兼容PERC太陽電池。n型晶體硅太陽電池，如IBC太陽電池，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和制備工藝，其導(dǎo)電銀漿中導(dǎo)電相為Ag-Al合金，可以在p+發(fā)射極硅表面獲得低接觸電阻。有關(guān)HIT太陽電池而言，高溫會對電極下面摻雜的非晶硅薄膜出現(xiàn)損傷[21]，因此必須采用低溫漿料。低溫漿料中不含玻璃粉，固化溫度在200℃以下，無銀粉燒結(jié)過程，銀粉之間、銀與硅之間通過有機(jī)樹脂相進(jìn)行粘結(jié)。
4、總結(jié)與展望
目前，為了使光伏發(fā)電具有競爭力，提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率且降低其生產(chǎn)成本是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心目標(biāo)。未來的硅基高效技術(shù)重要是基于n型和PERC技術(shù)來制備方阻高、少子壽命高、光致衰減小、弱光響應(yīng)好的硅基片。其中，PERC太陽電池在生產(chǎn)上相對容易執(zhí)行，只需在常規(guī)太陽電池的制備工藝中新增2個(gè)工序：沉積背面鈍化疊層和背面鈍化層激光開窗。對銀漿而言，電阻小、高寬比大、降低銀含量、玻璃粉無鉛化是未來的發(fā)展目標(biāo)。綜上所述，為了提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，降低度電成本，越來越多的電池技術(shù)涌現(xiàn)，導(dǎo)電銀漿越來越專業(yè)化。因此，未來硅基太陽電池技術(shù)和銀漿的發(fā)展重要趨勢為：
1)采用基于n型晶體硅和PERC高效技術(shù)優(yōu)化太陽電池結(jié)構(gòu)，并針對不同太陽電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要的新型導(dǎo)電漿料;
2)導(dǎo)電銀漿用銀粉粒徑超細(xì)化，多種粒徑的銀粉混合使用;
3)玻璃粉無鉛化，有利于環(huán)境保護(hù);
4)為了降低成本，在保證柵線印刷高精度的同時(shí)降低漿料中銀的含量。
原標(biāo)題:硅基太陽電池及其所用正銀漿料概述
