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硅基太陽電池及其所用正銀漿料概述

2018-08-08 11:19:31 北極星太陽能光伏網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
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)電銀漿的作用及組成,對比了國內(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......

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)電銀漿的作用及組成,對比了國內(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)化提供了一定的思路

1、不同硅基太陽能電池技術(shù)

晶體硅太陽電池主要由經(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)太陽能電池的主要區(qū)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。

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)勢主要體現(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(dòng)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。其主要優(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作用

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)產(chǎn)生的光生電子會(huì)朝著電池正面電極運(yùn)動(dòng),空穴朝著背電極運(yùn)動(dòng)。如果電子運(yùn)動(dòng)到正面電極之前未被缺陷或雜質(zhì)復(fù)合就會(huì)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,主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,且相對于其他貴金屬而言價(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(jí)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,增加焊接拉力,是獲得最佳電池性能的關(guān)鍵因素之一。有機(jī)載體主要由有機(jī)溶劑、樹脂、添加劑等組成,其作用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(dòng)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(huì)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。低溫銀漿成分主要由銀粉、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?jiǎng)傆瞇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作用,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)企業(yè)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,主要是穩(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(hào)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)只有少部分企業(yè)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,主要區(qū)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)而言區(qū)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。對于HIT太陽電池而言,高溫會(huì)對電極下面摻雜的非晶硅薄膜產(chǎn)生損傷[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)主要是基于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)上相對容易實(shí)施,只需在常規(guī)太陽電池的制備工藝中增加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)展主要趨勢為:

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)所需要的新型導(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。

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責(zé)任編輯:蔣桂云

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