多晶硅電池?zé)o網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版印刷工藝匹配性研究

:摘要:通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化擴(kuò)散方阻、選擇適當(dāng)正銀漿料以最佳匹配無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版，達(dá)到提高多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。結(jié)果表明:適當(dāng)提高擴(kuò)散方阻、采用特定漿料結(jié)合無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版能夠提高副柵線的高寬比，減少受光面積，進(jìn)一步提高多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

太陽(yáng)能是清潔能源，是人類取之不盡的可再生能源。太陽(yáng)能光伏是近年來(lái)最受關(guān)注的研究領(lǐng)域。光伏行業(yè)中，永恒的主題是提高晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和降低其生產(chǎn)成本。近年來(lái)，單一依靠常規(guī)工藝進(jìn)一步提高太陽(yáng)能晶硅電池效率變得愈加困難。普通網(wǎng)版印刷柵線線性均勻性差，同時(shí)在目前追求細(xì)柵的大背景下，已達(dá)到極致。無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版太陽(yáng)能電池技術(shù)在現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備和工藝的基礎(chǔ)上可快速實(shí)現(xiàn)效率提升和成本降低。其印刷的細(xì)柵能夠減少遮光損失，進(jìn)一步優(yōu)化副柵線的高寬比，因而廣受關(guān)注［1］。

目前常規(guī)多晶硅太陽(yáng)能電池工藝流程為:硅片檢測(cè)、清洗制絨、擴(kuò)散制結(jié)、去磷硅玻璃、鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷。絲網(wǎng)印刷正電極是與電池PN結(jié)兩端形成緊密歐姆接觸的導(dǎo)電材料。電池工藝中擴(kuò)散工序制作的PN結(jié)是太陽(yáng)能電池的心臟，它決定了太陽(yáng)能電池PN結(jié)的結(jié)深、表面雜質(zhì)濃度等參數(shù)，方阻高低會(huì)直接影響電池的性能，導(dǎo)致電池低效率比例增加［2］。漿料需具有較好的流變性、過墨性和塑性，同時(shí)漿料根據(jù)網(wǎng)版設(shè)計(jì)維持較好的濕重水平，以避免細(xì)柵印刷的節(jié)點(diǎn)發(fā)生。由于無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版柵線更細(xì)，無(wú)網(wǎng)結(jié)技術(shù)對(duì)擴(kuò)散方阻的要求更高，同時(shí)對(duì)漿料的導(dǎo)電能力與銀漿外擴(kuò)提出了更高的要求。

本文主要研究擴(kuò)散方阻、正銀漿料與無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版匹配性。考察擴(kuò)散方阻與無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版的最佳匹配值，探究最適正銀漿料，以達(dá)到提高多晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的目的。

1實(shí)驗(yàn)

1．1實(shí)驗(yàn)輔材及設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)采用多晶P型硅片尺寸為156．75mm×156．75mm，厚度為(200±20)μm，電阻率為1～3Ω˙cm。實(shí)驗(yàn)采用常規(guī)的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線工藝制備多晶硅電池片。即C－Tex清洗制絨去除硅片表面的機(jī)械損傷層，并在其表面進(jìn)行凹凸面處理，增加光的折射次數(shù);擴(kuò)散采用進(jìn)口CT擴(kuò)散爐，以液態(tài)POCl3作為擴(kuò)散P源，采用背靠背擴(kuò)散方式，在硅片表面形成PN結(jié)，即在晶體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)P型和N型半導(dǎo)體的接觸;去磷硅玻璃的目的是為了去除硅片表面形成的磷硅玻璃。采用CT管式PECVD爐在硅片表面形成氮化硅減反射膜，同時(shí)摻雜H元素，使缺陷減少，還可以保護(hù)硅片。絲網(wǎng)印刷是將含有金屬的導(dǎo)電漿料透過絲網(wǎng)網(wǎng)孔壓印在晶硅太陽(yáng)能電池兩面形成電路或電極。

方阻測(cè)試儀:四探針方阻儀(GP4－TEST)測(cè)量擴(kuò)散后的方阻值;

光學(xué)顯微鏡:測(cè)量絲網(wǎng)印刷后硅片的柵線寬度;

太陽(yáng)能電池檢測(cè)儀(BEＲGEＲLichttechnik):測(cè)量晶硅太陽(yáng)能電池的電學(xué)性能;

EL測(cè)試機(jī):測(cè)試電池片質(zhì)量。

1．2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)一:在生產(chǎn)前對(duì)原硅片進(jìn)行分選，實(shí)驗(yàn)分為3組，每組400片，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工藝和正常生產(chǎn)工藝。實(shí)驗(yàn)工藝調(diào)整擴(kuò)散推進(jìn)溫度，改變擴(kuò)散方阻值，生產(chǎn)工藝則不改變工藝溫度。為避免因爐管差異而導(dǎo)致電性能存在差異，3組實(shí)驗(yàn)片均使用同一爐管，其他工藝不變。對(duì)擴(kuò)散工藝生產(chǎn)出來(lái)的半成品電池片進(jìn)行方阻測(cè)試。在絲網(wǎng)印刷采用無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版后，考察方阻與無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版匹配性對(duì)電性能參數(shù)的影響。

實(shí)驗(yàn)二:在生產(chǎn)前對(duì)原硅片進(jìn)行分選，實(shí)驗(yàn)分為3組，每組400片;分別采用不同正銀漿料，實(shí)驗(yàn)A組使用帝科正銀漿料，實(shí)驗(yàn)B組使用杜邦正銀漿料，實(shí)驗(yàn)C組使用晶銀正銀實(shí)驗(yàn)漿料，其他工藝不變。在絲網(wǎng)印刷采用無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版后，考察正銀漿料與無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版匹配性對(duì)電性能參數(shù)的影響。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1擴(kuò)散方阻與無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版的匹配性研究

為了保證在絲網(wǎng)印刷時(shí)有良好的歐姆接觸，通過優(yōu)化發(fā)射極方阻，降低發(fā)射極層的載流子復(fù)合，極大地提升多晶硅太陽(yáng)能電池的電性能［3］。本實(shí)驗(yàn)采用無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版，改變PN結(jié)深度，考察擴(kuò)散方阻與無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版匹配性及對(duì)電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，方阻在100Ω范圍內(nèi)，效率最高。方阻升高，開路電壓與短路電流有明顯的上升趨勢(shì)，串聯(lián)電阻相應(yīng)增大，導(dǎo)致填充因子降低，主要與表面復(fù)合速率和摻雜濃度有關(guān)。方阻太高或太低，PN結(jié)呈高斯分布，適當(dāng)減小PN結(jié)深度，增大電池方阻的方式來(lái)減小復(fù)合和死層，進(jìn)一步提高表面少子的存活率，達(dá)到提高多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率［4］。PN結(jié)越深，方阻越低，在表面吸收的光子越多，短波響應(yīng)變差，和絲網(wǎng)印刷的銀漿形成歐姆接觸時(shí)越不容易形成肖特基漏電［5］。

對(duì)兩組實(shí)驗(yàn)電學(xué)參數(shù)中的轉(zhuǎn)化效率(Ncell)和短路電流(Isc)進(jìn)行散點(diǎn)圖分析，見圖1。由圖1可以看出，實(shí)驗(yàn)工藝高效率段所占比例明顯比正常工藝要高，且效率偏低比例較正常工藝比也明顯減少。隨著方阻值的升高，在硅片表面摻雜濃度下降，進(jìn)一步提高表面少子壽命。方阻值繼續(xù)增大至106Ω時(shí)，硅和電極形成的歐姆接觸變差導(dǎo)致效率出現(xiàn)下降趨勢(shì)。高方阻的短路電流Isc整體都比正常工藝要高，以9．00mA為界，方阻為100Ω和106Ω短路電流Isc偏低的比例明顯要少，這是由于高方阻制得的PN結(jié)淺，表面復(fù)合下降，優(yōu)化其短波響應(yīng)，更容易和燒結(jié)有好的匹配性。

2．2正銀漿料與無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版的匹配性研究

在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，網(wǎng)版與漿料的匹配最終會(huì)影響電池的電性能及印刷性能。漿料的均勻性越好，減少銀漿外擴(kuò)，柵線越細(xì)，遮光越少，對(duì)流平性要求越高，工藝管控要求越高，虛印、斷柵也容易發(fā)生［6］。采用不同正銀漿料配合無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版測(cè)得電性能參數(shù)見表2。由表2可以看出，無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版結(jié)合杜邦漿料，效率為18．80%，結(jié)合晶銀漿料，效率為18．81%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版+帝科漿料。由于無(wú)網(wǎng)結(jié)的交叉結(jié)構(gòu)，加上漿料流變性的制約，在印刷時(shí)會(huì)出現(xiàn)高低起伏。數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)在填充因子FF明顯提高，而晶銀漿料需具有較好的流平性、過墨性和塑性，利于柵線的塑形，柵線越細(xì)，遮光面積越小，轉(zhuǎn)換效率越高。

三種不同漿料印刷后的電池片在EL測(cè)試儀下測(cè)試，EL圖像見圖2?？梢钥闯?無(wú)網(wǎng)結(jié)+晶銀印刷的電池片無(wú)斷柵虛印，無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版+杜邦則會(huì)有兩三根輕微的斷柵虛印，無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版+帝科有比較嚴(yán)重的斷柵虛印。因此印刷性能:晶銀≥杜邦≥帝科。

3結(jié)語(yǔ)

本文主要研究了不同擴(kuò)散方阻及正銀漿料與無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版的匹配性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用無(wú)網(wǎng)結(jié)網(wǎng)版印刷后，電池副柵線高度較高，可以增加受光面積，提高多晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。方阻較高或較低均不利于提效，方阻在100Ω時(shí)，在絲網(wǎng)印刷的銀漿形成歐姆接觸時(shí)，效率達(dá)到最佳，較生產(chǎn)組90Ω提高0．04%。同時(shí)比較帝科、杜邦、晶銀三家正銀漿料，結(jié)果顯示，杜邦與晶銀對(duì)提效非常明顯，但是在印刷性能上晶銀優(yōu)于杜邦漿料。采用晶銀正銀漿料，增加透墨性，流平性較好，在提高電池轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)印刷性能最佳。