多晶硅太阳电池丝网印刷工艺优化研究

陈 丽， 杨 进， 梁 玲

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046011)

引 言

丝网印刷工艺作为多晶硅太阳电池最关键的步骤之一，印刷质量的好坏与否，对电池片的性能包括电池片的外观等均可构成直接影响，因此，充分获得较高的印刷质量是重要工作[1]。丝网印刷工艺的基本原理是利用掩膜的方式，将含有金属的导电浆料以一定的网状图案印刷在硅片的正背面，通过烘干、烧结使金属浆料与硅基片形成良好的欧姆接触，而印刷是否最优是通过最终检测的转换效率来体现的。目前，硅太阳能企业都在通过各种途径进行电池片转换效率的提升工作，而丝网印刷工艺的优化无疑是最直接有效的方式。

丝网印刷工艺要在硅片表面印刷电极，这些电极的存在减少了硅片的受光面积，如何在高效收集电流的同时，降低硅太阳能电池正面金属电极的遮光损失(约占6%受光面积)，也是目前提高硅太阳能电池转换效率的重点[2]；要提高电池片的转换效率，需要减少金属浆料在电池片串联电阻方面的损失，这就要设定合理的烧结条件以保证形成稳定良好的银-硅欧姆接触[3]。铝背场钝化可以降低载流子符合机率，同时提升电池片的转换效率。

1 实验部分

1.1 实验原料及设备

实验采用156.75 mm×156.75 mm的P型多晶硅片，电阻率为1 Ω·cm～3 Ω·cm，厚度为(200±20)μm。丝网印刷设备采用亚系公司生产的ASYS丝网印刷机，电极烧结设备采用德国Centrotherm公司生产的CT烧结炉，检测分选设备采用ASYS太阳光模拟检测仪。

1.2 实验过程

实验一：使用PECVD后镀膜硅片，实验分两组，每组400片，印刷浆料及烧结条件相同，一组印刷时使用正银无网结5主栅网版，对比组使用正银无网结12主栅网版进行印刷，印刷后对两组电学性能进行测试，以验证受光面积对转换效率的影响。

实验二：实验分4组，每组100片，实验使用银浆为硕禾660A5 K4浆料，四组实验搭配所用银浆分别对烧结炉温度和带速进行调节，以验证温度和带速变化对串联电阻RS的影响。

实验三：使用PECVD后镀膜硅片，实验分二组，每组400片，正银及背银浆料相同，背铝测试二重不同浆重后进行印刷，然后对电学性能进行测试，以验证背电场钝化对转换效率的影响。

2 结果与讨论

2.1 受光面积与转换效率

第90页表1为两种不同主栅网版最终的电学性能测试结果，从表中可以看出，12主栅网版相对于5主栅网版印刷的电池片，其电学参数中的短路电流高出5主栅网版0.47 mA,开路电压高出5主栅网版0.006 mV，12主栅的电池片最终的转换效率比5主栅电池片提高了0.6%。产生上述结果的主要原因是随着网版主栅线的增加，光生伏特效应收集的电流在主栅间传输的距离缩短了，同时随着主栅宽度的减小，受光面积增加使得电流收集能力增强，转换效率也相应提升。因此，电池片受光面积的变化间接影响着电池片的电学参数，通过增加网印网版的主栅线数量，可减少硅片因受光面遮挡造成的效率损失。

表1 两种网版电学参数

2.2 欧姆接触与转换效率

良好的欧姆接触是电池片获得较好转换效率的前提，而太阳电池串联电阻Rs的大小直接反映了电极欧姆接触的好坏[4]。这就需要电池片在烧结过程中，根据正银栅线与硅基片渗透的机理设计与之相匹配的烧结条件，从而获得较小的串联电阻。

图1给出了随烧结温度与带速的调整串联电阻Rs变化情况。从图中可以看到A点、C点、D点Rs的值都高于B点Rs的值，原因是电池片在烧结过程中，温度设定合理但烧结时间短，如A点所示，银浆中的玻璃粉在较短的时间内不能使银粉末形成致密的银膜，致使银与硅的渗透性差，银硅接触电阻大导致总体Rs增大；烧结时间设定合理但温度过高或是温度设定合理但烧结时间长则会造成电池片烧结过度，如C点D点所示，此时银浆的各颗粒间会产生熔融现象，它们互相接触时会产生空隙，而此空隙是不导电的，导致Rs变大；图中B点为当烧结炉温度设定850 ℃且带速为6 000 mm/min时得到的Rs的值，此时烧结充分，银和硅两种材料接触后会相互渗透，形成连续渗透且有差异的银硅界面[5]，这时串联电阻小即欧姆接触良好，最终提高电池片的转换效率。

图1 温度和带速变化对Rs的影响

2.3 背场钝化与转换效率

多晶硅电池表面缺陷多、复合速率高，会影响太阳电池的效率。背钝化作为铝背场的作用之一，它的主要目的是降低表面复合速率减少载流子损失。对两种不同重量铝背场的电池片开路电压和短路电流进行散点图对比分析，见图2，浆重为1.27 g时其开路电压和短路电流都更优于浆重为1.19 g时的数据，原因是浆重为1.19 g时，意味着印刷的铝背场厚度较低，此时的铝背场不利于长波的吸收，光生载流子的数目也随之降低。而浆重为1.27 g时，背电场充分发挥了背反射器的作用，它增加了光程，提高了短路电流，增长了少数光生载流子的寿命，从而最终提高了电池的转换效率[6]。

图2 两种浆重开路电压和短路电流散点对比图

3 结语

本文以优化多晶硅太阳电池丝网印刷工艺为研究目标，通过对影响电池片转换效率的因素进行实验分析。实验结果显示，改变网印网版的栅线数量与栅线宽度，提高了正面栅线的受光面积，避免了因栅线遮挡造成的效率损耗。设定合理的与所用银浆相匹配的烧结窗口，才能得到较小的串联电阻，形成良好的欧姆接触。此外，印刷过程中，按照工艺控制点测定浆重范围，以尽可能发挥背场的钝化作用，提高电池片的转换效率。