CN104810076A

CN104810076A - 一种高性能n型太阳能电池正面电极用银铝浆

Info

Publication number: CN104810076A
Application number: CN201510207047.XA
Authority: CN
Inventors: 杨云霞; 韩向超; 袁双龙; 高维川; 仝华; 袁晓; 李红波
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2015-07-29

Abstract

为了解决n型晶硅太阳电池丝网印刷银铝浆中单质金属铝粉作为添加剂，铝粉易氧化阻止铝对p+发射极层进一步扩散和合金化问题，本发明提出一种高性能N型太阳电池正面电极用银铝浆，其由导电银粉、玻璃粉、有机载体相和添加剂掺铝硅合金粉组成，其特征是添加剂为铝硅合金粉，在铝硅合金粉中硅的含量为1-20wt%。铝硅合金粉通过扩散在p+发射极形成重掺，使银硅发射极形成高导电通路，降低接触电阻。铝硅合金中硅的存在避免了高温下银硅发射极界面处由于铝硅互扩使p+发射极中的硅扩散到电极中，可避免造成发射极表面缺陷，减少漏电，提高开压。

Description

一种高性能 N 型太阳能电池正面电极用银铝浆

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种正面电极用银铝浆材料。

背景技术

提高转换效率和降低成本是太阳能光伏一直追逐的目标。由于铁等常见金属杂质对电子的俘获截面比对空穴的俘获截面大，所以在低注入情况下，n型硅比p型硅具有更高的少子寿命。在太阳能级硅材料中，n型Cz硅有效少子寿命在1ms以上，即使n型多晶硅的少子寿命也能够达到100µs，远高于p型晶体硅。因此相对于p型硅，n型晶体硅更具备条件提高太阳电池的转换效率，特别是高效太阳能电池，如IBC、HIT、双面电池等，对少子寿命要求较高，只有n型晶体硅才能满足要求。另外，近年来电池组件的衰减越来越引起人们的重视，特别是在风沙、盐碱、潮湿环境中p型晶体硅电池光致衰减效应尤为严重。早在1973年，H.Fischer和W.Pschunder（Fischer,H. and W.Pschunder. Investigation of photon and thermal induced changes in silicon solar cells. In 10^th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. 1973. Palo Alto, CA, USA.）就发现刚制作好的硼掺杂p型Cz单晶太阳电池在光照下会出现明显的衰减。1997年，J.Schmidt等（Schmidt, J., A.G. Aberle, and R. Hezel. Investigation of carrier lifetime instabilities in Cz-grown silicon. In 26^th IEEE PVSC.1997. New York, USA.）人证实硼掺杂Cz硅出现的光致衰减现象是由于硼氧对所引起，由于磷掺杂n型Cz硅中硼含量极低，硼氧对所引起的光致衰减并不明显。因此，从进一步提高电池转换效率和抗诱导衰减方面考虑，n型晶体硅电池将是以后研究和市场化的主要方向。

持续降低成本和不断提高转换效率是太阳能光伏能被广泛利用的必然要求。丝网印刷是目前商业化硅基太阳能电池最重要的金属化工艺，同时也是成本最低的金属化方式。但是若将目前商业化的p型银浆直接用在n型电池上，接触电阻太大，大大降低效率。考虑到铝浆成功用在p型硅背面，因此认为铝对银浆与p+发射极形成良好欧姆接触起到关键作用。事实上，实验表明当铝做为添加剂加入到银浆中，随着铝含量的增加接触电阻明显下降，但是同时也引起漏电和体电阻的显著增加（H. Kerp et al. “Development of screen printable contacts for p+ emitters in bifacial solar cells” Proceedings 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, Dresden Germany, 2006）。纯金属铝的电阻率为2.65X10^-8Ωm，纯金属银的电阻率为1.586X10^-8Ωm,因此，随着铝含量增加，体电阻也会增大。而且由于单质铝极易氧化，在超细铝粉表面形成一层绝缘的氧化铝保护层，阻止了铝对p+层的进一步扩散和合金化进程。

为了解决n型晶硅太阳电池丝网印刷银铝浆中单质金属铝粉作为添加剂，铝粉易氧化阻止铝对p+发射极层进一步扩散和合金化问题，本发明提供一种N型太阳电池正面电极用银铝浆，通过铝硅合金粉替代纯金属铝粉，用于n型晶硅太阳电池的p+接触。将本发明提供银铝浆丝网印刷在n型晶体硅电池上，经过红外烧结炉在适当温度下烧结，电池接触电阻低、开压高、漏电小、转换效率高。该厚膜浆料的组成为导电银粉、玻璃粉、有机载体相、添加剂为铝硅合金粉。

发明内容

N型太阳电池正面电极用银铝浆组成包括：导电银粉、玻璃粉、有机载体相和添加剂掺铝硅合金粉。添加剂铝硅合金粉通过扩散在p+发射极形成重掺，使银硅发射极形成高导电通路，降低接触电阻。同时铝硅合金中硅的存在避免了高温下银硅发射极界面处由于铝硅互扩使p+发射极中的硅扩散到电极中，因此可以避免造成发射极表面缺陷，减少漏电，提高开压。本发明的浆料适用于n型多晶和单晶硅太阳电池丝网印刷电极。

1 导电银粉

银粉是银浆料中的导电相。导电银粉可以是单质银也可以是银合金，包括Ag-Cu、Ag-Ni、Ag-Pd、Ag-Mg合金等。导电银粉可以是球状、片状、类球状、块状、树枝状等。导电银粉的直径大小为0.2--10µm。若银粉颗粒小于0.2µm，银粉表面能大，烧结温度低，银-硅界面处接触点少，接触电阻大。若银粉颗粒大于10µm，烧结温度高，银容易扩散到硅发射极内部，形成复合中心，引起漏电，甚至会击穿发射极，造成电池失效。本发明导电银粉颗粒的合适大小是1-5µm，导电银粉在银浆中的比例是75-95wt%，合适的比例是80-90wt%。

2 添加剂

铝硅合金在常温下具有优异的化学稳定性，不易氧化。铝硅合金在硅含量12.2%（摩尔含量）时共晶点温度为577℃，作为n型接触料高温烧结时，铝硅合金熔化，使铝硅合金更容易流动到银硅接触界面，便于铝扩散到p+发射极内，提高了电极下发射极载流子的浓度，降低银-硅界面的接触电阻，同时也减少了体相中铝含量，降低体电阻。另外，铝硅合金中硅的存在阻止了高温下银硅发射极界面处由于铝硅互扩使p+发射极中的硅扩散到电极中，因此可以避免造成发射极表面缺陷，减少漏电，提高开压。

铝硅合金中硅含量为1-20wt%，合适的含量在5-15wt%范围。硅含量过低不能有效抑制银硅界面处铝硅互扩。硅含量过高，铝硅合金的熔化温度较高，烧结时不易熔化，使铝硅不能起到有效作用，同时造成体电阻增加。铝硅合金粉的颗粒大小在0.5-10µm范围。加入量在1-10wt%之间，若加入量低于1wt%，在银硅界面发射极上不能形成有效铝重掺杂；若加入量大于10%，使电极体电阻增加，转换效率降低，同时也会使电池的焊接性能下降。铝硅合金粉添加量的合适范围在1-6wt%之间。

3 玻璃粉

玻璃粉在浆料中作为高温粘结相。用于太阳能电池浆料中的玻璃要具有低熔点和玻璃转化温度，高温下对硅发射极表面和银具有良好的润湿性，能够穿透SiNx减反射层，形成良好的欧姆接触。此外玻璃料的成分及烧结过程也会影响到电极的可焊性和耐焊性。因此，本发明所涉及的玻璃为PbO-B₂O₃-SiO₂、TeO₂- B₂O₃ –PbO、Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂、TeO₂-PbO体系玻璃。玻璃的软化温度为280-550℃，玻璃粉颗粒大小为1-10µm。玻璃粉在浆料中占的比例为1-10wt%，若玻璃含量低于1wt%，电极粘结强度小，溶银和对SiNx开孔能力差，接触电阻大。若玻璃含量高于10wt%，银硅接触界面处玻璃层较厚，影响光电子的传输与收集，同时，体相中的玻璃较多，会造成体电阻增加，使转换效率降低。

4 有机载体相

有机载体的作用是把导电相银粉、玻璃粉、添加剂铝硅合金粉混合分散成膏状，形成具有特殊流变性、触变性能的浆料。使浆料在丝网印刷剪切力作用下精确地印出设计的电极图案，并使电极与硅之间形成良好的物理接触，使电极具有一定的高宽比。有机载体相主要有溶剂、增稠剂、增塑剂、表面活性剂、触变剂组成。溶剂主要有松节油、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、柠檬酸三丁酯中的一种或几种组成，增稠剂主要为乙基纤维素、丁基纤维素，增塑剂主要为邻苯二甲酸酯，表活性剂主要为羊脂酸、卵磷脂、司班85，触变剂主要为氢化蓖麻油。

银浆中有机载体相的含量为3-10%。当有机载体相的含量低于3%时，有机载体相很难将银粉、玻璃粉、添加剂铝硅合金粉充分润湿分散；而当有机载体相含量大于10%时，所印制的电极烧结后烧结密度太小，导致电池串联电阻较大。

浆料的制备方法：精确称量银粉（粒度1-3µm球形银粉）、碲酸盐体系玻璃粉（粒度3-5µm）、铝硅合金粉（硅含量15wt%，粒度1-3µm），上述三种粉体在浆料中的总含量90wt%，玻璃粉和有机相保持不变，改变银粉和铝硅合金粉的比例。将三种固体粉末按照比例精确称量后，将这三种粉末充分混合，使之均匀分散，然后加入有机相充分搅拌进行预分散，再用三辊机碾压至刮板细度小于14µm，得到n型晶体硅太阳能电池正面电极用银铝浆料。

将所制得的n型银铝浆料丝网印刷在n型硅片上，在适当的温度下经过红外烧结炉烧结，制得太阳能电池片，测试其电性能。所用的硅片为n型单晶硅或多晶硅，经过化学表面制绒，扩硼后形成p-n结，方阻80-90 Ω/□，去硼硅玻璃、刻边后，PECVD沉积SiNx减反射层，膜厚80-90nm。

具体实施方式

实施例

按照表1的配方制备银浆S1、S2、S3，分别印制于单晶（156mm×156mm，方阻80Ω/□）、多晶（156mm×156mm，方阻90 Ω/□）两种规格的硅片上，经烧结后制得太阳能电池，测试电性能，取平均数据，结果列于表3和表4中。

比较例

按与实施例相同的工艺制备含固量为90wt%、添加纯的金属铝粉0、5wt、10wt%的导电银浆记为A1、A2、A3。分别在单晶（156mm×156mm，方阻80 Ω/□）、多晶（156mm×156mm，方阻90Ω/□）两种规格的硅片上印制电极，经烧结形成硅太阳能电池，测试电性能，取平均数据。实施例及比较例所制得太阳能电池的电性能以S1浆料电池为基准，比较结果列于表3和表4。

表1 实施例的配方组成表

银浆编号	银粉	铝硅合金粉	玻璃粉	有机相	硅基板
						S1	86%	1%	3%	10%	单晶硅（80Ω/□）
S2	82%	5%	3%	10%	单晶硅（80Ω/□）
						S3	77%	10%	3%	10%	单晶硅（80Ω/□）
S1	86%	1%	3%	10%	多晶硅（90Ω/□）
						S2	82%	5%	3%	10%	多晶硅（90Ω/□）
S3	77%	10%	3%	10%	多晶硅（90Ω/□）

表2 比较例的配方组成表

银浆编号	银粉	铝粉	玻璃粉	有机相	硅基板
						A1	87%	0	3%	10%	单晶硅（80Ω/□）
A2	82%	5%	3%	10%	单晶硅（80Ω/□）
						A3	77%	10%	3%	10%	单晶硅（80Ω/□）
A1	87%	0	3%	10%	多晶硅（90Ω/□）
						A2	82%	5%	3%	10%	多晶硅（90Ω/□）
A3	77%	10%	3%	10%	多晶硅（90Ω/□）

表3不同银铝浆丝网印刷金属化n型晶硅太阳能电池的电性能数据比较(单晶80Ω/□)

表4 不同银铝浆丝网印刷金属化n型晶硅太阳能电池的电性能数据比较(多晶90Ω/□)

Claims

1.一种高性能N型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于该银铝浆由导电银粉、添加剂铝硅合金粉、玻璃粉和有机载体相组成，其中，导电银粉的含量为75-95wt%，添加剂铝硅合金粉的含量为1-10wt%，玻璃粉的含量为1-10wt%，有机载体相3-10wt%。

2.根据权利要求1所述的n型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于所述的导电银粉为Ag、Ag-Cu合金、Ag-Ni合金、Ag-Pd合金、Ag-Mg合金中的一种及以上。

3.根据权利要求1和2所述的n型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于所述的导电银粉的颗粒平均粒径为0.2-10 µm。

4.根据权利要求1所述的n型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于所述的添加剂铝硅合金粉中硅的含量为1-20wt%。

5.根据权利要求1和4所述的n型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于所述的铝硅合金粉的颗粒平均粒径为0.5-10 µm。

6.根据权利要求1所述的n型太阳能电池正面电极用银铝浆，其特征在于所述的玻璃粉的颗粒平均粒径为1-10 µm。