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1、晶体硅太阳能电池背场铝浆研究第25卷第10期2011年10月化工时刊ChemicalIndustryTimesVo1.25,No.10OCt.10.2011doi:10.3969/j.issn.1002154X.2011.10.007晶体硅太阳能电池背场铝浆研究朱鹏葛明樊东娌(南通大学化学化工学院江苏南通226009)摘要研究了晶体硅太阳能电池背场铝浆对电池性能的影响,着重分析了浆料组分对硅铝合金层(P+)电性能的影响,并用光学显微镜表征了背场结构及形貌.结果表明:使用低熔点玻璃粉可以促进硅铝合金层形成;在粗细铝粉比例为2:1时,表面电导率与表面性能最佳;同时,通过加入惰性填料能降低硅片的曲翘
2、度,达到使用要求,相应电池光电转化率为18.09%.关键词硅太阳能电池铝浆玻璃粉P+层ResearchofAluminumPasteUsedinSilicon.BasedSolarCellsZhuPengGeMingFanDongli(ChemistryandChemicalEngineeringInstitute,NantongUnivertisy,Nantong,226009,China)AbstractTheeffectsofaluminumpasteusedinsiliconbasedsolarcellonperformanceofthecrystallinesiliconsolarc
3、ellwereresearched.Focusingonthevariouscomponentsofpaste,itseffectonsiliconaluminumalloyandlayer(P+)resistancewasconsidered.Usingopticalmicroscopy,thestructureandmorph0logyofthebackfieldwasalsoobserved.Theresu1tsshowthatglasswithlowmeltingpointcouldreducetheresistanceofsiliconaluminumalloyand.andsola
4、rcellperformanceisthebest.rIleproperratioofaluminumpowderis2:1f0rthesurfaceconductivityandsurfaceproperties.Meanwhile,inertfillercanreducethecellbow,andmeetproductionrequirements,thephotoelectricconversionofcellscallreach18.09%.KeywordsSiliconsolarcellsAluminumpasteglasspowderP+layer晶体硅太阳能电池是一种由于光生伏
5、特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,近年来其发展速度迅速.硅太阳能电池用的铝浆用于形成太阳能电池背场,同时作为太阳能电池的背电极使用.在烧结过程中,铝层与硅层形成硅铝合金层,从而形成掺杂层,提高电池片开路电压.晶体硅太阳能背电场用铝浆主要由无机玻璃粉粘结剂,有机树脂粘结剂及不同粒径铝粉组成】.铝粉作为导电相在烧结后相互连接构成导电网络,并与硅层形成硅铝层合金,吸除多余杂质.铝粉的各项性能对太阳能电池的输出特性及背电场外观有着关键的影响,4J.玻璃粉在浆料中起着助熔和黏结作用,因此可降低P+层方阻和减少电池片漏流,提高电池片转化效率.张海珠等对玻璃粉含量,铝粉粒径分布,铝粉纯度等进行研究,得
6、出结论:玻璃粉含量为4%时,单晶硅太阳能电池铝浆性能最好.而专利CN1877864A提供了一种含铅的硅太阳能电池用铝浆的配比.可使制备的硅片烧结后弯曲小,不起铝珠,形成硅铝化合物时不起疤,铝膜光滑,单晶硅的光电转换效率>17.1%.为此,本文从硅太阳能电池背场用铝浆对电池性能作用机理出发,主要对玻璃粉类型,不同铝粉比例及惰性填料的添加量来研究各组分对浆料性能的影响进行分析,从而研究电池电性能参数.收稿日期:20111013基金项目:江苏省高校自然科学研究项目(09KJD430008);南通大学引进人才启动费项目(09R03).作者简介:朱鹏(1980一),男,博士,讲师,主要从事功能高分
7、子材料研究工作.联系Email:pzhuntu.edu.ca.一23蟹圈2011.Vo1.25,No.10科技进展1.1主要仪器和试剂CMFl100X烧结炉,合肥科晶材料科技有限公司;HC2030T-型丝网印刷机,东莞市长安恒彩丝移印机械厂;四探针测试仪,广州四探针电子科技有限公司;有机粘结剂,无机粘结剂,自制;粗粒径铝粉(56Ixm),细粒径铝粉(23IJUn).1.2实验步骤将金属铝粉,玻璃粉,有机粘结剂和助剂按一定比例混和.通过三辊研磨机分散,形成均匀浆料;通过丝网印刷机印刷在硅片表面,使用烧结炉高温烧结至81006o555O4.540口35百30252015l0图2玻璃粉对P十层方阻的
8、影响Fig.2theeffectofglasspowderonsheetresistanceofP-I-60555045403530吝252O1510图3玻璃粉对硅片翘曲影响Fig.3theeffeofglasspowderoncellsbow由图3可以随着玻璃粉含量的提高,电池片的翘曲呈上升趋势,同时表明l#玻璃粉的浆料烧结后具有较低的曲翘度.1撑玻璃粉和2群玻璃粉的热膨胀系数分别为2.010K,3.4X10K一,远大于单晶硅材料的热膨胀系数,为此,玻璃粉填充含量应小于3.5%,而低热膨胀系数的1#玻璃粉更适用于背场铝浆.同时,1#玻璃粉具有更低的熔点(软化温度500,熔化温度?60),因此
9、在烧结过程中,可以在相对较低的温度下熔融,使得形成的硅铝合金层更加连续.从图4可以看出添加玻璃粉1#所形成的硅铝合金层比添加玻璃粉2#形成的硅铝合金层更加连续.因此可以看出玻璃粉l#相对玻璃粉2#有更加优越的性能.也与相关研究吻合.2.3填充惰性填料由于惰性填料的热膨胀系数较小,其目的是为了(a)l捆芰璃粉2#玻璃粉图4硅铝合金层微观形貌Fig.4themicromorphologyofSi/AIalloy改善硅片在烧结过程中的翘曲-】.惰性填料可使其分散在铝粉颗粒之间,从而在高温烧结过程中,不至于因铝粉颗粒结合收缩而引起硅片的过分起翘.但过量添加会阻碍铝粉颗粒间的相互结合,从而对电性能产生影
10、响.图5惰性填料对硅片翘曲和电性能的影响Fig.5theeffeofinertfilleroncellsbowandconductance在保持浆料基本组成不变的情况下,填充惰性填料,结果由图5所示.可见,硅片的翘曲度随惰性填料的添加而下降,基本呈线性,而表面电导率随惰性填料的添加量在1.3%时产生突变,其导电链连续性被破坏.因此,综合翘曲度与表面电导率,选择在体系中添加质量分数1.2%的惰性填料.表2太阳能电池片性能Table2theperformanceofsolarceilsIl菩642O864208642222111l1OOO642086420864222211ll100O2011.V
11、o1.25,No.10科技进展2.4单晶硅电池片性能为更好的了解浆料的性能,采用单晶165型硅片,上线测试浆料性能,电池片印刷重量0.800.05g浆料,实际烧结最高温度为805,每批印刷50片,性能取平均值.采用分别l#玻璃粉,2#玻璃粉两种浆料上线测试,其数据如表2所示.可见,采用1#玻璃粉浆料印刷的电池片,具有更高的开压,短路电流,因此其光电转化效率较高,符合现有电池片生产要求.囵绾通过对粗细粒径铝粉比例,玻璃粉类型及用量,惰性填料的添加量的研究及电池片性能测定,发现,在浆料中,适当的粗细铝粉比例可以获得较优的电性能,同时涂层外观平整.而选择低熔点和低热膨胀系数的玻璃粉可以降低电池片翘曲
12、,获得均一的硅铝合金层;进一步添加惰性填料,可以降低电池片曲翘度,在一定含量范围内,对电性能影响不大.参考文献1RBook,JSchmidt,RBrende1.Ntypesiliconsolarcellswithsurfacepassivatedscreenprintedaluminiumalloyedreal”emitter【J.Phys.Star.So1.2008,2(6):248250.2SKhska,FGranek,MRtidiger,MHermle.,eta1.Modelingandoptimizationstudyofindustrialntypehishefficiencybac
13、kcontactbackjunctionsiliconsolarcellsJ.SolarEnergyMater.SolarCells,2010,94(3):568577.3谭富彬,赵玲,陈亮维等.单晶硅太阳能电池硅与电极间的欧姆接触J.贵金属,2001,22(1):12一l6.4TEisenbarth,TUnold,RCaballero.,eta1.Orisinofde.fectsinCuInlxGaxSe2solarcellswithvariedGacon.tentJ.ThinSolidFilms,2009517,22442247.5张海珠,胡满成,牛净平,康永宁,胡菲,王蕾.硅基光伏电池铝
14、浆性能的研究J.陕西师范大学(自然科学版),2010,11,38(16):1416.6MHermle,FGranek,OSchulm.,eta1.AnalyzingtheeffectsoffrontsurfacefiddsonbackjimeonsiliconsolarcellsusingthechargecoUectionprobabilityandthereciprocitytheoremJ.J.App1.ehys.,2008,103(5):5o715o77.7王承遇,姜妍彦,庞世红等.玻璃成分设计的进展J.硅酸盐,2007,35(5):143148.8马亚红,张宏,徐晓宙等.一种用于太阳
15、能电池背电极的超细球形铝粉浆料J.电子元件与材料,2010,7,29(7):3335.9王建华,范开果,刘志锋等.激光干涉法测量硅高温环境下的线膨胀系数的实验研究J.应用化学,2007,28(5):645648.1OcKhadilkar,SKim,AShaikh,SSridharan,TPharn.CharacterizatiOilofA1backcontactinasiliconsolarcellJ.ThinSolidFilms,2008,323:10221024.(上接第22页)时有阻力损失,管子越长损失越大(阻力损失正比于管长);流量越大,流速越大,阻力损失也越大(阻力损失正比于速度平方).伯努利方程演示实验不仅丰富了教学内容,给学生展示了直观,生动的实验现象,而且还巧妙地验证了流体流动的各种规律,可让学生掌握流体流动过程中所遵循的能量守恒规律.因此,本演示实验对课堂理论教学具有很好的促进作用.参考文献1谭天恩,麦本熙,丁惠华.化工原理(第二版)M.北一26一京:化学工业出版社.1998.23陈敏恒,丛德滋,方图南.化工原理(第二版)M】.北京:化学工业出版社.2003.3夏清,陈常贵.化工原理M.天津:天津大学出版社.2o05.4管国锋,冯晖,张若兰.化工原理实验M.南京:东南大学出版社.1996.5王志魁.化工原理(第二版)M.北京:化学工业出版社.1998.