晶体硅电池背电极银浆的研究

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摘 要：随着光伏行业在成本控制方面力度的加大，导电浆料作为诸多原材料中成本较高且使用量较大的耗材，为了节降成本，各电池厂商在银浆耗量方面做了大量的工作，如在背面导电银浆方面，节将成本的方法包括本土银浆的使用，不同固含量银浆的使用，网版参数的更改，及印刷机的改造等等。本文主要介绍了太阳能电池背面导电银浆在成本控制方面做的一些工作，包括不同银含量的背银浆料的对比，通过几组实验数据来讨论在当下的主流背银图形设计中，如何在电性能，单耗，焊接拉力找到最佳平衡点，从而选择在不影响电性能的前提下，最具成本优势且焊接拉力能达到要求的背银产品。另外，本文还讨论了背银单耗对组件可靠性影响。

关键词：丝网印刷，固含量，背电极银浆

一、引言

随着光伏行业及其它相关产业的快速发展，降低太阳电池的成本成为当今业内重要的一项课题。低成本的原材料，提供高转换效率和高产能制造工艺的原材料是降低成本的关键因素。本文以背面导电银浆为例，尝试从浆料和网版两方面入手，达到节将成本的目的。本文通过几组实验数据来讨论不同固含量背面导电银浆的比较，及浆料和网版的匹配数据，从而在不损失电性能的前提下，在印刷质量，银浆耗量，焊接拉力及组件可靠性方面达到最佳平衡。

二、丝网印刷技术的描述及特性

利用感光材料通过照相制版的方法制作丝网印版（使丝网印版上图文部分的丝网孔为通孔，而非图文部分的丝网孔被堵住）。印刷时通过刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。丝网印刷设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，适应性强。

丝网印刷的网版由网框、丝网和掩膜图组成。掩膜图指印太阳能电池正、背面用作电极的图案，即图文部分。本文涉及太阳能电池背面用的图案，由主栅线组成，间断式的设计可以很大程度地节省浆料。示意图如下：

三、实验

1、本次实验主要是在多晶电池背面，试用3种不同固含量的背电极银浆，寻找成本，效率及组件可靠性的最佳平衡点。

2、硅片规格：每次选取同一硅锭相邻位置的P型多晶硅片400片，按照实验需要分为几组，完成绒面制备、N型层扩散（方块电阻：60-80欧姆/方块）、湿法刻蚀、减反射膜的沉积（膜厚：800-850A）。

3、印刷流程有印刷背面电极、烘干、印刷背面铝浆、烘干和正面银浆的印刷和烧结六道工序，完成浆料的烘干和浆料与硅片的烧结，以达到良好的欧姆接触。烘干的作用是在设定150–300°的烘干箱内对印刷后的浆料进行干燥，使得有害物质得到很好的挥发。再通过烧结，把印刷到硅片上的电极在高温下烧结成电池片，最终使电极和硅片本身形成欧姆接触，从而提高电池片的开路电压和填充因子2个关键因素参数，使电极的接触具有电阻特性，达到生产高转效率电池片的目的。

4、浆料的主要参数如下：

表一 背电极银浆参数

四、实验结果及讨论

1、不同固含量背电极浆料的电性能及焊接拉力比较

由于背电极银浆只会在填充方面影响电性能，因此我们主要从填充因子和效率两方面来考察浆料的电性能优略。为了保证公平性，我们将每种银浆的单片耗量控制在相近的水平。

表一为不同固含量背电极银浆的电性能数据。

从表中可以看出，与目前主流固含量（65.5-67.5%）的A浆料相比，B的填充因子FF及效率Eff均与A持平。

随着固含量的进一步降低，C浆料的填充因子与A浆料相比低0.3%，效率低0.04%，因此从目前的网版设计来看，固含量在55%以上的背电极银浆在电性能方面能够达到要求。

表二 三种不同固含量背电极银浆的电性能表现

表三为三种浆料的拉力比较。测试方法：采用自动焊接机焊接，拉力机反向180度将焊带剥离硅片，每种浆料测试五根焊带，每根焊带记录最小值。

表三数据显示，三种浆料的焊接拉力没有多大差别，均能满足组件方面对背银浆料焊接拉力的要求。

表三 拉力试验数据 单位：N

2、固含量相同（均为55%），不同单耗下背电极银浆的电性能比较。

从表四数据可以看出，低粘度浆料B-1较高粘度浆料B-2单耗低20%左右，但同时电性能，尤其是填充因子FF降低，从而影响了效率。

表四 不同浆料粘度对单耗及效率的影响

图二 不同单耗下浆料的填充因子表现

3、对于背电极银浆耗量及组件可靠性的讨论。

图三示意图中可以看出，随着银浆单耗的降低，背银烧结后的高度也随之降低。当背银耗量不断降低时，背银烧结后的厚度将不断减薄，若其成分未有突破性改变，过薄的背银在焊接时易被焊料“吃透”，降低组件可靠性。

五、结论

通过一些列的实验证明，在目前主流的背银丝网图形设计条件下，固含量为55%左右的背电极银浆无论在电性能，印刷性及焊接拉力均能满足当下电池及组件的要求。在保证电性能和组件可靠性的前提下，通过对耗量的调整，得出目前较为安全的背电极银浆单片耗量值。

参考文献

1）《硅太阳电池电极系统的分析与制备》，申兰先，陈庭金等，云南师范大学学报。

2） 《工业化晶体硅太阳电池技术》，马路，魏青竹等，自然杂志。

3） 《太阳电池电极与铝背场烧结过程的数值模拟分析》，孙国辉，晏石林，陈刚，系统仿真学报。

4）《工业化薄晶体硅太阳电池背电极浆料》，申兰先，刘祖明等，可再生能源。

5）《硅太阳能电池的丝网印刷技术》，张世强，李万河，徐品烈，太阳能制造。