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摘 要:研究了丝网印刷银电极中玻璃粉对晶体硅太阳能电池的串联电阻的影响。通过制备不同含量的玻璃粉银浆料,以及对浆料的体电阻率、接触电阻和焊接拉力等性能的表征测试,发现银粉颗粒间隙是造成银电极体电阻增大的主要因素,在一定范围内,用PbO-SiO2系玻璃粉有助于降低银电极体电阻和接触电阻,增加焊接拉力。 正面电极作为太阳能电池的重要组成部分,主要起收集电流的作用,同时对电池的受光面积和串联电阻有决定性的影响,因此,是影响太阳能电池转换效率的重要因素之一。在实验室高效晶体硅太阳能电池制造工艺中,使用成本昂贵的蒸镀工艺制作电极,如采用Ti/Pa/Ag结构来降低接触电阻,增加与硅基底的附着力。而在实际的工业生产中, 为了降低成本,常采用导电性优异的银浆料,用丝网印刷工艺制作正面电极,再通过快速烧结工艺(RTP),使电极与硅基底形成良好的欧姆接触。 目前工业普遍使用的银浆料由银粉、玻璃粉和有机载体(主要为树脂和有机溶剂等)组成,其中树脂和溶剂经过高温烧结后挥发,因此,电池栅线的主要组成部分是银粉和玻璃粉。常用银浆料的导电率为3.0×10-6Ω·cm~5.0×10-6Ω·cm,与纯银导电率(1.59×10-6Ω·cm)有很大差距。由于银具有良好的导电性而玻璃粉不导电,大多数的研究侧重于银粉的形貌和粒径等性质对浆料导电性能的影响。对于玻璃粉的研究主要集中于玻璃粉在导电浆料中所起的作用,玻璃粉在晶体硅太阳电池中的主要作用可归纳为两个方面:第一,玻璃粉可以腐蚀晶硅,通过腐蚀SiNx,形成导电通道,随着PbO(玻璃粉主要成分)含量的增加,腐蚀深度增加;第二,在浆料-发射极界面间作为传输媒介,由于玻璃粉厚度很薄,电子可以通过隧道效应在浆料与电池发射极间移动,且PbO的存在有助于在银颗粒浆料与电池发射极界面间形成结晶。 上述研究主要集中于玻璃粉对导电性的微观作用机理的研究,而关于玻璃粉对电池串联电阻的影响,据我们所知,还未有文献报道,实际上栅极体电阻和接触电阻也是影响太阳能电池串联电阻的重要因素。 串联电阻是造成太阳能电池功率损耗的重要部分之一。太阳能电池功率损耗主要有电损耗和光损耗,电损耗主要包括串联电阻损耗和复合损耗。串联电阻中与栅线有关的电阻有栅线体电阻和栅线与硅表面的接触电阻。图1所示是晶体硅太阳能电池串联电阻模型,根据Caballero等人提出的串联电阻模型,串联电阻表达式为[8]: Rs=RBase+RBus+RF+RFC+RSheet+RBC 式中:Rs为总串联电阻;RBus为基底电阻;RBus为主栅线电阻;RF为细栅线体电阻;RFC为前接触电阻; RSheet为硅片表面薄层电阻;RBC为背面接触电阻。 图1晶体硅太阳能电池串联电阻示意图 通过上述模型,使用工业中通常用的参数进行计算,可以得到在标准测试条件下,125×125单晶硅电池串联电阻各部分所占比例,如图2所示。 由上述计算结果可知,晶体硅太阳能电池串联电阻中,与正面栅线相关的细栅线体电阻和接触电阻之和共占总串联电阻的二分之一强,是造成电池功率损耗的主要原因之一。细栅线体电阻可用如下公式计算: 式中:s为细栅线间距;HF为细栅线宽度;WF 为细栅线厚度;WBus为主栅线厚度;L细栅线长度; ρmetal为银电极电阻率。对于给定工艺的电池,s、HF、WF、WBus和L均为确定值,故k为常数。因此,对于丝网印刷银电极工艺,烧结后浆料的体电阻率对细栅线电阻有着决定性的影响。 图2 电池串联电阻中各组成部分所占比例 |