| 3.3 冷冻法
图8 温度对铝背场的应力应变影响 Frank Huster认为，从铝硅共晶点温度冷却到室温，铝层和硅层收缩的差异约为1.1％。这1.1％的差异只能通过三种方式来弥补：硅片的压缩、硅片的弯曲和铝层的被拉伸。由于硅的弹性模量很大(100-200Gpa)，硅片的压缩可以忽略。硅片的弯曲造成的长度变化也可以忽略。因此，只能通过铝层的被拉伸来弥补这1.1％的差。Huster发现，当电池片从共晶温度冷却至室温时，在共晶温度到300℃铝层发生的是弹性变形，当温度从300℃冷却至150℃时，开始发生部分塑性变形，当冷却至室温时，由于弹性变形导致0.4%的变化，塑性变形0.7%，如果能使铝背场继续发生0.4%的塑性变形，那么电池片就不受应力的影响，也不会产生弯曲度。于是，Huster将弯曲的电池片冷却到零下50℃，让其继续发生0.4%的变形，然后再回到室温，这样，由于冷却过程中，铝层继续被拉伸，发生塑性变形，当回到室温时，铝层的塑性形变已经达到1.1％，电池片恢复平整，图6为其应力应变曲线。这种方法的优点是很容易工业化，且不会对电池片电性能产生其他影响，缺点是增加电池片生产成本。 3.4 浆料成分 Mario Bahr[7]等比较了五种不同的铝浆，研究了它们对电池电学性能和弯曲上的影响，发现有一种铝浆，在硅片厚度只有100微米时，电池片弯曲度仅为2mm，而且电池效率没有因为硅片厚度的减薄而降低，这充分证明了铝浆对电池片弯曲有很大的影响，同时也说明铝背场可以满足薄片电池背表面钝化的要求。S.Kim等[8]认为含铅铝浆中的铅对电池片弯曲影响很大，并开发了一种不含铅的铝浆，这种铝浆中加入了特殊的添加剂，用这种铝浆生产的电池片的弯曲度小。他的实验证明，铝浆成份和其中的添加剂对电池片弯曲有影响。S.Kim的另外一个实验证明了铝浆中金属粉末、铝浆中的玻璃体和添加剂等对电池片弯曲亦有影响。A.Schneider的实验证明，铝浆成份对电池片弯曲的影响比铝层厚度对电池片弯曲的影响要大。可惜，这些研究都只是公开了结果，关于其微观机制和原理未作介绍。 3.5 电池设计
图9 C．Kohn设计的背电场结构 上述的简化模型中，没有考虑前接触(前电极和栅极)对电池片弯曲的影响。实际上，由于Ag的热膨胀系数也要比硅大，前接触的存在会降低电池片弯曲度。A.Schneide研究了前接触Ag的覆盖率和电池弯曲度之间的关系，从实验结果中发现，电池片的弯曲随着Ag覆盖率的增加而线性减小。但是，银覆盖率的增加伴随着光入射面积的减小，从而导致电池短路电流的减小。同时，由于银是贵重金属，增加银覆盖率必将增加电池成本。C.Kohn等[9]根据模型计算，设计了一种优化的背接触结构，如图9所示。在此结构中，由于铝层是不连续的，从而使得铝层对硅片施加的应力减小，电池片弯曲度减小。A.Kranzl等[10]的研究也得到了同样的结果。但由于此结构中，铝层不连续，导致铝背场不能覆盖硅片整个表面，从而使得背表面复合增加，电池性能恶化。 4 结论 目前关于弯曲度的研究，从国内外文献的报道可得出如下初步结论： （1）浆料成分对电池片弯曲度的影响最大，选择合适的浆料可以完全消除电池片的弯曲度； （2）铝浆湿重也可以明显改善电池片的弯曲度，但当湿重减少到某一值时，电池片的电性能开始恶化； （3）冷冻法主要是使铝背场继续产生塑性变形而减少弯曲度的，这种方法的优点是适合工业化生产，对电池片的电性能无影响，缺点是增加了工艺步骤，增加了生产成本； （4）优化烧结工艺，也可以减少电池片的弯曲度，它的原理主要是影响了铝背场的微观结构，即改变铝硅层的力学性能，但这种方法对弯曲度的减少幅度有限； （5）采用合理的电池设计，但可能牺牲电池片的部分电性能。 需要说明的是，目前，关于浆料成分对电池片弯曲度的影响，只见了研究结果，关于其微观机制和原理未作介绍，后期可着重从铝浆成分，比如超细铝粉直径大小，粘结剂、玻璃粉成分和比例这方面对其进行系统研究。 参考文献 [1]. Mario Bahr, stefan Dauwe, Alexander Lawerenz, et al. Comparison of Bow-Avoiding Al-Pastes for Thin, Large-Area Crystalline Silicon Solar Cells[J]. Microscale Thermophysical Engineering, 2003, 7(3): 207~219. [2]. Frank Huster. Aluminium back Surface Filed：Bow Investigation and Elimination[C]. 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition，Barcelona,2005, 6-10 June, Pre-Print. [3]. Roark,Young. Formula for Stress and Strain. McGraw Hill, (1975), Pl13. [4]. 申兰先, 刘祖明, 廖华, 等. 工业化薄晶体硅太阳电池背电极浆料[J]. 可再生能源, 2008, 1(26): 69~71. |
