晶体硅太阳电池正面栅线电极的制作

晶体硅太阳电池正面栅线电极的制作
——超细栅线技术
关于晶体硅太阳能电池的正面电极外观图形，不同的生产厂家会有所不同，并且每一家也在不断的优化种，但改变的方向均为将栅线制作的越来越细、越来越高、数目越来越多。

从2006年之前的120um到2010年的80um甚至有的厂家达到了60um。

随着副栅线宽度变的越来越窄，对于传统的丝网印刷和浆料来说制作难度也变的越来越大，暴露的问题包括断栅增多、结点、栅线边缘不平整等等，从而会导致电性能的不稳定及损失。

而作为细栅线制作的潜在技术，Ink Jet Printing（IJP）和Aerosol Jet Printing（AJP）技术开始逐渐应用到太阳电池制作，下面将对这几种印刷方式进行简单的介绍和比较。

1、Ink Jet Printing、Aerosol Jet Printing技术的工业应用和基本原理
1.1 IJP技术的工业应用和基本原理
IJP技术已经被广泛应用在显示器件、生物科学等领域，如图1所示；其在生产、科研领域的应用也越来越广泛，如图2所示，主要的设备厂家包括Dimatix，OTB等。

图1. Ink Jet Printing技术的应用
图2. Ink Jet Printing技术主要应用领域
IJP印刷的基本原理是将过滤后的墨水利用压电陶瓷的压电效应，使小墨水滴透过喷嘴喷射到器件表面，如图3所示。

图3. Ink Jet Printing的印刷头的原理示意图
1.2 Aerosol Jet Printing的工业应用和基本原理
AJP广泛应用在集成电路和生命科学领域，如图4所示，主要的设备厂家如与Manz合作的Optomec等，其工作原理如图5所示，气流从入口将墨滴带到大腔室，其中大的墨滴在重力的作用下会被筛选掉重新回到原来的溶液，小墨滴在气流的吹动下进入喷嘴，在喷嘴处有两路气流夹着小液滴吹到器件表面形成图形，图形的宽度会大大小于喷嘴的宽度。

图4. Aerosol Jet Printing的工业应用
图5 Aerosol Jet Printing的工作原理
2. Ink Jet Printing、Aerosol Jet Printing技术在太阳电池电极制作中的应用
IJP和AJP应用到电极制作中的步骤如图6所示，由于所采用的墨水的价格相对昂贵，一般仅用其来做种子层如步骤2所示，通过IJP或AJP技术在氮化硅表面形成栅线较细的电极图形，经过烧结后该层与PN结形成良好的欧姆接触，然后通过电镀的
方式增加电极的导电性，从而可以得到栅线宽度在40um左右的电极，如图7所示。

图6. IJP和AJP工艺中电极制作流程
电镀前
电镀后
图7 IJP、AJP工艺电镀前后的栅线形貌（以AJP为例）
表1 AJP工艺应用在普通P型结构上的电性能
在2008年AJP工艺应用在普通P型结构上已到达18.3%的效率，如表1所示。

ISE研究机构在23-24届欧洲光伏会议上发表了利用AJP结合电镀工艺获得20.3%效率的电池（如下表）。

此外，据报告国内有公司开始使用类似该细栅线工艺实现了更高效率电池的制作，具体信息不在此纰漏。

3. Ink Jet Printing和Aerosol Jet Printing技术的比较
目前，认为对于实现细栅线电极来说AJP的技术要好于IJP，主要体现在前者制作的电极更细更均匀，原因包括：a. AJP是连续出料方式，而IJP是间歇出料方式；b. AJP喷嘴的出料方向性强，而IJP的墨滴在滴落时方向具有随机性；c. AJP的墨水浓度更高，高宽比更大，如图8所示；d.AJP的线宽可以做到5-40 um，而IJP是远达不到的。

图8. IJP与AJP比较
另外，AJP的精度更高，可达1um，更有利于与SE工艺相匹配制作高效电池。

AJP目前的开发方向包括：墨水的开发和工艺参数的优化，其中墨水的开发主要是提高种子层与PN结的接触性能以及减小墨水的颗粒度、增加种子层的均匀性，现在正在开发亚微米级的墨水以及与电镀工艺匹配性更好的墨水。