晶体硅太阳能电池正面银导电浆料的研究进展

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料丝网 印 刷 及 烧 结 制 金 属 化 电 极 等 一 系 列 过 程 ， 来实现如图 ３ 所示的电池片结构
［ １］
列固相反 应 。 这 些 反 应 的 类 型 与 程 度 直 接 决 定 能 否形成稳定良好的银一硅欧姆接触 。 烘干过程结 束 之 后 ， 厚 膜 银 层 附 着 于 硅 晶 片 ， 两者共同 被 送 入 烧 结 程 序 。 随 着 温 度 升 高 到 玻 璃 粉的熔化 点 以 上 ， 流 动 的 玻 璃 体 由 于 比 金 属 银 密 度更大而 向 下 渗 透 沉 积 。 高 温 的 玻 璃 液 体 熔 穿 硅 片表层的 减 反 射 膜wk.baidu.com， 为 银 颗 粒 与 发 射 极 硅 基 的 电 学接触创 造 前 提 条 件 。 在 熔 蚀 掉 氮 化 硅 减 反 射 膜 以后 ， 在银层和 ｎ 型 硅 之 间 形 成 一 层 玻 璃 介 电 层 。 高温条件 ， 使 玻 璃 液 体 在 下 沉 的 过 程 中 ， 携 带 并
３］ ， 固相反应如式 （ ）（ ） 。 溶解了部分金属银 ［ １ ２
。
图 ２ 太阳能电池正面需要银浆的部位 Ｆ ｉ ２ Ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓ ｉ ｌ ｖ ｅ ｒ ａ ｓ ｔ ｅ ｇ ｐ ｐ
（ ）＋Ｏ ） ４ Ａ ２ Ａ → ｇ ｇ ２（ ２Ｏ ｌ ａ ｓ ｓ ｌ ａ ｓ ｓ ｇ ｇ ｇ
图 ４ 电池银一硅界面反应过程 Ｆ ｉ ４ Ｔ ｈ ｅ Ａ ｓ ｉ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ － ｇ ｇ ｐ
图 ５ 烧结后电极微观状况 Ｆ ｉ ５ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｇ
１ ． ２ 晶体硅太阳电池正面银栅线结构 目前 ， 晶体 硅 太 阳 能 电 池 制 造 工 艺 基 于 Ｐ 型 硅晶片 ， 经 由 ① 硅 片 清 洗 ； ② 绒 面 织 构 ； ③ 热 扩 散制 Ｐ—ｎ 结 ； ④ 等 离 子 增 强 型 化 学 气 相 沉 积 （ Ｐ Ｅ Ｃ ｖ Ｄ） 制氮化硅 减 反 射 膜 ； ⑤ 正 、 背 面 厚 膜 浆
２ ． ３ 正面银导电浆料的性能要求 晶体硅太阳能电 池 的 基 本 结 构 由 Ｐ 型 硅 基 板 、 、正面 ｎ 型层 、 减 反 射 膜 （ Ｔ ｉ Ｏ ｉ Ｏ ｉ ２ 、Ｓ ２ 或 Ｓ ３Ｎ ４）
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银电极 、 铝背 场 电 极 和 背 面 银 电 极 组 成 。 而 正 面 银电极就 是 用 银 导 体 浆 料 通 过 丝 网 印 刷 在 减 反 射 膜上 ， 经过烧结形成电极 。 正面栅线 银 浆 主 要 决 定 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 串 — —金 属 厚 膜 电 阻 和 金 属— — — 联电阻 的 两 个 部 分 — 半导体接 触 电 阻 。 而 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 串 联 电 阻 的变化显 著 影 响 电 池 填 充 因 子 和 短 路 电 流 ， 从 而 显著影响 电 池 转 换 效 率 。 正 面 电 极 分 为 栅 电 极 线 和主电极线 ， 栅线主 要 是 吸 收 光 能 ， 产 生 载 流 子 ； 而主电极 主 要 是 使 电 池 片 与 外 部 线 路 连 接 。 银 电 极的性能 能 够 极 大 地 影 响 电 池 的 导 电 性 能 ， 如 开 路电压 、 短 路 电 流 、 并 联 电 阻 、 串 联 电 阻 、 转 换 效率等技 术 指 标 ， 因 此 银 导 电 浆 料 的 作 用 至 关 重 要 。 制作太 阳 能 电 池 正 面 电 极 的 银 导 体 浆 料 要 求 与硅基片形成良 好 的 欧 姆 接 触 ， 并 传 递 光 生 电 流 ， 且不能影响半导体的性能和破坏 Ｐ Ｎ结 特征 。 （ ） 能够 穿 透 减 反 射 膜 ， 使 浆 料 与 硅 基 板 形 １ 成有效接触 ， 欧姆接触要好 ； （ ） 具有较高的导电性能 ， 实现低串联电阻 ； ２ ） 较高的线分辨率 ， 以尽量减少重影 ； （ ３ ） 有良好的焊接性能 ， 以连接外部线路 。 （ ４ 要满足 以 上 要 求 ， 浆 料 的 各 个 组 分 及 配 比 都 起到至关重要的作用 。
１］ 。 观状况如图 ４、 图 ５ 所示 ［
２ 太阳能电池正面银浆料
２ ． １ 正面银导电浆料的组成 晶体硅太 阳 能 电 池 正 面 银 导 电 浆 料 主 要 由 导 电功能相 、 无 机 粘 结 剂 、 有 机 载 体 及 添 加 剂 等 三
２］ 部分 ［ 原 料 配 制 而 成。 导 电 相 可 以 选 用 金、 银、
收稿日期 ： ２ ０ １ １ １ ０ ０ １ － － （ ， 作者简介 ： 柳青 ： 女， 河 北 保 定 人， 高 工， 现在中国乐凯胶片 １ ９ ６ ９ －） 股份有限公司任研究发展部经理 。
和空 穴 复 合 。 在 光 照 的 条 件 下 ， 以 上 过 程 不 断 重复 。
图 １ 太阳能电池原理示意 Ｆ ｉ １ Ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ ｇ ｐ
晶体硅太阳能电池正面银导电浆料的研究进展
柳 青 ， 任明淑 ， 刘子英 ， 徐建伟 ， 王小记 ， 刘 宁
（ ） 中国乐凯胶片集团股份公司 研发部 ， 保定 ０ ７ １ ０ ５ ４
摘 要 ： 太阳能电池银浆是制造太阳能电池的 主 要 原 材 料 ， 太 阳 能 电 池 银 浆 制 造 技 术 是 高 效 低 成 本 太 阳 能 电池的关键技术 。 本文简介了太阳能电池结构 ， 从 太 阳 能 电 池 导 电 银 浆 料 的 作 用 和 性 能 要 求 出 发 ， 阐 述 了 银 浆 料中各个组分对导电性能的影响 、 印刷适应性与 导 电 性 能 的 关 系 ， 并 分 析 了 国 内 外 银 浆 料 的 现 状 与 差 异 ， 指 出 了太阳能银浆料的未来发展趋势 。 关键词 ： 太阳能电池银浆 ； 银粉 ； 玻璃粉 ； 有机载体 ； 印刷性 ； 烧结 中图分类号 ：ＴＱ ５ ７ 文献标识码 ：Ａ ）０ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ ５ ６ ２ ４ ２ ０ １ ２ ２ ０ ０ ３ ９ ０ ８ － － （ － －
铂 、 钯等导电 导 热 性 能 良 好 的 金 属 粉 末 ， 一 般 占 浆料总量的 ８ ０％ ～９ ０％ 。 由 于 银 粉 具 有 良 好 的 导 电导热性 能 ， 且 相 对 于 其 他 的 贵 金 属 来 说 价 格 便 宜 ， 被广泛用 作 导 电 浆 料 的 导 电 相 ； 无 机 粘 结 剂 为玻璃粉 ， 它 决 定 着 导 电 浆 料 对 太 阳 能 电 池 减 反 射膜的穿 透 能 力 和 电 极 对 硅 基 片 的 结 合 力 ， 并 且 无机粘结 剂 对 欧 姆 接 触 电 阻 也 有 重 要 作 用 ， 一 般 占浆料总量的 ２％ ～１ ０％ ； 有机 载 体 主 要 由 有 机 溶 剂 、 高分子树 脂 及 部 分 添 加 剂 等 组 成 ， 主 要 作 用 是赋予浆 料 一 定 的 印 刷 性 和 存 放 性 ， 一 般 占 浆 料 总量的 ５％ ～１ ５％ 。 ２ ． ２ 正面银导电浆料的烧结过程 在一个 经 过 温 控 设 计 的 连 续 烧 结 过 程 中 ， 对 于性能完 备 的 银 浆 ， 发 射 极 银 硅 界 面 会 发 生 一 系
图 ３ 晶体硅太阳能电池断面示意图 Ｆ ｉ ３ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｉ ｌ ｌ ｕ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ
或直接接 触 硅 片 表 面 ， 或 作 为 银 层 和 硅 基 之 间 的 连接 。 电池 银 一 硅 界 面 反 应 过 程 及 烧 结 后 电 极 微
（ ） １ （ ） ２
４ Ａ ｇ
＋ （ ） ｌ ａ ｓ ｓ ｇ
＋２ Ｏ
２ － （ ） ｌ ａ ｓ ｓ ｇ
（ ） （ ）＋Ｓ ） ＋Ｓ ｉ ４ Ａ ｉ Ｏ → ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｓ ｓ ２（ ｇ
当温度 降 低 ， 溶 解 在 玻 璃 相 中 的 银 在 硅 片 表 面重 结 晶 ， 并 随 机 生 长 。 银 晶 体 从 玻 璃 中 析 出 ，
１ 引言
１ ． １ 太阳能电池工作原理 当光照 射 到 ｐ ｎ 结 上 时， 产 生 电 子 一 空 穴 对， 在半导体 内 部 结 附 近 生 成 的 载 流 子 没 有 被 复 合 而 到达空间电荷区 ， 受内建电场的吸引 ， 电子 流 入 ｎ 区 ， 空穴流入 ｐ 区 ， 结 果 使 ｎ 区 储 存 了 过 剩 的 电 子 ，ｐ 区有过剩 的 空 穴 。 它 们 在 ｐ ｎ结附近形成与 势垒方向 相 反 的 光 生 电 场 。 光 生 电 场 除 了 部 分 抵 消势垒电场的作用外 ， 还使 ｐ 区带正电 ，Ｎ 区带负 电 ， 在 Ｎ 区和 Ｐ 区之间的薄层就产生电动势 。 当外电 路 形 成 回 路 时 ， 产 生 的 光 生 电 子 朝 着 太阳电池 正 表 面 的 栅 线 运 动 ， 空 穴 朝 着 背 电 极 运 动 。 如果电 子 在 运 动 到 栅 线 之 前 没 有 被 缺 陷 或 杂 质复 合 ， 就 被 栅 线 收 集 ， 形 成 电 流 流 到 外 电 路 ， 驱动仪器和电器 。 之 后 ， 电 子 从 电 池 的 背 面 进 入 ，
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前制备银粉 的 最 主 要 的 方 法 。 即 将 银 盐 （ 硝酸银 ， 等 ） 溶于水 中 ， 加 入 化 学 还 原 剂 （ 如 水 合 肼 等） 沉积 出 银 粉 ， 经 过 洗 涤 、 烘 干 而 得 到 银 还 原 粉 ， 平均 粒 径 在 ０ ． １～１ ０ ． ０ ｍ 之 间。 还 原 剂 的 选 择、 μ 反应条件的 控 制 、 界 面 活 性 剂 的 使 用 ， 可 以 制 备 颗 粒 形 态、 分 散 程 不同物理化 学 特 性 的 银 微 粉 （ 度 、 平均 粒 径 以 及 粒 径 分 布 、 比 表 面 积 、 松 装 密 。 度 、 振实密度 、 晶粒大小 、 结晶性等 ） 超细银 粉 是 银 浆 中 的 主 要 成 分 ， 占 浆 料 总 质 量的大部分 ， 它决 定 了 浆 料 的 电 性 能 和 机 械 性 能 。 因此银 粉 的 粒 径 、 形 状 、 分 散 性 、 振 实 密 度 、 比 表面积等 对 浆 料 性 能 的 影 响 比 较 大 ， 要 求 比 一 般 用银粉高 。 片 状 银 粉 的 粒 度 一 般 较 大 ， 在 浆 料 丝 网印刷过 程 中 很 难 通 过 网 孔 ， 并 且 在 烧 结 过 程 中 片状银粉 的 热 收 缩 率 较 大 ， 因 此 太 阳 能 电 池 银 浆 一般都选 用 超 细 的 球 形 或 类 球 形 银 粉 。 银 粉 的 粒 径大小影 响 银 硅 接 触 界 面 的 结 构 、 欧 姆 接 触 的 质 量 、 太阳 能 电 池 的 开 路 电 压 （ ＶＯ Ｃ） 和 填 充 因 子 （ 。颗 粒 尺 寸 影 响 Ｐ Ｆ Ｆ） Ｎ 结 漏 电 流、 接 触 状 况、 串联电阻 和 扩 散 层 的 饱 和 电 流 密 度 。 颗 粒 度 超 细 的银粉由 于 其 表 面 能 很 低 在 温 度 很 低 、 玻 璃 粘 结 剂还没有 融 化 的 情 况 下 就 能 够 相 互 扩 散 烧 结 成 致 密的银块 ， 不 利 于 银 在 玻 璃 相 中 的 溶 解 ， 玻 璃 相 中银的饱 和 度 太 小 ， 在 随 后 的 冷 却 过 程 中 只 有 少 量的银析 出 在 硅 片 表 面 ， 造 成 电 池 的 串 联 电 阻 很 大 ； 较大颗粒 的 银 粉 ， 在 烧 结 过 程 中 结 块 的 速 度 慢 ， 玻璃相中 银 的 溶 解 度 比 较 大 ， 冷 却 时 银 大 量 析出在硅 片 上 ， 较 大 颗 粒 的 结 晶 银 造 成 漏 电 流 的 增大 ， 严 重 时 甚 至 可 以 穿 透 ３ ０ ０ ｎ ｍ 左右的 Ｐ Ｎ