和傳統(tǒng)太陽(yáng)電池相同，局域背接觸（passivatedemitterandrearcontact，PERC）太陽(yáng)電池背面也采用全面印刷鋁背場(chǎng)結(jié)構(gòu)，但PERC電池背面采用鈍化膜鈍化后再通過(guò)激光開(kāi)槽的方法形成局域接觸結(jié)構(gòu)，其鈍化膜可以降低接觸電阻，提高轉(zhuǎn)化效率[1-3].大量研究表明，PERC電池的電性能重要與原材料的種類(lèi)、原材料的制備工藝、導(dǎo)電漿料配方及電池片的制備工藝等因素有關(guān)[4-8].而背面用導(dǎo)電鋁漿是PERC太陽(yáng)電池的核心材料，鋁粉作為鋁漿的重要原材料之一，其本身的性質(zhì)對(duì)PERC電池有直接影響[9].

不少學(xué)者對(duì)鋁粉粒徑和燒結(jié)工藝對(duì)鋁漿性能的影響作了相關(guān)研究.如：邢云[10]研究了鋁粉粒徑對(duì)傳統(tǒng)鋁漿性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)粗細(xì)鋁粉分布適當(dāng)時(shí)，轉(zhuǎn)化效率較高.張海珠等[11]討論了鋁粉粒徑分布對(duì)單晶硅太陽(yáng)能電池的影響，當(dāng)粗粉含量為71%時(shí)，電池片接觸電阻較小，表面性能良好.Dressler等[12]探討了燒結(jié)時(shí)間對(duì)空洞形成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在峰值燒結(jié)溫度不變的情況下，延長(zhǎng)升溫時(shí)間會(huì)使空洞明顯減少，而僅延長(zhǎng)降溫時(shí)間，空洞數(shù)量無(wú)明顯變化.Chen等[13]通過(guò)協(xié)調(diào)局域接觸點(diǎn)尺寸、局域接觸點(diǎn)間隔和燒結(jié)工藝，實(shí)現(xiàn)了100%填充率.

由上述研究結(jié)果可知，PERC電池的性能和鋁粉及燒結(jié)工藝等因素息息相關(guān).然而關(guān)于鋁粉物性和燒結(jié)工藝對(duì)填充率、鋁背場(chǎng)（backsurfacefield，BSF）厚度和電性能之間的關(guān)系尚缺少相關(guān)研究.鑒于此，本文重要研究鋁粉氧含量和粒徑對(duì)鋁漿活性的影響，探究不同燒結(jié)工藝下PERC鋁漿對(duì)電池片填充率、BSF厚度和電性能的影響.

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原料

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

點(diǎn)擊詳情

HSH2503-0510Z型紅外快燒網(wǎng)帶爐，合肥恒力電子裝備公司；BT-9300ST激光粒度分析儀，丹東百特儀器有限公司；ONH-2000氧氮?dú)浞治鰞x，德國(guó)ELTRA公司；SDTQ600型同步熱分析儀，美國(guó)TA公司；MV2100金相顯微鏡，無(wú)錫禮之鑫機(jī)械科技有限公司；PEL-01型光致電致發(fā)光一體機(jī)，蘇州旭環(huán)光伏科技有限公司；JSM-6510掃描電子顯微鏡，日本電子公司；VS-6821S穩(wěn)態(tài)式太陽(yáng)模擬器，新加坡維信科技有限公司.高純球形鋁粉（純度99.9%）：氧含量分別為0.42%~0.55%、0.57%~0.60%和0.61%~0.70%；中位徑（D50）分別為1.5，4.5，10μm.玻璃粉為自制.松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇丁醚、乙基纖維素、氫化蓖麻油，以及其他助劑，所有試劑均為分析純.

1.2鋁漿制備

1）將松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、乙二醇丁醚、乙基纖維素、氫化蓖麻油及其他助劑按比例混合，加熱攪拌至完全溶解，得到淡黃色溶液作為有機(jī)載體.

2）將鋁粉、玻璃粉和有機(jī)載體按比例混合，先用離心機(jī)分散，再用三輥研磨機(jī)分散研磨均勻，得到一定黏度的鋁漿.用粒徑相同，氧含量分別為0.42%~0.55%、0.57%~0.60%和0.61%~0.70%的鋁粉制備的3款鋁漿樣品對(duì)應(yīng)編號(hào)分別為A1、A2、A3；用氧含量在0.50%~0.60%范圍內(nèi)，D50分別為1.5，4.5，10μm鋁粉制備的4款鋁漿樣品編號(hào)為B1、B2、B3、B4，鋁粉配比情況見(jiàn)表1.

1.3電池片的制備

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

點(diǎn)擊詳情

用印刷機(jī)分別將A1、A2、A3、B1、B2、B3、B4鋁漿印刷在尺寸為156mm×156mm的單晶鈍化片上，在烘箱中以200℃干燥3min，通過(guò)紅外快燒網(wǎng)帶爐燒結(jié)，共制備7個(gè)電池片樣品.在其他條件均一致的條件下，僅調(diào)整網(wǎng)帶爐的后兩區(qū)溫度，即分別在690~850，720~880，750~910℃下燒結(jié)B4鋁漿印刷的單晶鈍化片，共制備3個(gè)電池片樣品.

1.4檢測(cè)部分

用同步熱分析儀表征鋁漿活性；采用金相顯微鏡表征PERC電池片的填充率[14]，測(cè)試結(jié)果均為平均值；用光致電致發(fā)光一體機(jī)表征空洞和電池片缺陷情況；通過(guò)掃描電子顯微鏡表征BSF形貌和厚度，厚度測(cè)試結(jié)果為平均值；利用穩(wěn)態(tài)式太陽(yáng)模擬器測(cè)試PERC電池片的電性能.

2結(jié)果與討論

根據(jù)柯肯達(dá)爾效應(yīng)，高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，硅基底中的硅向鋁層擴(kuò)散的速度比鋁層中的鋁向硅基底擴(kuò)散的速度快，在溫度降到共晶溫度時(shí)，若擴(kuò)散到鋁層中的硅無(wú)法及時(shí)擴(kuò)散回局域接觸處，則易導(dǎo)致空洞的形成，從而影響PERC電池的電性能[15].空洞的出現(xiàn)和鋁粉特性及燒結(jié)工藝等因素密切相關(guān).

對(duì)PERC電池背場(chǎng)進(jìn)行切割，通過(guò)SEM觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，背場(chǎng)局域開(kāi)槽截面存在填充飽滿(mǎn)和空洞兩種情況，如圖1所示，兩種局域填充形式均具有明顯的鋁摻雜層.BSF厚度和鋁硅合金對(duì)PERC電池的電性能均有影響.

2.1鋁粉物性對(duì)PERC電池性能的影響

圖2為鋁漿樣品的DSC圖，曲線(xiàn)中的峰值溫度為鋁粉和玻璃粉的反應(yīng)溫度，若在較低的溫度下玻璃粉就能夠與鋁粉氧化層開(kāi)始反應(yīng)，則說(shuō)明鋁粉的活性較高.對(duì)A1、A2、A3鋁漿樣品進(jìn)行DSC分析，吸熱峰溫度分別為655.76，657.44，658.44℃.吸熱峰溫度隨鋁粉氧含量的新增而升高，表明鋁粉活性下降.

圖3（a）顯示了不同氧含量鋁漿對(duì)PERC電池性能的影響.從圖中可以看出，隨鋁粉氧含量新增，BSF厚度減小，填充率上升.這是因?yàn)殇X粉氧含量的新增，導(dǎo)致鋁粉活性下降.活性高的鋁粉，在同種燒結(jié)工藝下，氧化層更容易被玻璃粉溶解，硅鋁間的相互擴(kuò)散用途更強(qiáng)，因此容易形成較厚的BSF層，但同時(shí)也會(huì)造成局域開(kāi)槽線(xiàn)處的鋁漿流失，由于沒(méi)有足夠的鋁與硅形成硅鋁合金，導(dǎo)致空洞新增、填充率下降.

選用同一燒結(jié)工藝對(duì)B1、B2、B3、B4鋁漿進(jìn)行燒結(jié)，測(cè)試BSF厚度和填充率，測(cè)試結(jié)果如圖3（b）所示.從圖中可以看出，隨著鋁粉粒徑的增大，鋁漿的填充率明顯提高.粒徑小的鋁粉比表面積大，活性高，暴露在表面的相對(duì)不穩(wěn)定原子多，在升溫階段易熔融，鋁原子向硅基底擴(kuò)散較容易發(fā)生，與此同時(shí)，硅也更傾向于向鋁層中擴(kuò)散；在冷卻階段，鋁層中的硅不能及時(shí)擴(kuò)散回局域接觸區(qū)，從而形成空洞.相反，粒徑大的鋁粉在同樣的燒結(jié)工藝下，硅鋁間的相互擴(kuò)散程度會(huì)降低，增大了硅及時(shí)擴(kuò)散回局域接觸區(qū)的可能性，保證了大粒徑鋁粉的高填充率.鋁漿樣品B1具有較厚的BSF層，比鋁漿樣品B2、B3所獲得的BSF厚1~2μm，也說(shuō)明了粒徑小的鋁粉在高溫?zé)Y(jié)時(shí)由于活性高，向硅基底的擴(kuò)散速率快.

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，鋁漿樣品B1燒結(jié)后填充率低、BSF厚；B3燒結(jié)后具有填充率高、BSF較薄的特點(diǎn)；相對(duì)而言，B2各方面性能均一般；而對(duì)1.5，4.5，10μm3種不同粒徑的鋁粉進(jìn)行搭配使用，不僅能獲得較高的填充率和較厚的BSF層，還有利于顆粒間的相互填充，從而形成更致密的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò).

2.2燒結(jié)工藝對(duì)PERC電池性能的影響

在對(duì)鋁粉氧含量和粒徑進(jìn)行優(yōu)選之后，進(jìn)行快燒快退燒結(jié)工藝的優(yōu)化，僅改變五溫區(qū)網(wǎng)帶爐的后兩區(qū)溫度，設(shè)計(jì)3種燒結(jié)工藝（工藝1：550~530~630~690~850℃~2800mm/min；工藝2：550~530~630~720~880℃~2800mm/min；工藝3：550~530~630~750~910℃~2800mm/min）對(duì)B4鋁漿制備的電池片進(jìn)行燒結(jié)，同時(shí)對(duì)溫度變化進(jìn)行監(jiān)控，燒結(jié)過(guò)程溫度變化曲線(xiàn)如圖4所示.根據(jù)溫度變化曲線(xiàn)可以獲得3種燒結(jié)工藝的峰值溫度分別為744.8、778.6和817.9℃.

不同峰值溫度下B4鋁漿填充率如圖5所示.

隨著燒結(jié)峰值溫度升高，填充率呈下降趨勢(shì).這是由于溫度越高，燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力越大，硅鋁間的擴(kuò)散程度更劇烈，增大了空洞的形成機(jī)率，同時(shí)也獲得了更厚的BSF層.

圖6為不同峰值溫度下PERC電池的EL圖.圖6（a）表面光潔，幾乎無(wú)黑點(diǎn)，表現(xiàn)為填充率高的特點(diǎn)；圖6（b）有少量黑點(diǎn)，整體填充性良好；圖6（c）在高溫?zé)Y(jié)下，電池片填充率﹤50%，EL圖中有大量黑點(diǎn)出現(xiàn)，表明背表面局域接觸區(qū)出現(xiàn)大量空洞.

表2是不同峰值溫度下PERC電池的電性能數(shù)據(jù).隨峰值溫度升高，開(kāi)路電壓（Voc）、短路電流（Isc）和串聯(lián)電阻（Rs）整體基本呈升高趨勢(shì)，但填充因子（FF）和轉(zhuǎn)化效率（Eff）均先增大后急劇減小，這是由燒結(jié)溫度過(guò)高、電池片填充率很低造成的.因此，在550~530~630~720~880℃~2800mm/min工藝下進(jìn)行燒結(jié)，可獲得良好的電性能.