和傳統(tǒng)太陽電池一樣， 局域背接觸(passivatedemitter and rear contact， PERC)太陽電池背面也采用全面印刷鋁背場結(jié)構(gòu)， 但PERC 電池背面采用鈍化膜鈍化后再通過激光開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 電池的電性能主要與原材料的種類、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 太陽電池的核心材料， 鋁粉作為鋁漿的主要原材料之一， 其本身的性質(zhì)對PERC 電池有直接影響[9].
不少學(xué)者對鋁粉粒徑和燒結(jié)工藝對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， 轉(zhuǎn)化效率較高。 張海珠等[11]討論了鋁粉粒徑分布對單晶硅太陽能電池的影響， 當(dāng)粗粉含量為71%時， 電池片接觸電阻較小， 表面性能良好。 Dressler等[12]探討了燒結(jié)時間對空洞形成的影響， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 在峰值燒結(jié)溫度不變的情況下， 延長升溫時間會使空洞明顯減少， 而僅延長降溫時間， 空洞數(shù)量無明顯變化。 Chen 等[13]通過協(xié)調(diào)局域接觸點尺寸、局域接觸點間隔和燒結(jié)工藝， 實現(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)。 然而對于鋁粉物性和燒結(jié)工藝對填充率、鋁背場(back surface field，BSF)厚度和電性能之間的關(guān)系尚缺少相關(guān)研究。 鑒于此， 本文主要研究鋁粉氧含量和粒徑對鋁漿活性的影響， 探究不同燒結(jié)工藝下PERC 鋁漿對電池片填充率、BSF 厚度和電性能的影響。
1 實驗部分
1.1 實驗設(shè)備及原料
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 氧氮氫分析儀，德國ELTRA 公司;SDT Q600 型同步熱分析儀， 美國TA 公司;MV2100 金相顯微鏡， 無錫禮之鑫機械科技有限公司;PEL-01 型光致電致發(fā)光一體機， 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， 10 μm. 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載體。
2)將鋁粉、玻璃粉和有機載體按比例混合， 先用離心機分散， 再用三輥研磨機分散研磨均勻， 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 款鋁漿樣品對應(yīng)編號分別為A1、A2、A3;用氧含量在0.50%~0.60%范圍內(nèi)， D50分別為1.5，4.5， 10 μm 鋁粉制備的4 款鋁漿樣品編號為B1、B2、B3、B4， 鋁粉配比情況見表1.
1.3 電池片的制備
用印刷機分別將A1、A2、A3、B1、B2、B3、B4 鋁漿印刷在尺寸為156 mm × 156 mm 的單晶鈍化片上， 在烘箱中以200 ℃干燥3 min， 通過紅外快燒網(wǎng)帶爐燒結(jié)， 共制備7 個電池片樣品。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個電池片樣品。
1.4 檢測部分
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]， 測試結(jié)果均為平均值;用光致電致發(fā)光一體機表征空洞和電池片缺陷情況; 通過掃描電子顯微鏡表征BSF 形貌和厚度， 厚度測試結(jié)果為平均值; 利用穩(wěn)態(tài)式太陽模擬器測試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， 若擴(kuò)散到鋁層中的硅無法及時擴(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]. 空洞的產(chǎn)生和鋁粉特性及燒結(jié)工藝等因素密切相關(guān)。
對PERC 電池背場進(jìn)行切割， 通過SEM 觀察發(fā)現(xiàn)， 背場局域開槽截面存在填充飽滿和空洞兩種情況， 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PERC 電池的電性能均有影響。
