和傳統太陽(yáng)電池一樣， 局域背接觸(passivatedemitter and rear contact， PERC)太陽(yáng)電池背面也采用全面印刷鋁背場(chǎng)結構， 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構， 其鈍化膜可以降低接觸電阻， 提高轉化效率[1-3]. 大量研究表明， PERC 電池的電性能主要與原材料的種類(lèi)、原材料的制備工藝、導電漿料配方及電池片的制備工藝等因素有關(guān)[4-8]. 而背面用導電鋁漿是PERC 太陽(yáng)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鋁漿性能的影響， 發(fā)現當粗細鋁粉分布適當時(shí)， 轉化效率較高。 張海珠等[11]討論了鋁粉粒徑分布對單晶硅太陽(yáng)能電池的影響， 當粗粉含量為71%時(shí)， 電池片接觸電阻較小， 表面性能良好。 Dressler等[12]探討了燒結時(shí)間對空洞形成的影響， 結果發(fā)現， 在峰值燒結溫度不變的情況下， 延長(cháng)升溫時(shí)間會(huì )使空洞明顯減少， 而僅延長(cháng)降溫時(shí)間， 空洞數量無(wú)明顯變化。 Chen 等[13]通過(guò)協(xié)調局域接觸點(diǎn)尺寸、局域接觸點(diǎn)間隔和燒結工藝， 實(shí)現了100%填充率。
由上述研究結果可知， PERC 電池的性能和鋁粉及燒結工藝等因素息息相關(guān)。 然而對于鋁粉物性和燒結工藝對填充率、鋁背場(chǎng)(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(shí)驗部分
1.1 實(shí)驗設備及原料
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(wú)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， 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 款鋁漿樣品對應編號分別為A1、A2、A3;用氧含量在0.50%~0.60%范圍內， 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(jiàn)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(guò)紅外快燒網(wǎng)帶爐燒結， 共制備7 個(gè)電池片樣品。在其他條件均一致的條件下， 僅調整網(wǎng)帶爐的后兩區溫度， 即分別在690~850， 720~880， 750~910 ℃下燒結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(guò)掃描電子顯微鏡表征BSF 形貌和厚度， 厚度測試結果為平均值; 利用穩態(tài)式太陽(yáng)模擬器測試PERC 電池片的電性能。
2 結果與討論
根據柯肯達爾效應， 高溫燒結過(guò)程中， 硅基底中的硅向鋁層擴散的速度比鋁層中的鋁向硅基底擴散的速度快， 在溫度降到共晶溫度時(shí)， 若擴散到鋁層中的硅無(wú)法及時(shí)擴散回局域接觸處， 則易導致空洞的形成， 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工藝等因素密切相關(guān)。
對PERC 電池背場(chǎng)進(jìn)行切割， 通過(guò)SEM 觀(guān)察發(fā)現， 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PERC 電池的電性能均有影響。
