晶体硅太阳能电池正面金属化无铅银电极研究

摘要

光伏太阳能发电技术已得到了广泛应用，晶体硅太阳能电池占太阳能电池90％以上的份额，晶体硅太阳能电池的金属化是保证电池性能的关键所在。目前所用的正银浆料基本为含铅浆料，其性能优异，但是其中的重金属铅，对环境有较大危害，开发出环境友好型的无铅浆料具有重要的实际意义。
　　论文分析了晶体硅太阳能电池的金属化原理，探讨了Ag-Si接触模型和电流传导模型。通过玻璃料的设计、正银浆料的制备以及电池的性能分析测试，研究了无铅正银浆料对电池性能的影响。
　　论文研究了V-Bi、Ge-Bi、Te-Bi系玻璃的热特性和电池性能，V-Bi玻璃的玻璃化转变温度（Tg）较低，低于300℃；Ge-Bi玻璃的Tg偏高，高于420℃；Te-Bi玻璃的Tg在390℃左右，其热特性适合电池的烧结工艺，制作出的电池转换效率较高。
　　论文设计出5因素，4水平的正交实验（L16(45)），确定了Te-Bi玻璃的基本配方和组成，当TeO2含量45wt.%、Bi2O3含量36wt.%、碱金属氧化物L2O含量2wt.%、中间体氧化物MO含量12wt.%时，玻璃的性能较好，制作的多晶硅太阳能电池的效率达到16.87%，相同工艺制作的铅玻璃样品(G0)的电池效率为17.07%，说明该电池性能基本接近铅玻璃的水平。该玻璃的Tg为379.07℃，对应的正银浆料在612.8℃出现吸热反应并有较大失重(–0.16%)，有利于减反射膜的腐蚀和银微晶的形成。并且该玻璃正银电极的银微晶数量较多，尺寸小于0.3μm，分布较均匀，有利于Ag-Si导电通道的形成，降低电池的串联电阻，提高转换效率。
　　通过对Te-Bi玻璃进行过渡元素、稀土元素氧化物和氟化物等掺杂，当玻璃配方：43.6wt.%TeO2-34.8wt.%Bi2O3-17.7.wt%RO-2wt.%L2O-1.9wt.%HfO2-2wt.%LiF时，样品有较优异的性能，相比于未掺杂改性的电池效率提高了0.14%。说明通过对Te-Bi玻璃进行适当的过渡、稀土元素氧化物或氟化物的掺杂可以提高性能。
　　论文采用扫描电镜（SEM）、综合差热分析（TGA-DSC）和XRD分析等现代分析技术，全方位分析了玻璃料、正银浆料的热特性以及正银电极的微观结构。通过TGA-DSC分析确定了正银浆料在烧结过程中与硅发射结之间的物理化学反应，发现玻璃料的热特性对正银浆料的性能影响很大。Te-Bi系玻璃的Tg在390℃左右，是比较能匹配电池的烧结工艺的。通过SEM电镜分析了电极Ag-Si界面的微观结构，Te-Bi玻璃烧结时在Ag-Si界面处形成了密集而均匀细小的银微晶，电极容易形成欧姆接触。
　　论文研究了正银浆料的烧结特性，含铅浆料可在较宽的温度窗口（≥40℃）得到很好的烧结，Te-Bi玻璃烧结温区相对较窄（≤30℃）。Te-Bi正银玻璃在多晶片上的性能要比在单晶硅片上的性能好，Te-Bi正银玻璃对电池片的适应性有待改善。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 晶体硅太阳能电池原理及金属化技术

1.3 晶体硅太阳能电池用正面银电极国内外研究现状

1.4 研究内容、目的及意义

2 晶体硅太阳能电池正面金属化原理及正银浆料设计

2.1 金属-半导体接触原理

2.2 银电极与硅发射结接触模型

2.3 电流传导摸型

2.4 正银浆料设计

3 V、Ge、Te三种无铅玻璃对正银电极性能的影响

3.1 V-Bi、Ge-Bi、Te-Bi玻璃正银电极研究

3.2 V-Bi、Ge-Bi、Te-Bi玻璃的热特性分析

3.3 V、Ge、Te三种无铅玻璃的结晶特性

3.4 V-Bi、Ge-Bi、Te-Bi玻璃对电池性能及电极微观结构的影响

3.5 本章小结

4 Te-Bi玻璃正银电极性能

4.1 Te-Bi玻璃正交实验

4.2 Te-Bi玻璃XRD分析

4.3 Te-Bi玻璃及其正银浆料热特性分析

4.4 Te-Bi玻璃组分对正银电极性能的影响

4.5 Te-Bi玻璃正银电极微观结构分析

4.6 本章小结

5 Te-Bi玻璃正银电极改性研究

5.1 稀土、过渡元素氧化物掺杂实验

5.2 稀土、过渡元素氧化物掺杂Te-Bi玻璃的热特性及XRD分析

5.3 稀土、过渡元素氧化物掺杂对电极性能的影响

5.4 氟化物掺杂对电极性能的影响

5.5 本章小结

6 烧结工艺及硅片对正银电极性能的影响

6.1 正银烧结工艺

6.2 烧结工艺对电池电性能的影响

6.3 Te-Bi正银玻璃在单晶与多晶硅片上的性能

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 课题展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录