和傳統(tǒng)太陽電池相同，局域背接觸（passivatedemitterandrearcontact，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電池的電性能重要與原材料的種類、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，鋁粉作為鋁漿的重要原材料之一，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).然而關(guān)于鋁粉物性和燒結(jié)工藝對填充率、鋁背場（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

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氧氮氫分析儀，德國ELTRA公司；SDTQ600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1.5，4.5，10μm.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1.5，4.5，10μm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156mm×156mm的單晶鈍化片上，在烘箱中以200℃干燥3min，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，若擴散到鋁層中的硅無法及時擴散回局域接觸處，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.

2.1鋁粉物性對PERC電池性能的影響

圖2為鋁漿樣品的DSC圖，曲線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始反應(yīng)，則說明鋁粉的活性較高.對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.這是因為鋁粉氧含量的新增，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，硅鋁間的相互擴散用途更強，因此容易形成較厚的BSF層，但同時也會造成局域開槽線處的鋁漿流失，由于沒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B1、B2、B3、B4鋁漿進(jìn)行燒結(jié)，測試BSF厚度和填充率，測試結(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，暴露在表面的相對不穩(wěn)定原子多，在升溫階段易熔融，鋁原子向硅基底擴散較容易發(fā)生，與此同時，硅也更傾向于向鋁層中擴散；在冷卻階段，鋁層中的硅不能及時擴散回局域接觸區(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，硅鋁間的相互擴散程度會降低，增大了硅及時擴散回局域接觸區(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，也說明了粒徑小的鋁粉在高溫?zé)Y(jié)時由于活性高，向硅基底的擴散速率快.

根據(jù)上述實驗結(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；相對而言，B2各方面性能均一般；而對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PERC電池性能的影響

在對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B4鋁漿制備的電池片進(jìn)行燒結(jié)，同時對溫度變化進(jìn)行監(jiān)控，燒結(jié)過程溫度變化曲線如圖4所示.根據(jù)溫度變化曲線可以獲得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.這是由于溫度越高，燒結(jié)驅(qū)動力越大，硅鋁間的擴散程度更劇烈，增大了空洞的形成機率，同時也獲得了更厚的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，幾乎無黑點，表現(xiàn)為填充率高的特點；圖6（b）有少量黑點，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，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.