PERC背面銀鋁共燒缺陷顯微分析及銀粉對(duì)燒結(jié)的影響探討

PERC背面銀鋁共燒缺陷顯微分析及銀粉對(duì)燒結(jié)的影響探討

2、寧夏稀有金屬特種材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏石嘴山市，753000摘要：使用SEM-EDS研究了PERC太陽(yáng)能電池背面銀鋁接觸部位出現(xiàn)的缺陷形態(tài)和元素分布，結(jié)果表明銀鋁交界位置出現(xiàn)的掉粉、鋁苞是銀粉的燒結(jié)收縮程度不一致造成的。通過(guò)對(duì)背面銀漿所用銀粉的制備方法分析發(fā)現(xiàn)，銀粉的形貌、結(jié)晶性、均勻性對(duì)銀粉燒結(jié)成膜的一致性影響較大。測(cè)試結(jié)果表明使用還原能力強(qiáng)的水合肼制備的銀粉形貌為類球形，粒度分布均勻，燒結(jié)活性高，成膜一致性好，電性能可以滿足使用要求。關(guān)鍵詞：PERC電池

背面銀鋁交界

缺陷

銀粉燒結(jié)活性

銀粉還原

MicronmophologyAnalysisofPERCcellRearSideAl/AgDefectAreaandInfluenceofSilverPowderonsinteringZHAOJi-li1,HAMin1,LIHong-jing1

WANGJun11）NingXiaChinaNon-ferousNewMaterialsCompany,ShiZuiShancity,753000)2）NingXiaStateKeyLaboratoryofRareMetalMaterial,ShiZuiShancity,753000)Abstract:

SEM&EDSisemployedtoanaylsisformationandmicronmophologyatdefectAg/AlcontactareaofPERCcell.ResultsindicatedefectssuchasdefluxionofAlpowderandAlbudcorrelateswithinconsistenceofsilverpowdersintering.Throughinvestigatingpreparationmethodofsilverpowderassaid,micronmophology,crystallinityandsizeuniformityaffectAgfilmconsistencebysintering.Testresultindicatesthatstrongreductantsuchashydrazineoftenyieldsphericlikepaticlewithuniformparticlesizedistribution,whichisconfirmedhasbettersinteringactivityandconsistentsilverthickfilm.

PERC太陽(yáng)能電池背面銀漿的評(píng)價(jià)指標(biāo)有銀鋁接觸電阻、純銀電阻、焊接拉力、老化焊接拉力、觀察銀鋁交界微觀形貌、灰度及電性能測(cè)試，這些指標(biāo)都能驗(yàn)證銀粉在PERC背面銀漿的應(yīng)用性能[[1]]。背面銀鋁接觸的研究目前僅限于對(duì)兩種漿料燒結(jié)過(guò)程中玻璃相[[2]]的匹配研究以及對(duì)部分燒結(jié)缺陷的研究，而沒(méi)有較詳細(xì)地研究銀鋁接觸燒結(jié)顯微分析并從背面銀漿中銀粉的角度闡述對(duì)缺陷產(chǎn)生的影響。因此本文試圖從銀粉選用的角度出發(fā)闡述銀粉對(duì)背面銀鋁交界缺陷以及電池片電性的影響。圖1為PERC背面銀鋁交界結(jié)構(gòu)示意圖，銀漿的作用是將多塊電池片通過(guò)串焊機(jī)焊接起來(lái)，由于銀比鋁容易焊接，且焊接處接頭的強(qiáng)度和耐焊性更好，因此銀漿起到了收集電流和串聯(lián)焊接點(diǎn)的作用。隨著PERC電池效率的優(yōu)化，對(duì)背面銀漿提出的要求為：⑴優(yōu)化背面銀漿與鋁漿的接觸電阻，⑵背面銀漿對(duì)鈍化層的腐蝕性要小，⑶背面銀漿要具有良好的耐焊性。⑷銀漿具有較好的細(xì)度，印刷性良好，燒成后方阻低。在印刷時(shí)先印刷背面銀漿，然后在背面銀漿上印刷鋁漿，經(jīng)過(guò)烘干后同正面銀漿一起共燒完成金屬化燒結(jié)。背面銀鋁接觸是影響串阻較大的因素，當(dāng)串阻增加會(huì)導(dǎo)致電池片開(kāi)路如果銀鋁接觸不良會(huì)導(dǎo)致外觀缺陷“鋁苞”和“鋁粉掉粉”，這一類銀鋁共燒形成的接觸不良會(huì)導(dǎo)致電池片電性能的下降[[3]][[4]]。圖1為PERC太陽(yáng)能電池背面銀鋁交界結(jié)構(gòu)，在制造過(guò)程中，先印刷銀漿，再印刷鋁漿，PERC背面銀漿一方面與氧化鋁鈍化層接觸，另外與鋁漿發(fā)生金屬化燒結(jié)。在電池片工藝設(shè)計(jì)上要求銀漿需要對(duì)硅片低腐蝕性，并與鋁漿共燒時(shí)外觀缺陷數(shù)量少，銀鋁接觸電阻低。目前PERC太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率為23~23.5%[[5]]。總體來(lái)說(shuō)背面銀鋁接觸是兩種不同粒徑、形貌的金屬粉末燒結(jié)與合金化過(guò)程，并且與鋁漿和銀漿中玻璃相的成份有關(guān)[[6]]。由于銀和鋁的導(dǎo)電性相近，銀鋁接觸電阻大主要考慮是共燒發(fā)生裂縫、搭接處掉粉等物理因素，由于鋁漿中鋁粉顆粒尺寸和形貌相對(duì)固定，這就要求銀漿中銀粉顆粒于鋁粉顆粒燒結(jié)匹配良好。

圖1、PERC太陽(yáng)能電池背面銀鋁交界結(jié)構(gòu)（1鋁漿，2銀鋁合金層，3銀漿，4銀硅合金層，5硅片）

背面銀漿中銀粉的含量為60~65%，銀漿的燒結(jié)性能與其導(dǎo)電功能相銀粉燒結(jié)性有關(guān)，具體來(lái)說(shuō)，銀粉的形貌、比表面、分散性、結(jié)晶性會(huì)影響其燒結(jié)成膜的特性，進(jìn)一步影響銀粉燒結(jié)收縮。目前對(duì)PERC背面銀鋁共燒的研究集中在玻璃粉影響方面，而對(duì)銀粉對(duì)燒結(jié)的影響沒(méi)有探討。本研究嘗試從銀粉的特性方面探索燒結(jié)的影響。其中選用了近似比表面的微晶銀粉、結(jié)晶狀類球形銀粉、球形銀粉和片狀銀粉混合。有研究認(rèn)為銀鋁界面（圖1中位置2）產(chǎn)生的裂縫是導(dǎo)致串阻增加的主要原因[[7]]。圖2a中鋁粉顆粒與銀粉顆粒燒結(jié)后中間產(chǎn)生明顯的10~20μm的間隙，這是由于銀粉發(fā)生過(guò)度的收縮，而收縮過(guò)大的原因在于銀粉顆粒生產(chǎn)調(diào)配過(guò)程中細(xì)粉顆粒比例較大，而細(xì)粉顆粒燒結(jié)活性大相應(yīng)收縮較大，導(dǎo)致銀鋁燒結(jié)匹配性差。而圖2b中銀鋁交界處沒(méi)有產(chǎn)生明顯的間隙，這表明其接觸匹配性較好。銀鋁交界處產(chǎn)生的間隙位置，通過(guò)元素點(diǎn)掃描分析發(fā)現(xiàn)其主要成分為硅和氮元素，表明銀鋁搭接較差，共燒后收縮直接暴露出氮化硅層。

圖2

銀鋁交界處形貌（a銀鋁搭接處掉粉，b正常銀鋁交界處）Si,wt%N,wt%O,wt%位置位置298.21.8-

圖3銀鋁交界“掉粉”缺陷位置的元素能譜

經(jīng)過(guò)顯微分析發(fā)現(xiàn)每一個(gè)凸起位置都伴隨一個(gè)“鋁苞”形成，“鋁苞”直徑為100μm左右,而且經(jīng)過(guò)對(duì)這個(gè)位置的元素分析表明其主要成份為氧化鋁?！颁X苞”的形成雖然不影響電池片的電性能，但是一般認(rèn)為這是一種外觀缺陷。由于鋁的熔點(diǎn)小于銀的熔點(diǎn)，因此在共燒過(guò)程中，當(dāng)銀粉燒結(jié)形成的多孔體使得熔融的鋁液燒滲進(jìn)入銀漿燒結(jié)層。在微觀圖像上能明顯觀察到鋁熔融后通過(guò)毛細(xì)燒滲進(jìn)入銀燒結(jié)層，這種現(xiàn)象雖然對(duì)電池片的電性能影響有限但是下游組件廠家認(rèn)為這是一種外觀缺陷。由于背面銀漿的燒結(jié)工藝要求對(duì)鈍化層的腐蝕低，并且同時(shí)保證與鋁漿的匹配性、焊接位置的抗老化性。因此背面銀漿要求選用的銀粉為高燒結(jié)活性的細(xì)粉。銀粉的還原工藝對(duì)銀粉的燒結(jié)特性影響較大。選擇合適的還原工藝可以制備得到不同結(jié)晶度的銀粉。再經(jīng)過(guò)整形調(diào)制可以得到滿足使用要求的銀粉。

圖4銀鋁交界出現(xiàn)的“鋁斑點(diǎn)”缺陷（200,500）Al,wt%Ag,wt%O,wt%C,wt%位置74527.520.43.1位置864.317.7110.7

圖5銀鋁交界出現(xiàn)的“鋁苞”缺陷位置元素能譜

目前大量的PERC背面銀漿專利中對(duì)銀粉的要求是通過(guò)調(diào)配將不同粒徑、形貌的銀粉組合在一起滿足銀鋁共燒，嘗試了將圖6中a~d四款銀粉調(diào)制成為背面銀漿與鋁漿共燒，分析銀粉形貌和粒徑對(duì)銀鋁共燒產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)銀粉球形度、單分散性、形貌、結(jié)晶度對(duì)燒結(jié)的影響較大，圖6a6b為結(jié)晶狀類球形性銀粉，使用弱還原劑“甲醛-氧化銀”制備得到，其微觀形貌為類球形或樹枝狀。6c、6d為類球形和類球形加片狀銀粉。在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)6a、6b調(diào)制成為背面銀漿燒結(jié)后主要問(wèn)題為光電轉(zhuǎn)化效率低、銀鋁交界處存在鋁苞。而6c為強(qiáng)還原劑水合肼還原銀氨溶液制備得到，6d為在6c基礎(chǔ)上通過(guò)短時(shí)間球磨得到，由于銀粉在機(jī)械球磨過(guò)程中發(fā)生形貌變化，銀粉結(jié)晶性變差，銀粉活性提高，更易于實(shí)現(xiàn)致密化燒結(jié)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中6c和6d更適宜調(diào)制PERC背面銀漿，其與鋁漿的共燒能滿足電性能的要求。

圖6

PERC背面銀漿銀粉顯微分析（a微晶銀粉，b結(jié)晶狀類球形銀粉，c單分散球形銀粉，d單分散球形銀粉摻片狀銀粉）結(jié)語(yǔ)1、分析了PERC背面銀漿與背面鋁漿共燒過(guò)程中交界處常見(jiàn)的異常情況以及微觀形貌和元素分析，表明燒結(jié)缺陷與銀粉的收縮有關(guān)；2、通過(guò)對(duì)不同還原劑制備的相同比表面、粒度分布的銀粉發(fā)現(xiàn)，雖然銀粉的物性指標(biāo)相似但是強(qiáng)還原劑制備得到的亞微米銀粉的球形度優(yōu)于甲醛還原得到的銀粉；強(qiáng)還原劑水合肼制備的銀粉在PERC背面銀漿中應(yīng)用性能優(yōu)于弱還原劑甲醛。參考文獻(xiàn)

[[1]]楊紅,茍鵬飛,朱健,吳紅兵,陳浩宇.PERC背面銀漿性能研究[J].東方汽輪機(jī),2019(01):69-72+78.DOI:10.13808/ki.issn1674-9987.2019.01.016.[[2]]吳新正,劉玉杰,潘熠霄,等.背面電極銀鋁交互層鋁粉脫落改進(jìn)研究[J].電工材料,2015(6):7-12.DOI:10.3969/j.issn.1671-8887.2015.06.002.

[[3]]KimMS,SuhYJ,JeongJ,etal.PreparationofFineSilverPowderfromSilverPhosphatebyDirectElectro-reduction[J].Hydrometallurgy,2009,98(1-2):45-51．[[4]]MachidaT,TonomuraY,MiyazawaA,eta1.ConductivePasteforSolarCellElectrode:US,US20090095344Al[P].2009.[[5]]張樹偉.光伏短期政策調(diào)整的