介紹了不同硅基太陽電池技術優勢及其所用正面導電銀漿的作用及組成，對比了國內外各正銀漿料供應商針對不同電池技術所研發的正面銀漿，分析了各種正銀漿料產品的不同與現狀，總結并展望了未來高效電池技術及正銀漿料發展的方向，為未來光伏技術的發展及正銀漿料國產化提供了一定的思路

01不同硅基太陽電池技術

晶體硅太陽電池主要由經過不同工藝處理的硅基片、正面電極、鋁背場及背面電極等組成。圖1～圖5 分別為不同技術的太陽電池結構示意圖。

圖1 為常規太陽電池結構示意圖，常規太陽電池的制備工藝簡單、成本較低，但和其他硅基太陽電池技術相比，其轉換效率較低。

PERC 太陽電池，即鈍化發射極及背面太陽電池，結構如圖2 所示。PERC 太陽電池與常規

太陽電池的主要區別在于[5]：1)PERC 太陽電池在背表面有鈍化介質層( 多為Al2O3) 和保護層( 多為SiNx);2) 常規太陽電池鋁背場與硅片完全接觸，而PERC 太陽電池鋁背場是通過激光開窗的空洞區域與硅片進行局部接觸。

圖3 為n 型晶體硅太陽電池結構示意圖。n型晶體硅太陽電池較p 型晶體硅太陽電池具有少子壽命高、光致衰減小等優點，有更大的效率提升空間。同時，n 型晶體硅太陽電池還具有弱光響應好、溫度系數低等優點。

IBC 太陽電池，即叉指背電極太陽電池，結構如圖4 所示[6]。其優勢主要體現在[7]：1) 轉換效率高，正面無柵線使入射光子數量最大化;2)表面輕摻雜，增強了短波光譜響應;3) 基區和發射區的電極均制作在背面，可實現電池正、負極焊線的共面拼裝，簡化了光伏組件制作工藝流程，易實現自動化，提高生產效率。

圖5 為HIT 太陽電池( 異質結太陽電池)結構示意圖[8-9]。HIT 太陽電池以高質量超薄本征非晶硅層對晶體硅基底材料的兩面進行鈍化，降低表面復合損耗，提高了器件對光生載流子的收集能力，從而形成高效的新型晶體硅太陽電池。其主要優勢有[10-11]：1) 采用低溫技術，整個燒結工藝可在200 ℃左右完成，減少能耗，降低成本;2) 光電轉換效率高;3) 穩定性好，沒有形成B-O復合體而導致的光衰效應。

02硅基太陽電池用正銀漿料

2.1

正銀漿料在太陽電池中的作用

正銀漿料是通過絲網印刷將銀漿印刷在晶體硅片上，然后經過烘干和燒結工藝在硅片表面形成電極或電路。在光照條件下，硅片中的p-n 結產生的光生電子會朝著電池正面電極運動，空穴朝著背電極運動。如果電子運動到正面電極之前未被缺陷或雜質復合就會被電極收集，進而形成電流流至外電路。因此，這對漿料的要求較高，如形成良好的歐姆接觸、低的接觸電阻、良好的印刷性、良好的附著力等。漿料的質量和性能對晶體硅太陽電池的效率有重要影響，近年來晶體硅太陽電池轉換效率的提高大部分要歸功于漿料的改善，尤其是正銀漿料。不過由于不同種類太陽電池的結構和制備工藝有差別，對正銀漿料的性能要求也有所差異，主要包括高溫型和低溫型，分別應用于晶體硅太陽電池和HIT 太陽電池。

2.2

正銀漿料的分類與組成

高溫燒結型正銀漿料一般由銀粉、玻璃粉和有機載體等組成。由于銀具有良好的導電性，且相對于其他貴金屬而言價格便宜，因此在導電漿料中具有導電功能，銀粉一般占漿料總量的80%～90%[4]。文獻[12-15] 的研究結果表明，銀粉粒徑分布、微觀形貌、含量等對太陽電池的轉換效率有重要影響。目前銀漿中廣泛使用的是微米、亞微米級超細球形銀粉，能與硅基片形成良好的歐姆接觸，接觸電阻較低，導電性良好。玻璃粉作為無機粘結劑，決定著導電漿料對太陽電池減反射膜的腐蝕穿透力和銀膜電極與硅基體的結合力;以及溶解Ag，并輸送到Ag/Si界面，保證Ag 與Si 形成良好的歐姆接觸。玻璃粉一般占漿料總量的2%～10%[4]。文獻[16-18]的研究發現，具有適當融化溫度和潤濕能力的玻璃粉，有助于降低銀電極體電阻和接觸電阻，增加焊接拉力，是獲得最佳電池性能的關鍵因素之一。有機載體主要由有機溶劑、樹脂、添加劑等組成，其作用是分散和潤濕漿料中的銀粉及玻璃粉，控制漿料的流變性能，使漿料具有良好的印刷性能，最后在燒結的過程中揮發出去，一般占漿料總量的5%～15%[19]。通過調節有機載體的組成和含量可以改變漿料的粘度、揮發性、觸變性等性能，使漿料在印刷時具有較高的流動性，增大柵線高寬比，提高電池的轉換效率。正銀漿料這些組成成分的性能和比例會直接影響太陽電池的轉換效率。

2.2.2

低溫固化型正銀漿料

HIT 太陽電池的正面電極通常在200 ℃左右進行燒結，因此，必須使用低溫型電極漿料。低溫銀漿成分主要由銀粉、樹脂、溶劑及添加劑組成[8-9]。其中，銀粉為導電相，樹脂是粘結相，溶劑用來溶解樹脂、控制漿料的揮發性等，添加劑則是用來改變漿料的各種性能，使其適用于HIT 太陽電池電極的印刷和固化工藝。

低溫固化型正銀漿料中，一種為熱塑性漿料，采用熱塑性樹脂，其溶劑含量較多，固化工藝窗口較窄[10];另一種采用熱固性樹脂，稱為熱固性漿料，加熱時，熱固性聚合物在相鄰的聚合鏈間形成化學鍵，導致形成三維網絡結構，比熱塑性漿料形成的二維結構要剛硬[11]。

03適用于不同太陽電池技術的正銀漿料

導電銀漿的品質對太陽電池的電性能起著決定性作用，優質的導電銀漿是制造高效太陽電池的關鍵。雖然目前國內企業生產的漿料市場占有率較低，但在國內漿料生產商的努力下，國產漿料與進口漿料的性能差距已經較小，主要是穩定性與品牌知名度還亟需提高。表1～表5 列舉了國內外漿料商為不同結構太陽電池設計的最新正銀漿料的性能參數[20]。

由于常規太陽電池技術的發展較為成熟，其使用的正銀漿料研發較早、技術更新較快、國產產品型號較多，部分國產漿料在性能上可與進口漿料相媲美。目前，國內只有少部分企業采用無鉛玻璃粉。PERC 太陽電池結構和常規太陽電池相比，主要區別在于背表面沉積鈍化層和激光開窗結構，就正面結構而言區別較小，PERC 太陽電池的燒結溫度相對較低些，因此，有些常規太陽電池正面銀漿可以兼容PERC 太陽電池。n 型晶體硅太陽電池，如IBC 太陽電池，由于其特殊的結構和制備工藝，其導電銀漿中導電相為Ag-Al 合金，可以在p+ 發射極硅表面獲得低接觸電阻。對于HIT 太陽電池而言，高溫會對電極下面摻雜的非晶硅薄膜產生損傷[21]，因此必須采用低溫漿料。低溫漿料中不含玻璃粉，固化溫度在200 ℃以下，無銀粉燒結過程，銀粉之間、銀與硅之間通過有機樹脂相進行粘結。

04總結與展望

目前，為了使光伏發電具有競爭力，提高太陽電池的光電轉換效率且降低其生產成本是產業發展的核心目標。未來的硅基高效技術主要是基于n 型和PERC 技術來制備方阻高、少子壽命高、光致衰減小、弱光響應好的硅基片。其中，PERC 太陽電池在生產上相對容易實施，只需在常規太陽電池的制備工藝中增加2 個工序：沉積背面鈍化疊層和背面鈍化層激光開窗。對銀漿而言，電阻小、高寬比大、降低銀含量、玻璃粉無鉛化是未來的發展目標。綜上所述，為了提高太陽電池的轉換效率，降低度電成本，越來越多的電池技術涌現，導電銀漿越來越專業化。因此，未來硅基太陽電池技術和銀漿的發展主要趨勢為：

1) 采用基于n 型晶體硅和PERC 高效技術優化太陽電池結構，并針對不同太陽電池結構設計所需要的新型導電漿料;

2) 導電銀漿用銀粉粒徑超細化，多種粒徑的銀粉混合使用;

3) 玻璃粉無鉛化，有利于環境保護;

4) 為了降低成本，在保證柵線印刷高精度的同時降低漿料中銀的含量。

浙江亞通焊材有限公司 浙江省釬焊材料與技術重點實驗室

■ 馬君杰* 馮斌 鐘海鋒

來源《太陽能》雜志社2018 年第4 期( 總第288 期)

化石燃料能源的使用促進了人類社會的進步，但是化石燃料的過度消耗也引起了全球氣候變暖和生態環境的惡化，給人類的生存帶來了巨大的威脅。改變能源消費結構，大力發展可再生能源，已成為世界各國的共識。在眾多的可再生能源中，太陽能因其具有取之不盡、用之不竭、清潔安全無污染、應用地域廣闊等特點，因此特別受到人們的重視。太陽能的利用主要包括光熱轉換和光電轉換。光熱轉換是指將太陽散發的能量聚集起來，轉換成熱能，如太陽能熱水器等，也包括將太陽能轉換成熱能，再利用熱能發電的光熱發電。光電轉換是指利用半導體的光生伏特效應，通過太陽電池器件將太陽光轉換成電能，即光伏發電，如太陽能光伏電站和發電系統。

世界太陽能光伏發電科技和應用發展迅猛，到2012年年底全世界光伏累計裝機容量已突破100GWp的里程碑節點，預計光伏發電將在2030年占到世界能源供給的10%，對世界的能源供給和能源結構調整做出實質性的貢獻。中國光伏迅猛發展，2014年新增光伏裝機容量10.6GWp，單年新增裝機容量全球第一；到2015年底，中國累計光伏裝機容量43GWp，成為全球光伏應用第一大國。光伏發電需要通過太陽電池組件實現能量轉換，目前仍以第一代的晶體硅太陽電池組件為主，其市場份額超過80%，未來10～20年內仍將是市場主流，因此提高晶體硅太陽電池的轉換效率對于確保其優勢地位特別重要。

隨著技術的進步，晶體硅太陽電池的轉換效率逐年提高。在當前光伏工業界，單晶硅太陽電池的轉換效率已達到20%以上，多晶硅太陽電池的轉換效率已達18%以上。然而大規模生產的、轉換效率達22%以上的硅基太陽電池有美國SunPower公司的背接觸太陽電池和日本松下公司的帶本征薄層的非晶硅/晶體硅異質結太陽電池。其中，非晶硅/晶體硅異質結太陽電池是以晶體硅為襯底，在其上沉積非晶硅薄膜形成p-n 異質結，其電池結構和工藝與常規晶體硅太陽電池有很大的區別，但是非晶硅/晶體硅異質結太陽電池結合了晶體硅電池和硅基薄膜電池的優點，具有制造流程短、工藝溫度低、適合使用薄型硅片、轉換效率高和發電量多等特點。

在當今眾多的高效晶體硅太陽電池方案中，非晶硅/晶體硅異質結太陽電池無疑是關注度很高的一種。在非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的研發和生產領域，日本松下公司可謂一枝獨秀，2013年其報道的最高電池效率達24.7%，電池面積～100cm?2;，達到商用規格大小。隨著松下公司關于帶本征薄層的非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的主體專利在2010年到期，國內外諸多研究機構和企業都加大了對非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的研發與投入。2014年，松下公司報道了效率達25.6%的背接觸異質結太陽電池，打破了保持了20多年的經過太陽電池世界紀錄。2016年，日本KANEKO公司報道了效率達26.33%的背接觸異質結太陽電池，進一步提高了晶硅太陽電池的效率。中國的異質結太陽電池技術近年也獲得較大進展，2016年有近十家企業宣布進軍高效異質結電池的產業化生產，相信在不久的將來中國必將成為高效異質結太陽電池的技術和生產強國。

除了關注太陽電池轉換效率的提高，其低成本制造更顯重要，這是關系到太陽能光伏發電能否與其他能源技術相競爭的關鍵問題。我國為實現高效率、低成本的硅基異質結太陽電池，在“十二五”期間啟動了兩個“MW級薄膜硅/晶體硅異質結太陽電池產業化關鍵技術”863計劃課題，力圖能夠深入理解薄膜硅/晶體硅異質結太陽電池高效機理，開發出高性能薄膜硅/晶體硅異質結太陽電池成套制備技術，實現薄膜硅/晶體硅異質結太陽電池中試，建成MW 級產能的中試示范線，使我國具有高效薄膜硅/晶體硅異質結太陽電池產業化的能力。

本書作者有幸參加上述863計劃課題之一，在非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的理論研究和實際研發方面做了大量的工作，總結課題研究成果，得以形成本書。我們旨在深入論述非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的結構特征、制造工藝與技術、涉及的基本物理問題和相關模擬研究的情況，同時還涉及其他新型無機物硅基異質結太陽電池的研究進展。本書是國內第一部全面介紹硅基異質結太陽電池研究和技術進展的學術專著，在編著本書時作者希望盡可能反映當前硅基異質結太陽電池的科研和生產最先進水平和技術，同時力求寫成一本既具有基礎理論闡述，又具有實際指導意義和實用價值的參考用書。

全書共7章，從內容上可以分為三個層面：①高效晶體硅太陽電池、異質結基本知識和相關表征測試技術的介紹(第1、2、3章)；②非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的制造工藝與技術、涉及的物理問題和模擬研究(第4、5、6章)；③新型無機物硅基異質結太陽電池的介紹(第7章)。其中，第1章為緒論，全面介紹了當今高效晶體硅太陽電池技術，并引出非晶硅/晶體硅異質結太陽電池，闡述了硅基異質結太陽電池的歷史、結構與特點、效率進展情況等，通過本章的介紹，讀者能基本了解當今晶體硅電池的前沿技術和硅基異質結太陽電池的進展。第2章概括了半導體異質結的基本知識，為讀者能夠理解非晶硅/晶體硅異質結太陽電池作必要的鋪墊。第3章介紹了與異質結太陽電池相關的表征與測試。第4章則按照非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的制作工序，逐一敘述每一步工藝過程中的科學與技術問題，并簡單介紹了異質結太陽電池組件的應用。第5章論述了非晶硅/晶體硅異質結太陽電池中涉及的物理問題，力圖從理論上描述異質結太陽電池。第6章對硅基異質結太陽電池的計算機模擬研究進行介紹。第7 章介紹新型無機物硅基異質結太陽電池的研究狀況。

本書的出版得到了國家科學技術學術著作出版基金的資助，特別感謝我國半導體物理和半導體器件物理專家、中國科學院上海技術物理研究所沈學礎院士欣然為本書作序。作者同時感謝國家863 計劃項目組(2011AA050502)成員的幫助和鼓勵；感謝項目承擔單位協鑫集成科技股份有限公司的大力支持；感謝上海交通大學太陽能研究所曾洋、華夏、鐘思華等博士生幫助收集資料，并在本書成稿后仔細閱讀和校核。

雖然作者在寫作過程中精益求精，力求介紹全面、表述清晰、敘述流暢，但是限于作者學識和水平，加之時間倉促、收集的資料有限，因此本書錯誤和遺漏在所難免，懇請讀者和同行批評指正。

該書（《硅基異質結太陽電池物理與器件》）重點講述的非晶硅/晶體硅異質結太陽電池是將半導體能帶工程應用于硅基材料和結構實現高效電池的典型成功范例。該書具有科學的深度又兼顧實際研發應用，同時指明了該種電池可能的完善途徑和技術問題。

——沈學礎

2014年4月

本文由劉四旦摘編自沈文忠、李正平編著《硅基異質結太陽電池物理與器件》（北京: 科學出版社, 2014.8）一書“前言”，作者補充更新了數據。

硅基異質結太陽電池物理與器件

一本全面反映硅基異質結太陽電池研究和技術進展的著作，全書首先簡要介紹了半導體異質結基本知識和異質結太陽電池的表征與測試手段，然后系統闡述了非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的制造工藝與技術、涉及的基本物理問題和模擬研究情況，最后綜述了新型無機物硅基異質結太陽電池的研究進展。

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