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晶体硅太阳能电池背面电极用银浆的制备与性能研究

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摘要

1 文献综述

1.1 引言

1.2 太阳能电池

1.2.1 太阳能电池的发展简史

1.2.2 晶体硅太阳能电池

1.3 晶体硅太阳能电池背面电极用银浆

1.3.1 电子浆料的发展

1.3.2 晶体硅太阳能电池背面电极用银浆

1.4 晶体硅太阳能电池背面电极用银浆的组成

1.4.1 银粉及其对背面银浆性能的影响

1.4.2 玻璃粉及其对背面银浆性能的影响

1.4.3 有机载体及其对背面银浆性能的影响

1.5 本课题的研究意义和目的

1.6 本课题的研究内容和预期目标

1.6.1 研究内容

1.6.2 预期目标

2 实验部分

2.1 实验试剂及仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 实验过程及方法

2.2.1 银粉的制备

2.2.2 玻璃粉的制备

2.2.3 有机载体的制备

2.2.4 背面银浆的制备

2.2.5 背面银浆的印刷与烧结

2.3 性能检测

2.3.1 表面形貌的观察

2.3.2 银粉的振实密度测试

2.3.3 浆料的细度测试

2.3.4 浆料的粘度测试

2.3.5 电极的表面方阻测试

2.3.6 烧结膜的附着力测试

2.3.7 电池片的光电性能测试

3 晶体硅太阳能电池背面电极用银浆的制备研究

3.1 银粉的制备研究

3.1.1 银粉的制备

3.1.2 银粉形貌对背极银浆烧结膜形貌的影响

3.1.3 银粉分散性对背极银浆烧结膜形貌的影响

3.1.4 银粉振实密度对背极银浆烧结膜形貌的影响

3.2 有机载体的制备研究

3.2.1 有机载体的制备

3.2.2 有机载体对背极银浆烧结膜形貌的影响

3.3 烧结工艺的研究

3.3.1 烧结峰值温度对烧结膜形貌的影响

3.4 本章小结

4 晶体硅太阳能电池背面电极用银浆的性能研究

4.1 表面方阻的测试研究

4.1.1 表面方阻的测试

4.1.2 银粉的影响

4.1.3 有机载体的影响

4.1.4 烧结工艺的影响

4.2 附着力的测试研究

4.2.1 附着力的测试

4.2.2 银粉的影响

4.2.3 有机羧酸含量的影响

4.2.4 烧结工艺的影响

4.3 光电转换效率的测试研究

4.3.1 光电转换效率的测试

4.3.2 银粉的影响

4.3.3 有机羧酸含量的影响

4.3.4 烧结工艺的影响

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢

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摘要

太阳能作为无污染、可再生能源,具有广阔的应用前景和发展空间。对于晶体硅太阳能电池的研究已成了科学界和工程界的热点。就目前研究和发展情况来看,针对晶体硅太阳能电池正极的研究越来越深入具体,而在背电极方面的研究几乎还处于空白阶段。因此,能研制出性能优异的背面银浆,实现太阳能电池生产技术的国产化,打破国外垄断的被动局面,对我国科技与经济的发展来说意义深远。本文对多晶体硅太阳能电池背面银浆的制备与性能进行了研究,采用化学还原法制备了球形银粉,采用机械球磨法制备了片状银粉,改变有机羧酸含量配制了不同的有机载体,主要讨论了银粉、有机载体以及电池烧结峰值温度对背银浆料烧结成膜效果和电池片性能的影响。研究结果具体如下:
  1、采用不同形貌银粉制备的背银浆料烧结膜和电池片性能有所不同,片形银粉制备的背面银浆效果最好,电极烧结膜均匀致密,导电性好,电池片的平均光电转换效率也最高,为17.430%;球形银粉制备背银浆料的各方面性能仅次于片形银粉,电池片的平均光电转换效率为17.315%;树枝状银粉制备的背面银浆效果最差,烧结膜孔洞大而多,无法形成良好的导电通道,表面方阻很大,附着力也很差,制得的多晶硅太阳能电池片的平均光电转换效率最低,为15.733%。
  2、采用三种不同分散性的片形银粉制备背面银浆和多晶硅太阳能电池片,结果表明,分散性差的银粉制备的背银烧结膜表面稀疏不致密,附着力不大,为3.37N,导电性一般,所得电池片的光电性能也较差,光电转换效率仅为16.389%;分散性较好的银粉制备的背电极烧结膜形貌有所改善,表面较平整致密,导电性变优,表面方阻为0.96mΩ/□,电池的平均光电转换效率提高,为17.042%;而分散性很好的银粉制得的背电极烧结膜形貌则很理想,各方面性能都最好,得到的电池片的平均光电转换效率也最大,为17.437%。
  3、对比五种不同振实密度的片形银粉制备的背电极厚膜和电池片性能可知,振实密度最低(1.5g/cm3)的银粉所制的背电极烧结膜质量最差,电极膜附着力为2.46N,表面方阻值为2.86mΩ/,电池的平均光电转换效率较低,仅16.792%;振实密度增加,烧结膜形貌质量提高,孔洞率降低,附着力提高,银膜导电率有所下降,导电性能变好,电池光电转换效率上升;当振实密度为3.5g/cm3时,附着力最大,为4.28N,电池的平均光电转换效率最高,达到17.414%。
  4、探讨了有机载体中有机羧酸的加入量对背银浆料烧结特性与电池片性能的影响,当不加有机羧酸时,背电极烧结膜质量较差,孔洞较多且大,附着力也一般,为3.53N,所得电池片的平均光电转换效率也较低,为17.120%;随着有机羧酸的加入,对背银电极的烧结形貌带来了一定的改善,孔洞率降低,表面方阻降低,附着力提高,光电转换效率增大,当有机羧酸含量(w)为1.22%时,平均光电转换效率最大,为17.336%,当有机羧酸含量继续增加后,烧结膜质量又开始下降,附着力降低,表面方阻增大,光电转换效率降低。
  5、选用不同烧结峰值温度得到了不同的背电极烧结膜,当烧结峰值温度为730℃时,银浆烧结不完全,烧结膜疏松不致密,有很大的孔洞,附着力也很小,仅为1.76N,电极表面方阻4.37 mΩ/,电池片的平均光电转换效率也较低,仅16.067%;随着烧结峰值温度的升高,银浆逐渐烧结完全,烧结膜质量提升,当温度在790℃时,得到的电池片性能最好,平均光电转换效率也最高,为17.336%;温度继续升高后,由于过烧,电极致密度变差,烧结膜的质量下降,当烧结温度为820℃时,得到的电池片的平均光电转换效率为17.258%。

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