双层印刷太阳能电池的研究文献

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1、研究文献硅基光伏单元用印刷细栅线和光诱导镀层制作的电极的电性能摘要介绍了与光诱导电镀相结合的硅基光伏单元上印刷细栅线的电极性能（注：电极的原文直译为“接触”，下同）。种子层用一套气相（喷墨）系统和一种由FraunhoferISE开发的命名为SISC的新型金属化油墨来印刷。研究了多层印刷对电极几何形状的影响以及电极高度对线电阻和接触电阻的影响。接触电阻和高度之间的关系用长度转换模型（TLM）来测算，并更进一步地通过拍摄金属-半导体界面的SEM图像来解释。高度小于1um的电极或者最少仅4-6mg的油墨足以做成一个大面积（15.6cm*1

2、5.6cm）正面电极并得到Rc*W<0.5Ωcm的接触电阻。因为指状细栅线的线电阻需要通过LIP(光诱导电镀)来降低，测试了三种不同的电镀电解液。通过拍摄SEM图像解释了观察到的线电阻ρf=5*10-8和2*10-8之间的差异。最后，计算出了对不同线电阻进行优化的LIP高度，并通过不断增加LIP银量的实验来确定最佳高度。关键词：硅基太阳能电池；金属化；气溶胶印刷（喷墨印刷）；光诱导镀金属(LIP)；细线印刷；接触制作1.介绍光伏电池的金属化（即电极）在更有效降低成本方面正扮演越来越重要的角色。一种改进的正面金属化可达到这个目的，即通

3、过提升转化效率和降低原料成本。光伏电池上金属电极性能的主要损耗是金属-半导体界面电阻、指状线的体电阻及其遮光面积。因为对电极材料形成欧姆接触和电流传输的要求不同，应该分别对他们进行优化。对此，称之为二次印刷，在过去数年间ISE对几种沉积方法及材料做了研究。对于第一层也即接触层的金属化技术，可分成两类：（i）低温工艺，即金属层被直接沉积在发射极上并用中等的温度T<400.C进行处理以形成金属硅化物；（ii）高温工艺，即金属层沉积在减反层（ARC）上面并在700.C以上的高温烧结中穿透减反层，电极材料通常用印刷工艺沉积上去且包含银粉和玻

4、璃粉，该工艺的高温是必要的，以使玻璃粉穿透减反层并支持金属浆料内的玻璃体和硅表面之间产生反应。在这样的情况下不会形成金属硅化物但会形成小的银微晶。这些（银微晶）直接与发射极连接并决定金属-半导体接触的品质。第二层即负责电流传输的金属层，可通过多次印刷高电导率银浆或镀上可导电材料例如铜或银来实现。一种非常有潜力的在工业条件下可行的制作高性能电极的方案就是：联合制作种子层的气相印刷技术（AP，即喷墨印刷）和制作传输层的光诱导电镀技术。由于喷墨-光诱导电镀（AP-LIP）电极优秀的外观和电性能，在SiO2钝化和LFC-接触结构高效率电池上

5、已经获得高于20%的光伏转化效率。在这项工作中我们已经研究了AP-LIP电极的一些基本方面，比如几何形状，以及成为种子层厚度的一个函数的线电阻和接触电阻。我们确定了足以产生合适接触电阻的最小（种子）层厚度，也确定了形成合适电传导率所需（传输层）材料的最小量。2.实验一种气相喷墨系统被用来在硅基体上沉积电极结构的种子层。（种子层）材料是一种用于正面的与标准印刷工艺的油墨相一致的富银油墨。名叫SISC（缩写：用于光伏电池金属化种子层的油墨）的油墨在Fraunhofer被ISE开发出来，用于细线的喷墨印刷。为研究多重印刷对电极几何形状的影

6、响，金属线被沉积在已抛光蚀刻的晶片上，线的高度通过多重印刷（1-15层）来控制，见图1。印刷后的栅线在流水线上烧结并接着在氰化物（CN）电镀槽中用光诱导电镀工艺处理。电极的尺寸，尤其是横截面，用共焦显微镜来测量并通过抛光的横截面显微图像来确认。电极整体结构的线电阻用4针脚测试仪来测量，并参照横截面积计算出线电阻率。另外，研究了接触电阻和油墨密度（g/m2）之间的关系以确定最小的油墨量，即能形成（有效的）硅基光伏单元正面电极的油墨量。油墨密度的量化是通过测算干油墨（不含溶剂）的质量与电极接触面积的比值来测定的（注：这里的油墨密度指电极

7、“体量”的多少，不是指物理学上的密度，注意作者给出的单位g/m2）。电极结构以不同的速度和高度（不同油墨密度）印刷在晶向随机的CZ法晶片上。浅扩散发射极晶片的薄片电阻为Rsh=50Ω/sq，表面覆盖一层PECVD-SiNx（x=1.075）减反膜。线高度介于1-9um之间。印刷后，晶片在流水线上烧结并随后做LIP(光诱导电镀)处理。每个电极的接触电阻用转换长度模型（TLM）测量法来确定。油墨密度对接触电阻的影响可通过拍摄金属-半导体界面SEM图像来分析。为达到这个目的，正面金属化，即银和玻璃被依次用HNO3/HF选择性地移除，然后研

8、究剩下的银微晶。为了避免PEVCD氮化物层被移除，所有样品的HF（5%）蚀刻被限定为4分钟。Witvrouwa等人发现HF(4%)溶液对PEVCD-SiNx层的蚀刻速率是7.6nm/min，因此我们保住了紧邻电极的SiNx层且没有观察