脱模剂对晶硅太阳能电池正面银浆性能的影响

王 静，伍 洋，王海清

（四川省东树新材料有限公司，四川德阳 618000）

引言

近年来，由于化石能源的日渐减少及环境污染问题，可再生能源得到迅速的发展，其中太阳电池研究和产业的发展势头迅猛。目前，晶硅太阳电池是技术最成熟、应用最广泛的太阳电池，在光伏市场占据主导地位[1]。随着光伏产业持续发展，行业竞争愈演愈烈，高效率、低成本一直是大家共同追逐的目标。除了电池自身结构性能的提升，降低金属化遮光面积，提高短路电流也一直是改进目标。目前光伏电池片金属化中，由于丝网印刷工艺技术成熟，工艺简单且精度容易控制，被光伏用于形成太阳能电池的正背面电极。基于降本增效，MBB技术得以迅速发展，网版厂商进一步降低网版开口，同时电池厂商扩大产能进一步提升印刷速度。因此，浆料的印刷性不仅要面对网版开口的降低，同时也需要面对印刷速度提升带来的挑战。

正面银浆是由银粉、玻璃粉等固体颗粒分散于有机载体中形成的均相悬浮体系[2]。有机载体的主要作用是保证浆料的印刷性。有机载体主要由溶剂、触变剂、树脂、表面活性剂、脱模剂等构成。讨论正面银浆印刷性的论文较多，主要集中在触变剂和树脂的研究[3,4]，少量论文涉及表面活性剂例如司班85等的影响。脱模剂有利于浆料更好地透过丝网，印刷于电池片表面。目前，鲜有研究脱模剂对正银有机载体的影响以及对正面银浆印刷性的影响的报道。因此，本研究选用二甲基硅油和改性二甲基硅油作为正面银浆的脱模剂，研究其对晶硅太阳电池正面银浆印刷性能的影响，以制备出适合高速印刷的浆料。

1 试验

1.1 有机载体的制备

将二乙二醇丁醚、醇脂12、二乙二醇醋酸酯等的溶剂混合后，加入表面活性剂、脱模剂等溶剂型助剂混合均匀。然后加入固体树脂如乙基纤维素等，加热至80℃溶解均匀。加入触变剂继续溶解均匀，自然冷却制得有机载体。有机载体配方见表1。

表1 有机载体配方

1.2 晶硅太阳能电池正面银浆的制备

按照一定质量比分别称取银粉、玻璃粉以及有机载体，充分搅拌混合，三辊机研磨出料，即制得正面银浆。银粉和玻璃粉型号、批次不变，搭配1-4#四个有机载体分别制成001-004四款浆料。

1.3 晶硅太阳电池正面银浆丝网印刷与烧结

首先进行背银、铝浆印刷，制备背电场，均匀分为四份电池片；然后分别采用001-004浆料进行正面印刷，印刷机器采用迈为印刷机；最后通过Despatch烧结炉烧结制得，最高烧结温度780℃。

1.4 分析测试

采用安东帕流变仪302测量有机载体黏度，测量浆料3ITT黏度和250 Pa壁面滑移速率。采用基恩士VHX-5000测量电极细栅线的高度和宽度，观察其电极形貌。采用北京华测EL测量仪器测量印刷后电池片断栅情况，判断浆料印刷性。采用梅耶博格IV测试仪器Spot LIGHT测量电池片的效率。

2 结果与讨论

2.1 脱模剂对有机载体的影响

将相同质量的二甲基硅油和改性二甲基硅油滴在硅片上，相同烧结条件，观察烧结后的情况（图1)。从图1可以明显观察到烧结后二甲基硅油残留的灰烬比较多，未能完全烧结去除。这主要是二甲基硅油中含有大量的硅，经高温不能完全去除。改性二甲基硅油由于聚醚改性减少了硅的含量，残留灰烬较少。导电银浆经丝网印刷后烧结形成相应的银导电线，硅的残留会对导电性产生一定影响，因此硅越少越好。

图1 二甲基硅油和改性二甲基硅油烧结后

改性二甲基硅油由于聚醚改性，其黏度降低，黏度越低对浆料后期印刷适应性的调整更有利。二甲基硅油的黏度为1.00 Pa·s，改性二甲基硅油的黏度0.06 Pa·s。制备成有机载体，添加改性二甲基硅油的黏度明显低于添加二甲基硅油的黏度。1#由于未添加脱模剂，溶剂量较多，因此黏度最低为1.40 Pa·s。2#添加二甲基硅油黏度 1.77 Pa·s，3#添加改性二甲基硅油黏度1.50 Pa·s，4#处于2#和3#黏度之间为1.64 Pa·s。

2.2 脱模剂对正面银浆流变性能的影响

图2所示为正面银浆流变性能。从图2可见，3ITT黏度测量浆料先经低速剪切后高速剪切最后低速剪切过程的黏度，模拟丝网印刷过程浆料流动的过程。结果表明，未添加脱模剂的001银浆的黏度偏低，这主要是有机载体中溶剂含量更高。002-004浆料的黏度与有机载体黏度趋势基本一致。高剪切黏度下黏度较低的浆料通常流动性较好，因此印刷性较好。001虽然高剪切黏度较低，但初始黏度和回复黏度也较低，可能存在印刷后高度较低。002～004相对初始黏度和回复黏度相差不大，高剪切黏度随着二甲基硅油含量增加而增加。

图2 正面银浆流变性能

测量其壁面滑移速率，可以观察到添加脱模剂能明显增加正面银浆的壁面滑移速率。壁面滑移速率主要用于表征浆料透过丝网产生滑移的速率，速率越大，浆料透过丝网的可能越大。因此，壁面滑移速率越大印刷性越好。试验结果表明，添加脱模剂可以明显增加浆料的印刷性。

2.3 脱模剂对正面电极细栅的形貌影响

丝网印刷时，浆料通过刮刀刮到网版上，通过网版网孔沉积到硅片上得到栅线图案。浆料经过高速剪切后产生流动，然后经过网孔在硅片上得到回复。图3为正面银浆栅线形貌，从图3可见，001浆料由于其黏度过低，栅线宽度未能收住，宽度较大，高宽比较小。过宽的栅线导致遮光面积增大，影响电流，进而影响转换效率。添加二甲基硅油相比改性二甲基硅油浆料黏度大，因此线宽较小，遮光面积减少有利于电性能提高。但黏度过高，导致栅线出现明显的节点（图3b）。栅线起伏严重会导致电池片电阻增大。004将两者结合，黏度适中，壁面滑移速率高，印刷性好。栅线线宽小，高宽比较好，光滑平整。表2为正面银浆栅线高宽统计。

图3 正面银浆栅线形貌

表2 正面银浆栅线高宽统计

栅线节点多起伏严重，容易导致其局部位置出现断栅。EL测量可观察整个电池片栅线是否存在印刷不良断栅虚印的情况。图4为EL图，从图4可见，001～004均无虚印，001和002存在3～5处断栅。001浆料推测是壁面滑移速率过低导致其印刷性差，栅线节点明显导致断栅。002浆料则是黏度过高，导致节点多最终导致少量断栅。003和004栅线光滑平整，因此无断栅，EL良好。

图4 EL图

2.4 脱模剂对电性能的影响

转换效率是晶硅太阳能电池的重要指标，2020工信部对《光伏制造行业规范条件》公开征求意见。该规范规定多晶硅、单晶硅平均光电转换效率应分别不低于19%和22.5%。IV测量结果列于表3，从表3可见，001由于宽度宽，遮光面积大，电流低，最终转换效率低；添加脱模剂，使线宽收住，降低了遮光面积，002～004电流均相对001具有优势；二甲基硅油虽能提供最佳的高宽比，最佳的电流，但栅线起伏严重，节点明显，导致其串阻最低，因此002的效率相比003和004偏低；004浆料印刷栅线平整光滑，串阻相对较低，栅线高宽比较高，因此具有电流优势，最终004转换效率最佳。

表3 电性能测试结果

3 结论

电池片厂商为了降本增效，要求浆料能适应更低开口的网版以及更快的印刷速率，浆料的印刷性能要求愈高。脱模剂对正面银浆的印刷性能有显著的影响。改性二甲基硅油相比二甲基硅油可减少残留灰烬，更好地实现浆料的流平，提高印刷性，降低接触电阻。但二甲基硅油相对改性二甲基硅油黏度较高，浆料栅线收线宽，光电转换效率提高。因此可以将两者结合提升浆料的转换效率。