太阳能电池铝背场与铝带连接的超声钎焊

发布时间：2020-05-11 08:47

【摘要】：太阳能光伏发电的成本约为常规能源发电成本的2倍,制约了光伏产业的发展。若能从焊接工艺入手,降低其制造成本,提升其光电性能,将有利于光伏发电的规模化应用。多晶硅太阳能电池的背面常烧结铝涂层,形成良好的欧姆接触,称为铝背场,具有降低少数载流子的表面复合率、作为良好的反射器提高光的吸收率与改善对红外线的响应等作用。由于铝涂层上氧化膜存在去除困难的问题,不利于钎焊连接焊带,工业上常在电池背面制作银电极,但其弊端是阻碍背场的形成,降低电池的开路电压。若能避免银电极的使用,可以提升太阳能电池的光电性能,并减少生产成本,因此考虑向铝背场上直接连接焊带。采用超声波辅助钎焊的方法,利用Sn基钎料涂,实现铝背场和铝焊带的直接连接。研究了铝背场上氧化膜的去除与铝背场溶解的规律,分析了不同超声时间下界面的演变及其对剥离力和接头电阻的影响,并对比研究了分别连接至铝背场和银电极时电池组件的光电性能。铝背场上超声涂敷Sn-3.5Ag钎料,钎料填入铝颗粒缝隙,去膜后润湿,随着超声时间增加,铝颗粒氧化膜破碎增多,最后被全部去除。铝颗粒被钎料包围后,出现氧化膜缺口,少量铝溶解于钎料,随着溶解得越来越多,逐渐生成Ag_2Al,Ag_3Al_2,析出α-Al。加载超声时间为10s时,铝背场完全溶解于钎料。涂敷Sn-3.5Ag钎料后的接头电阻随着加载超声时间的增加先下降后上升,在6s左右得到最低值为1.26 mΩ。分析发现,接头电阻是由铝颗粒层电阻和Al掺杂p+层薄膜电阻共同决定的。超声时间较短、铝颗粒层氧化膜未去除时,主要受铝颗粒层影响,电阻较大。随着铝颗粒层去膜、润湿、溶解,铝颗粒层电阻下降,此时Al掺杂p+层薄膜电阻上升,接头电阻增大。测试了铝焊带连接至铝背场后接头的力学性能,加载超声时间较长时,铝背场溶解加剧,接头的剥离力也明显增大,超声时间6s时剥离力为1.44 N/mm,在10s时可达2.06 N/mm。通过对比不同背电极对组件光电性能的影响,发现超声涂敷铝背场2s后连接铝焊带,光电性能较差,超声涂敷6s左右的性能较稳定。时间为6s,光入射功率为88.0 mW/cm~2时的填充因子为0.71343,光电转换效率为19.909%,高于同等光照条件下,背电极为银电极时的填充因子0.59822,光电转换效率16.045%。
【图文】：

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图 1-1 太阳能与传统能源的对比[1]实际生产中，需要使用焊带将多片太阳能电池的正负极连接起来，，使之能组件，有研究表明，太阳能电池组件中 40.7%的失效是由电池互联的失[3]。电池片已经作为市场产品进行销售，因此实现光伏组件的有效连接具实意义。目前商用的硅基太阳能电池片制作过程中背面烧结了铝涂层，

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图 1-2 各类太阳能电池的市场份额变化趋势与预测[1]2[1]所示，目前晶体硅太阳能电池在全球太阳能电池市场约 65%的份额，并且这一地位在近几十年仍将保持下转换效率高、技术成熟等优势，电池硅片的薄片化生未来也会按照高效、降低成本的发展趋势[10]，牢牢占
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4

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