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硅基太阳电池栅极的变墨滴喷印优化技术

来源:中国喷码机网发布日期:2017-05-22

  太阳电池作为种可再生绿色电源具有其他电源不可比拟的优势,所以如何提高太阳电池的光电转换效率达到充分利用太阳能资源已成为电池研究领域的研究热点。当高度一定时,电极栅线越宽,电流收集能力越强,串联电阻越小;但是因为遮光面积的原因,电极栅线过宽会使光电转化效率严重降低,栅线宽度的降低,可使遮光面积明显的减小。所以减小电池金属栅极面积和控制栅极印刷宽度是优化太阳电池光电转换效率的关键环节之。

  为此,人们提出了多种改进栅极印制的方法,其中Denis Erath等首次提出采用“二次印刷”方法印制太阳电池金属栅极,希望在不增大串联电阻的前提下减小栅极覆盖面积,以获得更高的太阳能捕获能力。经过多次印刷与一次印刷的对比性研究,M.Galiazzo等提出“代两次印刷(DP-)的概念,他们的研究结果指出,两次印刷的太阳电池片的光电转换效率比相同印刷工艺的一次印刷生为硅基太阳能电池金属栅极的啧墨印刷技术。

  导师:张逸新(1956-),男,博士,教授,博士生导师,主要研究方向:微电子印刷技术和量子光通信,E-mail:zyxiangnan.edu.cn.产的太阳电池片的光电转换效率提高了0.12%.另外,在系统研究了孔版印刷细栅线和丝网印刷主栅的太阳电池金属栅极工业生产技术的基础上,Eric Kossen等指出二次印刷法相对于一次印刷法在不增大银浆使用量的情况下,能提高电池片的光电转换效率0.4%以上。Minkyu u等通过采用二次丝网印刷实现电极梳形结构宽度减小,使得硅太阳电池转换效率从一次印刷的17.66%提高到18.06%.究,指出采用二次丝网印刷可以获得更好的电极线高宽比、短路电流1和开路电压Vc,使太阳电池的转换效率得到了提高。通过以上可以知道,尽管通过二次印刷可以提高太阳电池的光电转换效率,但是,二次丝网印刷存在栅线线宽精度难控制等问题,为此有学者提出了米用多次等墨体积喷墨印刷方法来提高硅太阳电池栅线高宽比,然而,如同二次丝网印刷技术所存在的问题一样,在五次以内的喷墨印刷每次都会产生栅线扩展,*终栅线宽度是单次印刷的二倍以上。

  为了进一步控制栅线展宽,本文依据五次以内的喷墨印刷每次都会产生栅线扩展的规律和)。之间的关系。Y.T.Gizachew等的。

  接触角函数关系墨滴体积为:而相应的第二次喷印所形成墨点高度近似为第二次印刷后的总体高度为由电阻理论我们知道,仅当单次印刷和多次印刷所形成的栅线横截面相同时,栅线的阻值才相同,这时电池才不会因栅线阻值升高而抵消因栅线变窄形成的电池片捕获阳光增加所带来的电池光电效益的提高。也就是说在完成第二次喷印后,栅线的横截面小于单次喷印横截面x0.6D.' =0.648x D'  由多次喷印栅线横截面与单次喷印栅线横截面相同的要求,即xx0.6D'=hxD.',我们可以计算出多次喷印栅线高度设计值应为x=1.67h,由于第三次喷印线高和第二次喷印线高相同,而第二次喷印线高为单次喷印的0.48h,所以需要喷印4次,前三次喷印栅线高度为1.56h,则第4次喷印栅线高度应设定为0.11h.则第四次喷印铺展后的球冠(近似2.2电池效率的提高通常情况下,栅线占太阳电池有源区域的面积限制在10%左右气根据现有研究常规方法,本文设计采用多次喷印技术后,电池栅线占太阳电池有源区域的面积降低至6%.如果采用等体积墨滴多次喷印,由于多次喷印的栅线扩大,*终栅线将达到原设计线宽的1.5倍,作为近似,本文近似认为这种情况下栅线面积占太阳电池有源区域的面积比也提高了1.5倍,即栅线面积占太阳电池有源区域的面积达到9%.由此本文得出结论,采用变体积墨滴多次喷印技术印刷栅线能使太阳电池栅线面积所占太阳电池有源区域的面积率从等体积墨滴多次喷印技术所达到的9%降低为6%,即使太阳电池有源面积区增加3%的面积。那么这种工艺使能使光电转换效率处于13%~2.的硅太阳电池的光电转换效率增加0.41%~0.64%.为栅线面积率分别为6%~1.的硅太阳电池(设光电转换效率为13%)消除栅线展宽以后增加的光电转换效率,横坐标为设定的实际喷印后的栅线面积率,纵坐标为采用优化设计后增加的光电转换效率。由可以看出,太阳电池栅线面积率越高,采用该技术得到的光电转换效率的增加值越大,优化效果越明显。

  栅线面积率与光电转换效率增加值的关系阳电池(设实际喷印后栅线面积率为6%)消除栅线展宽以后增加的光电转换效率,横坐标为太阳电池原始的光电转换效率,纵坐标为采用优化设计后增加的光电转换效率。由可以看出,太阳电池的光电转换效率越高,采用该技术得到的光电转换效率的增加值越大,优化效果越明显3结论本文在采用减少栅线宽度提高太阳电池片捕获太阳能和采用固定喷墨黑滴多次喷印平均栅线达到单次喷印栅线1.5倍的实验研究的基础上,提出采用多次变墨滴体积喷印优化工艺的方法,得出了多次喷墨印刷的*佳墨滴体积选择的理论模型。研究结果表明采用变墨滴多次喷墨印刷技术能够实现降低太阳电池的栅线占太阳电池有源区域的面积率,从而使电池光电转换效率增

(完)

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