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光伏發電背后的銀力量
太陽能作為一種無盡且清潔的能源，為人類提供了可長期依賴的動力源。它的廣泛應用能有效減少對傳統化石燃料的需求，降低碳排放，緩解全球氣候變化。這不僅有助于保護自然生態環境，還能維持生態系統的平衡與穩定。光伏發電對于社會可持續發展意義非凡，宛如一把開啟可持續未來的金鑰匙。此外，光伏發電推動了能源結構的優化，提升了能源利用效率，為經濟社會的可持續發展提供有力支撐。其在能源領域的不斷突破與創新，也為可持續發展注入新的活力和動力。
圖1. 太陽能電池和光伏發電
太陽能電池的發電原理基于光生伏***應。當光線照射到太陽能電池的表面時，其中的半導體材料會吸收光子的能量，使得電子獲得足夠的能量而躍遷到更高的能態。在半導體內部，形成了光生載流子，即電子-空穴對。用于太陽能電池的半導體材料通常由P型和N型半導體組成，形成PN結。P型半導體的多子（空穴）和N型半導體的多子（電子）在擴散作用下遷移到相反類型的半導體，同時產生內建電場牽制該擴散過程，**終載流子在擴散和電場的作用下達到平衡，在界面處形成較薄的空間電荷區。在光照下，PN結處空間電荷區產生的電子-空穴對在內建電場的作用下被分離，電子向N型區域移動，空穴向P型區域移動，從而形成光生電勢并可輸出的光電流。
圖2. 太陽能電池發電示意圖
圖3. 光生伏***應原理示意圖
而半導體兩極往往需要連接導電性優良的材料，并且盡可能減少遮光的效果。一類材料是透明導電玻璃——氧化銦錫（ITO），但是ITO是脆性材料，抗彎折性能很差，成本也很高，因此往往依賴一層較薄的ITO層實現搜集載流子的作用。而搜集的載流子則依賴于金屬化這個過程。太陽能電池的金屬化，是其制造過程中的關鍵一環。它通過在電池表面形成金屬接觸層，猶如為電流鋪設了通暢的道路，使產生的電能能夠高效地輸出。而銀是導電率比較高的金屬之一，銀漿憑借其出色的導電性和穩定性，擔當著高效傳輸電流的重任，為太陽能電池的性能保駕護航。它能夠降低接觸電阻，減少能量損耗，提升能量轉換效率，讓每一絲光能都不被浪費。同時，銀漿具有良好的粘附性，能夠緊密附著在電池表面，確保長期穩定運行。其反射性能還可進一步增加光的吸收，提高發電效率。盡管銀漿的成本相對較高，但其***的性能和與現有工藝的良好兼容性，使其成為太陽能電池金屬化過程中的理想選擇。
表1. 常見金屬的導電率
中國光伏行業是全球**的光伏產業之一，在光伏領域處于**水平的企業有隆基綠能、天合光能、晶澳科技、晶科能源、通威股份、Infolink、阿特斯、愛旭股份和無錫帝科等。而市面上流通的太陽能電池也在頻繁地更新迭代，有眾多技術路線，近兩年的各大廠商選擇的技術路線主要有三種：① PERC（Passivated Emitter Rear Cell，發射極及背面鈍化電池技術）；② TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化層鈍化接觸技術）；③ HJT（Heterojunction with Intrinsic Thin-film，本征薄膜異質結技術）。
圖4. PERC太陽能電池結構圖[1]
PERC技術的原理，是光伏領域中的一項重要突破。它主要通過在傳統電池結構的基礎上進行改進，以提高電池的性能。PERC技術的**在于電池背面的鈍化層。這一鈍化層能夠減少電子的復合，提高電子的收集效率，從而增加了電池的輸出功率。具體來說，PERC技術利用了多種物理和化學過程。首先，通過在電池背面形成鈍化層，有效地阻止了載流子的復合，使更多的電子能夠被有效地收集。其次，優化了電極結構，降低了電阻損失，提高了電流傳輸效率。PERC 技術還采用了先進的制造工藝，確保了鈍化層的質量和性能。這包括高精度的鍍膜技術、精確的蝕刻工藝等。PERC技術的背電極主柵常采用銀漿，固含量為50~60%，副柵采用鋁漿，固含量為79~83%；而正電極采用銀漿，固含量為83~85%，副柵的銀漿固含量為91~92%。
圖5. TOPCon太陽能電池結構圖[1]
光伏TOPCon技術是一種先進的光伏電池技術，其原理具有獨特之處。該技術的**是在電池表面構建一層超薄的氧化層，并在其上形成多晶硅層。這一結構的設計有諸多優勢。氧化層可有效減少表面復合，提高電子的收集效率。多晶硅層則改善了電池的電導性能，降低了電阻損耗。TOPCon技術還利用了先進的鈍化工藝，進一步降低了載流子的復合速率。在工作過程中，光線照射到電池表面，產生的電子和空穴被有效地分離和收集。通過優化電池結構和工藝，TOPCon 技術能夠提高光伏電池的轉換效率。與傳統技術相比，它具有更高的效率潛力和更好的穩定性。TOPCon技術的背電極主柵采用銀漿的固含量為83~85%，副柵采用鋁漿，固含量為91~92%；而正電極采用銀漿，固含量為83~85%，副柵采用銀漿，其固含量為91~92%。
圖6. HJT太陽能電池結構圖[1]
光伏 HJT技術是一種創新的光伏電池技術，其原理獨特且具有優勢。該技術基于異質結結構，通過在晶體硅和透明導電層之間形成薄層。這一薄層具有諸多優點。它能有效減少載流子復合，提高電子的傳輸效率。HJT技術采用低溫工藝，降低了能源消耗和生產成本。在工作時，陽光照射到電池表面，產生的電子和空穴快速分離并傳輸。其具有較高的開路電壓和短路電流，從而提高了轉換效率。與其他技術相比，HJT技術的優點***。它具有更好的溫度穩定性和弱光響應性。而HJT技術的背電極和背電極均采用低溫銀漿，主柵采用銀漿的固含量為91~92%，副柵采用銀漿的固含量也不低于93%。
總體來看，銀漿是太陽能電池金屬化過程中的理想選擇，是光伏發電在能量轉換效率提升方面的一個重要環節。銀漿的開發和利用將攜手光伏發電在實現資源可持續利用、環境保護和社會經濟可持續發展等方面發揮關鍵作用，**我們邁向一個更加美好、綠色的未來。
參考資料：
[1] Sen C, Wu X, Wang H, et al. Accelerated damp-heat testing at the cell-level of bifacial silicon HJT, PERC and TOPCon solar cells using sodium chloride[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2023, 262: 112554.
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