결정질 실리콘 태양 전지는 전 세계 시장 점유율의 약 97%를 차지합니다. 은 소비량 감소는 향후 생산 및 비용 목표 달성의 핵심입니다. 구리는 저렴한 비용, 풍부한 매장량, 그리고 은과 유사한 저항성을 갖추고 있어 은의 이상적인 대체재입니다. 그러나 구리는 산화가 쉽고, 실리콘으로의 확산, 소수 캐리어 수명 감소 등의 문제점을 가지고 있습니다. 본 연구는 구리 금속화 전지의 열화를 줄이고 구리 페이스트의 특성을 최적화하여 전지의 신뢰성을 향상시킵니다.

연구 방법

선택적 방출 PERC 셀의 개략도

세포 준비: 선택적 방출 PERC 셀은 M6 크기(166mm)의 단결정 p형 실리콘 웨이퍼에 준비되었습니다.×166mm). 앞면 그리드 선은 구리 페이스트로 스크린 인쇄되었고 뒷면은 국소 접촉 개구부가 있는 알루미늄(Al) 접촉이었습니다.

금속화 공정: 금속화는 두 단계로 진행됩니다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 뒷면에 알루미늄을 인쇄하고 건조시킨 후 약 751°C에서 소결합니다.°C, 이어서 전면 그리드 라인 인쇄 및 약 630에서 소결°C. 동시에 동일한 실리콘 웨이퍼와 751의 공소결 온도를 사용하여 전면 은 인쇄가 있는 참조 셀이 준비되었습니다.°C.

구리 손가락의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 이미지

구리 페이스트 특성: 구리 페이스트의 최적화된 소결 피크 온도는 약 630입니다.°C이고 저항률은 약 2-3입니다.×10^-5 Ω·cm. 구리 핑거의 단면을 주사 전자 현미경(SEM)과 에너지 분산형 X선 분광법(EDS)으로 분석한 결과, 구리 핑거 폭은 약 100mm인 것으로 나타났습니다.μm, 키는 28.7μm이고, 종횡비는 0.27입니다.

다양한 버전의 구리 페이스트에 대한 EDS 분석

초기 구리 페이스트: 초기 구리 페이스트는 구리와 실리콘 사이에 두꺼운 산화막을 가지고 있습니다. 이 두꺼운 산화막은 구리 페이스트의 직렬 저항을 증가시킵니다. 태양 전지, 캐리어 전송을 방해하고 개선에 도움이 되지 않습니다. 태양 전지 성능이 저하되고 광전 변환 효율이 감소합니다. 태양 전지.

새로운 버전의 구리 페이스트: 새로운 버전의 구리 페이스트는 산화층이 더 얇습니다. 이러한 구조적 변화는 캐리어 전송을 촉진하고 내부 전류 전도를 향상시킵니다. 태양 전지 더 매끄럽습니다. 동시에 산화층은 구리가 실리콘으로 확산되는 것을 방지하는 장벽층으로 작용할 만큼 충분히 두껍습니다. 태양 전지 1500시간의 습열 테스트 후에도 여전히 안정적으로 작동하고 좋은 성능을 유지할 수 있습니다.

전기 성능 분석

다양한 피크 소결 온도에서 100개의 PERC 셀 그룹의 IV 매개변수 분포

100개의 셀은 각각 다른 피크 소결 온도에 해당하는 3개 그룹으로 나뉘었습니다: 590°씨, 610°C, 그리고 630°C.

Voc: Voc는 소결 온도가 증가함에 따라 약간 증가하는 경향을 보입니다. 이는 소결 온도가 높을수록 개방 회로 전압이 증가할 수 있음을 시사합니다. 태양 전지.

Jsc: Jsc는 소결 온도에 따라 크게 변하지 않는데, 이는 소결 온도가 단락 전류 밀도에 거의 영향을 미치지 않음을 나타냅니다.

FF : FF는 소결온도 630℃에서 가장 높다.°C는 최적화된 소결 온도가 충전 인자를 상당히 증가시킬 수 있음을 나타냅니다. 태양 전지이로써 전반적인 효율성이 향상됩니다.

다양한 소결 온도에서의 효율: 590°C, 효율이 낮으며, 구체적인 값은 주어지지 않았지만 19.25%보다 낮을 것으로 유추할 수 있다. 610°C에서는 효율이 증가하였지만, 여전히 소결온도 630℃에서의 효율보다 낮다.°씨. 630°C는 효율성이 가장 높아 19.25%에 도달합니다.

구리 금속화 M6 사이즈 셀의 직렬 저항 분포 직렬 저항

직렬 저항(Rs): 색상 코딩은 직렬 저항 값을 보여줍니다. ​​셀의 여러 영역에 걸쳐 있습니다. 색상이 진할수록 직렬 저항이 높고, 색상이 밝을수록 직렬 저항이 낮음을 나타냅니다. 직렬 저항은 셀의 중요한 매개변수입니다. 태양 전지 성능은 채우기 계수(FF)와 전반적인 효율성에 영향을 미칩니다. 태양 전지. 더 높은 직렬 저항은 전압 강하를 증가시킵니다. 태양 전지, 이는 출력 전력을 감소시킵니다. 태양 전지.

색상 구분: 셀에서 높은 직렬 저항 영역을 빠르게 식별합니다. 이러한 영역은 구리 핑거의 불균일성, 산화층의 불균일성 또는 기타 제조 결함으로 인해 발생할 수 있습니다.

신뢰성 테스트

가속 테스트 전후의 PL 이미지(85°C/습도 85%, 덥고 습한 환경)

PL 이미지: PL 이미지는 발광 강도를 보여줍니다. 태양 전지 색상 코딩을 통해. 색상이 밝을수록 더 좋습니다. 태양 전지 성능이 떨어지고 색상이 어두울수록 더 나빠집니다. 태양 전지 성능. 초기 상태: 고온 다습 테스트 전 PL 이미지는 다음을 보여줍니다. 태양 전지 전체적으로 더 밝은 빛을 방출하여 초기 성능이 양호함을 나타냅니다. 성능 저하: 테스트 시간이 증가함에 따라 PL 이미지는 발광 강도가 태양 전지 특히 균열 영역에서 점차 감소합니다. 이는 태양 전지 고온 다습한 환경, 특히 연결 영역에서 성능 저하가 발생했습니다. 개선 효과: 구리 페이스트 특성을 개선한 후 PL 이미지에서 성능 저하가 나타났습니다. 태양 전지 크게 감소합니다. 이는 최적화된 구리 페이스트가 신뢰성 향상에 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 태양 전지.

습열 테스트 후 DLIT에서 관찰한 이미지

셀은 85도에서 습열 테스트를 거쳤습니다.°C 및 85% 습도에서 500시간 동안 작동한 후 역방향 바이어스(-3V, 0.3A)에서 DLIT 테스트를 실시했습니다.

DLIT 이미지: 밝은 점은 바이패스 다이오드의 위치를 ​​나타냅니다. 바이패스 다이오드는 셀의 결함 영역으로, 전류가 정상 경로를 우회하여 셀의 성능을 저하시킵니다.

성능 저하: DLIT 이미지는 500시간의 습열 테스트 후 셀에 뚜렷한 바이패스 다이오드가 존재함을 보여줍니다. 이는 셀이 습열 조건에서, 특히 구리/실리콘 계면 영역에서 성능 저하를 겪었음을 나타냅니다.

초음파 용접 후 구리 접점의 SEM 및 EDS 분석

단면 SEM 이미지: 구리 접점과 솔더의 접합 및 구리 접점 상의 솔더 분포를 관찰할 수 있습니다. EDS 분석: EDS 분석 결과는 용접 영역의 화학 조성과 구리(Cu), 주석(Sn), 인듐(In)과 같은 원소의 분포에 대한 정보를 제공합니다. 균일한 원소 분포는 용접 공정 중 원소들이 잘 혼합되어 있으며, 눈에 띄는 불균일한 확산이나 원소 분리가 없음을 나타냅니다.

최적화된 구리 페이스트는 630°C의 소결 온도에서 19.25%의 셀 효율을 달성하는 것으로 나타났습니다.°C, 그리고 셀은 85에서 1500시간의 습열 테스트 후에도 여전히 좋은 성능을 유지했습니다.°C 및 85% 습도. 이러한 결과는 구리 페이스트가 고성능 및 고신뢰성 요건을 충족하는 동시에 태양광 발전 생산 비용을 절감하는 데 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.