光伏发电背后的银力量

太阳能作为一种无尽且清洁的能源，为人类提供了可长期依赖的动力源。它的广泛应用能有效减少对传统化石燃料的需求，降低碳排放，缓解全球气候变化。这不仅有助于保护自然生态环境，还能维持生态系统的平衡与稳定。光伏发电对于社会可持续发展意义非凡，宛如一把开启可持续未来的金钥匙。此外，光伏发电推动了能源结构的优化，提升了能源利用效率，为经济社会的可持续发展提供有力支撑。其在能源领域的不断突破与创新，也为可持续发展注入新的活力和动力。

图1. 太阳能电池和光伏发电

太阳能电池的发电原理基于光生伏***应。当光线照射到太阳能电池的表面时，其中的半导体材料会吸收光子的能量，使得电子获得足够的能量而跃迁到更高的能态。在半导体内部，形成了光生载流子，即电子-空穴对。用于太阳能电池的半导体材料通常由P型和N型半导体组成，形成PN结。P型半导体的多子（空穴）和N型半导体的多子（电子）在扩散作用下迁移到相反类型的半导体，同时产生内建电场牵制该扩散过程，**终载流子在扩散和电场的作用下达到平衡，在界面处形成较薄的空间电荷区。在光照下，PN结处空间电荷区产生的电子-空穴对在内建电场的作用下被分离，电子向N型区域移动，空穴向P型区域移动，从而形成光生电势并可输出的光电流。

图2. 太阳能电池发电示意图

图3. 光生伏***应原理示意图

而半导体两极往往需要连接导电性优良的材料，并且尽可能减少遮光的效果。一类材料是透明导电玻璃——氧化铟锡（ITO），但是ITO是脆性材料，抗弯折性能很差，成本也很高，因此往往依赖一层较薄的ITO层实现搜集载流子的作用。而搜集的载流子则依赖于金属化这个过程。太阳能电池的金属化，是其制造过程中的关键一环。它通过在电池表面形成金属接触层，犹如为电流铺设了通畅的道路，使产生的电能能够高效地输出。而银是导电率比较高的金属之一，银浆凭借其出色的导电性和稳定性，担当着高效传输电流的重任，为太阳能电池的性能保驾护航。它能够降低接触电阻，减少能量损耗，提升能量转换效率，让每一丝光能都不被浪费。同时，银浆具有良好的粘附性，能够紧密附着在电池表面，确保长期稳定运行。其反射性能还可进一步增加光的吸收，提高发电效率。尽管银浆的成本相对较高，但其***的性能和与现有工艺的良好兼容性，使其成为太阳能电池金属化过程中的理想选择。

表1. 常见金属的导电率

中国光伏行业是全球**的光伏产业之一，在光伏领域处于**水平的企业有隆基绿能、天合光能、晶澳科技、晶科能源、通威股份、Infolink、阿特斯、爱旭股份和无锡帝科等。而市面上流通的太阳能电池也在频繁地更新迭代，有众多技术路线，近两年的各大厂商选择的技术路线主要有三种：① PERC（Passivated Emitter Rear Cell，发射极及背面钝化电池技术）；② TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化层钝化接触技术）；③ HJT（Heterojunction with Intrinsic Thin-film，本征薄膜异质结技术）。

图4. PERC太阳能电池结构图[1]

PERC技术的原理，是光伏领域中的一项重要突破。它主要通过在传统电池结构的基础上进行改进，以提高电池的性能。PERC技术的**在于电池背面的钝化层。这一钝化层能够减少电子的复合，提高电子的收集效率，从而增加了电池的输出功率。具体来说，PERC技术利用了多种物理和化学过程。首先，通过在电池背面形成钝化层，有效地阻止了载流子的复合，使更多的电子能够被有效地收集。其次，优化了电极结构，降低了电阻损失，提高了电流传输效率。PERC 技术还采用了先进的制造工艺，确保了钝化层的质量和性能。这包括高精度的镀膜技术、精确的蚀刻工艺等。PERC技术的背电极主栅常采用银浆，固含量为50~60%，副栅采用铝浆，固含量为79~83%；而正电极采用银浆，固含量为83~85%，副栅的银浆固含量为91~92%。

图5. TOPCon太阳能电池结构图[1]

光伏TOPCon技术是一种先进的光伏电池技术，其原理具有独特之处。该技术的**是在电池表面构建一层超薄的氧化层，并在其上形成多晶硅层。这一结构的设计有诸多优势。氧化层可有效减少表面复合，提高电子的收集效率。多晶硅层则改善了电池的电导性能，降低了电阻损耗。TOPCon技术还利用了先进的钝化工艺，进一步降低了载流子的复合速率。在工作过程中，光线照射到电池表面，产生的电子和空穴被有效地分离和收集。通过优化电池结构和工艺，TOPCon 技术能够提高光伏电池的转换效率。与传统技术相比，它具有更高的效率潜力和更好的稳定性。TOPCon技术的背电极主栅采用银浆的固含量为83~85%，副栅采用铝浆，固含量为91~92%；而正电极采用银浆，固含量为83~85%，副栅采用银浆，其固含量为91~92%。

图6. HJT太阳能电池结构图[1]

光伏 HJT技术是一种创新的光伏电池技术，其原理独特且具有优势。该技术基于异质结结构，通过在晶体硅和透明导电层之间形成薄层。这一薄层具有诸多优点。它能有效减少载流子复合，提高电子的传输效率。HJT技术采用低温工艺，降低了能源消耗和生产成本。在工作时，阳光照射到电池表面，产生的电子和空穴快速分离并传输。其具有较高的开路电压和短路电流，从而提高了转换效率。与其他技术相比，HJT技术的优点***。它具有更好的温度稳定性和弱光响应性。而HJT技术的背电极和背电极均采用低温银浆，主栅采用银浆的固含量为91~92%，副栅采用银浆的固含量也不低于93%。

总体来看，银浆是太阳能电池金属化过程中的理想选择，是光伏发电在能量转换效率提升方面的一个重要环节。银浆的开发和利用将携手光伏发电在实现资源可持续利用、环境保护和社会经济可持续发展等方面发挥关键作用，**我们迈向一个更加美好、绿色的未来。

参考资料：

[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.