硅片的烧结理论.ppt

丝印与烧结理论 电极 作用：输出电流。 电极就是与电池p-n结两端形成紧密欧姆接触的导电材料。与p型区接触的电极是电流输出的正极，与n型区接触的电极是电流输出的负极。习惯上把制作在电池光照面的电极成为上电极，把制作在电池背面的电极成为下电极或背电极。 上电极通常制作成窄细的栅线状以克服扩散层的电阻，并由一条较宽的主栅来收集电流，下电极则布满全部或绝大部分的背面，以减小电池的串联电阻。 电极材料的选择和电极图形 电极材料的选择 能与硅形成牢固的接触； 这种接触应是欧姆接触，接触电阻小； 有优良的导电性； 纯度适当； 化学稳定性好； 电极图形 电极图形的设计原则是使电池的输出最大。设计要兼顾两个方面：使电池的串联电阻尽可能小和电池的光照作用面积尽可能大。 电池的串联电阻 Rs=rm+rc1+rt+rb+rc2 rm：上电极金属栅线的电阻； rc1：金属栅线和前表面间的接触电阻； rt：扩散层薄层的电阻 rb：基区的电阻； rc2：下电极与半导体的接触电阻 浆料 导电浆料主要成分为金属粉粒、树脂、有机溶剂、玻璃/陶瓷材料及其他添加物。因为有粉粒沉降及聚集问题，使用前必须有良好搅拌。此外，浆料必须储存于室内阴凉处，避免高温暴晒以免变质。 不同的浆料（铝浆、银浆、银铝浆）成分不同所以印制条件及后续烧结条件也有所差异，其结果对电池效率有很大影响。其中形成良好的欧姆接触和背场（BSF）最为关键。 玻璃粉对银/硅界面的影响 有机成分对栅线高宽比的影响 印刷品质 浆料本身的性质对产品有很大的影响： （1）因为材料热膨胀系数的差异，浆料成分的不同也会造成太阳能电池的翘弯问题； （2）烧结后浆料的附着性也是一个问题，要通过拉力测试； （3）背场有铝球形成，原因： ①硅片表面织构化过程时造成表面高低差过大； ②干燥时间太短； ③在烧结时铝颗粒间相互融溶而使颗粒间距缩短； 丝印和烧结的过程 AR-coating Rear side contact paste wet 印背电极：银铝浆 Screen printing Rear side contact paste dry 烘干背电极 High speed conveyor dryer Aluminum paste wet 印背场：铝浆 Screen printing Aluminum paste dry 烘干背场 High speed conveyor dryer 印正电极：银浆 Screen printing 烘干正电极 Fast firing furnace with integrated dryer 烧结 Front side contacts sintered through the AR-coating AR coating P+-layer Al-doped Al-Si eutectic Fast firing furnace with Integrated high speed dryer 铝背场 铝浆 铝浆除了当电极外，在烧结时p-type的铝掺杂渗入形成使原本掺杂硼的p-type Si形成一层数微米厚的p+-type Si作为背场，以降低背表面复合速度来提高电池的开路电压Voc。因为硅片吸收系数差，当厚度变薄时衬底对入射光的吸收减少，此时背场的存在对可以抵达硅片深度较深的长波长光吸收有帮助，所以短路电流密度Jsc的影响就更明显。此外，p和p+的能阶差也可以提升Voc，p+可以形成低电阻的欧姆接触所以填充因子FF也可改善。 Al背场的形成机理 烧结曲线 预热区（100-250℃）蒸发最后一道丝网印刷中存在的有机溶剂； Burn out（500-600℃）区烧掉有机溶剂及树脂； 瞬间升降高温（700-850℃）根据减反射膜和浆料的特性； Al背场对电池性能的影响 浆料对硅片弯曲的影响 浆料中玻璃料熔点的影响 ，熔点越高，造成的弯曲越小 缓慢升温时铝背场不均匀，甚至出现没有铝背场的情况。 而快速升温改善了铝背场的均匀性，但是也未能完全消除 不均匀性，甚至50%的界面仍存在起伏。 铝球大小的影响 对于球形铝粒子，存在一个适当的尺寸引起的弯曲最小 弯曲随铝浆丝印质量增加而增加。 蒸铝和丝网印刷 蒸铝时，增加沉积铝的厚度，只在快速升温情况下，性能随厚度有所增加。在同时采用了快速烧结和厚铝时，提高烧结温度，性能改变很少。掺杂水平确实随温度增加而提 高，但是长波响应变