晶体硅光伏电池烧结基本工艺及调节.docx

晶体硅光伏电池烧结基本工艺及调节.docx

《晶体硅光伏电池烧结基本工艺及调节.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶体硅光伏电池烧结基本工艺及调节.docx（68页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

晶体硅光伏电池烧结基本工艺及调节

本文由wujinfeng05贡献

pdf文档也许在WAP端浏览体验不佳。

建议您优先选取TXT，或下载源文献到本机查看。

维普资讯

主田宦　

Ｓ翻　

ＢＣＩＴＥ￣　６

．ｒ７　

高　鹏　刘继伟　高文秀　

Ｏ引言　

丝网Ｅ￣／ＤＵ迅速烧结工艺是当今工业化大规模　生产晶体畦太阳电池普遍应用成熟金属化技　

术。

燃烧有机物阶段烧结温度普通设立在３０ｃ０ｑ　左右。

如果温度设立过高，则浆料中有机物挥发速　度过快，会导致金属颗粒之间疏松孔隙过多过大，使　烧结后金属层内部以及金属一半导体接触之间电　

迅速烧结工艺是将ＥＢ在电池片正面电极，ＤＵ　背面电极以及背面场集中在一起通过迅速烧结炉烧　

阻过大；如果温度设立过低，会导致有机物燃烧不完　

全，也会带来同样问题。

　升温过程需要考虑重要是对铝背面场和背面电　极烧结要有足够温度和足够时间。

图２所示为　

结完毕其表面电接触。

其工艺基本设备为温度精　

确控制迅速烧结炉（温度上升速度＞０／）２￣ｓ，快　Ｃ

速烧结理论在许多文献中有较详尽描述。

但是，　工艺简朴。

生产成本低、便于大规模生产丝网印　ＩＩＩ烧结工艺。

所形成金属一Ｕ半导体接触电阻值　却是光刻镀膜形成电极接触电阻两个数量级。

本　文通过调节烧结工艺实验，使铝背面场、背面电极　和正面电极厚膜欧姆接触导电特性得以优化。

　１烧结工艺过程　

图１是原则烧结工艺曲线图。

图中懂得，从迅速　烧结工艺普通包括四个阶段即：

．１燃烧有机物阶段；　２升温阶段；．值温度区间；．．３峰４降温阶段。

不同方式升温过程ｏ一２Ａ为迅速升温烧结工艺曲线　图；＿黑色实线为缓慢升温工艺曲线图。

２Ｂ　峰值温度区间要注意就是峰值温度设定。

　峰值温度决定了烧结过程中银铝合金、硅铝合金当　中金属原子浓度．峰值温匿对正面银电极和铝背　场以及背面电极烧结和电池片串联电阻和填充因　子影响都非常大。

如果峰值温度设立过高，则会使　正面电极烧穿，使串联电阻和填充因子下降，效率显　

著降低。

降温阶段规定匀速持续，不能有较大幅度温　度梯度变化，但也有在特殊峰值温度后加上一种　

退火过程（如图２Ａ此种烧结工艺据简介对峰值温　－）

度设定过高而导致过烧结具备较好改进作用。

ｐ　

２实验过程　

２Ｉ实验材料准备　．

２１选取材料。

实验材料选取电阻率在Ｏ￣ｆ?

．Ｉ．．３ｌ５　ａ尺寸为１５ｍ１５ｍ，度为２０３ｕｍ，２ｍｘ２ｍ厚７＋０ｍ太　

阳能级直拉单晶硅片。

时司（】ｓ　

２１制绒。

．２＿采用原则碱腐蚀单晶绒面工艺，出绒率　

在９％以上。

５　

图ｌ原则烧结工艺温度随时间变化曲线　

维普资讯

２１扩散。

．３．选取单面扩散工艺，扩散后方块电阻为　４￣ｆ；５５ｌ少数载流子寿命在９１￣之间。

￣３ｓ　

２１镀减反射涂层。

采用等离子体增强化学气相　．．４沉积氮化硅层工艺形成表面减反射涂层，其厚度在　

８ｒ左右。

０ｍｉ　

厂、　、＿，　

嘲　

２１印刷电极。

．．５采用原则丝网印刷铝背面场，面　背银铝电极和正面印刷银电极工业化生产流程。

其中　正面电极为４５条１５ｍ宽栅线，７ｕ２条１ｍｍ宽　．８主线；面场电阻率为４６１－ｌｅ　背～ｘ０Ｔ?

ｍ。

ｆ２１烧结。

实验选用是ＦＲＯ３４２银浆；．．６ＥＲ　３６　ＦＲ　３８银铝浆；ＥＲ　Ｎ５—０ＥＲＯ３９ＦＲＯＣ　３１２铝浆；采　用九温区快速烧结炉。

　根据浆料厂商推荐烧结工艺条件以及本次实　验工艺特点，咱们以图２Ｂ作为基本调节烧结工　一

艺。

把实验片提成６组烧结，每组２０片。

　２２试验设计　．在烧结温度调节过程中，通常是依照有关资料　设定各温区初始值。

然后在其她温区温度不变　状况下，解某一温区温度，到其上极限值和下极　调找限值。

在该温区温度取相对抱负数值后，调节其她　再温区。

样依次调节各温区温度。

为复杂之处是各　这较温区交互影响，因而，调节烧结工艺需要具备较丰　

富经验。

图２典型烧结工艺温度曲线。

咱们把准备好６组实验片，按照下述不同　烧结温度进行烧结。

２．用图２Ｂ所示曲线设立烧结工艺温度。

．１２一　烧结炉每个温区温度设定分别为：

１区３０Ｃ，２区　０￣

３ｏ，３区３ｏ，４区３０Ｃ，５区３０，６区　０℃０℃８￣９℃４０Ｃ８￣，７区６０，８区８ｏ２℃０℃，９区９０Ｃ　１￣。

图３各组实验片　试效率图　

道程控光伏电池片伏安曲线模拟测量仪进行测量　（Ｅ　０—）图３显示是六组电池片烧结后效率　ＩＣ９４１。

分布图。

　咱们懂得，阳电池烧结最主要两个参数　太分别是串联电阻和填充因子（处未对电池片并　此联电阻进行分析，这对分析实验成果会略有影响）　。

串联电阻可表示为：

驿　ｒ＋ｌｒ　ｒ　（）Ｒ＝ｃｒｂ。

＋＋血ｂ１　ｒ是正面电极金属栅线电阻，。

分别是正　Ⅱｆｒ、ｃ　

２２２以（．．）为基准，把７温区温度提高　．．２２１２℃，置为６０Ｃ　０设４￣。

２２３以（．．）基准，升温阶段起点温　．．２２２为把区（五温区）第温度提高４℃，置为４０Ｃ　０设３￣。

２２４以（．－）基准，４５温区温度分　．．２２３为把，别升为４０Ｃ，６￣　５￣４０Ｃ。

２２５以（．－）．．　２２４为基准，９温区温度升到　把

９０。

２℃　

面、背面金属半导体接触电阻，是正面扩散层电　ｒｔ阻，ｈ区体电阻，是背面电极金属层电阻。

ｒ是基　　３１扩散薄层电阻引起串联电阻ｒ．ｌ　本实验所采用是标准商用太阳电池正面电极　设计（４。

图）在此前提下扩散薄层弓起串联电阻　Ｉ

可以表示为：

２２以（．．）．．６２２为基准，９温区温度升到　５把

９０Ｃ。

３￣　

３实验结果分析　

实验成果采用德国Ｂｒｅ公司ＳＬａｅｇｒＣｏｄ三通　

维普资讯

Ｒ（）　Ｌ　　

—　

池片ｒ＋ｃ可以降到１　１　数量级，烧结不　ｃｒ。

２０～０Ｑ

（）２　

好电池片ｒ＋ｃ会大到十几毫欧至几百毫殴。

ｃｒ。

２本　次实验在控制欧姆接触电阻方面，获得了较为理想　

成果。

　３５填充因子　．填充因子可近似表示为：

Ｒ　为扩散层方块电阻；为电池主焊接电极方　　向尺寸；为电池细栅线方向尺寸；为细栅线条　　ｍ数。

咱们在计算中，考虑光电导影响。

不　

／　

／　

，　，’

、　、　

限　

ｒ　

ｏｃ

（＿　　１Ｒ）

Ｔ１　

（）５　

可见　与电池片开路电压和串联电阻有非常大　

关系。

由于咱们在实验中获得了非常理想串联电　

阻值，也就获得了很高填充因子。

高填充因子　较

还阐明了电池片很低漏电流和较高并联电阻。

　３６各组烧结结果分析　．

／　

当前看表１中结果。

表中可以见到，路电　从开压和短路电流随烧结工艺不同而略有变化。

而串联　电阻和填充因子变化就更明显，从而直接导致电　

池效率变化。

表１实验结果中重要参数　

、　

、　

、　

图４正面金属电极图形　

３２电极金属体电阻　．金属体电阻可以表示为：

ｆ１　　

ｎ　—一　广——＼／（）　　３

ｒ为厚膜金属导体层方块电阻，蚰厚膜印刷银　电极通常为００３Ｉ口～．５Ｉ口；Ｚ．Ｉ／０００Ｉ／０为栅线长度；　Ｗ为栅线宽度。

对于铝背场形式背面电极，（　　ｎ为正面主电极线数目）厂通常为０００］口～蚰。

１１／　

０００￣口。

．２１／　

３３基区体电阻　．

从第１到第４组，组随着升温阶段温度提高，　电池背场烧结更充分；从第３组和第４组对比看　

出，继续增高升温阶段温度，再也不会导致电池参　

（）４　

因为基区可以认为是电阻率为Ｐ均匀掺杂半　

导体，区体电阻可以表示为：

基　

ｒ丽　ｐ

．．，，

ｄ　

数改进。

　第５组和第６组电池片串联电阻则有非常大　下降，这要归功于烧结峰值温度升高。

对比第　５６组还可以看出来，第６组电池参数除了串联电　／阻继续减少之外，其她参数都变得更差，浮现这种情　况原因是峰值温度过高而导致正面银电极部分　烧穿。

　分析以上烧结工艺，第５组烧结工艺温度设置　是最为抱负。

由于与最初工艺设定相比，联电阻　串已经从５５ｌ到４３Ｉ左右。

而获得了好填　．ｍＩ降．ｍｌ从充因子和转换效率。

４结论　

其中，基区厚度，等于硅基片厚度；片材料　ｄ为约基

电阻率选取范畴为０５３１ｍ。

．￣１．　ｅ

３４烧结后欧姆接触电阻分析　．根据理论计算，本实验工艺条件下　ｒ￡　ｔｂ＋＋约为４Ｉ。

几种电阻值是跟烧结工艺关系比较　ｍｌ这小。

考虑到简化计算模型和光电导对计算所产生　误差，ｒｒｒ实际值应该在３４ｒｔｂ硼　＋＋ｂ～ｍＱ之间。

　在本次实验２２５和２２６组串联电阻都在　．．．．４Ｉｍｌ左右，见烧结后金属和半导体之间欧姆接　可触电阻已经在小于ｌＩｍｌ数量级内。

　烧结核心就是欧姆接触电阻。

烧结很好电　

４Ｉ６　

本文用实验说明烧结工艺调节办法，需要注意　

—　

爵　

维普资讯

太　

梅开乡　

如何提高光电池工作效率　这是人们运用太　阳能发电十分关注技术核心，本文提出了太阳强　

源以节省电能。

反之，固态继电器ＳＲ接通，Ｓ自动跟　踪装置供电进入工作状态。

第二路（北方向跟踪）南；　第三路（东西方向跟踪）电路，即由太阳光光线检测、　Ｉ／ｖ转换、减法运算、置误差放大、差正负鉴别、位误　驱动集成电路、多谐振荡器、进电机等组成。

步其功　能是使电池板从早到晚始终跟踪太阳位置变化，　使光伏电池始终接受到最强太阳幅射。

　２太阳光线检测与蓄电池欠压状态保护电路　太阳光线检测与蓄电池欠压状态保护电路如图　２示。

中Ｅ为蓄电池，Ｓ所图　ＳＲ为固态继电器。

电路　

光　自动眼踪　方案。

经实践检验，用跟踪装置后。

采　电池板平均输出能量提高３％以上。

０　

１“动跟踪”置原理　自装

圈１“　自动跟踪　装Ｉ原理框圈　

如图ｌ所示，自动跟踪装置重要分为三路。

第一　蹈功能是区别昼夜有无太阳光。

夜晚太阳下山或　阴雨天光线很　时，太阳光检测信号通过转换，输出　控制信号使电池板面向东方太阳初升位置，然后　使固态继电器ＳＲ动作切断　自动跟踪装置　Ｓ电　

用于自动控制蓄电池Ｅ向负载　自动跟踪装置　ｚ　供电，起到节能降耗效果。

图中ＣＳ与非门芯　ＭＯ

片Ｃ４　、时基芯片Ｍ１５５静态功耗Ｐ≤Ｃ０１ＪＣ７５．　０１ｗ。

　ｍ属于微功耗芯片。

夜间或阴雨白天，光敏　电阻Ｒ因无光或只受弱光照射时呈高电阻状态（ｃ例　

ＭＧ５型光敏电阻暗阻为１０Ｉ，亮阻为５一４０ｋ１　

要同步保证背面和正面烧结充分。

在工艺调节过程　中，咱们大多采用其她温区温度不变，调节某一温区　

在这里，我要感谢中电电器（南京）光伏有限公　

司予以大量协助和支持；感谢澳大利亚新南威尔　士大学博士、中电电气（南京）光伏有限公司总工程　师赵建华先生，中电电气（南京）光伏有限公司副总　

温度，然后观测烧结后电池片性能，做相应调节　再办法。

还需要注意是，后一温区温度普通不低　于前一温区温度。

通过咱们优化，较好地把串　

电阻平均值这一关键参数减少到４ｍ左右，　ｎ并　把平均转换效率稳定在１．６３％左右。

　５道谢　

工程师张凤鸣博士及张忠文指引。

　（参照文献编者略）　

作者单位：

门大学机电工程系　厦

1本文由vanny0519贡献

pdf文档也许在WAP端浏览体验不佳。

建议您优先选取TXT，或下载源文献到本机查看。

柚噩．

……

Ｓ口屯＾Ｒ目呐日五６丫

高

Ｏ引言

鹏

刘继伟

高文秀

燃烧有机物阶段烧结温度普通设立在３００℃

丝网印刷／迅速烧结工艺是当今工业化大规模生产晶体硅太阳电池普遍应用成熟金属化技术。

迅速烧结工艺是将印刷在电池片正面电极，背面电极以及背面场集中在一起通过迅速烧结炉烧　结完毕其表面电接触。

其工艺基本设备为温度精确控制迅速烧结炉（温度上升速度＞２０℃／ｓ），快速烧结理论在许多文献中有较详尽描述。

但是，工艺简朴，生产成本低、便于大规模生产丝网印刷／烧结工艺。

所形成金属一半导体接触电阻值却是光刻镀膜形成电极接触电阻两个数量级。

本文通过调节烧结工艺实验，使铝背面场、背面电极和正面电极厚膜欧姆接触导电特性得以优化。

、１烧结工艺过程图ｌ是原则烧结工艺曲线图。

从图中懂得，迅速烧结工艺普通包括四个阶段即：

１．燃烧有机物阶段；２．升温阶段；３．峰值温度区间；４．降温阶段。

左右。

如果温度设立过高，则浆料中有机物挥发速度过快，会导致金属颗粒之间疏松孔隙过多过大，使烧结后金属层内部以及金属一半导体接触之间电阻过大；如果温度设立过低，会导致有机物燃烧不完全，也会带来同样问题。

升温过程需要考虑重要是对铝背面场和背面电极烧结要有足够温度和足够时间。

图２所示为不同方式升温过程。

２—Ａ为迅速升温烧结工艺曲线图；２＿Ｂ黑色实线为缓慢升温工艺曲线图。

峰值温度区间要注意就是峰值温度设定。

峰值温度决定了烧结过程中银铝合金、硅铝合金当中金属原子浓度，峰值温度对正面银电极和铝背场以及背面电极烧结和电池片串联电阻和填充因子影响都非常大。

如果峰值温度设立过高，则会使正面电极烧穿，使串联电阻和填充因子下降，效率显著减少。

降温阶段规定匀速持续，不能有较大幅度温度梯度变化，但也有在特殊峰值温度后加上一种退火过程（如图２一Ａ）此种烧结工艺据简介对峰值温度设定过高而导致过烧结具备较好改进作用。

２实验过程２．１实验材料准备２．１．１选取材料。

实验材料选取电阻率在０．５～３Ｑ?

护

Ｕ剖螟

ｃｍ，尺寸为１２５ｍｍ×１２５咖，厚度为２７０±３０Ｉｌｍ太

阳能级直拉单晶硅片。

时间（ｓ）

２．１．２制绒。

采用原则碱腐蚀单晶绒面工艺，出绒率在９５％以上。

图ｌ原则烧结工艺温度随时闻变化蓝线

—恼蔽潭巧蓊ｉｒ

万方数据

“ｌ

２．１．３扩散。

选取单面扩散工艺，扩散后方块电阻为４５±５Ｑ；少数载流子寿命在９～１３斗ｓ之间。

２．１．４镀减反射涂层。

采用等离子体增强化学气相沉积氮化硅层工艺形成表面减反射涂层，其厚度在

８０ｎｍ左右。

＾

ｐＶ恻赠

２．１．５印刷电极。

采用原则丝网印刷铝背面场，背面银铝电极和正面印刷银电极工业化生产流程。

其中

正面电极为４５条１７５姗宽栅线，２条１．８ｍｍ宽

主线；背面场电阻率为４～６×１０—矶?

ｃｍ。

２．１．６烧结。

实验选用是ＦＥＲＲＯ３３４６２银浆；

ＦＥＲＲＯ

３３９８银铝浆；ＦＥＲＲＯ

ＣＮ

５３—１０２铝浆；采

用九温区迅速烧结炉。

依照浆料厂商推荐烧结工艺条件以及本次实验工艺特点，咱们以图２一Ｂ作为基本调节烧结工

艺。

把实验片提成６组烧结，每组２０片。

２．２实验设计在烧结温度调节过程中，普通是依照有关资料设定各温区初始值。

然后在其她温区温度不变状况下，调解某一温区温度，找到其上极限值和下极　限值。

在该温区温度取相对抱负数值后，再调节其她温区。

这样依次调节各温区温度。

较为复杂之处是各温区交互影响，因而，调节烧结工艺需要具备较丰富经验。

咱们把准备好６组实验片，按照下述不同烧结温度进行烧结。

２．２．１图２典型烧结工艺温度曲线。

用图２一Ｂ所示曲线设立烧结工艺温度。

图３各组实验片测试效率图

烧结炉每个温区温度设定分别为：

ｌ区３００℃，２区

３００℃，３区３００℃，４区３８０℃，５区３９０℃，６区４８０℃，７区６２０℃，８区８００℃，９区９１０℃。

道程控光伏电池片伏安曲线模仿测量仪进行测量

（ＩＥＣ９０４一１）。

图３显示是六组电池片烧结后效率

２．２．２以（２．２．１）为基准，把７温区温度提高２０℃，设立为６４０℃。

２．２．３以（２．２．２）为基准，把升温阶段起点温区（第五温区）温度提高４０℃，设立为４３０℃。

２．２．４以（２．２．３）为基准，把４，５温区温度分

别升为４５０℃，４６０℃。

２．２．５９２０℃。

分布图。

咱们懂得，太阳电池烧结最重要两个参数分别是串联电阻和填充因子（此处未对电池片并联电阻进行分析，这对分析实验成果会略有影响）。

串联电阻可表达为：

Ｒ庐时ｒｅｌ＋ｒＩ＋ｒｂ＋材ｒ曲

（１）

ｋ是正面电极金属栅线电阻，ｒｃｌ、ｒｃ２分别是正面、背面金属半导体接触电阻，ｒｔ是正面扩散层电阻，ｒｂ是基区体电阻，‰是背面电极金属层电阻。

３．１扩散薄层电阻引起串联电阻ｒｔ本实验所采用是原则商用太阳电池正面电极设计（图４）。

在此前提下扩散薄层引起串联电阻

可以表达为：

１４５

以（２．２．４）为基准，把９温区温度升到

２．２．６以（２．２．５）为基准，把９温区温度升到

９３０℃。

３实验成果分析实验成果采用德国Ｂｅｒｇｅｒ公司Ｓｃｋａｄ三通

—砀聂潭≮蓊对～万方数据

，一Ｒ一争）ｒｌ－—弓元卜

Ｂｑ

池片ｒｃ。

＋ｋ可以降到１０一～１０＾５Ｑ数量级，烧结不

（２）

ｌ

ｗ

Ｊ

好电池片ｒｃｌ＋ｋ会大到十几毫欧至几百毫殴。

本次实验在控制欧姆接触电阻方面，获得了较为抱负成果。

３．５填充因子

Ｒｑ为扩散层方块电阻；￡为电池主焊接电极方向尺寸；形为电池细栅线方向尺寸；ｍ为细栅线条数。

咱们在计算中，不考虑光电导影响。

／／

／／

、

、

、

、

ＦＦ＿竖掣（１一ｋ）

填充因子可近似表达为：

ｒ

（５）

０ｃＴｌ

可见ＦＦ与电池片开路电压和串联电阻有非常大关系。

由于咱们在实验中获得了非常抱负串联电阻值，也就获得了很高填充因子。

较高填充因子还阐明了电池片很低漏电流和较高并联电阻。

３．６各组烧结成果分析

，，

当前看表ｌ中成果。

从表中可以见到，开路电压和短路电流随烧结工艺不同而咯有变化。

而串联电阻和填充因子变化就更明显，从而直接导致电

池效率变化。

表１实验成果中重要参数

／

图４正面金属电极图形

３．２电极金属体电阻金属体电阻可以表达为：

ｒｍ－掣

，性１

’Ｄｆ一—■ｒ——一　

彬为栅线宽度。

对于铝背场形式背面电极，

０．０２００／口。

（３）

、￣Ｊ／

ｒ田为厚膜金属导体层方块电阻，厚膜印刷银

电极普通为０．００３Ｑ／口一Ｏ．００５ｍ口；Ｚ为栅线长度；

（厅

为正面主电极线数目）‰普通为Ｏ．０１０Ｑ／口～３．３基区体电阻由于基区可以以为是电阻率为ｐ均匀掺杂半导体，基区体电阻可以表达为：

从第１组到第４组，随着升温阶段温度提高，电池背场烧结更充分；从第３组和第４组对比看出，再继续增高升温阶段温度，也不会导致电池参

（４）

舻ｐ斋

电阻率选取范畴为Ｏ．５—３Ｑ．ｃｍ。

３．４烧结后欧姆接触电阻分析

数改进。

第５组和第６组电池片串联电阻则有非常大下降，这要归功于烧结峰值温度升高。

对比第５／６组还可以看出来，第６组电池参数除了串联电阻继续减少之外，其她参数都变得更差，浮现这种情况因素是峰值温度过高而导致正面银电极某些烧穿。

分析以上烧结工艺，第５组烧结工艺温度设立是最为抱负。

由于与最初工艺设定相比，串联电阻已经从５．５ｍＱ降到４．３ｍＱ左右。

从而获