晶体硅光伏电池烧结基本工艺及调节.docx

1、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 翻 高 鹏 刘 继伟 高文 秀 引 言 丝网 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 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 在电池片 正面 电极 ， 背面电极以及背面场集中在

2、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 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 ） ，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 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。 烧

3、结工艺过程 图 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 ： 燃烧有 机物阶段 ； 升温阶段 ； 值温度区间； 峰 降温阶段 。 不同方式升温过程一 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。 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 ，

4、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 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。 实验过程 实验材料准备 选取材料 。实验材料选取电阻率在 ? 尺寸 为 ， 度为 ， 厚 太 阳能级直拉 单晶硅片 。 时司 （】 制绒 。 采用原则碱腐蚀单晶绒面工艺 ， 出绒 率 在 以 上 。 图 原则烧结工艺温度随时间变化曲线 维普资讯 扩散。 选取单面扩散工艺 ， 扩散后方块电阻为 ； 少数载流子寿命在 之间。 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

5、 层 ，其 厚度在 左右 。 厂、 、， 嘲 印刷 电极 。 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 条 宽 栅 线 ， 条 宽 主线 ； 面场 电阻 率 为 背 ?。 烧 结 。 实 验 选 用 是 银 浆 ； 银 铝 浆 ； 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 作 为 基本 调 节 烧结 工 一 艺。 把 实验 片 提成 组烧 结 ， 每组 片 。 试 验设 计 在烧 结温 度调 节过 程中

6、，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 典型烧结工艺温度曲线。 咱们 把 准备好 组 实验 片 ，按照下 述 不 同 烧 结温 度进 行烧 结 。 用图 所示曲线设立烧结工艺温度。 一 烧 结 炉每 个 温 区温 度 设 定分 别 为

7、 ： 区 ，区 ，区 ，区 ，区 ，区 ，区 ，区 ，区 。 图 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 （ ）图 显 示是 六组 电池 片 烧 结后 效率 。 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 （ ） 。 血 是正 面电极 金 属栅线 电 阻 ，。 分 别是 正 、 以 （）为基 准 ，把 温 区温度 提 高

8、 ， 置 为 设 。 以 （） 基 准 ， 升 温 阶 段 起点 温 为 把 区（ 五温 区 ） 第 温度 提 高 ， 置 为 设 。 以（ ） 基 准 ， 温 区 温 度 分 为 把 ， 别 升 为 ， 。 以 （） 为基 准 ， 温 区 温 度 升 到 把 。 面、背面金属半导体接触电阻 ， 是正面扩散层电 阻 ， 区体 电阻 ， 是 背面 电极 金 属层 电 阻 。 是基 扩散薄层电阻引起串联电阻 本实验 所 采用 是标 准 商用 太阳 电池 正面 电极 设计（ 。 图 ）在此前提下扩散薄层弓起串联电阻 可 以表 示为 ： 以 （） 为基 准 ， 温 区 温 度 升 到 把 。 实验结

9、果 分析 实 验 成果 采 用德 国 公司 三 通 维普资讯 （ ） 池 片 可 以降 到 数 量 级 ，烧 结 不 。 （） 好 电 池 片 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 为理 想 成果 。 填 充因 子 填充 因子可 近似 表 示为 ： 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 数。 咱们在 计 算 中 ， 考虑 光电 导 影响 。 不 ， ， 、 、 限 （ ） （） 可 见 与 电池 片 开 路 电 压和 串联 电 阻 有

10、 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。 各 组烧 结结 果分 析 当前 看表 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 实验 结 果 中 重 要 参 数 、 、 、 图 正 面 金 属 电 极 图 形 电极 金 属体 电阻 金 属体 电 阻可 以表 示为 ： 一 广 （） 为厚 膜

11、金属 导体 层 方 块 电阻 ， 蚰 厚膜 印刷 银 电极 通 常 为口 口 ； 为栅 线 长 度 ； 为栅 线 宽 度 。对 于 铝 背 场 形 式 背 面 电 极 ， （ 为 正 面 主 电 极 线 数 目 ） 厂通 常 为 口 蚰 。 口 。 基 区 体 电阻 从 第 到第 组 ， 组 随着 升温 阶段 温度 提 高 ， 电池 背场烧 结 更充 分 ；从 第 组 和第 组 对 比看 出 ， 继续 增高 升 温阶段 温度 ， 再 也不会 导 致电池 参 （） 因 为基 区可 以认 为是 电阻 率为 均 匀 掺杂 半 导体 ， 区体 电 阻可 以表 示为 ： 基 丽 ， 数 改进 。 第 组

12、和 第 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 组 还可 以看 出来 ，第 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 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 到 左 右。 而获 得 了好 填 降 从 充因 子和 转换 效率 。 结 论 其 中 ， 基 区厚 度 ， 等 于 硅 基 片 厚 度 ；

13、片 材 料 为 约 基 电阻率 选取 范畴 为 。 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 约 为 。 几种 电阻值 是 跟烧 结工 艺关 系比较 这 小 。考 虑 到简化 计算 模型 和光 电导 对计 算所 产 生 误 差 ， 实 际 值应 该 在 硼 之 间 。 在 本 次 实 验 和 组 串 联 电 阻 都 在 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 数量 级 内。 烧 结 核心 就 是欧姆 接触 电阻 。烧 结很 好 电 本文 用 实验说 明烧 结 工艺调 节 办法 ，需要 注意 爵 维普资

14、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 接通 ， 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 、 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。 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 示。 中

15、为 蓄电池 ， 所 图 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 以上。 “ 动跟 踪 ” 置 原 理 自 装 圈 “ 自动跟踪 装原理框圈 如图 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 动 作切断自动 跟踪装 置 电 用于自动控制 蓄电池 向负载 自动 跟踪装 置 供电， 起到节 能降耗 效果 。 图中 与 非门芯 片 、时基 芯 片 静 态

16、功 耗 。 属于微功 耗芯 片。 夜间或阴雨 白天 ， 光敏 电阻 因无光或只受弱光照射时呈高电阻状态（ 例 型 光 敏 电 阻 暗 阻 为 ， 亮 阻 为 一 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

17、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 左右 ， 并 把平均转换效率稳定在 左右。 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 口屯目呐日五丫 高 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 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

18、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），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。、烧结工艺过程 图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：燃烧有机物阶段； 升温阶段；峰值温度区间；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

19、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。图所示为 不同方式升温过程。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。 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

20、有在特殊峰值温度后加上一种 退火过程（如图一）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。 实验过程 实验材料准备 选取材料。实验材料选取电阻率在? 护 剖 螟 ，尺寸为咖，厚度为太 阳能级直拉单晶硅片。 时间（） 制绒。采用原则碱腐蚀单晶绒面工艺，出绒率 在以上。 图原则烧结工艺温度随时闻变化蓝线 恼蔽潭巧蓊 万方数据 “ 扩散。选取单面扩散工艺，扩散后方块电阻为 ；少数载流子寿命在斗之间。 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 左右。 恻 赠 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

21、流程。其中 正面电极为条姗宽栅线，条宽 主线；背面场电阻率为矶?。 烧结。实验选用是 银浆； 银铝浆； 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，咱们以图一作为基本调节烧结工 艺。 把实验片提成组烧结，每组片。 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。 咱们把准备好组实验片，按照下述不同 烧结温度进行烧结

22、。 图典型烧结工艺温度曲线。 用图一所示曲线设立烧结工艺温度。 图各组实验片测试效率图 烧结炉每个温区温度设定分别为：区，区 ，区，区，区，区 ，区，区，区。 道程控光伏电池片伏安曲线模仿测量仪进行测量 （ 一）。图显示是六组电池片烧结后效率 以（）为基准，把温区温度提高 ，设立为。 以（）为基准，把升温阶段起点温 区（第五温区）温度提高，设立为。 以（）为基准，把，温区温度分 别升为，。 。 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：庐时材曲 （） 是正面电极金属栅线电阻，、分

23、别是正 面、背面金属半导体接触电阻，是正面扩散层电 阻，是基区体电阻，是背面电极金属层电阻。 扩散薄层电阻引起串联电阻 本实验所采用是原则商用太阳电池正面电极 设计（图）。在此前提下扩散薄层引起串联电阻 可以表达为： 以（）为基准，把温区温度升到 以（）为基准，把温区温度升到 。 实验成果分析 实验成果采用德国公司三通 砀聂潭蓊对 万方数据 ，一一争） 弓元卜 池片。可以降到一数量级，烧结不 （） 好电池片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。 填充因子 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；为细栅线条 数。咱们在计算

24、中，不考虑光电导影响。 、 、 、 、 竖掣（一） 填充因子可近似表达为： （） 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。 各组烧结成果分析 ， 当前看表中成果。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。 表实验成果中重要参数 图正面金属电极图形 电极金属体电阻 金属体电阻可以表达为： 掣 ，性 一一 彬为栅线宽度。对于铝背场形式背面电极， 口。 （） 、 田为厚膜金属导体层方块电阻，

25、厚膜印刷银 电极普通为口一口；为栅线长度； （厅 为正面主电极线数目）普通为口 基区体电阻 由于基区可以以为是电阻率为均匀掺杂半 导体，基区体电阻可以表达为： 从第组到第组，随着升温阶段温度提高， 电池背场烧结更充分；从第组和第组对比看 出，再继续增高升温阶段温度，也不会导致电池参 （） 舻斋 电阻率选取范畴为。 烧结后欧姆接触电阻分析 数改进。 第组和第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 组还可以看出来，第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 已经从降到左右。从而获