高方阻与烧结匹配实验情况.pptx

王俊其 高方阻与烧结匹配实验情况 W23 Just Used in Trina 引言： 1. 太阳能电池片的浅结结构是实现高效太阳能电池的有效途 径之一；通常所说的浅结是指太阳能电池pn结结深小于 0.3um；利用浅结可以显著的降低太阳能电池片表面的少 数载流子复合速度，提高短波段的光谱响应。 2. 在既定方阻的阻值和SI3N4膜厚情况下，怎样降低电池片 的串联电阻，提高电池片的转换因子,提高开路电压和短 路电流，是优化烧结炉各项参数的主要动力，通过L9实验 我们找出其中一组，在进一步进行优化，从而确保电池片 的各项参数最优化，进而达到提高效率的可能性。 2 3 目录 Just Used in Trina 1.影响电池片的相关参数； 2.扩散及其相关； 3.烧结及其相关； 4.高阻与烧结匹配； 1.影响电池片的相关参数 1）开路电压（Uoc）； 2）短路电流（Isc）； 3）填充因子（FF）； 4）串联电阻（Rs）； 5）并联电阻（Rsh）； Just Used in Trina 4 1.1影响Voc的因素 Io为饱和电流， Io 1/NsLn。 Ns：掺杂浓度。 Ln：扩散长度。 影响Voc的主要因素为饱和电流Io和温度T，而饱和电 流与掺杂浓度和扩散长度都有关系。 掺杂浓度是由扩散工序决定，掺杂浓度越高Voc越 大。 扩散长度与硅材料体质量、表面钝化、以及掺杂浓度 有关，也就是说Voc还受到材料质量、PECVD镀膜质 量、以及烧结质量影响。 温度越高Voc越小。 1.2影响Isc的因素 影响Isc的因素主要有： 电池面积：电池面积越大，Isc越大。 光强：光强越强，Isc越大。 光谱的响应：能吸收的光谱范围越广，激发的光生载 流子越多，Isc越大。 广的吸收特性：广吸收的越大，激发的光生载流子越 多，Isc越大。所以制绒的好坏和PECVD镀膜的好坏对 电流的影响较大。 载流子的收集特性：载流子的收集特性与pn结的质 量、材料体质量、表面钝化好坏有关。所以，扩散的 好坏会影响电流，材料扩散长度的大小、PECVD镀膜 质量好坏和烧结质量的好坏都会影响Isc的大小。 1.3影响FF的因素 影响FF的主要因素是Rs和Rsh，Rs越小FF越大，Rsh越大，FF越大。 串联电阻对FF的影响并联电阻对FF的影响 1.4影响Rs的因素 Rs主要有以下几个组成部分： P型基体电阻：主要与基体的掺杂浓度和基体厚度有 关。 N型重掺层电阻：主要与扩散浓度有关，在太阳电池 掺杂浓度范围内，扩散浓度越大，n型层电阻越小。 电极和硅片的接触电阻：接触电阻受n型层和p型层掺 杂浓度影响较大，掺杂浓度越高，接触电阻越小。N 型层的掺杂浓度受扩散影响，p型层的掺杂浓度除与基 体掺杂浓度有关外，还与银铝浆的特性有关。另外， 接触电阻受烧结的影响较大，烧结不好，前电极没能 烧穿SiNx层，或者AgSi合金形成的不好都会影响接 触电阻的大小。 电极的金属电阻：这与Ag浆、Al浆和AgAl浆的本来特 性，以及烧结的质量有关。 1.5影响Rsh的因素 影响Rsh的因素主要有： 电池边缘漏电：这主要是刻蚀不够，或者是过刻导致。 pn结漏电：扩散前，硅片如果表面有沾污，沾污的地 方可能没扩散到，这中情况就能导致漏电。烧结温度过高 ，导致pn结烧穿也会导致漏电。 复合影响：包括表面复合和体复合。 2.扩散及其相关 2.1扩散的概念； 2.2扩散机构； 2.3影响硅太阳电池扩散的因素； 2.4结深的影响； 2.5结深的对比 2.6高阻 Just Used in Trina 10 11 2.1扩散的概念 完全混合部分混合 时间 加入染料 水 扩散(diffusion):由构成物质的微粒(离子、原子、分子)的热运动 而产生的物质迁移现象称为扩散。扩散的宏观表现是物质的定向 输送。 2.2扩散机构 替位式扩散机构 这种杂质原子或离子大小与Si原子大小差别不大，它沿着硅晶体内 晶格空位跳跃前进扩散，杂质原子扩散时占据晶格格点的正常 位置，不改变原来硅材料的晶体结构。硼、磷、砷等是此种方 式。 填隙式扩散机构 这种杂质原子大小与Si原子大小差别较大，杂质原子进入硅晶体后 ，不占据晶格格点的正常位置，而是从一个硅原子间隙到另一 个硅原子间隙逐次跳跃前进。镍、铁等重金属元素等是此种方 式。 12 2.3影响硅太阳电池扩散的因素 13 片源（成分、结构等） 温度 时间 气体流量（浓度梯度） 洁净度 其他 反应温度 反应时间 气体流量 淀积温度 掺杂浓 度 结深 2.4结深的影响 Just Used in Trina 14 1)浅结死层小，电池短波响应好；而浅结引起串联电阻增 加，填充因子下降； 增加了工艺难度; 2)结深太深，死层比较明显，如果扩散浓度太大，则引起 重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均下降; 3)在一定范围内，Eg随结深增大，超出范围后，趋势相反 4)结深影响载流子收集效率 2.5结深的对比 15 常规方阻结深高阻结深 结深 12345678910 平均值(nm) 常规方阻360371370359448457353358393371384 高阻307257361409363309335332324393339 Si Absorber Si3N4 epoxy resin adhesive Si Absorber Si3N4 epoxy resin adhesive 2.6高阻 高方阻能够产生较大的短路电流主要是两点： 1)高方阻意味着浅结，可以提高电池的短波响应，进而提高短路电流； 2)和普通方阻相比，高阻的表面掺杂浓度要低一些，表面复合导致的暗电 流也会减小，因此短路电流也会提高。 16 提高短波内量子效应 3.烧结及其相关 17 Contact Formation Co-Firing Process 18 相关成分的作用 19 1.Role of Silver in the Frond 2.高方阻工艺DOEL9实验; 3.丝网烧结DOE实验-因子选择; 4.丝网烧结DOE实验-L9试验; 26 因子选择与控制： 可控因子选择 气流：N2,POCL3,O2中选择POCL3作为key factor，以控制磷的掺杂总量和均匀性； 温度：温度影响磷的掺杂总量，浓度分布，作为key factor； 时间：淀积时间，推进时间影响磷的掺杂总量，浓度分布，作为key factor ； 压强：由于压强的波动相对于其绝对值非常小，对制程影响将较小； 噪声因子控制 片源：通过等份混片，保证片源一致； 时效：技术员全程跟踪，尽量减少硅片的滞留时间； 机台：保证路径一样； 高方阻工艺DOE因子选择 第一组试验： 对以上可控因子进行田口设计，生成L9试验方案,找出最佳方案-E3： 第二组试验： 根据第一组试验结果，进行第二组试验确定时间，试验方案为全因子设计，找出最佳方案-E6 注：时间为淀积时间+推进时间， 试验组别试验组别主反应应温度()POCL3流量(sccm)时间时间 (m) E183075014+12 E283095018+16 E3830110022+20 E485075018+16 E585095022+20 E6850110014+12 E787075022+20 E887095014+12 E9870110018+16 试验组试验组 别别 淀积时间积时间 (m)推进时间进时间 (m) POCL3流量(sccm) 主反应应温度() E116141000830 E216161000830 E316181000830 E418141000830 E518161000830 E618181000830 E720141000830 E820161000830 E920181000830 高方阻工艺DOEL9实验 丝网烧结DOE实验-因子选择 29 因子选择与控制： 可控因子选择： 温度：烘干温度(DryerT1/T2/T3/T4)；烧结温度(Firing T1/T2/T3/T4/T5/T6), 各温区对烧结 起到特定的作用, 烧结区T4/T5/T6为影响烧结效果的主要因子, 气流：温场控制气流,排风,冷却气流(确保温场无波动,调节后反应滞后-小于2,设定) 冷却水:确保冷却效果,设定 时间：烧结炉经过时间(决定产量, 设定速度230inch/min) 噪声因子控制： 片源：通过等份混片，保证片源一致； 时效：技术员全程跟踪，尽量减少硅片的滞留时间； 机台：保证路径一样； 环境: 环境温度,冷却水温度,外围排风 丝网烧结DOE实验-L9试验 30 选取主烧结温度T4/T5/T6进行田口设计,生成L9试验方案,得到最佳温度组合Recipe5 根据第一组试验结果,重新设计第二组试验方案,得到最佳温度组合Recipe5 据第2组实验结果,进行T4/T5/T6的部分因子优化,得到各机台的最佳烧结温度 第一组试验： 第二组试验： 案例：3电池丝网6线烧结优化 31 lotUmppImppUocIscRsRshFFNCellCOUNTRSHEFFVMPFRN4FRN5FRN6 10.51427.9990.62168.5170.0035886.7077.67916.90%55 1 690835870 20.50958.0160.62228.5360.0043389.6976.88716.78%55 690845880 30.49797.9270.62108.5240.0065385.2174.56516.22%55 1690855890 40.5106747.9300.62018.4670.0040985.2077.12616.64%55 700835880 50.5017387.9450.62058.5010.0055879.1275.56516.38%54 700845890 60.5093917.9890.62158.5240.0043377.0276.81616.72%55 2 700855870 70.5050427.9540.62118.5080.0052187.3776.01216.51%55 710835890 80.5102887.9710.62138.5080.0042482.0876.94116.71%55 710845870 90.5022597.9280.61958.4880.0053786.6575.71516.36%69 710855880 电池转换效率大幅提升 升0.55