晶体硅光伏电池烧结工艺及调节.doc

本文由wujinfeng05贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 维普资讯 主田 宦 翻 高 鹏 刘 继伟 高文 秀 引 言 丝网 快速烧 结工艺是当 今工业化 大规模 生产晶 体畦太 阳电池 普遍应 用的 成熟的 金属 化技 术。 燃烧 有机物 阶段 的烧 结温度 一般设置在 左 右。 如果温度设置过高 ， 则浆料中的有机 物挥发速 度过快 ， 会造成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 之间的 电 快速烧结 工艺是将 在电池片 的正面 电极 ， 背面电极以及背面场集中在一起通过快速烧结炉烧 阻过大； 如果温度设置过低 ， 会导致有 机物燃烧不完 全， 也会带来 同样的问题。 升温过程需要考虑的主要是对铝背面场和背面电 极的烧结要有足够的温度和足够的时间。图 所示为 结完成其表面电接触。其工艺的基本设备 为温度 精 确控制的快速烧 结炉 （ 温度上升速度 ） ，快 速烧结理 论在许多文 献中有较详尽 的描述 。但是 ， 工艺简单 。生产成本低 、便于 大规模 生产 的丝网印 烧结 工艺 。所形成 的金属 一 半导体 接触 电阻 值 却 是光刻 镀膜形 成电极接 触电阻的两个数量级。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的导电特性得以优化。 烧结工艺过程 图 是标准烧结工艺曲线图。 图中知道 ， 从 快速 烧结工艺一般包含四个阶段即 ： 燃烧有 机物阶段 ； 升温阶段 ； 值温度区间； 峰 降温阶段 。 不同方式的升温过程一 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 的就是峰值 温度的设定 。 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 子的浓度 峰值温匿对正面银电极和铝背 场以及背 面电极的烧结和电池片串联 电阻 和填充 因 子的 影响都 非常大 。 如果峰值温度设置过高 ， 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 。 降温阶段要求匀速连续 ，不 能有较 大幅度的温 度梯 度变化 ，但也有在 特殊的峰 值温度后加上一个 退火过程（ 如图 此种烧结工艺据 介绍 对峰值温 ） 度设定过高而造成的过烧结具有很好的改善作用。 实验过程 实验材料的准备 选择材料 。实验材料选择电阻率在 ? 尺寸 为 ， 度为 ， 厚 的 太 阳能级直拉 单晶硅片 。 时司 （】 制绒 。 采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺 ， 出绒 率 在 以 上 。 图 标准烧结工艺温度随时间的变化曲线 维普资讯 扩散。 选择单面扩散工艺 ， 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 层 ，其 厚度在 左右 。 厂、 、， 嘲 印刷 电极 。 采用 标准 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 的 主线 ； 面场 电阻 率 为 背 ?。 烧 结 。 实 验 选 用 的 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 的烧 结工艺 条件 以及本 次实 验 的 工艺 特点 ， 我们 以 图 作 为 基础 调 节 烧结 工 一 艺。 把 实验 片 分成 组烧 结 ， 每组 片 。 试 验设 计 在烧 结温 度调 节过 程中 ，通 常是 根据 相关 资 料 设 定 各温 区 的初始 值 。然后 在其他 温 区 温度不 变 的 情况下 ， 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 理想 数值 后 ， 调节 其他 再 温 区。 样依 次调 节各 温 区温度 。 为复杂 之处 是 各 这 较 温 区的交 互 影响 ， 因此 ， 调节 烧 结工艺 需 要具有 较 丰 富 的经验 。 图 典型的烧结工艺温度曲线。 我们 把 准备好 的 组 实验 片 ，按照下 述 不 同的 烧 结温 度进 行烧 结 。 用图 所示曲线设置烧结工艺温度。 一 烧 结 炉每 个 温 区温 度 设 定分 别 为 ： 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 示的是 六组 电池 片 烧 结后 效率 。 分布 图 。 我们 知道 ， 阳 电池烧 结 的最主 要 的两个参 数 太 分 别是 串联 电阻和 填 充 因子（ 处未 对 电池片 的 并 此 联 电阻进 行 分析 ， 这对 分析 实验 结果 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 ， 置 为 设 。 以 （） 基 准 ， 升 温 阶 段 的 起点 温 为 把 区（ 五温 区 ） 第 温度 提 高 ， 置 为 设 。 以（ ） 基 准 ， 温 区 的 温 度 分 为 把 ， 别 升 为 ， 。 以 （） 为基 准 ， 温 区 的 温 度 升 到 把 。 面、 背面金属半导体接触电阻 ， 是正面扩散层的电 阻 ， 区体 电阻 ， 是 背面 电极 金 属层 的电 阻 。 是基 扩散薄层电阻引起的串联电阻 本实验 所 采用 的是标 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的串联电阻 可 以表 示为 ： 以 （） 为基 准 ， 温 区 的温 度 升 到 把 。 实验结 果 分析 实 验 结果 采 用德 国 公司 的 三 通 维普资讯 （ ） 池 片 的 可 以降 到 数 量 级 ，烧 结 不 。 （） 好 的 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 的 结果 。 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。 我们在 计 算 中 ， 考虑 光电 导的 影响 。 不 ， ， 、 、 限 （ ） （） 可 见 与 电池 片 的开 路 电 压和 串联 电 阻 有 非常 大 的关系 。 由于 我们 在实验 中获得 了非常理 想的串联 电 阻值 ， 也就 获得 了很 高 的填充 因 子。 高的 填充 因子 较 还 说明 了电池片很低 的漏电流和较 高的并联 电阻。 各 组烧 结结 果分 析 现在 看表 中的结 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 的变化 就更 明显 ，从 而直 接导 致电 池效 率 的变化 。 表 实验 结 果 中 的 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 金属 导体 层 的方 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 的 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 的提 高 ， 电池 背场烧 结 更充 分 ；从 第 组 和第 组 的对 比看 出 ， 继续 增高 升 温阶段 的 温度 ， 再 也不会 导 致电池 参 （） 因 为基 区可 以认 为是 电阻 率为 的均 匀 掺杂 半 导体 ， 区体 电 阻可 以表 示为 ： 基 丽 ， 数的 改善 。 第 组和 第 组 电池 片的串 联 电阻则 有非 常大 的下 降 ，这要 归功 于烧 结峰 值温 度 的升高 。对 比第 组 还可 以看 出来 ，第 组 电 池参 数 除 了串 联 电 阻继 续 降低 之外 ， 其他 参 数都变 得 更差 ， 出现这 种 情 况 的原 因是 峰值 温度过 高 而导 致的 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 理想 的 。 因为与 最 初工艺 设 定相 比 ， 联 电阻 串 已经从 到 左 右。 而获 得 了好 的填 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 ； 片 材 料 为 约 基 电阻率 选择 的 范围 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 的 约 为 。 几个 电阻值 是 跟烧 结工 艺关 系比较 这 小 的 。考 虑 到简化 计算 模型 和光 电导 对计 算所 产 生 的误 差 ， 的 实 际 值应 该 在 硼 之 间 。 在 本 次 实 验 的 和 组 的 串 联 电 阻 都 在 左右 ， 见烧 结 后金 属和 半 导体 之 间 的欧 姆 接 可 触 电阻 已经在 小 于 的数量 级 内。 烧 结 的关键 就 是欧姆 接触 电阻 。烧 结很 好 的电 本文 用 实验说 明烧 结 工艺调 节 方法 ，需要 注意 爵 维普资讯 太 梅开乡 如何提高光电池的工作效率 这是人们利用太 阳能发电十分关注的技术关键 ，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 、 差正负判别 、 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 置的变化 ， 使光伏电池一直接受到最强的太阳幅射。 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 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 的平均输 出能 量提高 以上。 “ 动跟 踪 ” 置 的 原 理 自 装 圈 “ 自动跟踪 装原理框圈 如图 所示 ， 自动 跟踪 装置主要分为三路 。 第一 蹈的功能是区分昼夜有无太阳光。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 阳初升的位置 ，然后 使 固态继电器 动 作切断自动 跟踪装 置 的电 用于自动控制 蓄电池 向负载 自动 跟踪装 置 的 供电， 起到节 能降耗 的效果 。 图中 与 非门芯 片 、时基 芯 片 的静 态功 耗 。 属于微功 耗芯 片。 夜间或阴雨 的白天 ， 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 的 暗 阻 为 ， 亮 阻 为 一 要 同时保证背 面和 正面烧 结充分。在 工艺 调节过程 中， 我们大多采用其他温区温度不变 ， 调节 某一温区 在这里 ， 我要感谢 中电电器 （ 南京 ） 光伏有 限公 司给予的大量帮助和支持 ；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， 然后观察烧结后电池片性能 ， 做相应调节的 再 方法。 还需要注 意的是 ，后一温区 的温 度一般 不低 于前一温区的温度。 经过我们 的优 化 ， 很好地把串 电阻的平 均值这一关 键参 数降低到 左右 ， 并 把平均转换效率稳定在 左右。 致谢 工程师张凤鸣博士及张 忠文 的指导 。 （ 参考文献编者略） 作 者单位： 门大学机电工程系 厦 1本文由vanny0519贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 柚噩 口屯目呐日五丫 高 引言 鹏 刘继伟 高文秀 燃烧有机物阶段的烧结温度一般设置在 丝网印刷快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的成熟的金属化技 术。 快速烧结工艺是将印刷在电池片的正面电极， 背面电极以及背面场集中在一起通过快速烧结炉烧 结完成其表面电接触。其工艺的基本设备为温度精 确控制的快速烧结炉（温度上升速度），快 速烧结理论在许多文献中有较详尽的描述。但是， 工艺简单，生产成本低、便于大规模生产的丝网印 刷烧结工艺。所形成的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的两个数量级。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的导电特性得以优化。、 烧结工艺过程 图是标准烧结工艺曲线图。从图中知道，快速 烧结工艺一般包含四个阶段即：燃烧有机物阶段； 升温阶段；峰值温度区间；降温阶段。 左右。如果温度设置过高，则浆料中的有机物挥发速 度过快，会造成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的电 阻过大；如果温度设置过低，会导致有机物燃烧不完 全，也会带来同样的问题。 升温过程需要考虑的主要是对铝背面场和背面电 极的烧结要有足够的温度和足够的时间。图所示为 不同方式的升温过程。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的就是峰值温度的设定。 峰值温度决定了烧结过程中银铝合金、硅铝合金当 中金属原子的浓度，峰值温度对正面银电极和铝背 场以及背面电极的烧结和电池片串联电阻和填充因 子的影响都非常大。如果峰值温度设置过高，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。 降温阶段要求匀速连续，不能有较大幅度的温 度梯度变化，但也有在特殊的峰值温度后加上一个 退火过程（如图一）此种烧结工艺据介绍对峰值温 度设定过高而造成的过烧结具有很好的改善作用。 实验过程 实验材料的准备 选择材料。实验材料选择电阻率在? 护 剖 螟 ，尺寸为咖，厚度为的太 阳能级直拉单晶硅片。 时间（） 制绒。采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺，出绒率 在以上。 图标准烧结工艺温度随时闻的变化蓝线 恼蔽潭巧蓊 万方数据 “ 扩散。选择单面扩散工艺，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。采用标准丝网印刷铝背面场，背面 银铝电极和正面印刷银电极工业化生产流程。其中 正面电极为条姗宽栅线，条宽的 主线；背面场电阻率为矶?。 烧结。实验选用的是 银浆； 银铝浆； 铝浆；采 用九温区快速烧结炉。 根据浆料厂商推荐的烧结工艺条件以及本次实 验的工艺特点，我们以图一作为基础调节烧结工 艺。 把实验片分成组烧结，每组片。 试验设计 在烧结温度调节过程中，通常是根据相关资料 设定各温区的初始值。然后在其他温区温度不变的 情况下，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理想数值后，再调节其他 温区。这样依次调节各温区温度。较为复杂之处是各 温区的交互影响，因此，调节烧结工艺需要具有较丰 富的经验。 我们把准备好的组实验片，按照下述不同的 烧结温度进行烧结。 图典型的烧结工艺温度曲线。 用图一所示曲线设置烧结工艺温度。 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拟测量仪进行测量 （ 一）。图显示的是六组电池片烧结后效率 以（）为基准，把温区温度提高 ，设置为。 以（）为基准，把升温阶段的起点温 区（第五温区）温度提高，设置为。 以（）为基准，把，温区的温度分 别升为，。 。 分布图。 我们知道，太阳电池烧结的最主要的两个参数 分别是串联电阻和填充因子（此处未对电池片的并 联电阻进行分析，这对分析实验结果会略有影响）。 串联电阻可表示为：庐时材曲 （） 是正面电极金属栅线电阻，、分别是正 面、背面金属半导体接触电阻，是正面扩散层的电 阻，是基区体电阻，是背面电极金属层的电阻。 扩散薄层电阻引起的串联电阻 本实验所采用的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引起的串联电阻 可以表示为： 以（）为基准，把温区的温度升到 以（）为基准，把温区的温度升到 。 实验结果分析 实验结果采用德国公司的三通 砀聂潭蓊对 万方数据 ，一一争） 弓元卜 池片的。可以降到一数量级，烧结不 （） 好的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 的结果。 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。我们在计算中，不考虑光电导的影响。 、 、 、 、 竖掣（一） 填充因子可近似表示为： （） 可见与电池片的开路电压和串联电阻有非常大 的关系。由于我们在实验中获得了非常理想的串联电 阻值，也就获得了很高的填充因子。较高的填充因子 还说明了电池片很低的漏电流和较高的并联电阻。 各组烧结结果分析 ， 现在看表中的结果。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 电阻和填充因子的变化就更明显，从而直接导致电 池效率的变化。 表实验结果中的重要参数 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： 掣 ，性 一一 彬为栅线宽度。对于铝背场形式的背面电极， 口。 （） 、 田为厚膜金属导体层的方块电阻，厚膜印刷银 电极通常为口一口；为栅线长度； （厅 为正面主电极线数目）通常为口 基区体电阻 因为基区可以认为是电阻率为的均匀掺杂半 导体，基区体电阻可以表示为： 从第组到第组，随着升温阶段温度的提高， 电池背场烧结更充分；从第组和第组的对比看 出，再继续增高升温阶段的温度，也不会导致电池参 （） 舻斋 电阻率选择的范围为。 烧结后欧姆接触电阻分析 数的改善。 第组和第组电池片的串联电阻则有非常大 的下降，这要归功于烧结峰值温度的升高。对比第 组还可以看出来，第组电池参数除了串联电 阻继续降低之外，其他参数都变得更差，出现这种情 况的原因是峰值温度过高而导致的正面银电极部分 烧穿。 分析以上烧结工艺，第组烧结工艺温度设置 是最为理想的。因为与最初工艺设定相比，串联电阻 已经从降到左右。从而获得了好的填 充因子和转换效率。 结论 本文用实验说明烧结工艺调节方法，需要注意 其中，为基区厚度，约等于硅基片厚度；基片材料 根据理论计算，本实验工艺条件下的“ 约为。这几个电阻值是跟烧结工艺关系比较 小的。考虑到简化计算模型和光电导对计算所产生 的误差，的实际值应该在之间。 在本次实验的和组的串联电阻都在 左右，可见烧结后金属和半导体之间的欧姆接 触电阻已经在小于的数量级内。 烧结的关键就是欧姆接触电阻。烧结很好的电 万方数据 梅开乡 如何提高光电池的工作效率（这是人们利用太 阳能发电十分关注的技术关键，本文提出了太阳强 光。自动跟踪”方案。经实践检验，采用跟踪装置后， 电池板的平均输出能量提高以上。 “自动跟踪”装置的原理 ）洲殉司电池坍 运算 极性判别 驱动集成 方向 板位置检测转换电路（）广芯片 一步进电机 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（南北方向跟踪）； 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、位置误差放大、误差正负判别、 驱动集成电路、多谐振荡器、步进电机等组成。其功 能是使电池板从早到晚始终跟踪太阳位置的变化， 使光伏电池一直接受到最强的太阳幅射。 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 所示。图中：为蓄电池，为固态继电器，电路 用于自动控制蓄电池：向负载“自动跟踪装置。的 供电，起到节能降耗的效果。图中与非门芯 片、时基芯片的静态功耗只 ?，属于微功耗芯片。夜间或阴雨的白天，光敏 电阻因无光或只受弱光照射时呈高电阻状态（例 型光敏电阻的暗阻为，亮阻为 臣匦巫口鬲翘 图 “自动跟踪”装置原理框图 如图所示，自动跟踪装置主要分为三路。第一 路的功能是区分昼夜有无太阳光。夜晚太阳下山或 阴雨天光线很微时，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的位置，然后 使固态继电器动作切断“自动跟踪装置”的电 要同时保证背面和正面烧结充分。在工艺调节过程 中，我们大多采用其他温区温度不变，调节某一温区 温度，然后观察烧结后电池片性能，再做相应调节的 方法。还需要注意的是，后一温区的温度一般不低 于前一温区的温度。经过我们的优化，很好地把串联 电阻的平均值这一关键参数降低到 左右，并 把平均转换效率稳定在左右。 致谢 在这里，我要感谢中电电器（南京）光伏有限公 司给予的大量帮助和支持；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 工程师张凤鸣博士及张忠文的指导。 （参考文献编者略） 作者单位：厦门大学机电工程系 丽酾曩磊羽一 万方数据 晶体硅光伏电池烧结工艺及调节 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 高鹏， 刘继伟， 高文秀 厦门大学机电工程系 太阳能 SOLAR ENERGY 2006，(3) 0次 本文链接：/Periodical_tyn200603017.aspx 授权使用：西北大学(xaxbdx)，授权号：cb126c10-b0d5-4095-ae4d-9e3900cc437e 下载时间：2010年11月25日 1本文由wujinfeng05贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 维普资讯 主田 宦 翻 高 鹏 刘 继伟 高文 秀 引 言 丝网 快速烧 结工艺是当 今工业化 大规模 生产晶 体畦太 阳电池 普遍应 用的 成熟的 金属 化技 术。 燃烧 有机物 阶段 的烧 结温度 一般设置在 左 右。 如果温度设置过高 ， 则浆料中的有机 物挥发速 度过快 ， 会造成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 之间的 电 快速烧结 工艺是将 在电池片 的正面 电极 ， 背面电极以及背面场集中在一起通过快速烧结炉烧 阻过大； 如果温度设置过低 ， 会导致有 机物燃烧不完 全， 也会带来 同样的问题。 升温过程需要考虑的主要是对铝背面场和背面电 极的烧结要有足够的温度和足够的时间。图 所示为 结完成其表面电接触。其工艺的基本设备 为温度 精 确控制的快速烧 结炉 （ 温度上升速度 ） ，快 速烧结理 论在许多文 献中有较详尽 的描述 。但是 ， 工艺简单 。生产成本低 、便于 大规模 生产 的丝网印 烧结 工艺 。所形成 的金属 一 半导体 接触 电阻 值 却 是光刻 镀膜形 成电极接 触电阻的两个数量级。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的导电特性得以优化。 烧结工艺过程 图 是标准烧结工艺曲线图。 图中知道 ， 从 快速 烧结工艺一般包含四个阶段即 ： 燃烧有 机物阶段 ； 升温阶段 ； 值温度区间； 峰 降温阶段 。 不同方式的升温过程一 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 的就是峰值 温度的设定 。 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 子的浓度 峰值温匿对正面银电极和铝背 场以及背 面电极的烧结和电池片串联 电阻 和填充 因 子的 影响都 非常大 。 如果峰值温度设置过高 ， 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 。 降温阶段要求匀速连续 ，不 能有较 大幅度的温 度梯 度变化 ，但也有在 特殊的峰 值温度后加上一个 退火过程（ 如图 此种烧结工艺据 介绍 对峰值温 ） 度设定过高而造成的过烧结具有很好的改善作用。 实验过程 实验材料的准备 选择材料 。实验材料选择电阻率在 ? 尺寸 为 ， 度为 ， 厚 的 太 阳能级直拉 单晶硅片 。 时司 （】 制绒 。 采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺 ， 出绒 率 在 以 上 。 图 标准烧结工艺温度随时间的变化曲线 维普资讯 扩散。 选择单面扩散工艺 ， 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 层 ，其 厚度在 左右 。 厂、 、， 嘲 印刷 电极 。 采用 标准 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 的 主线 ； 面场 电阻 率 为 背 ?。 烧 结 。 实 验 选 用 的 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 的烧 结工艺 条件 以及本 次实 验 的 工艺 特点 ， 我们 以 图 作 为 基础 调 节 烧结 工 一 艺。 把 实验 片 分成 组烧 结 ， 每组 片 。 试 验设 计 在烧 结温 度调 节过 程中 ，通 常是 根据 相关 资 料 设 定 各温 区 的初始 值 。然后 在其他 温 区 温度不 变 的 情况下 ， 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 理想 数值 后 ， 调节 其他 再 温 区。 样依 次调 节各 温 区温度 。 为复杂 之处 是 各 这 较 温 区的交 互 影响 ， 因此 ， 调节 烧 结工艺 需 要具有 较 丰 富 的经验 。 图 典型的烧结工艺温度曲线。 我们 把 准备好 的 组 实验 片 ，按照下 述 不 同的 烧 结温 度进 行烧 结 。 用图 所示曲线设置烧结工艺温度。 一 烧 结 炉每 个 温 区温 度 设 定分 别 为 ： 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 示的是 六组 电池 片 烧 结后 效率 。 分布 图 。 我们 知道 ， 阳 电池烧 结 的最主 要 的两个参 数 太 分 别是 串联 电阻和 填 充 因子（ 处未 对 电池片 的 并 此 联 电阻进 行 分析 ， 这对 分析 实验 结果 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 ， 置 为 设 。 以 （） 基 准 ， 升 温 阶 段 的 起点 温 为 把 区（ 五温 区 ） 第 温度 提 高 ， 置 为 设 。 以（ ） 基 准 ， 温 区 的 温 度 分 为 把 ， 别 升 为 ， 。 以 （） 为基 准 ， 温 区 的 温 度 升 到 把 。 面、 背面金属半导体接触电阻 ， 是正面扩散层的电 阻 ， 区体 电阻 ， 是 背面 电极 金 属层 的电 阻 。 是基 扩散薄层电阻引起的串联电阻 本实验 所 采用 的是标 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的串联电阻 可 以表 示为 ： 以 （） 为基 准 ， 温 区 的温 度 升 到 把 。 实验结 果 分析 实 验 结果 采 用德 国 公司 的 三 通 维普资讯 （ ） 池 片 的 可 以降 到 数 量 级 ，烧 结 不 。 （） 好 的 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 的 结果 。 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。 我们在 计 算 中 ， 考虑 光电 导的 影响 。 不 ， ， 、 、 限 （ ） （） 可 见 与 电池 片 的开 路 电 压和 串联 电 阻 有 非常 大 的关系 。 由于 我们 在实验 中获得 了非常理 想的串联 电 阻值 ， 也就 获得 了很 高 的填充 因 子。 高的 填充 因子 较 还 说明 了电池片很低 的漏电流和较 高的并联 电阻。 各 组烧 结结 果分 析 现在 看表 中的结 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 的变化 就更 明显 ，从 而直 接导 致电 池效 率 的变化 。 表 实验 结 果 中 的 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 金属 导体 层 的方 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 的 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 的提 高 ， 电池 背场烧 结 更充 分 ；从 第 组 和第 组 的对 比看 出 ， 继续 增高 升 温阶段 的 温度 ， 再 也不会 导 致电池 参 （） 因 为基 区可 以认 为是 电阻 率为 的均 匀 掺杂 半 导体 ， 区体 电 阻可 以表 示为 ： 基 丽 ， 数的 改善 。 第 组和 第 组 电池 片的串 联 电阻则 有非 常大 的下 降 ，这要 归功 于烧 结峰 值温 度 的升高 。对 比第 组 还可 以看 出来 ，第 组 电 池参 数 除 了串 联 电 阻继 续 降低 之外 ， 其他 参 数都变 得 更差 ， 出现这 种 情 况 的原 因是 峰值 温度过 高 而导 致的 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 理想 的 。 因为与 最 初工艺 设 定相 比 ， 联 电阻 串 已经从 到 左 右。 而获 得 了好 的填 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 ； 片 材 料 为 约 基 电阻率 选择 的 范围 为 。 烧 结后 欧姆 接触 电阻 分析 根