烧结原理实用教案

1、目录(ml) 银电极 正银烧结过程 正银线电流(dinli)传导机构 背铝简介第1页/共22页第一页，共22页。一、银电极(dinj)作用：输出电流电极就是与电池PN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。耐高温烧结，良好的导电性能及附着力，以及贵金属成本等因素，决定了用银而不是其他贵金属。正面电极由两部分构成，主栅线是直接接到电池外部引线的较粗部分，副栅线则是为了将电流收集起来传递到主线去的较细部分，制作成窄细的栅线状以克服扩散层的电阻。电极图形，例如电极的形状、宽度和密度(md)等，对太阳能电池的转换效率影响较大。第2页/共

2、22页第二页，共22页。 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(shdng) 化学稳定性好第3页/共22页第三页，共22页。 银的特性(txng) 熔点：961.78C， 电阻率1.586X10-8cm 银的特征氧化数为+1，其活性比铜差，常温下，甚至加热时也不与水和空气中的氧作用。 有很好的柔韧性和延展性，是导电性和导热性最好的金属。第4页/共22页第四页，共22页。 正面电极因为要减小电极遮光面积，所以使用导电性能良好的银浆，因为先前的减反射膜已经形成正面电性绝缘，所以银浆一般掺有含铅的硼酸玻璃粉（PbO-B2O3-SiO gla

3、ss frit），在高温烧结时玻璃粉硼酸成分与氮化硅反应并刻蚀穿透氮化硅薄膜，此时银可以渗入(shnr)其下方并与硅形成此种局部区域性的电性接触，铅的作用是银-铅-硅共熔而降低银的熔点。第5页/共22页第五页，共22页。网印正银在wafer上二、正银烧结(shoji)过程第6页/共22页第六页，共22页。有机物挥发(huf)，正银中的玻璃成份在加热到450度时开始融化第7页/共22页第七页，共22页。熔融的玻璃开始蚀刻(shk)SiN层，Ag则渐渐融入熔融的玻璃中第8页/共22页第八页，共22页。在670-700C，玻璃蚀刻SiN层后，开始溶蚀Si的表层(biocng)（emitter），产生

4、腐蚀坑PbO+Si Pb+SiO2第9页/共22页第九页，共22页。在冷却时，熔融玻璃中过量的Ag析出成Ag颗粒，并嵌入在Si的表面，于腐蚀坑处结晶形成电流(dinli)传导的途径第10页/共22页第十页，共22页。正银烧结(shoji)曲线（理论曲线）1、Drying：在150C干燥时先挥发掉胶料中所有(suyu)的溶剂，否则在高温烧结时 溶剂产生的气泡将会造成裂缝。2、Burn out:在300-400C进行Burn-out的过程，烧除掉浆料中的有机粘结剂。3、Firing:在700-800C时，烧结后使银线粘附在Si wafer表面第11页/共22页第十一页，共22页。银晶粒的析出(xc

5、h)机理？1.与PbO和Si发生的氧化还原反应类似，玻璃料中的Ag2O与Si发生如下反应：Ag2O+Si Ag+SiO22.Ag和被腐蚀的Si 同时融入玻璃料中。冷却时，玻璃料中多余的Si外延生长在基体上，Ag晶粒则在玻璃料中多余的Si外延生长在基体上，Ag晶粒则在Si表面随机生长。3.在烧结过程中通过氧化还原反应被还原出的金属Pb呈液态，当液态铅与银相遇时，根据Pb-Ag 相图银粒子融入铅中形成Pb-Ag相。Pb-Ag熔体腐蚀Si的晶面。冷却过程中, Pb和Ag发生分离(fnl)，Ag在晶面上结晶，形成倒金字塔形。第12页/共22页第十二页，共22页。1、Solvent evaporatio

6、n：100-200C，溶剂挥发2、Resin removal：200-400C，聚合物树脂烧除3、Glass melting &Ag sintering：400-600，玻璃开始(kish)融化，银颗粒开 始缩合及烧结4、Glass-Si&Ag-Si reaction：600-800C，熔融的玻璃和溶解的银开始(kish) 刻蚀掉淡化硅表层，并刻蚀掉极薄的硅表层。最后，银颗粒在硅表 层结晶析出第13页/共22页第十三页，共22页。三、正银电流传导(chundo)机构机构一：由银颗粒和发射极emitter的直接接触(jich)来传导机构二：银颗粒和emitter之间由隧穿效应tu

7、nneling effect 来传导电流第14页/共22页第十四页，共22页。四、背铝简介(jin ji) 对铝浆的技术要求 形成铝背pp+结，提高开路电压； 形成硅铝合金对硅片进行有效(yuxio)地吸杂，提高效率； 能与硅形成牢固的欧姆接触； 有优良的导电性； 化学稳定性好； 有适宜大规模生产的工艺性； 价格较低。第15页/共22页第十五页，共22页。 铝的特性 熔点：660.37，具有( jyu)良好的导热性、导电性和延展性。 在空气中其表面会形成一层致密的氧化膜，使之不能与氧、水继续作用。 铝板对光的反射性能也很好第16页/共22页第十六页，共22页。背铝烧结(shoji)过程第17页

8、/共22页第十七页，共22页。第18页/共22页第十八页，共22页。铝硅形成背面(bimin)电极Al与Si形成BSF（back surface field）（P+），具有较高的电位。当跃迁电子(dinz)遇到BSF时，会倾向往n区移动，进而提高电流。第19页/共22页第十九页，共22页。铝背场作用(zuyng)1.背铝作为背电场能够阻挡电子的移动，减了表面的复合率，有利于载流子的吸收；2.减少光穿透硅片,增强对长波的吸收；3.Al吸杂，形成重掺杂，提高少子寿命；4.铝的导电性能良好，金属电阻小，而且(r qi)铝的熔点相对其他的合适金属来说熔点低，有利于烧结。第20页/共22页第二十页，共22页。5.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。6.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