《晶体硅太阳电池生产技术》课件-26烧结工序生产与检测

1.烧结工序生产与检测《晶体硅太阳电池生产技术》烧结工序生产与检测660℃700℃825℃700℃<577℃123456烧结的核心原理与目的01.烧结设备与生产全流程02.关键参数控制与操作要点03.检测与常见异常处理04.烧结的核心原理与目的01一、烧结的核心原理与目的具体来说，烧结有三个核心目的这里有个细节要注意：正面主栅不能烧穿氮化硅膜，不然金属会直接接触硅片，造成短路，所以正面和背面的烧结温度要精准控制，这就像炒菜，不同的菜要不同的火候。第一，干燥并去除有机物。银浆料里有挥发的溶剂和有机树脂，烧结时先升温到300℃左右，把这些有机物烧掉，不然它们会像“杂质”一样阻碍导电。第二，形成欧姆接触。这是最关键的一步。当温度升到500℃以上，浆料里的玻璃粉会熔化，像“钻头”一样腐蚀硅片表面的氮化硅抗反射膜；到750-800℃高温时，银颗粒会和硅片表面的硅原子互相扩散，形成一层“合金层”，电流就能毫无阻碍地通过——这就是“欧姆接触”，相当于给电流搭了一座“无障碍大桥”。第三，优化电池性能。对PERC电池来说，烧结还能让背面的铝背场形成良好的掺杂层，减少电子和空穴的复合，提高电池的开路电压。烧结设备与生产全流程02二、烧结设备与生产全流程这台设备就像一条“高温流水线”，从左到右分三个区域：烘干区、烧结区、多功能区，中间还连着退火炉，咱们一步一步来看。二、烧结设备与生产全流程烘干区①共有6个腔体，即6个温区；②每个温区上部有1个热电偶；③每个腔体上部有6个加热管，每个腔体下部有石棉围成的保温腔体；④温度从室温升至300℃，浆料中的有机溶剂挥发。二、烧结设备与生产全流程烧结区共有14个腔体，即14个温区；每个温区上部有一个热电偶；每个腔体上下部各有6根加热管；每个腔体的两侧各有一个进气口，通过流量阀可以控制进气量的大小；第二阶段：在含氧气氛中，温度从300升至500℃，浆料中的有机树脂分解，一部分逸出，另一部分碳化；第三阶段：500℃以上，玻璃软化；700℃以上，玻璃料与氮化硅层反应，浆料与硅熔融结合。二、烧结设备与生产全流程却区（水冷+风冷）水冷区：通过循环冷却水，吸收电池片的热量。风冷区：是用冷却的空气进一步降低电池片的温度。降温冷却冷却区分为水冷区与风冷区二、烧结设备与生产全流程退火炉处理加热区：上下灯管6个温区加热，上下温区由热电偶温度控制；光照区：上温区四个LED光照控制区域，控制原子的价态；冷却区：通过直流电机控制风扇对电池片进行降温。关键参数控制与操作要点03三、关键参数控制与操作要点（一）温度曲线这是烧结的“灵魂”，就像菜谱里的“火候步骤”。烘干区：升温速率要慢，300℃时保温1-2分钟，确保溶剂挥发彻底；烧结区：300-500℃时，升温速率控制在50-100℃/分钟，让树脂充分燃烧；500-800℃时，升温要快，避免玻璃粉过度腐蚀硅片；800℃左右保温30秒到1分钟，保证银硅扩散充分；冷却区：从800℃降到室温，速率控制在100-150℃/分钟，太快会裂，太慢影响性能。三、关键参数控制与操作要点（二）气体流量烧结区的氧气流量一般控制在5-10L/min，太少则碳渣残留，导致接触不良；太多则银被氧化成Ag₂O，导电变差。操作人员要每天检查流量计，确保数值稳定。三、关键参数控制与操作要点（三）传输速度硅片在炉内的传输速度（比如0.5-1m/min）决定了每个温区的停留时间。速度太快，烧结不充分；太慢，可能导致过烧。这就像煮饺子，煮的时间不够夹生，煮太久皮会破。三、关键参数控制与操作要点（四）实操注意事项换班时必须核对温度曲线，用热电偶校准实际温度，避免仪表显示不准；定期清理炉体内的碳渣（有机物燃烧后的残留），不然掉在硅片上会造成污染；硅片进炉前要检查外观，有碎片或浆料堆积的要挑出来，不然会堵塞传输轨道；维护设备时，冷却水管路不能漏水，否则高温下会变成蒸汽，导致炉内温度骤降。检测与常见异常处理04四、检测与常见异常处理（一）接触不良（效率低，EL图暗区）现象：电池片效率偏低，EL图上某些区域发暗，说明电流传不出来。处理：把烧结区最高温度提高5-10℃，延长高温保温时间；检查浆料批次，确认玻璃粉含量是否合格；调大氧气流量，确保燃烧充分。原因：烧结温度不够（低于750℃），银硅扩散不充分，欧姆接触没形成；玻璃粉含量太少，没腐蚀透氮化硅膜，银和硅没接触上；氧气不足，有机物没烧干净，残留碳渣阻碍导电。相对低效电池四、检测与常见异常处理（二）过烧（栅线熔断，EL图亮斑）现象：EL图上出现亮斑，甚至栅线熔断，效率骤降。原因：烧结温度过高（超过850℃），银颗粒过度生长，甚至熔化；高温保温时间太长，导致硅片表面损伤。处理：降低烧结区最高温度，缩短高温停留时间；加快传输速度，减少硅片在高温区的停留。四、检测与常见异常处理（三）冷却裂纹（外观破损，EL图暗线）隐裂电池片现象：硅片边缘或中间有裂纹，EL图上对应位置有暗线。原因：冷却速度太快，硅片内部热应力过大；水冷区温度过低（低于50℃），和高温硅片温差太大。处理：降低冷却速率，把水冷区温度调高到60-80℃；检查传输轨道是否平整，避免硅片受力不均。四、检测与常见异常处理（四）退火不良（Voc低，FF低）现象：开路电压（Voc）和填充因子（FF）偏低，电池转换效率上不去。处理：提高退火炉加热温度，延长保温时间；检查LED灯组，更换损坏的灯管，确保光照均匀。原因：退火炉温度不够，氢原子没被充分激活；LED光照强度不足，氢原子价态没控制好，没修复缺陷。测数据：记录效率、Voc、FF等关键参数，确定异常类型；01.看图像：通过EL图定位缺陷位置（边缘、中间还是局部）；02.查参数：对比标准温度曲线、气体流量、传输速度，找偏差；03.小调整：每次只改一个参数（比如温度±5℃），测试效果后再优化。04.“异常排查四步法”：为什么高温烧结时，银和硅能互相扩散？这种扩散对导电有什么好处？2.烧结工序生产与检测《晶体硅太阳电池生产技术》烧结工序生产与检测660℃700℃825℃700℃<577℃123456烧结的核心原理与目的01.烧结设备与生产全流程02.关键参数控制与操作要点03.检测与常见异常处理04.烧结的核心原理与目的01一、烧结的核心原理与目的具体来说，烧结有三个核心目的这里有个细节要注意：正面主栅不能烧穿氮化硅膜，不然金属会直接接触硅片，造成短路，所以正面和背面的烧结温度要精准控制，这就像炒菜，不同的菜要不同的火候。第一，干燥并去除有机物。银浆料里有挥发的溶剂和有机树脂，烧结时先升温到300℃左右，把这些有机物烧掉，不然它们会像“杂质”一样阻碍导电。第二，形成欧姆接触。这是最关键的一步。当温度升到500℃以上，浆料里的玻璃粉会熔化，像“钻头”一样腐蚀硅片表面的氮化硅抗反射膜；到750-800℃高温时，银颗粒会和硅片表面的硅原子互相扩散，形成一层“合金层”，电流就能毫无阻碍地通过——这就是“欧姆接触”，相当于给电流搭了一座“无障碍大桥”。第三，优化电池性能。对PERC电池来说，烧结还能让背面的铝背场形成良好的掺杂层，减少电子和空穴的复合，提高电池的开路电压。烧结设备与生产全流程02二、烧结设备与生产全流程这台设备就像一条“高温流水线”，从左到右分三个区域：烘干区、烧结区、多功能区，中间还连着退火炉，咱们一步一步来看。二、烧结设备与生产全流程烘干区①共有6个腔体，即6个温区；②每个温区上部有1个热电偶；③每个腔体上部有6个加热管，每个腔体下部有石棉围成的保温腔体；④温度从室温升至300℃，浆料中的有机溶剂挥发。二、烧结设备与生产全流程烧结区共有14个腔体，即14个温区；每个温区上部有一个热电偶；每个腔体上下部各有6根加热管；每个腔体的两侧各有一个进气口，通过流量阀可以控制进气量的大小；第二阶段：在含氧气氛中，温度从300升至500℃，浆料中的有机树脂分解，一部分逸出，另一部分碳化；第三阶段：500℃以上，玻璃软化；700℃以上，玻璃料与氮化硅层反应，浆料与硅熔融结合。二、烧结设备与生产全流程却区（水冷+风冷）水冷区：通过循环冷却水，吸收电池片的热量。风冷区：是用冷却的空气进一步降低电池片的温度。降温冷却冷却区分为水冷区与风冷区二、烧结设备与生产全流程退火炉处理加热区：上下灯管6个温区加热，上下温区由热电偶温度控制；光照区：上温区四个LED光照控制区域，控制原子的价态；冷却区：通过直流电机控制风扇对电池片进行降温。关键参数控制与操作要点03三、关键参数控制与操作要点（一）温度曲线这是烧结的“灵魂”，就像菜谱里的“火候步骤”。烘干区：升温速率要慢，300℃时保温1-2分钟，确保溶剂挥发彻底；烧结区：300-500℃时，升温速率控制在50-100℃/分钟，让树脂充分燃烧；500-800℃时，升温要快，避免玻璃粉过度腐蚀硅片；800℃左右保温30秒到1分钟，保证银硅扩散充分；冷却区：从800℃降到室温，速率控制在100-150℃/分钟，太快会裂，太慢影响性能。三、关键参数控制与操作要点（二）气体流量烧结区的氧气流量一般控制在5-10L/min，太少则碳渣残留，导致接触不良；太多则银被氧化成Ag₂O，导电变差。操作人员要每天检查流量计，确保数值稳定。三、关键参数控制与操作要点（三）传输速度硅片在炉内的传输速度（比如0.5-1m/min）决定了每个温区的停留时间。速度太快，烧结不充分；太慢，可能导致过烧。这就像煮饺子，煮的时间不够夹生，煮太久皮会破。三、关键参数控制与操作要点（四）实操注意事项换班时必须核对温度曲线，用热电偶校准实际温度，避免仪表显示不准；定期清理炉体内的碳渣（有机物燃烧后的残留），不然掉在硅片上会造成污染；硅片进炉前要检查外观，有碎片或浆料堆积的要挑出来，不然会堵塞传输轨道；维护设备时，冷却水管路不能漏水，否则高温下会变成蒸汽，导致炉内温度骤降。检测与常见异常处理04四、检测与常见异常处理（一）接触不良（效率低，EL图暗区）现象：电池片效率偏低，EL图上某些区域发暗，说明电流传不出来。处理：把烧结区最高温度提高5-10℃，延长高温保温时间；检查浆料批次，确认玻璃粉含量是否合格；调大氧气流量，确保燃烧充分。原因：烧结温度不够（低于750℃），银硅扩散不充分，欧姆接触没形成；玻璃粉含量太少，没腐蚀透氮化硅膜，银和硅没接触上；氧气不足，有机物没烧干净，残留碳渣阻碍导电。相对低效电池四、检测与常见异常处理（二）过烧（栅线熔断，EL图亮斑）现象：EL图上出现亮斑，甚至栅线熔断，效率骤降。原因：烧结温度过高（超过850℃），银颗粒过度生长，甚至熔化；高温保温时间太长，导致硅片表面损伤。处理：降低烧结区最高温度，缩短高温停留时间；加快传输速度，减少硅片在高温区的停留。四、检测与常见异常处理（三）冷却裂纹（外观破损，EL图暗线）隐裂电池片现象：硅片边缘或中间有裂纹，EL图上对应位置有暗线。原因：冷却速度太快，硅片内部热应力过大；水冷区温度过低（低于50℃），和高温硅片温差太大。处理：降低冷却速率，把水冷区温度调高到60-80℃；检查传输轨道是否平整，避免硅片受力不均。四、检测与常见异常处理（四）退火不良（Voc低，FF低）现象：开路电压（Voc）和填充因子（FF）偏低，电池转换效率上不去。处理：提高退火炉加热温度，延长保温时间；检查LED灯组，更换损坏的灯管，确保光照均匀。原因：