天威 丝网印刷、烧结、测试工序.ppt

1、丝网印刷原理对电池 效率的影响,主 讲 人：耿利平,内 容 提 纲,1.丝网印刷原理及对电池效率的影响 2.烧结原理及对电池效率的影响 3.分选测试原理及电池电性能参数 4. 总结,基础工艺标准,丝网印刷原理 网版的基本概念 电极印刷的作用 印刷图形的设计及要求,丝网印刷原理及对电池效率影响,丝网印刷是把带有图像或图案的模版被附在丝网上进行印刷的。当承印物直接放在带有模版的丝网下面时，丝网印刷油墨或涂料在刮刀的挤压下穿过丝网中间的网孔，印刷到承印物上（刮刀有手动和自动两种）。丝网上的模版把一部分丝网小孔封住使得颜料不能穿过丝网，而只有图像部分能穿过，因此在承印物上只有图像部位有印迹。换言之，丝

2、网印刷实际上是利用油墨渗透过印版进行印刷的，这就是称它为丝网印刷而不叫蚕丝网印刷或绢印的原因，因为不仅仅蚕丝用作丝网材料，尼龙、聚酯纤维、棉织品、棉布、不锈钢、铜都可以作为丝网材料。,丝网印刷原理,丝网印刷工艺原理图,网版的基本概念,丝网网版外形,网框外形,目数（M）：每平方厘米丝网所具有的网孔数目。丝网产品规格中可以表达目数的单位单位：孔/英寸或线/英寸。目数一般可以说明丝网的丝与丝之间的密疏程度。 丝网厚度（D）：指丝网表面与底面之间的距离，一般以毫米或微米计量。丝网在无张力状态下静置时的测定值。,网版的基本概念,网孔宽度： 丝网孔径的大小。 丝径（T）： 编制丝网的丝线的直径。,开度：用

3、来描述丝网孔宽、孔径、网孔大小的重要参数。实际表示的是网孔的宽度，用丝网的经纬两线围成的网孔面积的平方根来表示： O=A1/2=（ab) 1/2 开口率:亦称丝网通孔率、有效筛选面积、网孔面积百分比等，即单位面积的丝网内，网孔面积所占的百分比。 A0=(ab)/(a+T) (b+T)100% 屈服点(F0):不锈钢丝线在拉伸时弹性变形范围内张力数值的临界点。 网线角度：是指相邻网点中心线与网框边的夹角。,网版的基本概念,丝网的过墨量：在实际印刷中，通过丝网的油墨量受丝网的材质、性能、规格、油墨的粘度、颜料及其它成分、承印物的种类、刮板的硬度、压力、速度、以及网版与承印物的间隙等影响，没有确定的

4、标准。,网版的基本概念,过墨体积模拟图,V=（ab) D(M-1) cm3/m2,丝网印刷的工艺流程,第三道印刷 （正面电极印刷）,第一道印刷 （背电极印刷）,烘干,第二道印刷 （背电场印刷）,烘干,成品太阳能电池,正面电极（负电极）,背面电极（正电极）,正面电极 主栅线,正面电极 子栅线,背面电极印刷（正极） 作用： （1）与硅片表面和背场铝形成良好的欧姆接触,形成较低的接触电阻； （2）良好的可焊性，与镀锡带形成良好的接触，对外输出电流 。 所用浆料：Ag/Al浆,第一道印刷,所谓欧姆接触，是指金属与半导体的接触， 而其接触面的电阻远小于半导体本身的电阻， 使得组件操作时，大部分的电压降在

5、活动区 （Active region)而不在接触面。,背电场印刷 作用： （1）收集背部载流子，传送到背电极 （2）形成BSF，在硅片背面形成p+层可以减少金属与硅交界处的少子复合，从而提高开路电压和增加短路电流。 所用浆料：Al浆,第二道印刷,正面电极印刷（负电极） 作用： （1)收集载流子，对外输出光生电流 (2)减少遮光面积，最大面积实现光电转换。 所用浆料：Ag浆 印刷后烘干的作用： 使浆料中的有机物质挥发。,第三道印刷,背电极印刷图案的设计,方案1 缺点：焊条为长条状，浪费了Ag/Al浆 优点：一旦出现碎片后，可以顺利的划成碎片 方案2 优点：可以大大节省Ag/Al浆，降低成本 缺点

6、：一旦出现碎片后，断成小片，利用率大大降低 方案3： 优点：与铝背场形成良好的欧姆接触，铝浆料和银浆料有细栅线 的重叠部分，这样可以提高效率和填充因子。 总结： 尽量减少铝浆与银铝浆的重叠部分，在显微镜下观察两者重叠部 分严重黑，即大量的有机溶剂没有充分挥发，这样就严重影响电 池效率和填充因子。,设计理念： 降低背面载流子复合，控制电池烧结后弯曲度。 厚度控制： 太薄：与硅形成熔融区域而被消耗，较低的横向电导率。 太厚：烧结时不能完全去除有机物；浪费浆料；引起弓片。,背电场印刷图案的设计,设计理念： 提高电流的收集效率、低金属栅线电阻、低接触电阻、低遮光面积。,正面电极印刷图案的设计,图案到电

7、池边缘的距离L 主栅线的距离C 细栅线的宽度W 细栅线的条数N 主栅线的形状 栅线的封闭性,正面电极工艺要求 栅线高宽要求： 尽可能大的高宽比 目的： 较小的宽度，减小遮光面积。较大的高度，增大的栅线横截面。 意义： 减少由于栅线遮光造成的电池功率失，同时较大栅线横截面可以降低栅线的体电阻从而降低由栅线电阻引起的功率损失。,正面电极印刷图案的设计,栅线高宽,正面电极印刷图案的设计,烧结后细栅线放大的3D图像,烧结的动力学原理 烧结的目的及过程 烧结对电池片的影响 烧结工艺控制,烧结原理及对电池效率影响,烧结可看作是原子从系统中不稳定的高能位置迁移至自由能最低位置的过程。厚膜浆料中的固体颗粒系统

8、是高度分散的粉末系统，具有很高的表面自由能。因为系统总是力求达到最低的表面自由能状态，所以在厚膜烧结过程中，粉末系统总的表面自由能必然要降低，这就是厚膜烧结的动力学原理。 固体颗粒具有很大的比表面积，具有极不规则的复杂表面状态以及在颗粒的制造 、细化处理等加工过程中，受到的机械、化学、热作用所造成的严重结晶缺陷等，系统具有很高自由能。烧结时，颗粒由接触到结合，自由表面的收缩、空隙的排除、晶体缺陷的消除等都会使系统的自由能降低，系统转变为热力学中更稳定的状态。这是厚膜粉末系统在高温下能烧结成密实结构的原因。,烧结的动力学原理,烧结炉（实物图）,烧结炉（结构图）,在烧结过程中金属电极刺穿减反膜，与

9、太阳电池形成欧姆接触。 烧结过程中有利于PECVD工艺所引入H向体内扩散，可以起到良好的体钝化作用。,烧结的目的,烧结前,烧结后,烧结方式：高温快速烧结 加热方式： 红外线加热,烧结曲线,较低温度（200左右）将金属浆料中的有机物挥发。 较高温度（350左右) 将有机物燃烧。 高温快烧（900左右）浆料穿透SiNx层与硅片形成 良好的欧姆接触。,相对于铝浆烧结，银浆的烧结要重要很多，对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，即FF的变化。 铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发，并形成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均和散热不均可能会导致起包，严重的会起铝珠。 背面场经烧结后形成的铝

10、硅合金，铝在硅中是作为P型掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和短路电流，改善对红外线的响应。,烧结对电池片的影响,最优的电性能参数 烧结后硅片氮化硅表面颜色均匀,无玷污 背场无铝珠 电池最大弯曲度要求 烧结温度的控制 温度过低导致烧结不足串联电阻过大 温度过高导致烧穿并联电阻过小,烧结工艺控制要求,测试原理 测试标准 电池工作原理 电池电性能参数 环境对测试的影响,测试原理及电池电性能参数,太阳电池在一定温度下接受在一定的辐照度的太阳光照射。 在接受照射的同时变化外电路负载。 流出负载的电流I和电池端电压V的数据和关系曲线。 根据数据和曲线由计算机软件系统计算出各种电性

11、能参数。,测试设计基础,设备原理示意图,测试原理模拟图,Berger测试仪,辐照度： 1000W/m2 温度： 25 AM (air mass): 1.5,电池测试标准,大气质量太阳光线通过大气层的路程对到达地球表面的太阳辐射的影响 AM0地球大气层外的太阳辐射 AM1穿过1个大气层的太阳辐射（太阳入射角为0） AM1.5太阳入射角为48的太阳辐射,电池测试标准,电池的工作原理,电池等效电路,电池电性能参数,电池电性能测试I-V曲线,短路电流（sc）： 在某特定温度和辐射度条件下，光伏发电器在短路状态下的输出电流；与电池面积、光强、温度有关。 开路电压（Voc）： 在某特定的温度和辐射度下，光

12、伏发电器在无负载（即开路）状态下的端电压。与光强、温度有关。 最大输出功率（Pmax）：在I-V曲线上电流和电压乘积为最大的点所表示的功率。 最佳工作电压（Vmp）： 最大输出功率对应的电压。 最佳工作电流（mp）：最大输出功率对应的电流。,电池电性能参数,串联电阻（Rs）：,电池电性能参数,正面电极金属栅线电阻rmf 正面金属半导体接触电阻rc1 正面扩散层电阻rt 基区体电阻rb 背面金属半导体接触电阻rc2 背面电极金属栅线电阻rmb,Rs=rmf+rc1+rt+rb+rc2+rmb,rc1 ,rc2与烧结工艺有关，（105到几十欧姆之间）,并联电阻(Rsh) 指太阳能电池内部的、跨连在电池两端的等效电阻。 并联电阻小可能由于： 边缘漏电（刻蚀未完全、印刷漏浆） 体内杂质和微观缺陷 PN结局部短路（扩散结过浅、制绒角锥体颗粒过大）,电池电性能参数,电池电性能参数,填充因子（FF） 体现电池的输出功率随负载的变动特性 填充因子FF与入射光谱光强度、短路电流、开路电压、串联电阻及并联电阻密切相关。,电池电性能参数,转换效率 输出功率与入射光功率之比为转换效率,式中At包括栅线图形面积在内的太阳能电池的总面积,单位面积的入射光功率,温度对电池的影响,电流温度系数：0.1% 电压温度系数：-0