太阳电池 丝网印刷及烧结工艺Word文档下载推荐.docx
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”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;
”化学稳定性好;
9电极图形
电极图形的设计原则是使电池的输出最大。
设计要兼
顾两个方面:
使电池的串联电阻尽可能小和电池的光照作
用面积尽可能大。
电池的串联电阻
Rs=rm+rc1+rt+rb+rc2
rm:
上电极金属栅线的电阻;
rc1:
金属栅线和前表面间的接触电阻;
rt:
扩散层薄层的电阻
rb:
基区的电阻;
rc2:
下电极与半导体的接触电阻
浆料
导电浆料主要成分为金属粉粒、树脂、有机溶
剂、玻璃/陶瓷材料及其他添加物。
因为有粉粒沉降
及聚集问题,使用前必须有良好搅拌。
此外,浆料
必须储存于室内阴凉处,避免高温暴晒以免变质。
不同的浆料(铝浆、银浆、银铝浆)成分不同
所以印制条件及后续烧结条件也有所差异,其结果
对电池效率有很大影响。
其中形成良好的欧姆接触
和背场(BSF)最为关键。
玻璃粉对银/硅界面的影响
有机成分对栅线高宽比的影响
印刷品质
浆料本身的性质对产品有很大的影响:
(1)因为材料热膨胀系数的差异,浆料成分的不同也会造成
太阳能电池的翘弯问题;
(2)烧结后浆料的附着性也是一个问题,要通过拉力测试;
(3)背场有铝球形成,原因:
①硅片表面织构化过程时造成表面高低差过大;
②干燥时间太短;
③在烧结时铝颗粒间相互融溶而使颗粒间距缩短;
丝印和烧结的过程
AR-coating
印背电极:
银铝浆
Screenprinting
Rearsidecontactpastewet
烘干背电极
Highspeedconveyordryer
Rearsidecontactpastedry
印背场:
铝浆
Aluminumpastewet
烘干背场
Aluminumpastedry
印正电极:
银浆
烘干正电极
Fastfiringfurnacewithintegrateddryer
FrontsidecontactssinteredthroughtheAR-coating
ARcoating
烧结
Fastfiringfurnacewith
Integratedhighspeed
dryer
P
+
-layerAl-doped
Al-Sieutectic
铝背场
铝浆除了当电极外,在烧结时p-type的铝掺杂渗入形
成使原本掺杂硼的p-typeSi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。
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
的长波长光吸收有帮助,所以短路电流密度Jsc的影响就
更明显。
此外,p和p+的能阶差也可以提升Voc,p+可以
形成低电阻的欧姆接触所以填充因子FF也可改善。
背电场太阳能电池能带图
Ec导带
EF费米能级
Ev价带
N
Al背场的形成机理
预热区(100-250℃)蒸发
最后一道丝网印刷中存在的
有机溶剂;
Burnout(500-600℃)区
烧掉有机溶剂及树脂;
瞬间升降高温(700-850℃)
根据减反射膜和浆料的特
性;
烧结曲线
Al背场对电池性能的影响
浆料对硅片弯曲的影响
浆料中玻璃料熔点的影响,熔点越高,造成的弯曲越小
缓慢升温时铝背场不均匀,甚至出现没有铝背场的情况。
而快速升温改善了铝背场的均匀性,但是也未能完全消除
不均匀性,甚至50%的界面仍存在起伏。
铝球大小的影响
对于球形铝粒子,存在一个适当的尺寸引起的弯曲最小
弯曲随铝浆丝印质量增加而增加。
蒸铝和丝网印刷
•蒸铝时,增加沉积铝的厚度,只在快速升
温情况下,性能随厚度有所增加。
在同时
采用了快速烧结和厚铝时,提高烧结温
度,性能改变很少。
掺杂水平确实随温度
增加而提高,但是长波响应变化甚微,可
能与铝背场不均匀有关。
•丝网印刷Al背场并进行快速烧结,最佳烧结
温度制得的电池性能与蒸铝得到的电池性
能相当。
Ag浆
正面电极因为要减少电极遮光面积,所以使
用导电性能良好的银浆,因为先前的减反射膜已
经形成正面的电性绝缘,所以银浆一般掺有含铅
的硼酸玻璃粉(PbO-B2O3-SiOglassfrit),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,此时银可以渗入其下方并与硅形
成此种局部区域性的电性接触,铅的作用在银-
铅-硅共熔而降低银的熔点。
Ag与Si形成欧姆接触的机理
欧姆接触形成有如下几个步骤:
•有机物挥发
•玻璃料在减反射膜表面聚集
•玻璃料腐蚀穿过减反射膜
•玻璃料通过与Si发生氧化还原反应产生腐蚀坑
PbO+SiPb+SiO2
•Ag晶粒在冷却过程中于腐蚀坑处结晶
由于玻璃料对Si表面腐蚀具有各向异性,导致在Si表面
形成了倒三角形的腐蚀坑。
因此Ag晶粒在腐蚀坑处结晶时与
Si表面接触的一侧呈倒金字塔状,而与玻璃料接触的一侧则
成圆形。
关于Ag晶粒的析出机理的解释有:
(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+SiO2
(2)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<
100>
晶面。
冷却过
程中,Pb和Ag发生分离,Ag在<
111>
晶面上结晶,形成倒
金字塔形。
导电机理
Ag晶粒和栅线直接接触;
通过极薄的玻璃层隧道
效应;
通过金属颗粒沉积的玻
璃层的多重隧道效应;
影响因素
9浆料性质:
(1)浆料成分
(2)玻璃料的熔点
9烧结工艺:
最高温度
在玻璃料中添加和掺杂可以降低烧结峰
温,且随着添加和掺杂的增加降低的越
大,电学性能也得到提高。
具有低玻璃转变温度的玻璃料,软化的
早,溶解的银多,形成的玻璃层较厚,造
成接触电阻高。
具有高玻璃转变温度的玻
璃料与Si形成的欧姆接触很好。
网版
网版是由不锈钢织成不同网目大小的网纱及涂在网纱上
的乳胶装在网框架组成。
网版图样设计开孔处则将乳胶去除、
刮刀刷过网纱时可将施放在网版上的浆料透过图样开孔处印
在基材上,主要决定印刷厚度为乳胶厚度。
丝网印刷时根据
不同的网版张力、乳胶厚度、刮刀下压力量、刮刀速度、刮
刀下刀及离刀迟滞时间等等参数可得到不同的印刷厚度。
此
外,浆料的粘滞性、基材表面的亲疏水性、烘干温度及时间
都会影响到印刷的高度及深度。
烧结炉
丝印机
Dry
Unload
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