晶体硅烧结的调节研究.docVIP

晶体硅烧结的调节研究 丝网ED~U／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。快速烧结工艺是将EDBU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20~C／s)，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IUI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。 1 烧结工艺过程 快速烧结工艺一般包含四个阶段即： 1．燃烧有机物阶段； 2．升温阶段；3．峰值温度区间；4．降温阶段。 燃烧有机物阶段的烧结温度一般设置在300qc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背面电极的烧结要有足够的温度和足够的时间。升温过程o2一A为迅速升温烧结工艺曲线 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2-A)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。 2 实验过程 2．I 实验材料的准备 2．1．I 选择材料。实验材料选择电阻率在O．5~3fl·am，尺寸为125mmx125mm，厚度为270+30um的太阳能级直拉单晶硅片。 2．1_2 制绒。采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺，出绒率在95％以上。 2．1．3 扩散。选择单面扩散工艺，扩散后方块电阻为 45~5fl；少数载流子寿命在9~13~s之间。 2．1．4 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80rim左右。 2．1．5 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45条175um宽栅线，2条1．8mm宽的 主线；背面场电阻率为4～6x10-Tfl·em。 2．1．6 烧结。实验选用的是FERRO 33462银浆； FERRO 3398银铝浆；FERRO CN 53—102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2一B作为基础调节烧结工艺。 把实验片分成6组烧结，每组20片。 2．2 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6组实验片，按照下述不同的 烧结温度进行烧结。 2．2．1 用图2一B所示曲线设置烧结工艺温度。 烧结炉每个温区温度设定分别为：1区300~C，2区 30o℃ ，3区30o℃ ，4区380~C，5区390℃ ，6区 480~C，7区620℃ ，8区80o℃，9区910~C。 2．2．2 以(2．2．1)为基准，把7温区温度提高 20℃，设置为640~C。 2．2．3 以(2．2．2)为基准，把升温阶段的起点温 区(第五温区)温度提高40℃，设置为430~C。 2．2．4 以(2．2-3)为基准，把4，5温区的温度分 别升为450~C，460~C。 2．2．5 以(2．2-4)为基准，把9温区的温度升到 920℃ 。 2．2．6 以(2．2．5)为基准，把9温区的温度升到 930~C。 3 实验结果分析 典型的烧结工艺温度曲线。 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 (IEC 904—1)。图3显示的是六组电池片烧结后效率分布图。 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：R驿= rc。+rl+rb+ r血b (1) rⅡf是正面电极金属栅线电阻，rc。、 分别是正 面、背面金属半导体接触电阻，rt是正面扩散层的电 阻，rh是基区体电阻， 是背面电极金属层的电阻。 3．1 扩散薄层