太陽(yáng)能電池片燒結工藝

燒結就是把印刷到硅片上的電極在高溫下燒結成電池片,最終使電極和硅片本身形成歐姆接觸,從而提高電池片的開(kāi)路電壓和填充因子2個(gè)關(guān)鍵因素參數,使電極的接觸具有電阻特性,達到生產(chǎn)高轉效率電池片的目的.燒結過(guò)程中有利于PECVD工藝所引入－H向體內擴散，可以起到良好的體鈍化作用。

燒結方式：高溫快速燒結

加熱方式：紅外線(xiàn)加熱

燒結過(guò)程

1、燒結是一個(gè)擴散、流動(dòng)和物理化學(xué)反應綜合作用的過(guò)程。在印刷狀況穩定的前提下，溫區溫度、氣體流量、帶速是燒結的三個(gè)關(guān)鍵參數。2、由于要形成合金必須達到一定的溫度，Ag、Al與Si形成合金的穩定又不同，所以必須設定不同的溫度來(lái)分別實(shí)現合金化。

3、將印刷好的上,下電極和背場(chǎng)的硅片經(jīng)過(guò)網(wǎng)印刷機的傳送帶傳到燒結爐中,經(jīng)過(guò)烘干排焦、燒結和冷卻烘干排焦、烘干排焦燒結和冷卻過(guò)程來(lái)完成燒結工藝最終達到上下電極和電池片的歐姆接觸。

①烘干排焦一

在網(wǎng)帶的上、下都裝有加熱帶，由溫控儀控制其溫度。目的是將印刷有漿料硅片烘干，并使漿料內絕大部分焦油揮發(fā)出來(lái)。如果溫度設置不合理，不能使大部分焦油從漿料中揮發(fā)出來(lái)，剩下的焦油在進(jìn)入下一區域時(shí)會(huì )對燒結的效果影響很?chē)乐?，對轉換率有高達0.2%的影響。為了保證設備安全，在每個(gè)區域都設有2個(gè)熱電偶，一個(gè)用于溫度控制，一個(gè)用于過(guò)溫保護。

①烘干排焦二

為了減少腔室內熱量的損失，在設備強勢內部的四周安裝上隔熱板，并在腔室外的兩邊裝上了鋁的隔熱反射板，讓整個(gè)腔室始終保持一個(gè)穩定的溫度，有利于工藝的穩步進(jìn)行。對流器：對流器：為了能讓從漿料中揮發(fā)的焦油全部從抽風(fēng)管道中抽走，設計了一個(gè)對流加熱器。從烘干區上部的對流加熱器中吹出溫度受控的氣體，吹到腔室中，在從烘干區的兩頭將氣體抽出，保證從硅片揮發(fā)出來(lái)的焦油被對流加熱器吹出的熱氣帶出腔室內，而不會(huì )導致硅片揮發(fā)出來(lái)的熱焦油在機器出口處冷凝而回流到設備里。對流盒子內置在加熱盒子里，經(jīng)過(guò)過(guò)濾的大氣被熱空氣風(fēng)扇吸入到一個(gè)溫度可控的加熱器中，最后進(jìn)入到腔室內。但為保證安全操作，如果吸入的空氣總量在增加，相應離開(kāi)的總量必須是合適的。

②快速加熱燒結

根據工藝要求，需要此腔室的燈管能提供很高（高到1000℃）的溫度，并且能在高溫下工作。一般用石英玻璃管加熱器。此種設備用氣流把快速加熱箱分成4獨立的加熱系統，以保證每個(gè)腔室溫度的獨立性，可形成一個(gè)一個(gè)的溫度階梯，從而使最后一個(gè)溫區的溫度在很短時(shí)間達到一個(gè)很高的溫度。這樣設計還可以是每個(gè)隔離區域橫向位置溫度的不均勻性在一個(gè)很小的范圍內。在此腔室內每個(gè)抽風(fēng)口都特別設計了一個(gè)帶加熱裝置的文氏閥，能保證腔室內產(chǎn)生的廢氣流很快離開(kāi)腔室，避免在燒文氏閥結溫區廢氣對硅片的污染，還能讓產(chǎn)生的廢氣流不在管道口處冷凝。對于溫度的測試，2個(gè)熱偶被安裝在加熱區域。一個(gè)用于溫度控制，一個(gè)用于超溫報警。最后一個(gè)溫區中安裝了2個(gè)熱偶，于皮帶正上方20mm處，他們反映了形成歐姆接觸的共晶溫度的真實(shí)值，他們的值可以在加熱菜單看到，可以直接了解內部的實(shí)際溫度。為了能讓溫度急劇下降，在高溫區出口處的側壁、上下部分都裝有水冷系統。為了保證大部分熱量都輻射到腔室內，在全部的加熱盒子周?chē)几采w上保溫層，在外層還覆蓋有雙層的鋁反射板，有效延長(cháng)了燈管的使用壽命。

③冷卻

冷卻盒子是一個(gè)可循環(huán)的盒子，為了冷卻電池片和皮帶，運送冷卻水的管道安裝在皮帶的上部和下部。冷卻風(fēng)扇分別安裝在循環(huán)水管道的上方和下方。風(fēng)速可以調整，上部的風(fēng)扇將周?chē)目諝馔ㄟ^(guò)冷卻管道送到硅片和皮帶上，下面的風(fēng)扇吸走通過(guò)皮帶周?chē)凸杵撞康目諝狻?/p>

燒結要達到的效果

1、正面Ag穿過(guò)SiNH擴散進(jìn)硅但不可到達p-n；

2、背面Ag、Al擴散進(jìn)硅。

這樣，Ag、Ag/Al、Al將與硅形成合金，建立了良好的電極歐姆接觸，起到良好的收集電子的效果。

燒結設備概述

燒結傳送帶系統

燒結爐結構

燒結各溫區作用

烘干區：使有機溶劑脫離漿料燒結區

燒結區：使電極、背場(chǎng)可形成良好的歐姆接觸，減小串阻

燒結溫度曲線(xiàn)

燒結需要注意的問(wèn)題

1、在設定溫度的同時(shí)也要考慮到Al的沸點(diǎn)較低，當超過(guò)其沸點(diǎn)時(shí)，將有Al進(jìn)入工藝環(huán)境。這些會(huì )擴散入電池正面的p-n處，對其發(fā)生破壞作用。

2、燒結時(shí)會(huì )有一定量的H從硅片中逸出，必然減弱H對硅片的鈍化作用。所以要有激冷的步驟以避免過(guò)多H的逸出。

3、高溫前，一定要保證漿料中的有機物已經(jīng)經(jīng)過(guò)烘干并揮發(fā)干凈。

4、氣流過(guò)小時(shí)會(huì )導致排風(fēng)不暢，使工藝環(huán)境中存在大量有害雜質(zhì)。各個(gè)溫區的氣流要保持平衡。

5、過(guò)快的帶速和過(guò)大的氣流會(huì )減弱高溫的作用。

燒結對電池片的影響

1、相對于鋁漿燒結，銀漿的燒結要重要很多，對電池片電性能影響主要表現在串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻，即FF的變化。

2、鋁漿燒結的目的使漿料中的有機溶劑完全揮發(fā)，并形成完好的鋁硅合金和鋁層。局部的受熱不均和散熱不均可能會(huì )導致起包，嚴重的會(huì )起鋁珠。

3、背面場(chǎng)經(jīng)燒結后形成的鋁硅合金，鋁在硅中是作為P型摻雜，它可以減少金屬與硅交接處的少子復合，從而提高開(kāi)路電壓和短路電流，改善對紅外線(xiàn)的響應。

燒結質(zhì)量要求

1、最優(yōu)的電性能參數

2、燒結后的氮化硅表面顏色應該均勻，無(wú)明顯的色差.

3、電極無(wú)斷線(xiàn)

4、背場(chǎng)無(wú)鋁珠

5、電池最大彎曲度不超過(guò)4mm

6、燒結溫度的控制

溫度過(guò)低導致燒結不足即串聯(lián)電阻過(guò)大；

溫度過(guò)高導致燒穿即并聯(lián)電阻過(guò)小

燒結常見(jiàn)問(wèn)題

1、弓片

問(wèn)題分析：較差的鋁漿和流程導致產(chǎn)生粗糙表面

問(wèn)題解決：良好的鋁漿和追求更好的更好的工藝流程條件。

2、鋁泡

問(wèn)題分析：沒(méi)有完全的燒結有時(shí)導致有鋁泡。

問(wèn)題解決：試圖增加燒結區溫度，如果溫度的上升并不能解決問(wèn)題可以獨立的進(jìn)行頂部和底部的溫度設置。

3、斷柵

問(wèn)題分析：在后面兩個(gè)溫區溫度過(guò)高。

問(wèn)題解決：降低溫度或者提高帶速。

4、電極缺失

問(wèn)題分析：主要是由于印刷厚度，流程，加熱不均勻。

問(wèn)題解決：根據調整燒結溫度或印刷參數。

燒結原理

印刷了漿料的硅片經(jīng)過(guò)烘干排焦過(guò)程后使漿料中的大部分有機溶劑揮發(fā)，膜層收縮為固狀物緊密粘附在硅片上，這時(shí)可視為金屬電極材料和硅片接觸在一起。所謂的燒結過(guò)程是要使電極和硅片本身形成歐姆接觸，其原理為當電極里金屬材料和半導體單晶硅加熱到共晶溫度時(shí),單晶硅原子以一定比例融入到熔融的合金電極材料中.單晶硅原子融入到電極金屬中的整個(gè)過(guò)程一般只需要幾秒鐘的時(shí)間。融入單晶硅原子數目取決于合金溫度和電極材料的體積，燒結合金溫度越高，電極金屬材料體積越大，則融入的硅原子數目就越多，這時(shí)的合金狀態(tài)被稱(chēng)為晶體電極金屬的合金系統.如果此時(shí)的溫度降低,系統開(kāi)始冷卻形成再結晶層,這時(shí)原先溶入到電極金屬材料中的硅原子重新以固態(tài)形式結晶出來(lái),也就是在金屬和晶體接觸界面上生長(cháng)出一層外延層。如果外延層內含有足夠的量的與原先晶體材料導電類(lèi)型相同的雜質(zhì)成分，就獲得了用合金法工藝形成的歐姆接觸；如果在結晶層含有足夠量的與原先晶體材料導電類(lèi)型異型的雜質(zhì)成分就獲得了用合金工藝形成的P-N結。