太陽能電池片燒結(jié)工藝

燒結(jié)就是把印刷到硅片上的電極在高溫下燒結(jié)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路電壓和填充因子2個(gè)關(guān)鍵因素參數(shù),使電極的接觸具有電阻特性,達(dá)到生產(chǎn)高轉(zhuǎn)效率電池片的目的.燒結(jié)過程中有利于PECVD工藝所引入－H向體內(nèi)擴(kuò)散，可以起到良好的體鈍化作用。

燒結(jié)方式：高溫快速燒結(jié)

加熱方式：紅外線加熱

燒結(jié)過程

1、燒結(jié)是一個(gè)擴(kuò)散、流動和物理化學(xué)反應(yīng)綜合作用的過程。在印刷狀況穩(wěn)定的前提下，溫區(qū)溫度、氣體流量、帶速是燒結(jié)的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。2、由于要形成合金必須達(dá)到一定的溫度，Ag、Al與Si形成合金的穩(wěn)定又不同，所以必須設(shè)定不同的溫度來分別實(shí)現(xiàn)合金化。

3、將印刷好的上,下電極和背場的硅片經(jīng)過網(wǎng)印刷機(jī)的傳送帶傳到燒結(jié)爐中,經(jīng)過烘干排焦、燒結(jié)和冷卻烘干排焦、烘干排焦燒結(jié)和冷卻過程來完成燒結(jié)工藝最終達(dá)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?jié){料內(nèi)絕大部分焦油揮發(fā)出來。如果溫度設(shè)置不合理，不能使大部分焦油從漿料中揮發(fā)出來，剩下的焦油在進(jìn)入下一區(qū)域時(shí)會對燒結(jié)的效果影響很嚴(yán)重，對轉(zhuǎn)換率有高達(dá)0.2%的影響。為了保證設(shè)備安全，在每個(gè)區(qū)域都設(shè)有2個(gè)熱電偶，一個(gè)用于溫度控制，一個(gè)用于過溫保護(hù)。

①烘干排焦二

為了減少腔室內(nèi)熱量的損失，在設(shè)備強(qiáng)勢內(nèi)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(wěn)定的溫度，有利于工藝的穩(wěn)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(shè)計(jì)了一個(gè)對流加熱器。從烘干區(qū)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(qū)的兩頭將氣體抽出，保證從硅片揮發(fā)出來的焦油被對流加熱器吹出的熱氣帶出腔室內(nèi)，而不會導(dǎo)致硅片揮發(fā)出來的熱焦油在機(jī)器出口處冷凝而回流到設(shè)備里。對流盒子內(nèi)置在加熱盒子里，經(jīng)過過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(nèi)。但為保證安全操作，如果吸入的空氣總量在增加，相應(yīng)離開的總量必須是合適的。

②快速加熱燒結(jié)

根據(jù)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(shè)備用氣流把快速加熱箱分成4獨(dú)立的加熱系統(tǒng)，以保證每個(gè)腔室溫度的獨(dú)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(qū)的溫度在很短時(shí)間達(dá)到一個(gè)很高的溫度。這樣設(shè)計(jì)還可以是每個(gè)隔離區(qū)域橫向位置溫度的不均勻性在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。在此腔室內(nèi)每個(gè)抽風(fēng)口都特別設(shè)計(jì)了一個(gè)帶加熱裝置的文氏閥，能保證腔室內(nèi)產(chǎn)生的廢氣流很快離開腔室，避免在燒文氏閥結(jié)溫區(qū)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(qū)域。一個(gè)用于溫度控制，一個(gè)用于超溫報(bào)警。最后一個(gè)溫區(qū)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(nèi)部的實(shí)際溫度。為了能讓溫度急劇下降，在高溫區(qū)出口處的側(cè)壁、上下部分都裝有水冷系統(tǒng)。為了保證大部分熱量都輻射到腔室內(nèi)，在全部的加熱盒子周圍都覆蓋上保溫層，在外層還覆蓋有雙層的鋁反射板，有效延長了燈管的使用壽命。

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(yùn)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(diào)整，上部的風(fēng)扇將周圍的空氣通過冷卻管道送到硅片和皮帶上，下面的風(fēng)扇吸走通過皮帶周圍和硅片底部的空氣。

燒結(jié)要達(dá)到的效果

1、正面Ag穿過SiNH擴(kuò)散進(jìn)硅但不可到達(dá)p-n；

2、背面Ag、Al擴(kuò)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(jié)設(shè)備概述

燒結(jié)傳送帶系統(tǒng)

燒結(jié)爐結(jié)構(gòu)

燒結(jié)各溫區(qū)作用

烘干區(qū)：使有機(jī)溶劑脫離漿料燒結(jié)區(qū)

燒結(jié)區(qū)：使電極、背場可形成良好的歐姆接觸，減小串阻

燒結(jié)溫度曲線

燒結(jié)需要注意的問題

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

2、燒結(jié)時(shí)會有一定量的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多H的逸出。

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

4、氣流過小時(shí)會導(dǎo)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(qū)的氣流要保持平衡。

5、過快的帶速和過大的氣流會減弱高溫的作用。

燒結(jié)對電池片的影響

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

2、鋁漿燒結(jié)的目的使?jié){料中的有機(jī)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導(dǎo)致起包，嚴(yán)重的會起鋁珠。

3、背面場經(jīng)燒結(jié)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(fù)合，從而提高開路電壓和短路電流，改善對紅外線的響應(yīng)。

燒結(jié)質(zhì)量要求

1、最優(yōu)的電性能參數(shù)

2、燒結(jié)后的氮化硅表面顏色應(yīng)該均勻，無明顯的色差.

3、電極無斷線

4、背場無鋁珠

5、電池最大彎曲度不超過4mm

6、燒結(jié)溫度的控制

溫度過低導(dǎo)致燒結(jié)不足即串聯(lián)電阻過大；

溫度過高導(dǎo)致燒穿即并聯(lián)電阻過小

燒結(jié)常見問題

1、弓片

問題分析：較差的鋁漿和流程導(dǎo)致產(chǎn)生粗糙表面

問題解決：良好的鋁漿和追求更好的更好的工藝流程條件。

2、鋁泡

問題分析：沒有完全的燒結(jié)有時(shí)導(dǎo)致有鋁泡。

問題解決：試圖增加燒結(jié)區(qū)溫度，如果溫度的上升并不能解決問題可以獨(dú)立的進(jìn)行頂部和底部的溫度設(shè)置。

3、斷柵

問題分析：在后面兩個(gè)溫區(qū)溫度過高。

問題解決：降低溫度或者提高帶速。

4、電極缺失

問題分析：主要是由于印刷厚度，流程，加熱不均勻。

問題解決：根據(jù)調(diào)整燒結(jié)溫度或印刷參數(shù)。

燒結(jié)原理

印刷了漿料的硅片經(jīng)過烘干排焦過程后使?jié){料中的大部分有機(jī)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(jié)過程是要使電極和硅片本身形成歐姆接觸，其原理為當(dāng)電極里金屬材料和半導(dǎo)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)過程一般只需要幾秒鐘的時(shí)間。融入單晶硅原子數(shù)目取決于合金溫度和電極材料的體積，燒結(jié)合金溫度越高，電極金屬材料體積越大，則融入的硅原子數(shù)目就越多，這時(shí)的合金狀態(tài)被稱為晶體電極金屬的合金系統(tǒng).如果此時(shí)的溫度降低,系統(tǒng)開始冷卻形成再結(jié)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(jié)晶出來,也就是在金屬和晶體接觸界面上生長出一層外延層。如果外延層內(nèi)含有足夠的量的與原先晶體材料導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)成分，就獲得了用合金法工藝形成的歐姆接觸；如果在結(jié)晶層含有足夠量的與原先晶體材料導(dǎo)電類型異型的雜質(zhì)成分就獲得了用合金工藝形成的P-N結(jié)。