太陽能電池片燒結工藝

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路電壓和填充因子2個關鍵因素參數(shù),使電極的接觸具有電阻特性,達到生產(chǎn)高轉(zhuǎn)效率電池片的目的.燒結過程中有利于PECVD工藝所引入－H向體內(nèi)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：紅外線加熱

燒結過程

1、燒結是一個擴散、流動和物理化學反應綜合作用的過程。在印刷狀況穩(wěn)定的前提下，溫區(qū)溫度、氣體流量、帶速是燒結的三個關鍵參數(shù)。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(wěn)定又不同，所以必須設定不同的溫度來分別實現(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)印刷機的傳送帶傳到燒結爐中,經(jīng)過烘干排焦、燒結和冷卻烘干排焦、烘干排焦燒結和冷卻過程來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?jié){料內(nèi)絕大部分焦油揮發(fā)出來。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，剩下的焦油在進入下一區(qū)域時會對燒結的效果影響很嚴重，對轉(zhuǎn)換率有高達0.2%的影響。為了保證設備安全，在每個區(qū)域都設有2個熱電偶，一個用于溫度控制，一個用于過溫保護。

①烘干排焦二

為了減少腔室內(nèi)熱量的損失，在設備強勢內(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，讓整個腔室始終保持一個穩(wěn)定的溫度，有利于工藝的穩(wěn)步進行。對流器：對流器：為了能讓從漿料中揮發(fā)的焦油全部從抽風管道中抽走，設計了一個對流加熱器。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)，而不會導致硅片揮發(fā)出來的熱焦油在機器出口處冷凝而回流到設備里。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扇吸入到一個溫度可控的加熱器中，最后進入到腔室內(nèi)。但為保證安全操作，如果吸入的空氣總量在增加，相應離開的總量必須是合適的。

②快速加熱燒結

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。此種設備用氣流把快速加熱箱分成4獨立的加熱系統(tǒng)，以保證每個腔室溫度的獨立性，可形成一個一個的溫度階梯，從而使最后一個溫區(qū)的溫度在很短時間達到一個很高的溫度。這樣設計還可以是每個隔離區(qū)域橫向位置溫度的不均勻性在一個很小的范圍內(nèi)。在此腔室內(nèi)每個抽風口都特別設計了一個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個熱偶被安裝在加熱區(qū)域。一個用于溫度控制，一個用于超溫報警。最后一個溫區(qū)中安裝了2個熱偶，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)部的實際溫度。為了能讓溫度急劇下降，在高溫區(qū)出口處的側壁、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。冷卻風扇分別安裝在循環(huán)水管道的上方和下方。風速可以調(diào)整，上部的風扇將周圍的空氣通過冷卻管道送到硅片和皮帶上，下面的風扇吸走通過皮帶周圍和硅片底部的空氣。

燒結要達到的效果

1、正面Ag穿過SiNH擴散進硅但不可到達p-n；

2、背面Ag、Al擴散進硅。

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(tǒng)

燒結爐結構

燒結各溫區(qū)作用

烘干區(qū)：使有機溶劑脫離漿料燒結區(qū)

燒結區(qū)：使電極、背場可形成良好的歐姆接觸，減小串阻

燒結溫度曲線

燒結需要注意的問題

1、在設定溫度的同時也要考慮到Al的沸點較低，當超過其沸點時，將有Al進入工藝環(huán)境。這些會擴散入電池正面的p-n處，對其發(fā)生破壞作用。

2、燒結時會有一定量的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物已經(jīng)經(jīng)過烘干并揮發(fā)干凈。

4、氣流過小時會導致排風不暢，使工藝環(huán)境中存在大量有害雜質(zhì)。各個溫區(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(xiàn)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?jié){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導致起包，嚴重的會起鋁珠。

3、背面場經(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，從而提高開路電壓和短路電流，改善對紅外線的響應。

燒結質(zhì)量要求

1、最優(yōu)的電性能參數(shù)

2、燒結后的氮化硅表面顏色應該均勻，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、燒結溫度的控制

溫度過低導致燒結不足即串聯(lián)電阻過大；

溫度過高導致燒穿即并聯(lián)電阻過小

燒結常見問題

1、弓片

問題分析：較差的鋁漿和流程導致產(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：沒有完全的燒結有時導致有鋁泡。

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

3、斷柵

問題分析：在后面兩個溫區(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)整燒結溫度或印刷參數(shù)。

燒結原理

印刷了漿料的硅片經(jīng)過烘干排焦過程后使?jié){料中的大部分有機溶劑揮發(fā)，膜層收縮為固狀物緊密粘附在硅片上，這時可視為金屬電極材料和硅片接觸在一起。所謂的燒結過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,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過程一般只需要幾秒鐘的時間。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).如果此時的溫度降低,系統(tǒng)開始冷卻形成再結晶層,這時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,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；如果在結晶層含有足夠量的與原先晶體材料導電類型異型的雜質(zhì)成分就獲得了用合金工藝形成的P-N結。