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1、 电池片烧结工艺电池片烧结工艺烧结的目的与原理烧结的目的与原理烧结的目的：烧结的目的：:就是把印刷到硅片上的电极在高温下烧结成电池片就是把印刷到硅片上的电极在高温下烧结成电池片,最终使电极和硅片本身形成欧姆接触最终使电极和硅片本身形成欧姆接触,从而提高电池片的开路电从而提高电池片的开路电压和填充因子压和填充因子2个关键因素参数个关键因素参数,是电极的接触具有电阻特性是电极的接触具有电阻特性,达到达到生产高转效率电池片的目的生产高转效率电池片的目的.烧结原理：所谓的烧结过程是要使电极和硅片本身形成欧姆接触，烧结原理：所谓的烧结过程是要使电极和硅片本身形成欧姆接触，其原理为当电极里金属材料和半导体
2、单晶硅加热到共晶温度时其原理为当电极里金属材料和半导体单晶硅加热到共晶温度时,单单晶硅原子以一定比例融入到熔融的合金电极材料中晶硅原子以一定比例融入到熔融的合金电极材料中.单晶硅原子融单晶硅原子融入到电极金属中的整个过程是相当快的，一般只需要几秒钟的时入到电极金属中的整个过程是相当快的，一般只需要几秒钟的时间。融入单晶硅原子数目取决于合金温度和电极材料的体积，烧间。融入单晶硅原子数目取决于合金温度和电极材料的体积，烧结合金温度越高，电极金属材料体积越大，则融入的硅原子数目结合金温度越高，电极金属材料体积越大，则融入的硅原子数目就越多，这时的合金状态被称为晶体电极金属的合金系统就越多，这时的合金
3、状态被称为晶体电极金属的合金系统.如果此如果此时的温度降低时的温度降低,系统开始冷却形成再结晶层系统开始冷却形成再结晶层,这时原先溶入到电极这时原先溶入到电极金属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来金属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来,也就是在金属和晶也就是在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层体接触界面上生长出一层外延层.如果外延层内含有足够的量的与如果外延层内含有足够的量的与原先晶体材料导电类型相同的杂质成分，就获得了用合金法工艺原先晶体材料导电类型相同的杂质成分，就获得了用合金法工艺形成的欧姆接触；如果在结晶层含有足够量的与原先晶体材料导形成的欧姆接触；如果在结晶层含有足够量的与原先
4、晶体材料导电类型异型的杂质成分就获得了用合金工艺形成的电类型异型的杂质成分就获得了用合金工艺形成的P-N结。结。烧结工艺（正银形成过程）烧结工艺（正银形成过程）1.开始烧结（有机开始烧结（有机 溶溶剂挥发）剂挥发）2.加热到加热到450度，开始融化度，开始融化 烧结工艺（正银形成过程）烧结工艺（正银形成过程）3.熔融的玻璃开始蚀刻熔融的玻璃开始蚀刻SiN层层4.加热到加热到670到到700度，蚀穿度，蚀穿SiN层开始熔融层开始熔融si的表层的表层烧结工艺（正银形成过程）烧结工艺（正银形成过程）冷却后，熔融玻璃中过量的冷却后，熔融玻璃中过量的Ag颗粒埋颗粒埋在在Si的表面，形成电流传导路经的表面
5、，形成电流传导路经Temperature profile(正銀正銀)1.Drying:在150乾燥時先揮發掉膠料中所有的溶劑，否則在高溫燒結時溶劑產生的氣泡將會造成裂縫2.Burn out:在300400進行burn-out的過程，驅趕掉膠料中的有機黏結劑3.Firing:在700800時，燒結的步驟可使銀線黏附在Si wafer 表面烧结工艺（背铝形成过程）烧结工艺（背铝形成过程）1.浆料干燥浆料干燥2.铝铝/硅开始硅开始熔化熔化为为液相液相3.熔融的熔融的铝铝和和硅开硅开始相互的始相互的传递传递形成形成Al/Si 互溶的液互溶的液体体4.在在达达到到最高溫最高溫时时，Al/Si 互溶的液互
6、溶的液体体完整地覆完整地覆盖盖住住 wafer 的表的表面面5.在冷卻時，在冷卻時，硅硅原子快速地由原子快速地由 paste 移回移回 wafer 表面，表面，掺杂着掺杂着Al 原子形成原子形成石晶结构石晶结构的的 BSF6.当当溫度冷卻至溫度冷卻至557以下時，背以下時，背铝会转换铝会转换成成 Al-Si 共晶共晶(12%的的Si)，并并且在且在BSF上面上面会会覆覆盖盖一一层致层致密的密的Al-Si 共晶共晶层层烧结工艺烧结工艺 烧结曲线烧结曲线预热区（预热区（100-250）蒸发）蒸发最后一道丝网印刷中存在的最后一道丝网印刷中存在的有机溶剂；有机溶剂；Burn out（500-600）区
7、）区烧掉有机溶剂及树脂；烧掉有机溶剂及树脂；瞬间升降高温（瞬间升降高温（700-850）根据减反射膜和浆）根据减反射膜和浆料的特性；料的特性；烧结炉结构图烧结炉结构图入入料料区区冷冷凝凝器器隔离炉膛隔离炉膛隔离炉膛隔离炉膛烘干区烘干区烧结区烧结区冷却区冷却区出出料料区区结构图结构图控制系统控制系统温度控制系统温度控制系统 烧结设备概述烧结设备概述烧结炉烧结炉设备设备软件软件烘干区烘干区烧结区烧结区冷却区冷却区温度调节温度调节上下功率调节上下功率调节T1T2T3T4T5T6T7T8T9干燥区干燥区屏蔽屏蔽烧结区烧结区硅片硅片测试测试各温区作用各温区作用温区温区作用作用烘干区烘干区使有机溶剂脱离浆
8、料使有机溶剂脱离浆料烧结区烧结区加热达到共晶温度，使硅材料融入加热达到共晶温度，使硅材料融入冷却区冷却区使电极、背场可形成良好的欧姆接触，减小串阻使电极、背场可形成良好的欧姆接触，减小串阻温度梯度温度梯度:从常温到烧结高温，温度变化是剧烈的，用逐从常温到烧结高温，温度变化是剧烈的，用逐渐增温的方式来增加系统的稳定性渐增温的方式来增加系统的稳定性烧结过程：烧结过程：1.对第三道丝印后硅片表面浆料进行烘干。对第三道丝印后硅片表面浆料进行烘干。2.去除浆料中的有质粘结剂。去除浆料中的有质粘结剂。3.铝背场及珊线烧结。铝背场及珊线烧结。烧结工艺烧结工艺注意事项注意事项燃烧有机物阶段的烧结温度一般设置在
9、燃烧有机物阶段的烧结温度一般设置在300qc300qc左右。如果左右。如果温度设置过高，则浆料中的有机物挥速度过快，会造成金温度设置过高，则浆料中的有机物挥速度过快，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，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。峰值温会导致有机物燃烧不完全，也会带来同样的问题。峰值温度区间要注意的就是峰值温度的设定。度区间要注意的就是峰值温度的设定。峰值温度峰值温度决定了烧结过程中银铝合金、硅铝合金当决定了
10、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，效率显正面电极烧穿，使串联电阻和填充因子下降，效率显著降低。著降低。烧结工艺烧结工艺烧结对电池片的影响：烧结对电池片的影响：相对于铝浆烧结，银浆的烧结要重要很多，对电相对于铝浆烧结，银浆的烧结要重要很多，对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，池片电性能影响
11、主要表现在串联电阻和并联电阻，即即FF的变化。的变化。铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发，铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发，并形成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均并形成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均和散热不均可能会导致起包，严重的会起铝珠。和散热不均可能会导致起包，严重的会起铝珠。背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为为P型掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复型掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和短路电流，改善对红外合，从而提高开路电压和短路电流，改善对红外线的响应线的响应烧结工艺烧结工艺浆料本身
12、的性质对产品有很大的影响：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）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；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；）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：）背场有铝球形成，原因：硅片表面织构化过程时造成表面高低差过大；硅片表面织构化过程时造成表面高低差过大；干燥时间太短；干燥时间太短；在烧结时铝颗粒间相互融溶而使颗粒间距缩短在烧结时铝颗粒间相互融溶而使颗粒间距缩短烧结工艺烧结工艺烧结工艺控制要求：烧结工艺控制要求：烧结后硅片氮化硅表面颜色均匀烧结后硅片氮化硅表面颜色均匀,无玷污无玷污背场无铝珠背场无铝珠电池最大弯曲度要求电池最大弯曲度要求烧结温度的控制烧结温度的控制 温度过低导致烧结不足温度过低导致烧结不足串联电阻过大串联电阻过大 温度过高导致烧穿温度过高导致烧穿并联电阻过小并联电阻过小 谢谢谢谢