太阳能电池片烧结工艺

烧结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,从而提高电池片的开路电压和填充因子2个关键因素参数,使电极的接触具有电阻特性,达到生产高转效率电池片的目的.烧结过程中有利于PECVD工艺所引入－H向体内扩散，可以起到良好的体钝化作用。

烧结方式：高温快速烧结

加热方式：红外线加热

烧结过程

1、烧结是一个扩散、流动和物理化学反应综合作用的过程。在印刷状况稳定的前提下，温区温度、气体流量、带速是烧结的三个关键参数。2、由于要形成合金必须达到一定的温度，Ag、Al与Si形成合金的稳定又不同，所以必须设定不同的温度来分别实现合金化。

3、将印刷好的上,下电极和背场的硅片经过网印刷机的传送带传到烧结炉中,经过烘干排焦、烧结和冷却烘干排焦、烘干排焦烧结和冷却过程来完成烧结工艺最终达到上下电极和电池片的欧姆接触。

①烘干排焦一

在网带的上、下都装有加热带，由温控仪控制其温度。目的是将印刷有浆料硅片烘干，并使浆料内绝大部分焦油挥发出来。如果温度设置不合理，不能使大部分焦油从浆料中挥发出来，剩下的焦油在进入下一区域时会对烧结的效果影响很严重，对转换率有高达0.2%的影响。为了保证设备安全，在每个区域都设有2个热电偶，一个用于温度控制，一个用于过温保护。

①烘干排焦二

为了减少腔室内热量的损失，在设备强势内部的四周安装上隔热板，并在腔室外的两边装上了铝的隔热反射板，让整个腔室始终保持一个稳定的温度，有利于工艺的稳步进行。对流器：对流器：为了能让从浆料中挥发的焦油全部从抽风管道中抽走，设计了一个对流加热器。从烘干区上部的对流加热器中吹出温度受控的气体，吹到腔室中，在从烘干区的两头将气体抽出，保证从硅片挥发出来的焦油被对流加热器吹出的热气带出腔室内，而不会导致硅片挥发出来的热焦油在机器出口处冷凝而回流到设备里。对流盒子内置在加热盒子里，经过过滤的大气被热空气风扇吸入到一个温度可控的加热器中，最后进入到腔室内。但为保证安全操作，如果吸入的空气总量在增加，相应离开的总量必须是合适的。

②快速加热烧结

根据工艺要求，需要此腔室的灯管能提供很高（高到1000℃）的温度，并且能在高温下工作。一般用石英玻璃管加热器。此种设备用气流把快速加热箱分成4独立的加热系统，以保证每个腔室温度的独立性，可形成一个一个的温度阶梯，从而使最后一个温区的温度在很短时间达到一个很高的温度。这样设计还可以是每个隔离区域横向位置温度的不均匀性在一个很小的范围内。在此腔室内每个抽风口都特别设计了一个带加热装置的文氏阀，能保证腔室内产生的废气流很快离开腔室，避免在烧文氏阀结温区废气对硅片的污染，还能让产生的废气流不在管道口处冷凝。对于温度的测试，2个热偶被安装在加热区域。一个用于温度控制，一个用于超温报警。最后一个温区中安装了2个热偶，于皮带正上方20mm处，他们反映了形成欧姆接触的共晶温度的真实值，他们的值可以在加热菜单看到，可以直接了解内部的实际温度。为了能让温度急剧下降，在高温区出口处的侧壁、上下部分都装有水冷系统。为了保证大部分热量都辐射到腔室内，在全部的加热盒子周围都覆盖上保温层，在外层还覆盖有双层的铝反射板，有效延长了灯管的使用寿命。

③冷却

冷却盒子是一个可循环的盒子，为了冷却电池片和皮带，运送冷却水的管道安装在皮带的上部和下部。冷却风扇分别安装在循环水管道的上方和下方。风速可以调整，上部的风扇将周围的空气通过冷却管道送到硅片和皮带上，下面的风扇吸走通过皮带周围和硅片底部的空气。

烧结要达到的效果

1、正面Ag穿过SiNH扩散进硅但不可到达p-n；

2、背面Ag、Al扩散进硅。

这样，Ag、Ag/Al、Al将与硅形成合金，建立了良好的电极欧姆接触，起到良好的收集电子的效果。

烧结设备概述

烧结传送带系统

烧结炉结构

烧结各温区作用

烘干区：使有机溶剂脱离浆料烧结区

烧结区：使电极、背场可形成良好的欧姆接触，减小串阻

烧结温度曲线

烧结需要注意的问题

1、在设定温度的同时也要考虑到Al的沸点较低，当超过其沸点时，将有Al进入工艺环境。这些会扩散入电池正面的p-n处，对其发生破坏作用。

2、烧结时会有一定量的H从硅片中逸出，必然减弱H对硅片的钝化作用。所以要有激冷的步骤以避免过多H的逸出。

3、高温前，一定要保证浆料中的有机物已经经过烘干并挥发干净。

4、气流过小时会导致排风不畅，使工艺环境中存在大量有害杂质。各个温区的气流要保持平衡。

5、过快的带速和过大的气流会减弱高温的作用。

烧结对电池片的影响

1、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，即FF的变化。

2、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。局部的受热不均和散热不均可能会导致起包，严重的会起铝珠。

3、背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P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，改善对红外线的响应。

烧结质量要求

1、最优的电性能参数

2、烧结后的氮化硅表面颜色应该均匀，无明显的色差.

3、电极无断线

4、背场无铝珠

5、电池最大弯曲度不超过4mm

6、烧结温度的控制

温度过低导致烧结不足即串联电阻过大；

温度过高导致烧穿即并联电阻过小

烧结常见问题

1、弓片

问题分析：较差的铝浆和流程导致产生粗糙表面

问题解决：良好的铝浆和追求更好的更好的工艺流程条件。

2、铝泡

问题分析：没有完全的烧结有时导致有铝泡。

问题解决：试图增加烧结区温度，如果温度的上升并不能解决问题可以独立的进行顶部和底部的温度设置。

3、断栅

问题分析：在后面两个温区温度过高。

问题解决：降低温度或者提高带速。

4、电极缺失

问题分析：主要是由于印刷厚度，流程，加热不均匀。

问题解决：根据调整烧结温度或印刷参数。

烧结原理

印刷了浆料的硅片经过烘干排焦过程后使浆料中的大部分有机溶剂挥发，膜层收缩为固状物紧密粘附在硅片上，这时可视为金属电极材料和硅片接触在一起。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单晶硅加热到共晶温度时,单晶硅原子以一定比例融入到熔融的合金电极材料中.单晶硅原子融入到电极金属中的整个过程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.如果此时的温度降低,系统开始冷却形成再结晶层,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,也就是在金属和晶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。