晶硅太阳能电池-浆料烧结分析课件.ppt

1、晶硅太阳能电池晶硅太阳能电池-浆料烧结分析浆料烧结分析报告人：袁红霞 2011年6月 Outline Outline 晶硅太阳能电池烧结机理晶硅太阳能电池烧结机理 烧结曲线分析烧结曲线分析正电极烧结机理正电极烧结机理背电池烧结机理背电池烧结机理 测试分析测试分析正银烧结前后形貌及成分分析正银烧结前后形貌及成分分析背银烧结前后形貌及成分分析背银烧结前后形貌及成分分析铝背场烧结前后形貌及成分分析铝背场烧结前后形貌及成分分析烧结的目的及作用烧结的目的及作用2 燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触，从而提高开路电压和短路电流并使其具有牢

2、固的附着力与良从而提高开路电压和短路电流并使其具有牢固的附着力与良 好的可焊性。好的可焊性。正电极的银、氮化硅薄膜、以及硅经烧结后形成银硅合金，正电极的银、氮化硅薄膜、以及硅经烧结后形成银硅合金，使电极与硅形成良好的欧姆接触，从而提高开路电压和短路使电极与硅形成良好的欧姆接触，从而提高开路电压和短路 电流。电流。背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P+P+型掺杂，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，改善对红外波段的响应。短路电流，改善对红外波段的响应。

3、烧结曲线烧结曲线电池烧结的整个时间约，分为烘干、预烧、烧结电池烧结的整个时间约，分为烘干、预烧、烧结和降温和降温 个阶段个阶段 烧结温度的设定烧结温度的设定温区温区12345678910带速带速温度温度36037038048052058063774092670210温区温区温度温度温度逐渐上升的烘干区域（温度逐渐上升的烘干区域（1，2，3）烧结背面电极的区域烧结背面电极的区域 烧结正面银电极的区域烧结正面银电极的区域 冷却硅片的降温区域冷却硅片的降温区域温度自然降低温度自然降低 前三个区是烘干区，主要完成浆料中有机成分的挥发，后六个区主要前三个区是烘干区，主要完成浆料中有机成分的挥发，后六个区

4、主要完成背场和正面的烧结，也可以说硅铝欧姆接触和银硅欧姆接触的形成。完成背场和正面的烧结，也可以说硅铝欧姆接触和银硅欧姆接触的形成。正电极的烧结机理正电极的烧结机理正电极的烧结机理正电极的烧结机理低温区主要是一个浆料有机溶剂低温区主要是一个浆料有机溶剂和有机粘合剂被蒸发和被燃烧；和有机粘合剂被蒸发和被燃烧；中温阶段主要是玻璃体开始融化，中温阶段主要是玻璃体开始融化，银颗粒开始聚合；银颗粒开始聚合；高温阶段主要是银、硅、玻璃体高温阶段主要是银、硅、玻璃体开始发生反应，形成银硅合金开始发生反应，形成银硅合金冷却主要是银粒子在硅片表面结冷却主要是银粒子在硅片表面结晶生长晶生长正银正银PV-16LPV

5、-16L差热热重曲线分析差热热重曲线分析02004006008008.78.88.99.09.19.29.3 TG(mg)T(oC)02004006008009596979899100101 T(oC)TG(%)0200400600800-15-10-5051015202530 T(oC)Mircovolt(uv)有机物挥发有机物挥发有机物燃烧有机物燃烧有机物挥发有机物挥发有机物燃烧有机物燃烧放热反应放热反应 前三个区是烘干区，主要完成浆料中前三个区是烘干区，主要完成浆料中 有机成分的挥发和燃烧有机成分的挥发和燃烧从从Ag-SiAg-Si相图看银的溶解与再结晶相图看银的溶解与再结晶从Ag-Si

6、相图看：两者形成合金的最小温度为830度，比例为：Ag：Si=15.4：84.6银的融化点为950 C 因此，在太阳电池的烧结温度下（850900 C）银无法溶解与硅形成合金但如果银和硅形成混合相，则可以在830 C形成固态的合金。玻璃料的作用是形成一种Ag和Pb的混合态，以使其合金点下降，使得银在低于830 C溶解从从Ag-PbAg-Pb相图看银的溶解与再结晶相图看银的溶解与再结晶只要比率很低的铅（1%）就可以使合金液化温度降低到600度以下Ag(950 C)Ag-Si(830 C)Ag-Pb(600 C)欠烧和过烧结欠烧和过烧结 每一批片子都有一个最佳烧结点，当温度超过或者低每一批片子都有

7、一个最佳烧结点，当温度超过或者低于最佳烧结点的温度的时候，片子都是没有达到我们于最佳烧结点的温度的时候，片子都是没有达到我们的理想烧结要求的的理想烧结要求的欠烧时欧姆接触没有完全形成，串联电阻会偏大，填欠烧时欧姆接触没有完全形成，串联电阻会偏大，填充因子偏低充因子偏低过烧时银硅合金消耗太多银金属，银硅合金层相当于过烧时银硅合金消耗太多银金属，银硅合金层相当于隔离层，阻止了载流子的输出，也会增加接触电阻，隔离层，阻止了载流子的输出，也会增加接触电阻，降低填充因子。降低填充因子。背电极的形成机理背电极的形成机理在峰值区前接触烧成，同时背场和背接触烧成在峰值区前接触烧成，同时背场和背接触烧成讨论：讨

8、论：沉积铝层厚度铝珠和鼓包现象铝层厚度对于背表面复合速率的影响铝层厚度对于背表面复合速率的影响可见背面铝浆最少要大于20m但是并不是铝层厚度越厚越好，铝层太厚会引起弓片，增但是并不是铝层厚度越厚越好，铝层太厚会引起弓片，增加单耗。我们公司大概在加单耗。我们公司大概在30um30um左右左右铝珠和鼓包现象铝珠和鼓包现象铝珠一般都是烧结区温度过高出现的，在我们对片子进行二次烧结铝珠一般都是烧结区温度过高出现的，在我们对片子进行二次烧结时，铝珠基本上都会出现的，当一次烧结出现铝珠时，此时已经有时，铝珠基本上都会出现的，当一次烧结出现铝珠时，此时已经有过烧的嫌疑了，那就直接降低烧结区的温度。过烧的嫌疑

9、了，那就直接降低烧结区的温度。鼓包现象时经常出现的外观问题，这种现象基本上是都可以通过调鼓包现象时经常出现的外观问题，这种现象基本上是都可以通过调节烧结区的温度来解决的，除了浆料本身的原因之外，从烧结角度节烧结区的温度来解决的，除了浆料本身的原因之外，从烧结角度来调节鼓包的话，首先还是把烧结区的温度降低，也是要保证欧姆来调节鼓包的话，首先还是把烧结区的温度降低，也是要保证欧姆接触，也就是保证效率的正常，再去调节烘干区的温度。鼓包的最接触，也就是保证效率的正常，再去调节烘干区的温度。鼓包的最大的可能一是烧结区温度过高使得硅铝合金突破铝的氧化层，二是大的可能一是烧结区温度过高使得硅铝合金突破铝的氧

10、化层，二是片子在经过烘干区时浆料挥发不充分或者时挥发过快。片子在经过烘干区时浆料挥发不充分或者时挥发过快。正银烧结前后形貌及成分分正银烧结前后形貌及成分分析析副栅线烧结前后高宽比的变化副栅线烧结前后高宽比的变化烧结后副栅宽度降低烧结后副栅宽度降低烧结前后副栅高度几乎没有变化烧结前后副栅高度几乎没有变化烧结后副栅高宽比增加烧结后副栅高宽比增加正银正银PV-16LPV-16L未烧结前形貌未烧结前形貌正银未烧前银颗粒形状各异，主要有直径不等的球状，正银未烧前银颗粒形状各异，主要有直径不等的球状，不规则的颗粒组成不规则的颗粒组成二次电子像二次电子像背散射像背散射像正银未烧结前能谱分析正银未烧结前能谱分

11、析元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K1.4010.05O K2.4713.31Si K0.421.28Ag L92.6674.09Pb M3.061.27总量总量100.00正银烧结后形貌正银烧结后形貌二次电子像二次电子像背散射像背散射像正银烧结后孔洞较多，同过二次电子像和背散射信号对比，右图黑色区域正银烧结后孔洞较多，同过二次电子像和背散射信号对比，右图黑色区域 对应于孔洞状，主要是由于在孔洞处背散射电子收集信号较弱导致对应于孔洞状，主要是由于在孔洞处背散射电子收集信号较弱导致正银烧结后能谱分析正银烧结后能谱分析元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K0

12、.645.03O K1.257.40Mg K0.271.03Si K0.230.76Ag L97.6285.78总量总量100.00三星和三星和PV16LPV16L浆料烧结后形貌对比浆料烧结后形貌对比PV-16LPV-16L三星三星三星浆料烧结后和杜邦浆料烧结后有所区别，三星浆料中有更小的颗粒存在三星浆料烧结后和杜邦浆料烧结后有所区别，三星浆料中有更小的颗粒存在三星正银烧结后形貌三星正银烧结后形貌二次电子像二次电子像背散射像背散射像三星浆料烧结后小颗粒处不存在成分的偏析三星浆料烧结后小颗粒处不存在成分的偏析三星浆料烧结后能谱三星浆料烧结后能谱元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C

13、 K1.086.39O K6.9731.04Zn K4.905.34Ag L86.1356.91Pb M0.920.32总量总量100.00三星浆料烧结后出现成分偏析三星浆料烧结后出现成分偏析元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K6.9225.38O K13.2436.44Al K0.250.40Si K0.350.55Zn K20.8614.06Ag L54.9422.44Pb M3.440.73总量总量100.00元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K4.8626.19O K4.4918.18Mg K0.350.94Zn K1.121.11Ag L89.

14、1853.57总量总量100.00THANK YOUSUCCESS2022-11-1925可编辑可编辑元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K7.0338.70O K1.225.04Ag L91.7656.27总量总量100.00三星浆料烧结后出现成分偏析三星浆料烧结后出现成分偏析元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K7.7721.13O K23.0647.10Mg K0.220.30Al K0.340.41Si K0.700.81Zn K53.2826.63Ag L8.962.71Pb M5.680.90总量总量100.00三星浆料未烧结形貌及能谱三星浆料未

15、烧结形貌及能谱元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K3.0715.12O K7.1226.34Mg K0.591.44Al K4.028.82Si K0.470.99Zn K3.963.58Ag L78.5043.06Pb M2.270.65PV16LPV16L浆料烧结后断面形貌和成分分析浆料烧结后断面形貌和成分分析银硅合金的存在银硅合金的存在元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K41.8466.08O K3.093.66Si K41.8428.26Ag L9.411.65Pb M3.830.35总量总量100.00元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分

16、比百分比C K7.1439.02O K1.295.30Si K0.170.41Ag L90.2254.90Pb M1.170.37总量总量100.00银硅合金的存在银硅合金的存在背银烧结前后形貌及成分分析背银烧结前后形貌及成分分析背银背银Ferro PS33-612 Ferro PS33-612 未烧结前形貌未烧结前形貌 背银烧结前形貌和正银烧结前形貌不同，背银颗粒呈片背银烧结前形貌和正银烧结前形貌不同，背银颗粒呈片 状，大小不一状，大小不一二次电子像二次电子像背散射像背散射像背银背银Ferro PS33-612Ferro PS33-612未烧结前能谱分析未烧结前能谱分析元素元素重量重量原子原

17、子 百分比百分比百分比百分比C K1.9012.56O K3.4417.06Mg K0.210.68Si K0.320.91Mn K0.921.32Ag L89.9666.22Pb M3.261.25总量总量100.00背银烧结后形貌背银烧结后形貌背银烧结后孔洞较多，不致密背银烧结后孔洞较多，不致密背银背银Ferro PS33-612Ferro PS33-612烧结后能谱分析烧结后能谱分析元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K0.715.19O K2.8815.77Mg K0.240.87Si K0.321.00Ag L93.9476.36Pb M1.910.81总量总量10

18、0.00背银烧结后未含有背银烧结后未含有MnMn元素元素背银烧结后断面形貌和成分分析背银烧结后断面形貌和成分分析银硅合金的存在银硅合金的存在铝背场烧结前后形貌及成分分析铝背场烧结前后形貌及成分分析东洋铝背场未烧结前形貌东洋铝背场未烧结前形貌铝浆未烧结前铝颗粒呈直径大小不一的球状铝浆未烧结前铝颗粒呈直径大小不一的球状在背散射图中发现白色颗粒，含量极少，但是分布在在背散射图中发现白色颗粒，含量极少，但是分布在 各处各处铝背场未烧结前能谱分析铝背场未烧结前能谱分析元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比O K2.434.07Al K95.5095.13K K0.310.21Zn K0.86

19、0.35Ag L0.910.23总量总量100.00铝背场未烧结前白色颗粒区能谱分析铝背场未烧结前白色颗粒区能谱分析元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K5.3114.45O K9.7319.86Al K49.3759.79Ba L4.090.97Bi M31.504.93总量总量100.00白色颗粒区出现白色颗粒区出现BaBa、BiBi元素元素 非白色颗粒区未出现非白色颗粒区未出现BaBa、BiBi元素元素 元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K18.1333.17O K1.221.67Al K79.7764.98Ag L0.890.18总量总量100.0

20、0铝背场未烧结前白色颗粒区能谱分析铝背场未烧结前白色颗粒区能谱分析元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K8.8324.51O K10.7722.46Al K36.9845.71Ba L4.701.14Bi M38.726.18总量总量100.00元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K20.5336.92Al K78.5862.90Ag L0.890.18铝背场烧结后形貌铝背场烧结后形貌铝背场烧结后背散射图中未发现白色颗粒铝背场烧结后背散射图中未发现白色颗粒铝背场烧结后能谱分析铝背场烧结后能谱分析元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比O K4.65

21、7.76Al K80.4079.60Si K12.7012.08Ag L2.250.56总量总量100.00元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K31.0649.69O K4.955.94Al K42.4430.22Si K20.3713.93Ag L1.180.21总量总量100.00铝背场烧结后断面形貌和成分分析铝背场烧结后断面形貌和成分分析铝硅合金的存在铝硅合金的存在铝硅合金的存在铝硅合金的存在元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K2.978.45O K7.0114.98Al K25.2131.94Si K27.5233.50Ag L32.7510.3

22、8Pb M4.540.75总量总量100.00元素元素重量重量原子原子 百分比百分比百分比百分比C K2.717.16O K10.7221.25Al K42.3049.72Si K10.6011.97Ag L33.679.90总量总量100.00形貌不一致形貌不一致形貌不一致形貌不一致总结总结烧结曲线前三个区是烘干区，主要完成浆料中有机成分的挥发和烧结曲线前三个区是烘干区，主要完成浆料中有机成分的挥发和燃烧，铝背场在峰值区前烧成燃烧，铝背场在峰值区前烧成银浆中含有少量的银浆中含有少量的PbPb可以使其合金点下降可以使其合金点下降铝层厚度越厚，背表面复合速率越低，但不是越厚越好，铝层太铝层厚度越

23、厚，背表面复合速率越低，但不是越厚越好，铝层太厚会引起弓片，增加单耗厚会引起弓片，增加单耗正银未烧前银颗粒主要有直径不等的球状和不规则的颗粒组成，正银未烧前银颗粒主要有直径不等的球状和不规则的颗粒组成，背银烧结前颗粒呈片状，大小不一背银烧结前颗粒呈片状，大小不一三星浆料烧结后存在成分的偏析三星浆料烧结后存在成分的偏析铝浆未烧结前铝颗粒呈直径大小不一的球状，在背散射图中发现铝浆未烧结前铝颗粒呈直径大小不一的球状，在背散射图中发现白色颗粒，含量极少，但是分布在各处，白色可能颗粒为助熔剂白色颗粒，含量极少，但是分布在各处，白色可能颗粒为助熔剂，烧结后未发现，烧结后未发现从从SEMSEM和能谱图中可以检测到银硅合金和铝硅合金和能谱图中可以检测到银硅合金和铝硅合金49Thank youThank youTHANK YOUSUCCESS2022-11-1950可编辑可编辑