毕业设计（论文）-太阳能电池片制造工艺及铝背场钝化工艺的研究

河南科技大学毕业设计 (论文） I 太阳能电池片制造工艺 及 铝背场 钝化工艺的研究 摘 要 随着社会的发展，人类对能源的需求变得多样化，由于原始能源的获取主要通过煤、石油、天然气 等 石化能源，但是这些能源变得越来越少，同时还会造成环境的污染。近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需求变得越来大。 因此 光伏行业受到的极大重视，在短短的几年里 便得 到迅速发展，我国光伏行业以每年 30%左右的增速发展。 作为一个新兴的行业，有很多人对太阳能电池的生产还不了解。 本文的亮点是 ： 1） 系统的 介绍了太阳能电池片的制造工艺，从制绒工艺到最后的印刷烧结和检测 ,为以后深入 学习打下基础。 2）对比验证了商业常用的两种网版 (250、 280)和两种浆料的优缺点 及对一些常见问的分析 ，并得出在现有的商业烧结条件下 的最好 搭配， 并 对现实中的电池片 生产提供了 参考。 关键词： 太阳能电池 ， 制造工艺 ， 铝背场 ， 表面复合 ， 丝网印刷 技术河南科技大学毕业设计 (论文） I Solar Sell Processing and Investagation of Al-BSF Passivation Quality ABSTRACT With the development of society, human demand for energy to diversify. As the primary energy, mainly through the acquisition of coal oil,gas,and other fossil fuels. But these energy sources become less and less. At the same time also cause environmental pollution. In recent years,as people focus on the environment.The demand for new energy sources have become increasingly large. Therefore, great attention by the PV industry. In just a few years, it has developed rapidly. Chinas PV industry annual growth rate of about 30% of the development. As an emerging industry. Many people do not understand the production of solar cells. The highlight of this article. 1) A systematic introduction to manufacturing processes for solar cells. From the system down to the final printing process and test fired. Lay the foundation for future in-depth study. 2) Comparative validation of the commercial version of two common network(250.280count) and draw on existing business with the best sintering conditions. The cells and production of reality to provide a reference. KEY WORDS: solar cell, processing, Al-BSF, surface recombination, screen-printing technology 河南科技大学毕业设计 (论文） II 目 录 第一章 绪 论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 太阳能电池发展历史和现状 . 2 1.3 太阳能电池的分类与发展趋势 . 3 第二章 晶体硅太阳能电池的生产工艺 . 6 2.1 太阳能电池的基本结构和工作原理 . 6 2.2 太阳能电池的输出特性 . 7 2.3 单晶太阳能电池的制造工艺 . 10 2.3.1 制绒工艺 . 10 2.3 .2 扩散工艺 . 12 2.3 .3 刻蚀与镀膜 工艺 . 13 2.3 .4 印刷烧结工艺 . 14 2.4 实验背景和意义 . 18 第三章 实验结果与分析 . 20 3.1 实验硅片的选择 . 20 3.2 网版的选择实验 . 20 3.3 铝背场浆料的选择实验 . 25 结 论 . 30 参考文献 . 31 致 谢 . 33 河南科技大学毕业设计 (论文） 1 第一章 绪 论 1 .1 引言 太阳中蕴藏着人类取之不尽的能源。太阳不停地向宇宙空间中发送着巨大的能量。据计算，仅一秒钟发出的能量就相当于 1.3亿亿 吨标准煤燃烧时所放出的热量 1。与其他能源相比，太阳能不会产生有毒、有害气体和废渣，因而不污染环境。同时太阳光随处都可以得，使用方便、安全；成本低廉，可以再生。太阳能优势与资源太阳能除去数量巨大之外，还能长期供给，理论计算太阳尚可维持数十亿年之久，此外，太阳能随处都有，不需开采和运输，并且是没有任何污染的清洁能源。这些都是它的独特之处。但是，它的能量密度很低，只有 1w/m2，并且受气候影响，具有不稳定性，这些又给太阳能的利用带来很大困难。在新能源中，当前太阳能发电的成本较高，大约是生物质发电（沼气发电）的 7 12倍，风能发电的 6 10倍。但太阳能与其他新能源相比在资源潜力和持久适用性方面更具优势，从长远前景来看，光伏发电是最具潜力的战略替代发电技术。根据欧洲 JRC的预测，到 2030年太阳能发电将在世界电力的供应中显现其重要作用，达到 10%以上，可再生能源在总能源结构中占到 30%； 2050年太阳能发电将占总能耗的 20%，可再生能源占到 50%以上，到本世纪后期，太阳能发电将在世界电能结构中占据 70%的位置，下图是欧洲 JRC的预测 2。 图 1-1世界能源趋势图 在世界各国发起的大规模国家光伏发展计划和太阳能 屋顶计划的刺激和河南科技大学毕业设计 (论文） 2 推动下，世界光伏工业上世纪末最后 10年的平均增长率为 20%，从 1991年的55兆瓦增长到 2000年的 287兆瓦。而进入新千年后，全球光伏组件的年均增长率更是高达 30%以上， 2003年全球的产量达到了 744兆瓦，光伏产业成为全球发展最快的新兴行业之一。 作为一个发展中国家，我国能源工业面临着经济增长、环境保护和社会发展等多重压力。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品能源消费的 76%。传统化石能源消耗过程的尾气排放，已成为我国大气污染的主要来源。尽管如此，已经探明的常规能源剩余储量 (煤炭 、石油、天然气等 )，以及可开采年限均十分有限 (图 1-2)，同比世界，中国的能源形势更加严峻 3。因此开发利用太阳能等可再生能源、实现能源工业的可持续发展更显迫切、意义也更为重大 。 图 1-2 世界和中国各种能源储备比较 1.2 太阳能电池发展历史 和现状 太阳电池的历史可以追溯到 19世纪。 1839年， 19岁的法国年轻科学家埃德蒙 .贝克勒（ A E Becqurel）在其父亲的实验室电解槽中发现了光生伏特效应， 1883年， Charles Fritts描述了第一个用硒制造的光生伏特电池，1941年， Ohl提出了硅 p-n结光伏器件 4。太阳电池发展的一个重要里程碑则是 1954年，美国贝尔实验室制出了第一个实用的硅扩散制备 p-n结太阳电池，并很快将光电转换效率提高到 10%。 经过近半个世纪的发展，太阳电池已从最初的单晶硅电池发展到今天的多晶硅、非晶硅、化合物半导体太阳电池、薄膜光电池、聚光电池、有机光电池及化学光电池。经历了第一代晶硅太阳电池，第二代薄膜太阳电池，第三代高效太阳电池的研究。近几年，全世界太阳能电池的生产量平均每年增长近 40%，美国和日本相继出台了太阳能研究开发计划。随着光伏技术及应用材料的飞速河南科技大学毕业设计 (论文） 3 发 展，光电材料成本不断下降，光电转换效率逐渐升高，太阳能光伏发电将会越来越显现出优越性 5。最近的光伏发电行业调查表明，到 2010年，光伏发电产业的年发展速度将保持在 30%以上。光伏发电产业的年销售额将从 2004年的 70亿美元增加到 2010年的 300亿美元。到 2010年太阳能光伏发电成本将降低到可与常规能源竞争的程度。 2002年到 2003年，我国开始实施光明工程项目。 “ 中华人民共和国可再生能源法 ” 于 2006年 1月 1日生效，在能源中长期发展战略和规划中明确提出：到 2020年可再生能源在能源构成的比例中要达到 10%左右。中国可再生能源的利用和发展已引起全世界的广泛关注。未来太阳电池会朝大面积化和高效化的方向发展。各地电池的效率如下 6 ，澳大利亚新南威尔士大学高效单晶硅电池和多晶硅电池效率分别达到 24.7%、 19.8%。非晶硅薄膜电池通过双结、三结迭层和 Ge-Si合金层技术，通过克服光衰减其实验室稳定效率已经突破 15%、 CdTe电池效率达到 15.8%、 CIS电池效率 18.8%。在我国单晶硅高效电池效率达到 19.79%；大面积（ 55cm2）刻槽埋栅电池效率达到 18.6%，多晶硅电池效率达到 14.5%；在多晶硅薄膜 电池方面，采用快速热 CVD技术在非活性硅衬底上制备的多晶薄膜电池效率达 14.8%。 1.3 太阳能电池的分类与发展趋势 迄今为止，人们已经研究了 100多种不同材料、不同结构、不同用途和不同型式的太阳电池。常见的有结构分类法、材料分类法和用途分类法等，其中按基体材料分类的方法最为常见。太阳电池与光伏组件按基体材料分类如 下图 7。 图 1-3 太阳能电池按基体材料分类 河南科技大学毕业设计 (论文） 4 目前，已经商品化大规模生产的太阳电池主要是晶体硅电池和各种薄膜电池，下图为 1999-2006年全球各种商品化太阳电池产量的比例。 图 1-4 1999-2006 年全球商品化太阳电池产量比例 从该图可以看出： 1. 晶体硅太阳电池（包括单晶硅、多晶硅、片硅、带硅等太阳电池）始终是商品化太阳电池的主流产品。占据着超过 90%以上的市场份额； 多晶硅太阳电池 一直是晶体硅太阳电 池的主流产品，但近年来单晶硅的份额有所回升， 这主要是由于中国厂商大量生产单晶硅太阳电池导致的。 经过数年的发展，晶体硅电池的生产工艺趋向稳定，已经成功占据光伏电池的绝对主导地位，在未来的 10 15年内 仍将是 主流产品 8。 2. 带硅及片状 硅太阳电池可以节省硅材料的切片损 失，但由于其生长技术未取得突破 （生产率低、效率低、表面粗糙，需特殊工艺处理等） 因而其产量增长不大，到 2006年仅占全球总产量的 2.6%。 3. 各种薄膜太阳电池（包括非晶硅、碲化镉、硒铟铜等太阳电池）所占的比一直在 6%左右徘徊，但近几年薄膜太阳能电池得到较快发展，如下图 图 1-5 薄膜硅与晶体硅趋势图 河南科技大学毕业设计 (论文） 5 分析 主要原因是因其成本低廉，到 2007年底薄膜电池产量达 400MW，市场占有率达 12%， 从长期来看，薄膜电池有望取代晶体硅电池成为主流 。 综上所述，晶体硅电池在未来相当长的一段时间仍然是市场的主流产品，而晶 体硅电池的发展方向可以概括为： “大片、薄片、高效 ”。晶体硅太阳电池生产技术与工艺发展预测： (1) 规模化生产：为降低成本，产能将持续扩大，大规模生产是降低成本，提高生产效率的有效途径。 (2) 大片、薄片、高效 大片、薄片：目前电池主流产品为 156 156 220（ 200），少数工艺领先的企业已经实现了 180m厚硅片的大规模生产， 210 210的超大硅片和160m甚至更薄的硅片生产工艺也会同步开发。硅片减薄将有效降低原料和生产成本，提高产率，但同时也面临着巨大的挑战，主要是碎片率，以及在大面积硅片 上实现均匀加工的技术；而厚度减薄也对电池的表面钝化工艺提出了更高的要求。 高效：目前商业化提高效率的主流思路可以概括为 “ 浅结、密栅 ” ，即大幅度提高扩散后的方块电阻（从 40 提升到 80 120）以减少死层，提高上表面钝化工艺水平以获得极高的短波响应，同时，增加栅极数量，降低由于方块电阻提高引起的串联电阻升高，维持 FF水平。为此可能采用的特殊工艺包括：喷涂源链式扩散、选择性发射极（即在电极印刷处提高扩散浓度，以保证电极的欧姆接触，也可以通过选用含磷的银浆实现）。另外，背场和绒面也将进一步改进。硼背场有望取代 铝背场，由于硼的扩散浓度可以比铝高一个数量级，可以增强 背场 强度，提高钝化水平；绒面结构改进，获取更低的反射率（如用于多晶的 RIE 绒面技 术） 9 。 河南科技大学毕业设计 (论文） 6 第二章 晶体硅太阳能电池的生产工艺 2.1 太阳能电池的基本结构和工作原理 一般说来，凡是能将太阳光能转换为电能，并有电压，电流输出的装置，就可以定义为太阳电池， 一般的晶体太阳能电池 结构如图所示 10。 图 2-1 典型晶体硅 PN 结太阳电池示意图 从图中可以看出 它由在表面上形成的 PN结及正、背面引出电极构成。还包括减反射层、表面钝化层等结构 。 太阳电池是利用太阳光照射在半导体晶片 p-n结上，产生光生伏特效应，直接将太阳能转化为电能的装置。 其 工作原理是：能量大于半导体禁带宽度的光子被半导体吸收后，可以产生光生载流子，当所产生的光生电子空穴对由半导体 p-n结所形成的内建电场分开到两极时，在电池的两极分别堆积正负电荷，形成电池的端电压，当接有外电路时便有电流产生。 p-n结的正面有减反射膜和金属负电极，背面有金属正电极。这种现象称为光生伏特效 11。（ Photovaltic Effect），简称为 “ 光伏效应 ” 。 典型的硅太阳能电池的结构和能带图 2-2所 示 。 掺有施主杂质的半导体常温下导带中的电子数比掺杂前增多，称为 n型材料，掺有受主杂质的称为 p型材料，常见的太阳电池实质上是个面积很大的 p-n结二极管。当太阳光照射到太阳电池上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被太阳电池吸收或透过。被吸收的光，有一些转换成热能，另一些能量大于半导体禁带宽度的光子，穿过减反射膜进入半导体中。在 n区，耗尽区和p区中同硅原子价电子碰撞，将能量传给价带的电子，使电子跃迁到导带，而河南科技大学毕业设计 (论文） 7 在价带留下一个空穴，产生了电子一空穴对。这样，光能就以产生电子一空穴对的形式转变为电能。由于在 p型和 n型交界面两边形成了势垒电场，能将电子驱向 n区，空穴则被驱向 p区。在 n区中，光生电子一空穴对产生以后，光生空穴便向 p-n结边界扩散，一旦到达 p-n结边界，便立即受到内建电场作用，被电场力牵引作漂移运动，越过耗尽区进入 p区，光生电子 (多子 )则被留在 n区。 p区中的光生电子 (少子 )同样地先因为扩散、后因为漂移而进入 n区，光生空穴 (多子 )留在 p区。如此便在 p-n结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使 p型层带正电， n型层带负电，当有负载接入时，就产生光生电流 (通过电极来收集 )。由 于工艺的发展，通常在背面制作铝背场 (BSF： Black surface field)，减少背表面的复合，同时由于重掺杂形成的高低结增加了光生载流子的收集， 提高 了太阳电池的电流电压。于是就形成了图 2-2图 所示的 n+pp+的结构。 （ a）结构图 （ b）能带图 图 2-2 硅太阳能电池的结构和能带图 2.2 太阳能电池的 输出特性 在效理想情况下，被光照的太阳电池的正负电极间接有负载时，就有直流电输出。便可以看作是一个恒流源与理想二极管的并联 组 11。等效电路图如 图 2-3所示。 图 2-3 太阳能电池等效电路 由 图 知光电池工作时共有三股电流：光生电流 Iph， 流过理想二极管的电河南科技大学毕业设计 (论文） 8 流即暗电流为 ID+Ish， ， 流过负载 R的电流 I， 它们有如下换算关系 I=Iph-ID-Ish=Iph-I0（ eq（ V+IRs） /AkT-1） -IRs+V/Rsh （ 2-1） 式中 Iph： 光生电流， ID：二极管电流， I0：二极管反向饱和电流， A： 二极管因子 ， q： 电子子电荷， k：玻尔兹曼常数， T（ k）太阳电池 p-n结温度 ，Rs和 Rsh分别为太阳电池串、并联电阻。并联电 阻 Rsh由各种漏电流引起例如，因电池边缘沾污而引起的漏电流，沿着位错和晶粒间界的不规则扩散而形成的漏电流和沿着在电极金属化处理后由微观裂缝、晶粒间界和晶体缺陷等形成的细小桥路的漏电流 )，而串联电阻心则由扩散薄层的电阻、基片的体电阻、金属电极和太阳电池问的接触电阻和金属电极的体电阻等四者构成 12。 不论是 太阳 能电池还是一般的化学电池，其输出特性一般都是用如下图所示的电流 电压曲线来表示 图 2-4 太阳能电池的负载特性曲线 由上图 光电池的伏安特性曲线，可以得到描述太阳能电池的四个重要的输出参数。 1) 开路 电压 Voc 当太阳电池外接开 路时 （ R=+） 。 可得到太阳电池的有效最大电压，即开路电压 Voc。在开路状态下，流经太阳电池的净电流为 0。在方程 (2-1)中，令 I=0， Rs=0可得到： Voc=AKT/qln(Iph/I0+1) 从中可以看出， Voc的大小与以下因素相关： (1) 光生电流 I舭可以看出， I0的改变量有限，其对 Voc的大小影响也较小。 (2) 向饱和电流 I0在太阳电池中， I0的变化通常可达几个数量级，所以它对 Voc的影响非常大。而 I0决定于太阳电池的各种复合机制，所以通常 Voc的河南科技大学毕业设计 (论文） 9 大小可以用柬检测太 阳电池的复合大小。 2) 短路电流（ Isc） 当太阳电池的输出电压为 0，即外接电路短路时，流经太阳电池体内的电流为短路电流 Isc，对于理想太阳电池，短路电流就等于光生电流 Iph，所以短路电流的大小和以下几个因素相关联 7 ： （ 1）太阳电池的面积。通常在分析时利用短路电流密度概念 Jsc，即单位面积上流过的电流，单位为 A/cm2。 （ 2） 光照强度以及光谱分布。 （ 3）太阳电池的减反射、陷光效果和前表面栅线的遮挡面积。 （ 4）电子收集效率。这主要取决于表面钝化效果以及少子寿命。如在非常好的表面钝化和一致的电子 。 空穴 对产生率条件下，短路电流密度为： Js = qG（ Ln+Lp） 式中 G为电子 -空穴产生率， Ln、 Lp分别为电子和空穴扩散长度。 3) 填充因子（ FF） 在光电池的伏安特性曲线任一工作点上的输出功率等于该点所对应矩形面积，其中只有一点是输出最大功率，称为最佳工作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压 Vop和最佳工作电流 Iop。 填充因子定义为： FF = VopIop/VocIsc = Pmax/ VocIsc 它表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在 Voc和 Isc所组成的矩形面积中所占的百分比 （ 如 下 图 2-5） 。特性好的太阳能电池就是能获得较大功率输出的太阳能电池，也就是 Voc， Isc和 FF乘积较大的电池。对于有合适效率的电池，该值应在 0.70 0.85范围之内 ，一般高的开路电压可得到高的填充因子 。 图 2-5 太阳能电池的 I-V曲线和工作点 河南科技大学毕业设计 (论文） 10 4) 太阳能电池的能量转化效率 表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。即： =（太阳能电池的输出功率 /入射的太阳光功率） 100% =（ Vop Iop/Pin S） 100% = VocIscFF/Pin S 其中 Pin是入射光的能量密度， S为太 阳能电池的面积，当 S是整个太阳能电池面积时， 称为实际转换效率，当 S是指电池中的有效发电面积时， 叫本征转换效率。 转换效率越高，表示在单位面积上单位辐照强度下能产生更多的电能。其大小与 Voc、 Isc、 FF息息相关。以上的四个参数是参考太阳能电池好坏的标准，在实际的应用中以上参数还受工作环境的温度的影响，其温度系 数的参考数值为：电压温度系 ： -3.2mv/ ；电流温度系数： 0.065mA/ ；转换效率温度系数： 6.710-3/ 。 2.3 单晶太阳能电池的制造工艺 太阳能电池片的制造工艺在整个光伏产业链 中属于中间环节，商业化的单晶硅电池品均效率可达到 17.3%以上，其一般的工艺过程如下 1 ：去表面损伤层 2 ：表面织构化 3 ：扩散前预清洗 4 ：扩散 5 ：去边结6 ：去磷硅玻璃7 ：制减反膜8 ：制被电极9 ：烘干10 ：制被场11 ：烘干12 ：制前电极 13 ：烧结 14 ：检测包装 图 2-6 单晶电池片制造工艺 注： 1-3称制绒工艺； 4称超净工艺； 5-7称 K+P工艺； 8-13称印刷工艺 2.3.1 制绒工艺 目的： 去除硅片表面的杂质残留，制做能够减少表面太阳光反射的 陷光结构。晶体硅太阳电池一般是利用原始硅棒经过线切割成硅片，由于在硅片切割过程中钢线的作用，使得硅片表面有一层 10 20m的损伤层，如 不 将其去除，会形成高的表面复合率。 在太阳电池制备时首先要将硅片表面的油脂河南科技大学毕业设计 (论文） 11 及损伤层去掉 ， 这可以用氢 氧化钠溶液 (33%的氢氧化钠水溶液 )腐蚀和一些有机溶液来实现 13。表面织构化的目的是在硅表而形成陷光结构，使光经过多次反射和吸收。 硅单晶是一种金刚石结构的晶体 ，晶体结构如下。 图 2-7 单晶硅晶体结构图 图 2-7所示由 ABCDCFGH八个硅原子组成的一个空间立方阵， abcdef六个原子是它的面心，这是一个面心立方晶胞。以 R为一个顶角的另一个面心立方晶胞 （ 未画出 ） 与上述晶胞在对角线 BH上有 1/4的间隔，并以 R原子为中心，由 bce、 cde、 dae、决定的晶面也为 （ 111） 。利用某些腐蚀液对不同晶面的择优 腐蚀，可以在 （ 100） 面上腐蚀出有 4个 （ 111） 面对正方锥来，这种正方锥就是绒面的基本结构。 对于（ 100）的 p型直拉硅片，最常用的择优化学腐蚀剂是 NaOH或 KOH和乙醇的混合溶液，在 80 90 左右的温度下，进行化学反应。由于生成物 Na2Si03溶于水而被去除，从而硅片被化学腐蚀 14。由于 NaOH或 KOH腐蚀具有个向异性，可以制备成绒面结构，因为在硅晶体中，（ 111） 面是原子最密 排面，腐蚀速率最慢，所以腐蚀后 4个与晶体硅（ 100）面相交的（ 111）面构成了金字塔型的结构， 加入的乙醇可改变单晶硅 (100)晶向腐蚀速率和各向异性因子的数值 ，其中化学反应式为 2NaOH十 Si十 H20=Na2Si03+2H2 绒面结构，使得硅片表面的反射率大大降。 绒面的微观结构和反射率下降原理如下 2-8图： 由于绒面结构，使得硅片表面的反射率大大降低，表面呈黑色 ， 为提高绒面制作的效果（搅盖率、均匀性和大小），可以在腐蚀液中加入一些添加剂，如加入乙醇或异内酵是为了降低溶液的表面张力，改善溶液和硅片的润湿性使反应产生的氢气气泡快速离开，有助于金子塔的长大。加入含有 PO43-、 河南科技大学毕业设计 (论文） 12 HPO42- 、 CO32-、 HCO3-等离子的化台物， 是因为这些这些离子能起到降低反应活化能的作用，使金字塔的大小更均匀 15。 制绒工序的好坏不能仅仅从反射率的好坏来考虑，同时还要考虑对后续工艺的影响，若 金字塔太小 ， 会使印制的浆料小能很好地流入金字塔的底部 ， 造硅片表面和浆料留有空隙，恶化接触；太大则会对印刷造成困难 。 （ a）绒面微观结构图 （ b）反射率降低原理图 图 2-8 绒面图 2.3.2 扩散工艺 太阳能电池的核心是 p-n结，此扩散的目的便是 利用扩散炉形成一定的磷源梯度场和温度场，将磷原子扩散 到 p型硅片中， 使前表面变成 n型，使 之成为一个 p-n结 。原理如下： POCl3液态源 通过气体携带 POCl3分子进入扩散炉管，使之反应生成磷沉淀在表层。磷在高温下渗透入硅片内部形成 n区，如图 2-9 （ a） POCL3 液态源扩散原理图 （ b）扩散后硅片截面示意图 图 2-9 扩散图 其中的过 程是 在 800 900 时氮气被通入到 POCl3液态当中。 饱和的氮气随着氧气在扩散炉中从硅片表面流过 16： 4POCL3 + 5O2 = 2P2O5 + 6Cl2 生成的五氧化二磷在硅片表面形成一层磷硅玻璃 (SiO2-P)，磷 原子会从这 层向硅片深层扩散 ，形成 N区。反应式如下： 河南科技大学毕业设计 (论文） 13 2P2O5 + 5Si = 4P + 5SiO2 工业生产太阳电池的扩散方块电阻在 30 50口之间，均匀度越高 ，说明扩散的效果越好。表面磷掺杂浓度 约 在 11020个 cm3， 结深 0.4 0.6m。参杂浓度是一个折中的结果，这是因为 扩散浓度高，方块电阻低同时可减小电极与硅 片的接触电阻，但是这样又会产生扩散死层，为提高太阳电池的短波相应，磷原子浓度又不需要太高，在之后的烧结工艺中银浆大约穿透 0.3m的结深。现在工业太阳能发展趋势为：浅结、密栅，高方阻。 2.3.3 刻蚀与镀膜 工艺 刻蚀的目的便是去除因扩散而形成的边缘 p-n结。完成扩散后，硅片周边将不可避免地形成 p-n结，周边 p-n结的存在将导致电池产生很大的旁路漏电。相当于在电池正负极间连有导线。因此在进行后续工艺前，必须对硅片周边p-n结进行去除。当前工业生产中，周边 p-n结的去除主要通过等离子刻蚀工艺完成。其原理为 采 用高频辉光放电反应 使反应气体激活成活性粒子（ CF4 CF3， CF2， CF， C，以及它们的离子），这些活性粒子与需要被刻蚀区域 的 Si/SiO2发生反应，形成挥发性生成物而被去除 17， 如下图 2-10。当然过蚀和刻蚀不净都会降低电池的效率，过蚀会使 p-n结的有效面积减少，相应的接受光照的面积便会减少；刻蚀不净会使漏电增加，并联电阻很小，同时电池使用时会使电池的温度变得很高，如下图 2-11。 在刻蚀和镀膜之间还需要进行一次清洗， 原因有两方面： 1.在扩散后硅片表面会形成磷硅玻璃 （ PSG） ， 它的存在会影响 硅片与电极间的电学接触同时也是一层高复合区。 2.后面的镀膜工艺需要一个清洁的表面 。 磷硅玻璃的去除工艺为，将刻蚀后的硅片放入 3% 8%浓度的 HF溶液中浸泡 3 5分钟。反应式为 ： HF + SiO2 H2SiF6 + H2O 图 2-10刻蚀原理图 图 2-11 过蚀图（ a） 刻蚀不净（ b） 镀减反膜 （ PECVD） 目的为 在硅片前表面均匀的镀上一层高效的减反射河南科技大学毕业设计 (论文） 14 膜，并对 sc-Si进 行体钝化 18。 根据光学原理，为获得最优的减反射，沉积的减反射膜需满足如下公式： nd=/4， 采 用 PECVD进行 SiNx： H膜制备， n即为沉积的 SiNx： H膜的折射率， d为沉积的 SiNx： H薄膜的厚度， 一般 为 0.550.6m。当制备的钝化膜折射率为 2.0左右时，需沉积的 SiN： H薄膜厚度相应要求为 70 75nm。完成 S iNx： H减反射钝化膜的制备，硅太阳电池的表面反射率可从制绒后的 14%左右，进一步降低至 3%以下。 镀膜设备分管式和板式两种，管式膜面致密，电池片效率比板式高出0.3%，但与板式相比膜面均匀度差，生产周期长等缺点，商业化生产大多采用板式镀膜。 2.3.4 印刷烧结工艺 这一道工序 属于电池片生产的最后一道工序。 此工序注重与前面工序的协调性。 目的：在电池上下表面各印上电极图形，经烧结与硅片形成欧姆接触。 丝网印刷原理示意图 如下 2-12，丝网印刷由五大要素构成，即丝印网版、刮刀、浆料、工作台以及基片 。 图 2-12 印刷原理示意图 丝网印刷基本原理是：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的基 本原理进行印刷。印刷时在丝网一端倒入浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的粘性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮刀移动而移动，由于丝网与承印物之间保持一定的间隙，使得印刷时的 丝网通过自身的张力而产生对刮板的反作用力 。由于回弹力的作用，使丝网与基片只呈移动式线接触，而丝网其它部分与承印物为脱离状态，保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刷头刮过整个印刷区域后抬起，同时丝网 也脱河南科技大学毕业设计 (论文） 15 离基片，工作台返回到上料位置，至此为一个印刷行程 19。 1、印刷网版： 通常由尼龙、聚酯、丝绸或金属网制作而成。 网版的主要参数为：张力，目数，丝经。现在丝网通常是尼龙制造，张力大约在 311.5N，太大会使弹性应变变小使网版易崩裂，太小又会降低印刷精度。 选择丝网丝径及目数时，要求网格的孔长为浆料粉体粒径的（ 2.5 5）倍；目数越低丝网越稀疏，网孔越大，浆料通过性就越好；网孔越小，浆料通过性越差。 图 2-13 网版外观和丝网微观图 2、刮刀： 刮刀材料一般为聚胺脂橡胶或氟化橡胶，硬度范围为 邵氏 A60 A90 ，刮板条的硬度越低，印刷图形的厚度越大 。 刮刀材料必须耐磨，刃口有很好的直线性，保持与丝网的全接触；刮刀一般选用菱形刮刀，它具有四个刃口，可逐个使用，利用率高 。如下 ： 图 2-14 刮刀示意图和实物图 同时刮刀的速度对印刷图形也有很大的影响。印刷速度的设定与印刷图形和印刷用浆料的粘度决定。印刷图形精密的或粘度较大的速度应当高些，一般正银印刷可用 200 230mm/s，被铝印刷可用 230 280mm/s。刮刀角度的设定也与浆料有关；浆料粘度值越高，流动性越差，需要刮刀对浆料的向下的压力 越大，刮刀角度小；刮刀角度调节范围为 45 75。在印刷过程中起关键作用的是刮刀刃口 2 3mm 的区域，随着印刷时间，刮刀的刃会变的河南科技大学毕业设计 (论文） 16 不锋利，也会降低印刷精度，这时需要更换刮条。 3、浆料： 浆料主要包含功能组分（导电材料、玻璃料 (Glass frit)）、有机粘合剂、有机溶剂。其中导电材料主要是大小为 0.1至十几微米的银颗粒，占浆料总重的 60%-80%左右；玻璃料主要是氧化物 (PbO、 B203、 Si02、 Bi03、 ZnO)粉末，占总重的 5 10%左右，在导体浆料中，功能组份一般为贵金属或贵金属的混合物 20。载体是聚合物在有机溶剂中的溶液。组份决定了成膜后的电性能和机械性能。载体决定了厚膜的工艺特性，是印刷膜和干燥膜的临时粘结剂。功能组份和粘结组份一般为粉末状，在载体中进行充分搅拌和分散后形成膏状的厚膜浆料。烧结后的厚膜导体是由金属与粘结组份组成的。浆 料的 一些特性有：粘度、可塑性、流动性、粘弹性、干燥性、触变性。一般粘度过大会增加印刷的难度，相反过小又会降低浆料的可塑性，流动性小的易出现堵网现象。粘弹性越高越好，触变性要适当，干燥性要求浆料在网版上的干燥越慢越好，在印刷道硅片上后干燥的越快越好。 4： 工作台和 基片，要求有较好的平正度。同时印刷对周围环境要求较高，如清洁度，温度，湿度等。 烧结原理：固体颗粒具有很大的比表面积，具有极不规则的复杂表面状态以及在颗粒的制造、细化处理等加工过程中，受到的机械、化学、热作用所造成的严重结晶缺陷等，系统具有很高自由能 .烧结时，颗粒由接触到结合，自由表面的收缩、空隙的排除、晶体缺陷的消除等都会使系统的自由能降低，系统转变为热力学中更稳定的状态。这是厚膜粉末系统在高温下能烧结成密实结构的原因。 标准烧结工艺需要经过低温、中温、高温、冷却四个阶段 21 。烧结炉低温温度一般在 400 以内，中温温度为 300 700 ，高温温度为700 900 。典型的烧结曲线如 下图 2-15 所示。 在低温阶段，浆料中的有机溶剂和有机粘合剂被蒸发或被燃烧。在中温阶段 。 银玻璃料开始熔化， Ag颗粒开始聚合。在高温阶段， Ag、 Si及玻璃料成分发生反应，形成 AgSi接触；冷却时， Ag粒子在硅片表面结品生长。高温驱动表面 H离予向硅片内部扩散。实际在硅片上发生的反应温度远低于烧结炉设定温度，有学者研究 Ag与 Si的宴际晟佳反应温度为 605 。 远低于Agsi共品点温 835 ，这可能是由于反麻体系中含有多相成分 (Ag、 Si、 Pb、Bi等 )而使合金熔点降低。实际的烧结炉各温区温度，需要综合考虑 N层的扩散浓度、浆料成分、减反射膜厚度等诸多因素来设定，如果峰值温度过低，河南科技大学毕业设计 (论文） 17 则有部分区域没有结晶产生，造成 Rs变大， FF降低；同时烧结的时间影响着结晶颗粒的大小，若带速过慢， Ag颗粒长大， 玻璃液相 腐蚀硅片加深，容易造成 p/n结穿透， Rsh明显降低 12。 图 2-15 典型烧结曲线 铝背场的形成大致过程为： a） T 577 ，在 P型硅背面采用丝网印刷形成 Al浆层 b） 577 T660 ， Al浆层中的 Al已经全部熔化，形成 Al-Si合金溶液。 d）从最高温区冷却至室温，从最高温度冷却到 577 是，熔体中的 Si含量下降到共晶状态下的 12%， Si在硅片上进行外延生长，溶解在 Si、中的 Al外延生长形成 P+层，形成 BSF；当从 577 冷却至室温时，余下的共晶成分的熔体在 BSF附近固化，并且在表面形成氧化层 22。 通常 P+层越厚、均匀性越好， BSF作用更明显。一般增加烧结时间可以使合金层厚度从正常的 3 4um增加到 6 7um， Voc有 4 6mV的提高， Rs略有降低，效率提升约 0.15% 0.20%。 烧结好的银硅，铝硅的 SEM图如下 ： 河南科技大学毕业设计 (论文） 18 （ a） Ag -Si截面 （ b） Al-Si共融相图 图 2-16 铝硅的 SEM 截面图 2.4 实验背景和意义 随着生产技术的进步，晶体硅太阳电池的厚度不断减薄，从早期的 325m 到 270m，再到 240 220m，而下一步的发展目标是 180 150m。随着厚度的不断变薄，硅片少子体寿命对电池效率的 影响逐步降低，这主要是因为随着硅片厚度减薄，基区少子到达 p-n结所需距离变短，这就意味着，即便材料的少子寿命较低，仍然有足够的扩散长度保证足够多的少子被 p-n结收集。与之相对应的，电池片上下表面的复合速率对效率的影响逐步增长。改善表面钝化的质量、降低表面复合速率已经成为提高电池效率的主要手段之一。目前工业上主要采用铝背场进行表面钝化 23。 2.4.1 复合机制 所有处在导带中的电子都是亚稳定状态的，并最终会回到价带中更低的能量状态。它必须移回到一个空的价带能级中，所以，当电子回到价带的同时也有效地消除 了一个空穴。这种过程叫做复合 24。在单晶半导体材料中，复合过程大致可以分为三种 1、 辐射复合 ，辐射复合是 LED 灯和激光这类的半导体器件的主要复合机制。然而，对于由硅制成的陆地用太阳能电池来说，辐射复合并不是主要的，因为硅的禁带并不是直接禁带，它使得电子不能直接从价带跃迁到导带。 2、 通过复合中心的复合 也被叫做肖克莱 -莱德 -霍尔或 SRH 复合，它不会发生在完全纯净的、没有缺陷的材料中。一些杂质和缺陷的存在使禁带中存在允许许能级，电子从导带能级豫驰到缺陷能级然后豫驰到导带，便完成了复合。 这是晶体太阳能电池的主 要复合形式。 3、 俄歇复合 在俄歇效应中，电子与空穴复合时，将多余的能量传给第二个电子而不是发光，然后第二个电子通过发射声子豫驰回到它初始所在的能级，便完成了一次复合。俄歇复合是重掺杂材料和被加热至高温的材料最主要的复合形式 。 2.4.2 铝背场钝化原理和提高效率的原因 1、 表面钝化，降低背表面复合速率，提高少数载流子的收集率，提高开路电河南科技大学毕业设计 (论文） 19 压。 BSF中铝的浓度在 1 31018个 /cm-3，而在大部分 P型硅中，硼的浓度一般小于 21016个 /cm-3，因此在背表面形成 PP+的高低结阻止少数载流子在背表面复合 如下图： 图 2-17 电池片背表面 pp+结构图 2、 作为背反射器，增加光程，提高短路电流。 3、 作为电极输出端，降低接触电阻，提高转换效率。 4、 铝吸杂，提高体寿命。 2.4.3 研究铝背场的重要意义 铝背场是晶体硅现代太阳电池普遍采用的，典型的背表面钝化结构，经过多年的发展，铝背场的生产工艺已经趋向成熟、稳定，对铝背场的各项研究也日益深化，这些都决定了在今后相当一段时间内铝背场仍将被广泛用于晶体硅太阳电池生产。然而，随着工艺的不断发展，更薄的太阳电池即将出现，这对铝背场钝化提出了更高的要求，进一 步研究铝背场 钝化 ，是高效太阳电池研究和生产中一个不可忽视的重要环节。 河南科技大学毕业设计 (论文） 20 第三章 实验结果与分析 3.1 实验硅片的选择 实验材料选择 的硅片由 Hareon公司所生产的 p型 太阳能级直拉单晶硅片 电阻率在 0.5 3cm，尺寸为 125mm 125mm，厚度为 200200m。 a) 制绒 制绒采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺，出绒率在 95%以上。绒面金字塔尺寸在3 6m之间。 b) 扩散 选择单面扩散工艺，扩散后方块电阻为 505/；少数载流子寿命在 20 50微秒之间。 c) 镀减反射涂层 采用等离子体增强化 学气相沉积氮化硅层工艺来形成表面减反射涂层，其厚 度在 80nm左右，镀膜后硅片 lE面颜色呈现深蓝色。 d) 印刷电极 采用的标准丝刚印刷背面银电极和正面印刷银电极的工业太阳电池生产流程。其中正面电极为 45条 12525m宽栅线， 2条 2.0mm宽的主线。 表 3-1 印刷前硅片的重要参数 制绒减重 扩散方阻 减反膜厚 制绒是否合格 K+P 是否合格 0.5 1.5g 505/ 78-85nm 合格 合格 由于以下的每个实验都是在印刷段来完成的为保证每个实验变量的单一性，所以在对传到印刷段的硅片主要参考 上述的几个参数，选择实验硅片组的以上参数要基本相似。 3.2 网版的选择实验 1）正栅网版的选择 。 河南科技大学毕业设计 (论文） 21 由于本实验的最终目的是探究铝背场钝化作用的 。 有上一节我们知道 背场 的印刷在第二道工序，也就是说在印被极和正极之间，为保证印刷 背场 前后其它二道工序的变化，我们对被电极和正栅的印刷参数和网版进行了固定。 表 3-2 印刷前硅片的重要参数 被电极印刷 正栅印刷 网版目数 增重范围 最高烘干温度 网版目数 增重范围 最高烘干温度 325 目 0.09 0.12g 150 325 目 0.18 0.22g 无 这两道工序所用的浆料为 Ferro 公司所推出的 PV3347、 PV159A。 2） 背场 网版的选择 不同网版具有不同的特性， 背场 网版的好坏对印刷出的 背场 的平整度，厚度，以及 背场 和被极接触的好坏都有很大的影响，直接影响铝背场的钝化效果以及后面的电性能参数 ，为了选择最佳网版进行接下来的实验，我们首先进行网版对比选择实验 。现 背场 印刷常使用两种网版， 250目和 280目。 a) 物料准备如下： 表 3-3 物料、仪器及参数设置表 280 网版张力（ N) 250 网版张力（ N) 32.5 33 33 32.5 33 33 32.5 32 33 33 印刷机台 意大利 Bacc ini Machine 印刷机，印刷时参数不变 烧结炉 意大利的 Despatch 九区快速烧结炉，主要参数如下 convery speed Dry1 Dry2 Dry3 Frn1 Frn2 Frn3 Frn4 Frn5 Frn6 235mm/min 370 375 380 510 560 610 620 780 910 注：所用的实验片按上述实验片选择方法来取。 b）实验步骤 方法如图下： 河南科技大学毕业设计 (论文） 22 图 3-1 实验方法示意图 注： 次两小组进行对比、收集电性参数及 Inline实时 数据和翘曲度，观察外观 c） 实验结果的记录和分析： 1 Inline实时 数据 的记录和分析 收集及测量数据的仪器为：塞尺电子天平，塞尺的原理是通过不断增加带有厚度的标尺叠加起来来算出电池片的翘曲度。 表 3-4 不同网版的弯曲度数据记录表 网版目数 弯曲度 /mm 平均值 /mm 250 2.05 1.9 2 1.983 280 1.45 1.4 1.45 1.430 表 3-5 不同网版的增重数据表 网版目数 增重（ g） 平均增重（ g） 250 0.9818 1.008 1.002 0.9973 280 0.8264 0.832 0.814 0.8239 注：网距： -1650m， 压力： 95N 分析 ： 从以上的数据可以看出 280 网版 增重 可降低大约 0.17g， 且 明显的降低电池片的翘曲度，平均降低可为 0.53mm， 这是因为目数大了，也就意味这单位面积上的网孔数多了，孔径变小了。在印刷过程中，当其它参数一定时，浆料颗粒每次填充在网孔的数量变小了，所以透过网版的浆料就少了。浆料少了，烧结后铝背场的厚度就薄了，在电池的冷却过程中由于铝背场的热膨胀系数与硅的不同而造成的翘曲度减小，因为铝背场的量变少相 应的应力变小而形成翘曲度减小。 这说明 280 网版可通过降低增重量来减小电池片的翘曲度，以减少在生产过程中的碎片率；同时增重的减小也减小了浆料的河南科技大学毕业设计 (论文） 23 用量，节约了成本。但是否 280 网版真的比 250 网版好呢？ 我们还得分析电池片的电性能参数。 2 电性能参数的记录和分析 实验结果采用德国 BERGER公司的 SCLoad三通道程控光伏电池片伏安曲线模拟测量仪进行测 量 (processor controlled three channel measuring and loadSimulation device for registration of IV curves of PV solar celis according to DIN EN 60904 1： 1993， IEC 904 1)。下 面显示了 两组 烧结后电池片测试结果的数据图： 1） 整体效率对比图 NCell0 . 1 7 00 . 1 7 30 . 1 7 50 . 1 7 82 5 0 - 1 2 8 0 - 1O p e r a t o rN C e l lO p e r a t o r 2 5 0 - 1 O p e r a t o r 2 8 0 - 1 0 . 1 7 4 5 5 80 . 1 7 4 7 9 60 . 1 7 4 3 1M e a n0 . 0 0 1 7 4 40 . 0 0 1 4 90 . 0 0 1 9 4 7S t d D e v8 . 8 7 5 e - 50 . 0 0 0 1 0 60 . 0 0 0 1 4 2S t d E r r M e a n0 . 1 7 4 3 8 30 . 1 7 4 5 8 60 . 1 7 4 0 3 1L o w e r 9 5 %0 . 1 7 4 7 3 20 . 1 7 5 0 0 50 . 1 7 4 5 8 9U p p e r 9 5 %0 . 1 6 2 7 9 30 . 1 6 3 3 3 80 . 1 6 2 7 9 3M i n i m u m0 . 1 7 7 4 5 60 . 1 7 7 1 4 20 . 1 7 7 4 5 6M a x i m u m386197189O b s e r v a t i o n sV a r i a b i l i t y S u m m a r y f o r N C e l lV a r i a b i l i t y C h a r t f o r N C e l l 图 3-2 电池效率整体对比图 分析： 效率 为电池片生产中最重要指标之一，通过两组电池片整体效率对比图来看 250网版要比 280网版的好些，平均效率高出 0.05%，说明了在现有的烧结工艺下， 250网版印刷的铝背场对电池片的钝化效果较好。我们也可以从电池片的其它电性能参数，如下： 2） 其它电性能参数对比图 河南科技大学毕业设计 (论文） 24 图 3-3 电池片的 Uoc、 Isc、 FF、 Rs整体对比图 分析： 从开路电压 Uoc和填充因子 FF来看 250网版要比 280要好， 铝背场钝化效果可以根据以下三个因素进行评定 25： （ 1）铝背场的结深 （ 2）铝背场的掺杂浓度 （ 3）铝背场的均匀性 铝背场的结深越深，掺杂浓度越大，表面越平整，其钝化效果越好。 其中铝背场的结深和铝背场的印刷质量有关， 增加铝的印刷质量可以提高铝背场的结深 ，实验结果和理论一致， 250 网版钝化效果好于 280 网版。至于短路电流 Isc 和 Rs，虽与铝背场有关 但也与正栅烧结和印刷的好坏有较大的关系。所以在此次分析中我们只从 Uoc 和 FF 来判断钝化的效果。 3 烧结前后 背场 外观 烧结前 背场 与被极接触的好坏同样影响了电池片的电性能参数，如出现漏硅现象便会影响被电极对载流子的收集，使短路电流下降。烧结后对电池片的观进行观察主要考虑以下缺陷，如：是否有铝包和铝珠，粘结性是否良好，铝背场龟裂是否严重。因为这些缺陷不仅会降低 效率还会对后面的组装过程带来问题。 表 3-6 背场外观对比表 网版 外观品质 250 烧结前后背场平滑，背场与背极接触良好，粘结力合格 280 烧结前后背 场与背极接触良好无漏硅等不良现象，烧结后有少量的铝包出现，且有浅显的龟裂状况，粘结力合格 河南科技大学毕业设计 (论文） 25 分析： 分 从外观品质来看 250 网版要优于 280 网版。 280 网版出现少量铝包和轻微龟裂现象分析原因是，由于背场的浆料较少，并不能很均匀的全部润湿电池背面，所以烧结后会出现轻微龟裂状况，同时浆料少会造成浆料不能全部覆盖线切割所留下的凹槽和少量制绒绒面，从而在浆料下留有气体，造成烧结时膨胀，引起铝包。 综上所述： 250 网版在生产正常电池片时要优于 280 网版印刷的铝背场，所以在下面的实验中对铝背场的印刷都采用 280 网版。 3.3 铝背场 浆料的选择实验 不同的 背场 浆料，由于成分不同，相对于需要的烧结工艺也不同，现有两种不同的 背场 浆料 儒兴 8252X，儒兴 6080； 为了探究那一款浆料更能在现有的烧结工艺条件下能够有较好的铝背场钝化作用 和较好的电性能。因此 做了这个实验。 1) 物料选择及实验烧结工艺的确定： 根据选片要求选取一组电池片，共 400片，分四组 ； 网版采用 250网版，实验方法如下 图 ： 一组 400 片前半组 200 片使用浆料 6080 - 2 2 R 4印刷背场后班组 200 使用8252 浆料印刷背场 图 3-4 实验方法图 不同的浆料应有相应的烧结工艺。 由于烧结温度的设定较复杂，不仅仅考虑铝背场烧结的好坏，还要考虑正栅烧结情况和前面工序的 影响，所以烧结工艺是不经常动的，下面的烧结工艺是工厂里经过多次调配而得，所以只能选择一个较好的浆料来与之对应。 实验烧结温度工艺的选择如下表 表 3-7 烧结参数设置表 Converyor Dry1 Dry2 Dry3 FRN1 FRN2 FRN3 FRN4 FRN5 FRN6 233mm/min 330 335 340 510 560 610 620 780 930 2） 实验结果的记录和分析。 河南科技大学毕业设计 (论文） 26 a） 电性能参数的记录和分析 0 . 1 70 . 1 70 . 1 70 . 1 70 . 1 70 . 1 80 . 1 80 . 1 8Run Chart of NCell29 58 87 145 203 261 319 377S a m p leR u n C h a r t o f N C e l l 图 3-5 整体 效率走势图 从上图 效率走势来看新换网版后的前几片 效率偏低，可能是换网版后檫试网版、增重不稳定等因素造成，因此 为真实的反应不同浆料对电性能的影响 可将这几片去掉 。去掉后的电池效率的比较图如下 NCell0 . 1 6 50 . 1 7 00 . 1 7 56080 8252O p e r a t o rN C e l lO p e r a t o r 6 0 8 0 O p e r a t o r 8 2 5 2 0 . 1 7 3 2 8 20 . 1 7 3 3 3 20 . 1 7 3 2 2 7M e a n0 . 0 0 2 9 0 90 . 0 0 2 4 5 30 . 0 0 3 3 4 7S t d D e v0 . 0 0 0 1 5 20 . 0 0 0 1 7 70 . 0 0 0 2 5 4S t d E r r M e a n0 . 1 7 2 9 8 30 . 1 7 2 9 8 30 . 1 7 2 7 2 6L o w e r 9 5 %0 . 1 7 3 5 8 10 . 1 7 3 6 8 20 . 1 7 3 7 2 8U p p e r 9 5 %0 . 1 4 3 5 4 50 . 1 6 3 3 30 . 1 4 3 5 4 5M i n i m u m0 . 1 7 8 1 0 10 . 1 7 8 1 0 10 . 1 7 7 8 3 5M a x i m u m366192174O b s e r v a t i o n sV a r i a bi l i t y S um m a r y f or N C e l lStd Dev- 0 . 0 0 0 500 . 0 0 0 50 . 0 0 10 . 0 0 1 50 . 0 0 20 . 0 0 2 50 . 0 0 30 . 0 0 3 56080 8252O p e r a t o rV a r i a bi l i t y C ha r t f or N C e l l 图 3-6 去除异常点效率比较图 从 上 图去除前几片 后 的 不同浆料效率对比来看，两种浆料的电池片的效率基本相同，也就是说两种 浆料对效率的贡献上是相差不多的，也就是说两种浆料对硅片的钝化作用相同。我们也可从以下两方面得到验证。其它重要河南科技大学毕业设计 (论文） 27 电性能参数的对比 如下： Isc5 . 3 55 . 4 05 . 4 55 . 5 05 . 5 56080 8252O p e r a t o rV a r i a b i l i t y C h a r t f o r I s c 图 3-7 开路电压和短路电流对比图 从上图看出 Uoc 和 Isc 也基本相同，也证明两种浆料在发挥钝化和其它作用上 相当。 b） 电致发光 测试分析 通过 EL（ Electroluminescence） 图像的分析可以有效地发现硅片、扩散、钝化、网印及烧结各个环节可能存在 的问题 ,对改进工艺、提高效率和稳定生产都有重要的作用，因而太阳电池电致发光测试 仪被认为是太阳电池生产线的“ 眼睛 ”。 太阳电池的电致发光亮度正比于少子扩散长度，正比于电流密度 ，也就是说钝化作用好的电池片，少子扩散长度较长 ，亮度较高。两组不同的浆料进行 EL 图观察， 下图为两组电池片中抽取的两片电池的 EL 图。 a 儒兴 6080 b 儒 兴 8252X 图 3-8 两种浆料的 EL 对比 Uoc0 . 6 1 80 . 6 2 00 . 6 2 20 . 6 2 40 . 6 2 60 . 6 2 80 . 6 3 06080 8252O p e r a t o rV a r i a b i l i t y C h a r t f o r U o c河南科技大学毕业设计 (论文） 28 从图上分析两种浆料的电池片亮度较好且均匀，无明显烧结缺陷。说明两种浆料都能很好的适应当前的烧结工艺。下图为烧结后 儒兴 6080 的电池片剖面图 图 3-9 电池片截面 SEM 图 从上图的 SEM图可看出铝背场烧结后的微观结构，由外至内分布着四个层： Al浆层； Al-Si合金层； BSF层；体 Si层，因为 BSF在 SEM图上不清晰，故无法准确判断 BSF在图中的起始位置。铝背场常见的缺陷有铝包和铝珠出现，原因： 一是在液体和气体界面的表面张力过高引起，这可以通过添加 Pb或 Mg等添加 剂以牺牲太阳电池的其它性能为代价来减少 Al浆的表面张力，或者通过低温高温烧结办法来解决，具体办法是在 Al浆烘干后在 530 下热处理，然后再在铝层以上印刷 Ag-Pd，在 700 以下热处理 10分钟，也可以在 N2中采用快冷阻止铝珠形成。二是浆料中的有机溶剂或者气体在烧结的过程中局部受热不均或者挥发不完全形成的，形成的工艺条件可能是：（ 1）绒面造成印刷后的铝浆没有完全接触硅片表面，硅片和浆料之间留有空气；（ 2）烧结后产生鼓包为不均匀印刷的浆料太薄；（ 3）网版引起漏浆；（ 4）硅片表面不洁净，印刷后被直接覆盖在 Al浆 以下，浆料搅拌时间过长导致发热，有机溶剂挥发使浆料中产生了很多气泡。 3，在外观方面的对比 表 3-8 烧结后电池外观对比表 浆料 8252X 6080 外观品质 烧结后背场接触良好， 少量 铝包 烧结后无龟裂，接触良好， 少量 铝包 河南科技大学毕业设计 (论文） 29 表 3-9 烧结后电池片翘曲度的对比表 浆料类型 弯曲度 /mm 平均值 儒兴 6080 1.30 1.55 1.45 1.40 1.40 1.42 儒兴 8252X 2.00 2.10 2.05 2.35 2.00 2.10 从 以上两 表中可看出 6080 在弯曲度上比的 8252 有 0.59mm 的降低 ，其它外观相当，弯曲度的降低有助于减少电池片制造过程中的碎片率，所以从这一点说儒兴 6080 性能要比 8252X 要优越。 综合次试验整体来看在现有的烧结工艺下，选用儒兴 6080 铝背场浆料既能得到很好的钝化效果以得到 好的电池效率还能较好的减小电池片的翘 度。所以这次试验儒兴 6080 是一个较好的 背场 浆料。 河南科技大学毕业设计 (论文） 30 结 论 ： 1. 250 网版在电池电性能上要好于 280 网版， 如电池效率、开路电压、和短路电流， 但 280 网版在减少电池片的翘曲度上有明显作用 。 2. 在选用 背场 浆料上 儒兴 8252X， 儒 兴 6080 在现有的烧结工艺下都能得到较好 的电性能参数，也就是说两种浆料都能有较好的钝化作用 。但 儒兴 6080 能得到更好的电池外观。 3. 综合考虑，在试验中采用 250 网版和 儒兴 6080 在现有的烧结工艺条件下能得到较好的钝化作用和电池性能参数及电池外观。 河南科技大学毕业设计 (论文） 31 参考文献 1 北京华研世纪产业咨询有限公司 中国产业发展研究中心 . 2009-2012年太阳能光伏行业发展预测与投资分析 .2009.8: 83 88 2 S.R.Wenham M.A.Green M.E.