太阳能电池片烧结原理简介-杨玮亮
太阳能电池片中的烧结工艺问题探讨
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电极
➢ 作用：输出电流。 ➢ 电极就是与电池p-n结两端形成紧密欧姆接触的导电材料。
与p型区接触的电极是电流输出的正极，与n型区接触的电 极是电流输出的负极。习惯上把制作在电池光照面的电极 成为上电极，把制作在电池背面的电极成为下电极或背电 极。 ➢ 上电极通常制作成窄细的栅线状以克服扩散层的电阻，并 由一条较宽的主栅来收集电流，下电极则布满全部或绝大 部分的背面，以减小电池的串联电阻。
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Ag浆
正面电极因为要减少电极遮光面积，所以使 用导电性能良好的银浆，因为先前的减反射膜已 经形成正面的电性绝缘，所以银浆一般掺有含铅 的硼酸玻璃粉（PbO-B2O3-SiO glass frit），在高 温烧结时玻璃粉硼酸成分与氮化硅反应并刻蚀穿 透氮化硅薄膜，此时银可以渗入其下方并与硅形 成此种局部区域性的电性接触，铅的作用在银-铅 -硅共熔而降低银的熔点。
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印刷品质
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； （3）背场有铝球形成，原因：
①硅片表面织构化过程时造成表面高低差过大； ②干燥时间太短； ③在烧结时铝颗粒间相互融溶而使颗粒间距缩短；
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（1）与PbO和Si发生的氧化还原反应类似，玻璃料中的Ag2O 与Si发生如下反应： Ag2O+Si —— Ag+SiO2
（2）Ag和被腐蚀的Si 同时融入玻璃料中。冷却时，玻璃料中 多余的Si外延生长在基体上，Ag晶粒则在Si表面随机生长。
（3）在烧结过程中通过氧化还原反应被还原出的金属Pb呈液 态， 当液态铅与银相遇时，根据Pb-Ag 相图银粒子融入铅 中形成 Pb-Ag相。Pb-Ag熔体腐蚀Si的<100>晶面。冷却过 程中, Pb和Ag发生分离，Ag在<111>晶面上结晶 ，形成倒 金字塔形 。
电池片烧结
在太阳能电池片的制作过程中,烧结是一道很重要的工序.其制作过程中就要用到快速烧结炉.1、烧结作用: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,是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.2、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。
3、烧结过程: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。
⑴烘干排焦在网带的上、下都装有加热带，由温控仪控制其温度。
此温度可根据浆料厂家提供的烘干温度进行参考设置，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。
太阳能电池组件制造原理详细介绍
太阳能电池组件制造原理详细介绍1.太阳能电池片制造原理首先，制造太阳能电池片的第一步是通过切割方法将硅片切割成薄片。
对于单晶硅片，需要通过向熔化硅中插入细棒然后缓慢拉出形成单晶体，再通过切割工艺将单晶硅片切割成薄片。
对于多晶硅片，将硅矿石冶炼成硅棒，再通过切割工艺将多晶硅片切割成薄片。
最后，对于非晶硅片，通过镀膜技术将硅原料薄膜覆盖在基板上形成非晶硅膜。
接下来，对硅片进行清洗和抛光处理，以去除表面的杂质和缺陷，提高硅片的光电转换效率。
然后，在硅片上沉积n型和p型的硅层。
n型和p型的硅层通常通过热扩散、磁控溅射或化学气相沉积等方法形成，这些层的厚度和掺杂浓度会影响太阳能电池的性能。
最后，将反光层和防反射层涂在硅片上，以提高太阳光的吸收率，减少能量损失。
2.电池片支撑结构制造原理电池片支撑结构主要由玻璃基板和背板等组成。
玻璃基板具有良好的透明性和化学稳定性，用于保护太阳能电池片，使其不受外界环境的影响。
背板通常由钢化玻璃或不锈钢板制成，具有良好的电绝缘性和机械强度，用于支撑和保护太阳能电池组件。
3.连接线制造原理连接线主要用于将太阳能电池片串联成电池组件，以提高电压和功率输出。
连接线通常使用导电性能良好的银浆或银浆焊带，将太阳能电池片间的电流连接起来，并具有良好的耐候性和机械强度。
4.保护材料制造原理保护材料主要用于封装太阳能电池片，保护电池片不受外界环境的损害。
保护材料通常使用聚合物材料，如聚酯、聚碳酸酯和聚氨酯等，这些材料具有良好的透明性、耐候性和抗紫外线能力。
总结起来，太阳能电池组件的制造原理是通过制造太阳能电池片、电池片支撑结构、连接线和保护材料等组件，并将其组装在一起，以将太阳能转化为电能。
通过精细的工艺和优质的材料，太阳能电池组件能够高效地吸收太阳光能，并将其转化为可利用的电能。
太阳能电池烧结原理
铝背场作用
1. 背铝作为背电场能够阻挡电子的移动，减了表 面的复合率，有利于载流子的吸收；
1. 减少光穿透硅片,增强对长波的吸收； 1. Al吸杂，形成重掺杂，提高少子寿命； 1. 铝的导电性能良好，金属电阻小，而且铝的熔
点相对其他的合适金属来说熔点低，有利于烧
5. 在烧结时p-type的铝掺杂渗入形成使原本掺杂 硼的p-type Si形成一层数微米厚的p+-type Si作 为背场，以降低背表面复合速度来提高电池的 开路电压Voc
6. 因为硅片吸收系数差，当厚度变薄时衬底对入 射光的吸收减少，此时背场的存在对可以抵达 硅片深度较深的长波长光吸收有帮助，所以短 路电流密度Jsc
7. p和p+的能阶差也可以提升Voc，p+可以形成低 电阻的欧姆接触所以填充因子FF也可改善。
c. Tunneling&hopping：若银颗粒和emitter间 存有较厚的glass film，则电流可藉由 tunneling和玻璃中金属析出物之间的hopping 来传导
四、背铝简介
对铝浆的技术要求 1. 形成铝背p－p+结，提高开路电压； 2. 形成硅铝合金对硅片进行有效地吸杂，
3. 4. 5. 6.
•正面电极由两部分构成，主栅线是直接接到电池外部引线的较粗部 分，副栅线则是为了将电流收集起来传递到主线去的较细部分，制作 成窄细的栅线状以克服扩散层的电阻。电极图形，例如电极的形状、 宽度和密度等，对太阳能电池的转换效率影响较大。
电极材料的选择 1. 能与硅形成牢固的接触 2. 这种接触应是欧姆接触，接触电阻小 3. 有优良的导电性 4. 纯度适当 5. 化学稳定性好
银晶粒的析出机理？
1. 与PbO和Si发生的氧化还原反应类似，玻璃料中的
太阳能电池烧结
烧结▪晶体硅太阳电池要通过三次印刷金属浆料，传统工艺要用二次烧结才能形成良好的带有金属电极欧姆接触，共烧工艺只需一次烧结，同时形成上下电极的欧姆接触，是高效晶体硅太阳能电池的一项重要关键工艺，国外著名的金属浆料厂商非常卖力推广共烧工艺。
这个工艺基础理论来自较古老的合金法制P-N结工艺。
就是电极金属材料和半导体单晶硅在温度达到共晶温度时，单晶硅原子按相图以一定的比例量溶入到熔融的合金电极材料中去。
单晶硅原子溶入到电极金属中的整个过程是相当快的，一般只需几秒钟时间。
溶入的单晶硅原子数目决定于合金温度和电极材料的体积，烧结合金温度愈高，电极金属材料体积愈大，则溶入的硅原子数目也愈多，这时状态被称为晶体电极金属的合金系统。
如果此时温度降低，系统开始冷却，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量的与原先晶体材料导电类型相同杂质成份，这就获得了用合金法工艺形成欧姆接触；如果再结晶层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型异型的杂质成份，这就获得了用合金法工艺形成P-N结。
▪银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，这时，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。
所谓共烧工艺显然是采用银—硅的共晶温度，同时在几秒钟内单晶硅原子溶入到金属电极材料里，之后又几乎同时冷却形成再结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结构。
只经过一次烧结钝化表面层的氢原子，逸失是有限的，共烧保障了氢原子大量存在，填充因子较高。
▪太阳能电池的基本性质▪光电转换效率η%评估太阳能电池好坏的重要因素。
η =（1000* I sc* U oc*FF)/S。
目前：实验室η≈24%,产业化η≈15%。
▪单体电池电压U:0.4-0.6V由材料本身的掺杂程度来决定。
▪填充因子FF%：评估太阳能电池负载能力的重要因素。
光伏烧结炉的工作原理
光伏烧结炉的工作原理
光伏烧结炉是一种用于制备光伏电池材料的设备，其工作原理是通过高温烧结将光伏材料粉末压制成片状，用于制造光伏电池。
光伏烧结炉的工作原理可以简单地概括为三个步骤：预热、烧结和冷却。
在开始烧结过程之前，需要对炉膛进行预热。
预热的目的是提高炉内的温度，以满足烧结过程所需的高温条件。
预热的温度和时间可以根据具体的光伏材料和工艺要求进行调节。
接下来，当炉内温度达到预定的烧结温度后，将光伏材料粉末放置在炉膛中。
炉膛内的高温会将光伏材料粉末加热到熔点以上，使其表面熔化并与相邻的颗粒结合在一起。
这个过程称为烧结，其目的是使光伏材料形成致密的结构，提高其导电性和光电转换效率。
在烧结过程中，光伏烧结炉会提供稳定的温度和压力条件，以确保光伏材料能够均匀地烧结并形成均匀的片状结构。
烧结时间和温度的控制非常重要，过短或过长的时间以及过高或过低的温度都会对光伏材料的性能造成不良影响。
当烧结过程完成后，需要将炉内温度降低到室温。
冷却的过程可以通过降低炉膛内的温度或将光伏材料取出放置在自然环境中进行。
冷却的速度也需要控制，过快的冷却可能导致光伏材料的破裂或形
成不均匀的结构。
总结起来，光伏烧结炉是通过高温烧结将光伏材料粉末压制成片状的设备。
其工作原理包括预热、烧结和冷却三个步骤。
通过控制适当的温度、时间和压力条件，光伏烧结炉可以制备出高质量的光伏材料，用于制造高效的光伏电池。
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熔融的玻璃开始蚀刻SiN层， Ag则渐渐融入熔融的玻璃中
在670~700℃，玻璃蚀穿SiN层 后，开始融蚀Si的表层 (emitter)
在冷却时，熔融玻璃中过量的Ag析出成Ag颗粒， 并嵌埋在Si的表面，形成电流传导的途径
正银烧结曲线（理论曲线）
1. 2. 3.
Drying :在150℃干燥时先挥发掉胶料中所有的溶剂，否则在高温烧结时溶剂 产生的气泡将会造成裂缝。 Burn out :在300~400℃进行burn-out的过程，烧除掉胶料中的有机黏结剂。 Firing :在700~800℃时，烧结后使银线黏附在Si wafer表面。
1. 2. 3.
4.
Solvent evaporation : 100℃~200℃，溶剂挥发。 Resin removal : 200℃~400℃，聚合物树脂烧除。 Glass melting & Ag sintering : 400℃~600℃，玻璃开始融化，银颗粒 开始缩合及烧结。 Glass-Si & Ag-Si reaction : 600℃~800℃，熔融的玻璃和溶解的银开始 蚀刻掉氮化硅表层，并蚀刻掉极薄的硅表层。最后，银颗粒在硅表层结晶 析出。
谢
谢
比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有 比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统， 如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差 取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着 时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比 例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自 动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性 组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解 决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是 零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅 值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制 器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。 所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特 性。
三、背铝烧结过程
1. 2. 3. 4. 5.
6.
浆料干燥，烧除有机溶剂和粘结剂。 铝/硅开始熔化为液相。 熔融的铝和硅开始相互的传递形成Al/Si互溶的液体。 在达到最高温时，Al/Si互溶的液体完整地覆盖住wafer的表面。 在冷却时，硅原子快速地由paste移回wafer表面，掺杂着Al原子形 成P+结构的BSF。 当温度冷却至557℃以下时，背铝会转换成Al-Si共晶(12%的Si)，并 且在BSF上面会覆盖一层致密的Al-Si共晶层。
太阳能电池片烧结原理简介
制程部 杨玮亮 2011-01-26
目录
一、正银烧结过程 二、正银线电流传导机构 三、背铝烧结过程 四、烧结对电性参数的影响 五、Despatch烧结炉温度控制系统
一、正银烧结过程
网印finger line在wafer上
Finger line中的玻璃成份在加 热到450℃时 开始融化
烧结深度对Rsh的影响
Over firing
Correctly firing
Ag
ARC SiOx
I
n-Si
ARC SiOx
Ag
I
n-Si
II
p-Si
No penetration Insufficient Energy Insufficient Reaction No Power
Ag
ARC SiOx
Despatch烧结炉温度控制系统
Despatch烧结炉温度控制系统
Despatch烧结炉温度控制系统
Line 1
Line 2
PID控制系统
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微 分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历 史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制 的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精 确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构 和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。 即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段 来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和 PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算 出控制量进行控制的。
p-SiBiblioteka low penetration Insufficient Energy Partial Contact Low Power
Ag
ARC SiOx
I
n-Si
II
III
I
n-Si
II
III
IV
p-Si
Ideal state Rc lowest High Power
p-Si
Si etched by frit Rc increasing Rsh decreasing Low power
背铝烧结相图
铝/硅形成背面电极(BSF)
BSF
Al与Si形成BSF (back surface field) (P+)，具有较高的电位。当跃迁电子遇 到BSF时，会倾向往n type区移动，进 而提高电流。
烧结对电性参数的影响
Physical appearance of Al partially white or light color – under firing brown, beads, bumps – over firing Electrical parameters Rs is high,Rsh is low – under firing Rs is low, Rsh is high – correctly firing Rs is reasonably low, but Rsh is very low – over firing
二、正银线电流传导机构
机构一: 由银颗粒和emitter的直接接触来传导
机构二: 银颗粒和emitter之间由tunneling effect来传导电流
a. b. c.
Direct connection : 银颗粒和emitter的直接接触 Tunneling : 若银颗粒和emitter间存有极薄的glass film，则电流可藉由 tunneling effect来传导 Tunneling & hopping : 若银颗粒和emitter间存有较厚的glass film，则 电流可藉由tunneling和玻璃中金属析出物之间的hopping来传导
在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 对于温度系统：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3 对于流量系统：P（%）40--100，I（分）0.1--1 对于压力系统：P（%）30--70，I（分）0.4--3 对于液位系统：P（%）20--80，I（分）1--5 参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢，微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低