从太阳能电池I—V 特性曲线分析烧结工艺条件

从I—V 特性曲线分析烧结工艺条件

摘要：本文通过研究太阳电池的性能与烧结温度和带速的关系，利用太阳电池单片测试仪，测试太阳电池的I-V特性曲线并对其进行分析。研究了太阳电池的串并联电阻与烧结条件的各个温度段的温度相关；获得了一些结果：串联电阻与低温阶段的烧结条件有关，并联电阻受到高温区温度和烧结时间（带速）的严重影响。通过以上关系对烧结工艺优化调整后，获得了较好性能的太阳电池。给出了太阳电池烧结工艺的调整方法，对太阳电池的生产具有一定的指导意义。

关键词：太阳电池；串联电阻；并联电阻；烧结工艺条件

0引言

太阳电池是将太阳能转换成电能的基础器件，常规的硅太阳电池片制备工艺流程为：化学清洗抛光→绒面制作→磷扩散→等离子刻蚀去周边→去磷硅玻璃→镀减反射膜→丝网印刷电极→烧结→性能测试。其中烧结是太阳电池制备的关键工艺之一。烧结的好坏影响着串并联电阻和填充因子，进而影响太阳电池的效率；况且前面某些步骤出现问题还可以返工，而这一步操作一旦完成太阳电池的性能就无法再改变，所以这一步工艺的好坏最终决定着整个工艺的好坏。决定烧结工艺条件的因素有扩散的结深、烧结温度、烧结时间以及所使用的浆料型号等。由于现在很多光伏厂家所使用的设备型号、性能、电极浆料等都不一样，所以有不同的烧结条件，这都需要各个厂家对工艺条件进行研究和总结，获得适合于自己生产线的工艺条件。本文通过分析不同的烧结工艺下太阳电池的I-V特性曲线，得到串联电阻与烧结条件的各个温度段的温度相关，并联电阻受到高温区温度和烧结时间（带速）的影响，对硅太阳电池烧结工艺的优化有一定的指导意义。

1实验

1.1实验原理

由相关资料可知：铝-硅合金最低共熔点温度为577.2℃，银-铝合金最低共熔点温度为567℃。在烧结背面铝背场时，如果温度达到577℃，铝和硅很快就形成合金，而使得背面因扩散而形成的N型层得到杂质补偿，同时银-铝也合金化，形成背电极的欧姆接触。而当温度逐渐降低后，硅铝合金中的一部分铝会因饱和而析出来，剩下的铝则使得硅形成高掺杂的P+层，在电池的背面形成P+/P 高低结，产生铝背场结构(BSF)。但正面银电极的烧结却相对比较困难，因为烧结温度过低，银电极栅线与硅片结合不牢，串联电阻增大。烧结温度过高，虽然牢固度增加，但可能会将正面P-N结烧穿，使得太阳电池的并联电阻变小，电性能变坏，甚至使太阳电池失效。银-硅合金最低共熔点温度为830℃，但适宜的烧结温度需要由实验决定。链式烧结炉中的常规烧结曲线如图5所示，温度分布通常可以分为四个区域：烘干区域（温度在200-500℃）,背面电极的烧结区域（温度在500-650℃），正面银电极的烧结区域（温度在650-780℃），冷却硅片的降温区域（温度自然降低）。

烧结过程中，传送网带的速度与恒温区温度应很好匹配，以保证有适当的恒温时间使得硅片和金属电极之间温度达到平衡，同时保证金属电极的牢固度。但转送网带的速度也不能太慢，以避免硅片在高温的时间过长，而增加正面P-N

结被破坏的可能。具体的网带速度也需要由实验决定，以便使得在不削减正面

P-N结性能的前提下，使得金属电极与硅片的接触达到最佳的烧结效果。

1.2实验设备与过程

我们选择电阻率在0.5～1Ω·cm，尺寸为100mm×l00mm，（100）取向的P 型直拉单晶硅片；采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺；液态POCl3背靠背扩散工艺，扩散后方块电阻为40～50Ω/□；采用喷涂热解法沉积TiO2层工艺形成表面减反射涂层；然后丝网印刷电极，使用FERROCN53-102铝浆、FERRO3398的背面银铝浆和FERRO33462的银浆；烧结工艺采用万全高新应用技术研究所的七段红外链式烧结炉；最后用TDC-150X太阳电池测试仪检测I-V特性。

2结果与讨论

烧结过程每组参数烧结三片去除最高功率和最低功率选择中间功率片子

I-V特性曲线作为实验研究对象。烧结参数与电池性能如表1所示。

从烧结条件（1）获得的I－V曲线如图2(a)。根据I－V曲线中串联和并联电阻与曲线形状的关系，从图形可以看出太阳电池的串并联电阻都不理想；电池的串

联电阻较高，我们认为可能是电极浆料中的有机物挥发不完全所致，说明低温区温度过低或者是电池在低温区的时间过短。我们适当调高低温段的温度（序号2），从图2(b)中可以看出：串联电阻得到了较好的改善，基本达到了串联电阻的要求；但是并联电阻明显较小，导致太阳电池的性能不好。这是因为太阳电池属于浅结器件，如果高温段的温度过高，正面银电极中的银会有一部分穿过N型层和基底形成合金，造成部分的P?N结被破坏，导致并联电阻降低。因此我们降低高温区温度，调整烧结条件为（序号3和4），I－V曲线测试结果如图2(c)和（d）所示。与图2(a)（b），太阳电池的并联电阻具有明显的改善，但我们认为还未达到最好的效果。并联电阻大小不但和烧结温度有关，而且和烧结时间有关。所以我们对链式烧结炉网带的传输速度进行调整，即改变高温区域的烧结时间以求获得更好的结果。我们将网带的速度分别设定为序号（5、6、7）I－V曲线测试结果如图2(e、f、g),从图中可以看出：当传输速度为8.5时太阳电池的串并联电阻均达到满意的结果，太阳电池转换效率最高；序号（8）和I－V曲线测试结果如图2(h)是为了验证工艺的可重复性而设计的，并且我们在此烧结条件又进

行了多次实验均得到了好的结果，这说明我们的分析是正确的面决非偶然性。

3结论

通过分析I-V特性曲线与太阳电池串并联电阻的关系，来指导和调整太阳电池电极的烧结工艺，对优化太阳电池烧结工艺的方法进行了探索研究。通过实验和结果分析获得了如下结论：

（1）太阳电池的串并联电阻与烧结工艺条件密切相关；

（2）串联电阻与烧结条件的各个温度段的温度相关，低温是浆料中有机溶剂的有效挥发；中温是铝背场的烧结合金化；高温是正面电极的烧结合金化；

（3）烧结过程中，并联电阻受到高温区温度和烧结时间（带速）的影响；

（4）根据以上结果指导，进行了烧结工艺的优化，获得了较好的效果；

（5）此方法对工业化生产具有一定的指导意义。