高方阻与烧结课件.ppt

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1、高方阻浅结与烧结报告黄兴、王磊2011.10.17太阳能电池片的浅结结构是实现高效太阳能电池的有效途径之一；通常所说的浅结是指太阳能电池pn结结深小于0.3um；当杂质浓度大于1017cm-3时，Auger复合是半导体中主要的复合机制，而Auger复合速率与杂质浓度的平方成反比关系，所以浅扩散可以有效减少载流子在扩散层横向流动时的Auger，提高载流子收集效率；1、提高少子寿命2、提高短波吸收此图为载流子收集几率和产生几率与电池片位置的关系，对于AM1.5G而言，约20%能量的入射光的吸收发生在扩散层内，所以浅扩散可以提高这些短波段太阳光的量子效率，提高短路电流；结深越浅，短波光电转

2、换效率越高。光电流强度用表示，如下图显示了在位置处的入射光强度和在处的光强度。在距离内每单位时间吸收的能量为，为吸收系数。从下图可得：(1)(2)初始位置，则微分方程的解为：(3)入射波长为500nm时，吸收系数≈104cm-1。入射光90%被吸收的距离为：(4)(5)3、减少死层此图为光吸收71%时，最大的死层厚度与截止波长的关系，当死层厚度越小，短波端截止波长越短，所以浅结可以展宽短波段的光谱效应。4、提高开路电压pn结自建势垒电压：；式中为受主杂质浓度，为施主杂质浓度。开路电压随的提高而增大。从上式可以看出随着掺杂浓度的提高，开路电压随之提高。二、高方阻的缺点串联电阻Rs=电极

3、电阻+体电阻+薄层电阻+接触电阻。其中，在丝网印刷工艺下，前栅接触电阻、体电阻和扩散层薄层电阻对串联电阻贡献最大。。高方阻使得表面薄层电阻明显增加，增大了Rs，降低了FF。电流横向电阻：功率损耗：；(1)；(2)式中为薄层电阻率；均匀光照下两条细栅线的正中间电流为零，向两侧线性增加，到达栅线处为最大值，因此：，为电流密度。横向功率损耗：(3)通过减小栅线间距离可以有效减小功率损失。方阻越高，需要越密的栅线与之配合，才能发挥出高方阻低表面浓度的优势，这其中有两个难点，其一是高方阻均匀性的控制，其二是银浆的选择，需要综合考虑银浆的导电特性、粘度等，使之适合密栅高方阻的印刷烧结。三、高方阻

4、实现方法1、低温淀积+高浓度淀积在较低温度下淀积一个低浓度的薄扩散层，接着在较高温度下加大源流量，在短时间内进行高浓度扩散。由于时间很短故只在表面堆积一层高掺杂浓度的磷硅玻璃层，这样会形成N+N结构，在理论上不仅能降低了串联电阻Rs，而且能提高开路电压Voc。2、低浓度淀积+高浓度淀积+推进由于方案1可能由于表面浓度过高，引起表面复合比较大，蓝光响应变小。我们可以在这基础上加一步在富氧下推进，这样就能更好的匹配表面浓度和结深。这样能在提高Voc的同时，提高Isc。四、高方阻与烧结实验设计烧结目的：干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。根据金属-半导体接

5、触电阻理论，接触电阻与金属势垒（barrierheight）和表面掺杂浓度（Nd）有关，势垒越低，掺杂浓度越高，接触电阻越小1、银浆成分：玻璃粉、银颗粒、有机溶剂。银颗粒：主要起导电作用。玻璃粉：腐蚀硅片表面自然氧化层和减反射膜，同时起永久链接剂的作用，提高金属粉末烧结和金属层与硅片之间的黏结性。有机溶剂：分散金属和胶联成分，它通过载体润湿粉末表面，使浆料具有流变性。2、导电输运方式1º银晶粒与栅线直接接触；2º通过极薄的玻璃层隧道效应导通；3º通过金属颗粒沉积的玻璃层的多重隧道效应；3、欧姆接触形成过程1º有机物的挥发；2º玻璃料在减反射膜表面聚集；3º玻璃料腐蚀穿过减反射膜；4º

6、玻璃料通过与发生氧化怀远反应产生腐蚀坑；5º银颗粒在冷却过程中于腐蚀坑处结晶：（1）与PbO和Si发生的氧化还原反应类似，玻璃中的Ag2和Si发生如下反应：（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的晶面。冷却过程中，Pb和Ag发生分离，Ag在Si晶面上结晶。银浆料的类型：常规方阻正银浆料，高方阻、浅结正银浆料，常规方阻、高固含量正银浆料，高方阻、高固含量正银浆料

7、，无铅正银浆料。新型电池浆料：两次印刷浆料，N型电池浆料，填孔印刷浆料（MWT电池）。4、烧结过程5、实验方案目的：在与常规烧结工艺对比的基础上，寻找找出适合高方阻浅结的温度范围；高方阻浅结与常规工艺相比，最主要的变化是掺杂浓度的变化和结深的变化。问题：（1）常规工艺浆料是否适用？（2）烧结温度如何变化，变高或者变低？关键因素：时间（带速）、温度（最后两个温区）、浆料类型可控因素：排风、冷却水，对烧结过程影响较小。DOE方案：试验方案为全因子设计。关键因子