6.丝网印刷电极制作

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1、第五章丝网印刷电极制作丝网印刷技术是一种广泛应用的实用技术。在电子技术领域应用方面，对丝网印刷的要求很高。要求尺寸精度高、分辨率高、工艺稳定性好、可靠性好。丝网印刷技术包括丝网制版技术和印刷技术。丝网版及其制作技术是丝网印刷技术的关键技术，也是丝网印刷技术区别于其他技术之处。丝网印刷技术在太阳电池电极制作工艺上的应用，从制造工艺学原理来看，其特点在于浆料对半导体基片的非平衡少数载流子寿命、表面复合速率、欧姆接触电阻率等物理特性有着重要的影响。因此，在实践中，对电极浆料及其烧结工艺要给予特别的注意。5.1可印材料和丝网印刷

2、制作太阳电池电极的厚膜材料称为太阳电池电极浆料。太阳电池电极浆料通常由金属粉末与玻璃粘合剂混合并悬浮于有机液体或载体中。其中金属粉末所占的比例决定了厚膜电极的可焊性、电阻率、成本。玻璃粘合剂影响着厚膜电极对硅基片的附着力。这种粘合剂通常由硼硅酸玻璃以及铅、铋一类的重金属占很大比例的低熔点、活性强的玻璃组成。另外，太阳电池电极浆料印刷烧结后的厚膜导体必须和半导体基片形成良好的欧姆接触特性，因此，还添加一些特定的掺杂剂。浆料由专业制造商制造销售，其制造过程通常是将所需的玻璃变成粉料，再用球磨机研磨到适合丝网印刷的颗粒度，大约

3、1～3微米。金属粉料用化学方法或超音速喷射制成。将这些粉末放在搅拌器中与有机载体湿混，然后再用三滚筒研磨机混合。作为丝网印刷用的浆料需要具有触变性，属于触变混合物。在加上压力或（搅拌）剪切应力时，浆料的粘度下降，撤除应力后，粘度恢复。丝网印刷浆料的这种特性叫做触变性。在丝网印刷过程中，浆料添加到丝网上，由于较高的粘度而“站住”在丝网上；当印刷头在丝网掩模上加压刮动浆料时，浆料粘度降低并透过丝网；刷头停止运动后，浆料再“站住”在丝网上，不再作进一步的流动。这样的浆料特别适合于印刷细线图形。因为浆料的流体特性非常复杂，在添加

4、有机载体调节涂料粘度时要特别注意。粘度容易调到规定值，浆料的其他性质同时也会改变；因此，即使粘度与以前样品相同，也可能会得到不同的参数。浆料的流体特性直接影响着印刷图形的质量。浆料必须具有特殊的屈服性，丝网印刷时在刷头的压力下产生流动，压力撤消后恢复粘度并保持位置。流动性太大时图形边沿锐度不好并且会沾污基片。流动性差会导致透过性能差，产生另外一类缺陷。图5-1.所示为一些常见的丝网印刷图形缺陷。类别原因A理想情况B扩大粘度太低，屈服点太低C边沿不齐粘度太高，刷头压力太大D丝网孔屈服点太高E边沿流出载体湿润性不好，固体粉末

5、颗粒度太大图5-1.一些常见的丝网印刷图形缺陷5.2导体材料成分及其在太阳电池结构中的作用太阳电池电极浆料经过印刷烧结工艺过程后形成厚膜导体电极。其中的金属导体材料成分分布在玻璃粘合剂中，构成一种复杂的混合分散体系，玻璃起粘合结构的作用，金属导体材料作为导电相分布在厚膜结构中，各个金属晶粒之间通过接触导电，隧道穿透导电等方式导电。晶体硅太阳电池的P型接触电极材料通常使用金属铝，对于硅半导体而言铝是一种P型掺杂剂，同时它与硅的共晶温度较低，利用铝—硅合金特性，可以在电极烧结过程中形成硅半导体的P型掺杂。铝硅合金相图见图2.

6、[1]H.F.WOLF‘SILICONSEMICONDUCTORDATA’SIGNETICCOPORATION1969。另外，利用杂质类型的掺杂补偿作用，还可以用于去除POCl3气态源扩散制作PN结时在太阳电池背面形成的N型掺杂层，形成P型背面电极接触。N型接触及焊接电极通常使用银基浆料，其中银含量在70%以上。对于半导体硅来说，银是一种深能级杂质，对非平衡少数载流子起复合中心的作用，对于太阳电池的光电转换效率是有害的。因此，对于银浆的选用和烧结工艺的确定这个问题必须给予特别注意。现已广泛应用于晶体硅太阳电池制造的银浆，

7、有Dupont、Ferro、ELS等公司的相关产品。作为太阳电池电极材料，应该具有小的厚膜导体电阻以及金属—半导体接触电阻。5.2.1金属—半导体接触电阻表征金属—半导体欧姆接触特性时，使用比接触电阻RC来描述：（1）对于低掺杂半导体，金属比接触电阻表达为(2)A*=4πqm*k2/h2是里查逊常数，q是电子电荷，m*是电荷载流子的有效质量，k是波耳兹曼常数，h是普朗克常数，φB是势垒高度。由于越过势垒的热离子发射支配着电荷传输，较低的势垒高度将获得较低的接触电阻。在高的掺杂浓度，势垒高度变小，隧道效应变为主要的导电机制

8、，比接触电阻可表示为：（3）εs是硅的介电常数，ND是掺杂浓度。大致上ND≥1019/cm3时，RC将主要表现为隧道效应，并随着ND的增加迅速地下降[3]施敏（S.M.Sze）著黄振刚译《半导体器件物理》电子工业出版社1987年第一版P212-213。对于势垒高度在0.6V左右的金属材料，当硅的掺杂浓度在1020/c