晶体硅光伏电池烧结工艺及调节

pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
维普资讯 https://www.wendangku.net/doc/de305011.html,
主田 宦　
Ｓ 翻　
ＢＣ Ｉ Ｔ Ｅ￣ ６
． ｒ ７
高 鹏 刘 继伟 高文 秀　
Ｏ 引 言　
丝网Ｅ ￣ ／ Ｄ Ｕ快速烧 结工艺是当 今工业化 大规模 生产晶 体畦太 阳电池 普遍应 用的 成熟的 金属 化技　
术。
燃烧 有机物 阶段 的烧 结温度 一般设置在 ３０ ｃ ０ ｑ 左 右。 如果温度设置过高 ， 则浆料中的有机 物挥发速 度过快 ， 会造成金属颗粒之间疏松孔隙过多过大 ， 使 烧 结后金属层 内部 以及金属一 半导体接触 之间的 电　
快速烧结 工艺是将Ｅ Ｂ 在电池片 的正面 电极 ， ＤＵ 背面电极以及背面场集中在一起通过快速烧结炉烧　
阻过大； 如果温度设置过低 ， 会导致有 机物燃烧不完　
全， 也会带来 同样的问题。 升温过程需要考虑的主要是对铝背面场和背面电 极的烧结要有足够的温度和足够的时间。图 ２ 所示为　
结完成其表面电接触。其工艺的基本设备 为温度 精　
确控制的快速烧 结炉 （ 温度上升速度＞ ０ ／ ） ２ ￣ ｓ ，快 Ｃ
速烧结理 论在许多文 献中有较详尽 的描述 。但是 ， 工艺简单 。生产成本低 、便于 大规模 生产 的丝网印 ＩＩ Ｉ 烧结 工艺 。所形成 的金属 一 Ｕ 半导体 接触 电阻 值 却 是光刻 镀膜形 成电极接 触电阻的两个数量级。本 文通过调 节烧 结工艺 实验 ，使铝背面场、背面电极 和正面电极厚膜欧姆接触的导电特性得以优化。 １ 烧结工艺过程　
图１ 是标准烧结工艺曲线图。 图中知道 ， 从 快速 烧结工艺一般包含四个阶段即 ：． １ 燃烧有 机物阶段 ； ２ 升温阶段 ；． 值温度区间； ． ． ３峰 ４ 降温阶段 。
不同方式的升温过程ｏ一 ２ Ａ为迅速升温烧结工艺曲线 图；＿ 黑色实线为缓慢升温工艺曲线图。 ２Ｂ 峰值 温度 区间要注意 的就是峰值 温度的设定 。 峰值温度决定 了烧结过程中银铝合金 、硅铝合金当 中金属原 子的浓度 ．峰值温匿对正面银电极和铝背 场以及背 面电极的烧结和电池片串联 电阻 和填充 因 子的 影响都 非常大 。 如果峰值温度设置过高 ， 则会 使 正面 电极烧 穿， 使串联电阻和填充因子下降 ， 效率 显　
著降 低 。
降温阶段要求匀速连续 ，不 能有较 大幅度的温 度梯 度变化 ，但也有在 特殊的峰 值温度后加上一个　
退火过程（ 如图 ２ Ａ 此种烧结工艺据 介绍 对峰值温 －）
度设定过高

而造成的过烧结具有很好的改善作用。
ｐ　
２ 实验过程　
２Ｉ 实验材料的准备 ．
２１ 选择材料 。实验材料选择电阻率在 Ｏ ￣ ｆ ? ．Ｉ ． ． ３ｌ ５ ａ 尺寸 为 １５ ｍ １５ ｍ， 度为 ２ ０ ３ ｕ ｍ， ２ｍ ｘ ２ｍ 厚 ７ ＋ ０ ｍ的 太　
阳能级直拉 单晶硅片 。
时司 （】 ｓ
２１ 制绒 。 ．２ ＿ 采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺 ， 出绒 率　
在 ９ ％以 上 。 ５
图 ｌ 标准烧结工艺温度随时间的变化曲线　
维普资讯 https://www.wendangku.net/doc/de305011.html,
２１ 扩散。 ．３ ． 选择单面扩散工艺 ， 扩散后方块电阻为 ４ ￣ ｆ； ５ ５ｌ少数载流子寿命在 ９ １￣ 之间。 ￣３ ｓ
２１ 镀 减反 射涂 层 。采 用等 离子 体增 强化 学气 相 ．． ４ 沉积氮 化 硅层 工艺 形成 表面 减反 射涂 层 ，其 厚度在　
８ ｒ 左右 。 ０ｍ ｉ
厂、 、＿，
嘲　
２１ 印刷 电极 。 ．． ５ 采用 标准 丝 网印刷 铝背 面场 ， 面 背 银铝 电极 和 正面 印刷 银电极 工 业化 生产 流程 。其 中 正 面 电极 为 ４ ５条 １５ｍ 宽 栅 线 ， ７ｕ ２条 １ ｍｍ 宽 的 ． ８ 主线 ； 面场 电阻 率 为 ４ ６ １－ｌｅ 背 ～ ｘ０Ｔ ?ｍ。 ｆ ２１ 烧 结 。 实 验 选 用 的 是 Ｆ Ｒ Ｏ ３４ ２银 浆 ； ．． ６ Ｅ Ｒ ３６ Ｆ Ｒ ３８银 铝 浆 ；Ｅ Ｒ Ｎ ５ — ０ Ｅ ＲＯ ３ ９ Ｆ Ｒ Ｏ Ｃ ３ １２铝 浆 ； 采 用 九温 区快 速烧 结 炉 。 根 据浆 料厂 商 推荐 的烧 结工艺 条件 以及本 次实 验 的 工艺 特点 ， 我们 以 图 ２ Ｂ作 为 基础 调 节 烧结 工 一
艺。
把 实验 片 分成 ６组烧 结 ， 每组 ２ ０片 。 ２２ 试 验设 计 ． 在烧 结温 度调 节过 程中 ，通 常是 根据 相关 资 料 设 定 各温 区 的初始 值 。然后 在其他 温 区 温度不 变 的 情况下 ， 解 某一 温区 温度 ， 到其上 极 限值和 下极 调 找 限值 。 在该 温 区温 度取相 对 理想 数值 后 ， 调节 其他 再 温 区。 样依 次调 节各 温 区温度 。 为复杂 之处 是 各 这 较 温 区的交 互 影响 ， 因此 ， 调节 烧 结工艺 需 要具有 较 丰　
富 的经验 。
图 ２ 典型的烧结工艺温度曲线。
我们 把 准备好 的 ６组 实验 片 ，按照下 述 不 同的 烧 结温 度进 行烧 结 。
２ ． 用图 ２ Ｂ所示曲线设置烧结工艺温度。 ．１ ２ 一 烧 结 炉每 个 温 区温 度 设 定分 别 为 ： １区 ３０Ｃ，２区 ０￣
３ ｏ ，３区 ３ ｏ ，４区 ３ ０Ｃ，５区 ３ ０ ，６区 ０℃ ０℃ ８￣ ９℃ ４

０Ｃ ８ ￣ ，７区 ６ ０ ，８区 ８ ｏ ２℃ ０ ℃，９区 ９ ０Ｃ １￣。
图 ３ 各 组 实验 片 试 效 率 图　
道 程 控 光 伏 电 池 片 伏 安 曲 线 模 拟 测 量 仪 进 行 测 量 （Ｅ ０ — ）图 ３显 示的是 六组 电池 片 烧 结后 效率 ＩＣ９ ４ １。 分布 图 。 我们 知道 ， 阳 电池烧 结 的最主 要 的两个参 数 太 分 别是 串联 电阻和 填 充 因子（ 处未 对 电池片 的 并 此 联 电阻进 行 分析 ， 这对 分析 实验 结果 会 略有 影响 ） 。 串 联电 阻可表 示 为 ：驿 ｒ＋ｌｒ ｒ （ ） Ｒ＝ ｃｒ ｂ 。 ＋＋ 血 ｂ １ ｒ 是正 面电极 金 属栅线 电 阻 ，。 分 别是 正 Ⅱ ｆ ｒ、 ｃ　
２２２ 以 （．．）为基 准 ，把 ７温 区温度 提 高 ．． ２２１ ２ ℃， 置 为 ６ ０Ｃ ０ 设 ４ ￣。 ２２３ 以 （．．） 基 准 ， 升 温 阶 段 的 起点 温 ．． ２２２ 为 把 区（ 五温 区 ） 第 温度 提 高 ４ ℃， 置 为 ４ ０Ｃ ０ 设 ３￣。 ２２４ 以（ ．－） 基 准 ， ４５温 区 的 温 度 分 ．． ２２３ 为 把 ， 别 升 为 ４ ０Ｃ，６ ￣ ５￣ ４０Ｃ。 ２２５ 以 （．－） ．． ２２４ 为基 准 ， ９温 区 的 温 度 升 到 把
９０ 。 ２℃
面、 背面金属半导体接触电阻 ， 是正面扩散层的电 ｒ ｔ 阻 ，ｈ 区体 电阻 ， 是 背面 电极 金 属层 的电 阻 。 ｒ 是基 ３１ 扩散薄层电阻引起的串联电阻 ｒ ． ｌ 本实验 所 采用 的是标 准 商用 太阳 电池 正面 电极 设计（ ４ 。 图 ）在此前提下扩散薄层弓起的串联电阻 Ｉ
可 以表 示为 ：
２２ 以 （．．） ．． ６ ２２ 为基 准 ， ９温 区 的温 度 升 到 ５ 把
９ ０ Ｃ。 ３￣
３ 实验结 果 分析　
实 验 结果 采 用德 国 Ｂ ｒｅ 公司 的 Ｓ Ｌａ ｅｇｒ Ｃ ｏｄ三 通　
维普资讯 https://www.wendangku.net/doc/de305011.html,
Ｒ（ ） Ｌ
—
池 片 的 ｒ＋ｃ可 以降 到 １ １ 数 量 级 ，烧 结 不 ｃｒ 。 ２ ０ ～０ Ｑ
（） ２　
好 的 电 池 片 ｒ＋ｃ会 大 到 十 几 毫 欧 至 几 百 毫 殴 。 ｃｒ 。２ 本 次 实验 在控 制欧 姆接 触 电阻方 面 ，获得 了较 为理 想　
的 结果 。 ３５ 填 充因 子 ． 填充 因子可 近似 表 示为 ：
Ｒ 为扩 散层 方块 电阻 ； 为电池 主 焊接 电极 方 向尺 寸 ； 为电池 细栅 线 方向尺 寸 ； 为细 栅线 条 ｍ 数。 我们在 计 算 中 ， 考虑 光电 导的 影响 。 不
／　
／　
， ， ’
、 、
限
ｒ
ｏｃ
（＿ １Ｒ ）

Ｔ １　
（） ５　
可 见 与 电池 片 的开 路 电 压和 串联 电 阻 有 非常 大　
的关系 。 由于 我们 在实验 中获得 了非常理 想的串联 电　
阻值 ， 也就 获得 了很 高 的填充 因 子。 高的 填充 因子 较
还 说明 了电池片很低 的漏电流和较 高的并联 电阻。 ３６ 各 组烧 结结 果分 析 ．
／　
现在 看表 １中的结 果 。 表 中可 以见 到 ， 路电 从 开 压和 短路 电流 随烧 结 工艺不 同而 略有 变化 。而 串联 电阻 和填 充 因子 的变化 就更 明显 ，从 而直 接导 致电　
池效 率 的变化 。
表 １ 实验 结 果 中 的 重 要 参 数　
、
、　
、　
图 ４ 正 面 金 属 电 极 图 形　
３２ 电极 金 属体 电阻 ． 金 属体 电 阻可 以表 示为 ：
ｆ １
ｎ — 一 广— — ＼／ （） ３
ｒ 为厚 膜 金属 导体 层 的方 块 电阻 ， 蚰 厚膜 印刷 银 电极 通 常 为００３Ｉ口 ～ ． ５Ｉ 口 ；Ｚ ． Ｉ／ ０ ００ Ｉ／ ０ 为栅 线 长 度 ； Ｗ为栅 线 宽 度 。对 于 铝 背 场 形 式 的 背 面 电 极 ， （ ｎ 为 正 面 主 电 极 线 数 目 ） 厂通 常 为 ００ ０］ 口 ～ 蚰 。１１／
００ ０ ￣ 口 。 ．２ １／
３３ 基 区 体 电阻 ．
从 第 １ 到第 ４组 ， 组 随着 升温 阶段 温度 的提 高 ， 电池 背场烧 结 更充 分 ；从 第 ３组 和第 ４组 的对 比看　
出 ， 继续 增高 升 温阶段 的 温度 ， 再 也不会 导 致电池 参　
（） ４　
因 为基 区可 以认 为是 电阻 率为 Ｐ的均 匀 掺杂 半　
导体 ， 区体 电 阻可 以表 示为 ： 基
ｒ 丽 ｐ
．． ，，
ｄ
数的 改善 。 第 ５组和 第 ６组 电池 片的串 联 电阻则 有非 常大 的下 降 ，这要 归功 于烧 结峰 值温 度 的升高 。对 比第 ５６组 还可 以看 出来 ，第 ６组 电 池参 数 除 了串 联 电 ／ 阻继 续 降低 之外 ， 其他 参 数都变 得 更差 ， 出现这 种 情 况 的原 因是 峰值 温度过 高 而导 致的 正面银 电极 部 分 烧穿。 分 析 以上烧 结 工艺 ，第 ５组烧 结 工艺温 度设 置 是 最为 理想 的 。 因为与 最 初工艺 设 定相 比 ， 联 电阻 串 已经从 ５５ ｌ 到 ４３ Ｉ 左 右。 而获 得 了好 的填 ． ｍＩ 降 ．ｍ ｌ 从 充因 子和 转换 效率 。
４ 结 论　
其 中 ， 基 区厚 度 ， 等 于 硅 基 片 厚 度 ； 片 材 料 ｄ为 约 基
电阻率 选择 的 范围 为 ０５ ３１ ｍ。 ．￣ １． ｅ
３４ 烧 结后 欧姆 接触 电阻 分析 ． 根 据 理论 计 算 ，

本 实验 工艺 条 件下 的 ｒ ￡ ｔｂ ＋＋ 约 为 ４ Ｉ。 几个 电阻值 是 跟烧 结工 艺关 系比较 ｍ ｌ这 小 的 。考 虑 到简化 计算 模型 和光 电导 对计 算所 产 生 的误 差 ， ｒ ｒ ｒ 的 实 际 值应 该 在 ３ ４ ｒ ｔｂ 硼 ＋ ＋ｂ ～ｍＱ 之 间 。 在 本 次 实 验 的 ２２５和 ２２６组 的 串 联 电 阻 都 在 ．． ．． ４Ｉ ｍ ｌ左右 ， 见烧 结 后金 属和 半 导体 之 间 的欧 姆 接 可 触 电阻 已经在 小 于 ｌ Ｉ ｍ ｌ的数量 级 内。 烧 结 的关键 就 是欧姆 接触 电阻 。烧 结很 好 的电　
４Ｉ ６　
本文 用 实验说 明烧 结 工艺调 节 方法 ，需要 注意　
—　
爵
维普资讯 https://www.wendangku.net/doc/de305011.html,
太　
梅开乡
如何提高光电池的工作效率 这是人们利用太 阳能发电十分关注的技术关键 ，本文提出了太 阳强　
源 以节 省电能。 反之 ， 固态继 电器 Ｓ Ｒ接通 ， Ｓ 自动跟 踪装 置供电进入 工作状态 。 第二路（ 北方 向跟 踪） 南 ； 第 三路 （ 东西方向跟踪） 电路 ， 即由太阳光光线检测 、 Ｉ ／ ｖ转换 、 减法运算、 置误差放大 、 差正负判别 、 位 误 驱动集成电路 、 多谐振 荡器、 进电机等组 成。 步 其功 能是使电池板从 早到晚始终 跟踪太阳位 置的变化 ， 使光伏电池一直接受到最强的太阳幅射。 ２ 太 阳光 线检测 与蓄 电池 欠压状态保护 电路 太阳光线检测与蓄电池欠压状态保护电路如图 ２ 示。 中 Ｅ 为 蓄电池 ，Ｓ 所 图 Ｓ Ｒ为固态继 电器 。 电路　
光 自动眼踪 方案 。 经实践检 验 ， 用跟踪装 置后 。 采 电池板 的平均输 出能 量提高 ３ ％以上。 ０
１ “ 动跟 踪 ” 置 的 原 理 自 装
圈 １ “ 自动跟踪 装Ｉ原理框圈　
如图 ｌ 所示 ， 自动 跟踪 装置主要分为三路 。 第一 蹈的功能是区分昼夜有无太阳光。夜晚太阳下山或 阴雨天光线很　时 ， 太阳光检测信 号通过转换 ， 输出 控制信号使电池板面向东方太 阳初升的位置 ，然后 使 固态继电器 Ｓ Ｒ动 作切断　自动 跟踪装 置 Ｓ 的电　
用于自动控制 蓄电池 Ｅ 向负载 自动 跟踪装 置 ｚ 的 供电， 起到节 能降耗 的效果 。 图中 Ｃ Ｓ与 非门芯 ＭＯ
片 Ｃ ４ 、时基 芯 片 Ｍ １ ５５的静 态功 耗 Ｐ ≤ Ｃ０ １ Ｊ Ｃ ７５ ． ０１ ｗ。 ｍ 属于微功 耗芯 片。 夜间或阴雨 的白天 ， 光敏 电阻 Ｒ 因无光或只受弱光照射时呈高电阻状态（ ｃ 例　
ＭＧ ５型 光 敏 电 阻 的 暗 阻 为 １０ Ｉ ， 亮 阻 为 ５一 ４ ０ ｋ１

要 同时保证背 面和 正面烧 结充分。在 工艺 调节过程 中， 我们大多采用其他温区温度不变 ， 调节 某一温区　
在这里 ， 我要感谢 中电电器 （ 南京 ） 光伏有 限公　
司给予的大量帮助和支持 ；感谢澳大利亚新南威尔 士大学博 士、 中电电气（ 南京） 光伏有限公 司总工程 师赵建华 先生 ， 中电电气（ 南京） 光伏有限 公司副总　
温度， 然后观察烧结后电池片性能 ， 做相应调节的 再 方法。 还需要注 意的是 ，后一温区 的温 度一般 不低 于前一温区的温度。 经过我们 的优 化 ， 很好地把串　
电阻的平 均值这一关 键参 数降低到 ４ｍ 左右 ， ｎ 并 把平均转换效率稳定在 １ ． ６３ ％左右。 ５ 致谢　
工程师张凤鸣博士及张 忠文 的指导 。 （ 参考文献编者略）
作 者单位： 门大学机电工程系 厦
1本文由vanny0519贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
柚噩．
……
Ｓ口屯＾Ｒ目呐日五６丫
高
Ｏ引言
鹏
刘继伟
高文秀
燃烧有机物阶段的烧结温度一般设置在３００℃
丝网印刷／快速烧结工艺是当今工业化大规模 生产晶体硅太阳电池普遍应用的成熟的金属化技 术。 快速烧结工艺是将印刷在电池片的正面电极， 背面电极以及背面场集中在一起通过快速烧结炉烧 结完成其表面电接触。其工艺的基本设备为温度精 确控制的快速烧结炉（温度上升速度＞２０℃／ｓ），快 速烧结理论在许多文献中有较详尽的描述。但是， 工艺简单，生产成本低、便于大规模生产的丝网印 刷／烧结工艺。所形成的金属一半导体接触电阻值 却是光刻镀膜形成电极接触电阻的两个数量级。本 文通过调节烧结工艺实验，使铝背面场、背面电极 和正面电极厚膜欧姆接触的导电特性得以优化。、 １烧结工艺过程 图ｌ是标准烧结工艺曲线图。从图中知道，快速 烧结工艺一般包含四个阶段即：１．燃烧有机物阶段； ２．升温阶段；３．峰值温度区间；４．降温阶段。
左右。如果温度设置过高，则浆料中的有机物挥发速 度过快，会造成金属颗粒之间疏松孔隙过多过大，使 烧结后金属层内部以及金属一半导体接触之间的电 阻过大；如果温度设置过低，会导致有机物燃烧不完 全，也会带来同样的问题。 升温过程需要考虑的主要是对铝背面场和背面电 极的烧结要有足够的温度和足够的时间。图２所示为 不同方式的升温过程。２—Ａ为迅速升温烧结工艺曲线 图；２＿Ｂ黑色实线为缓慢升温工艺曲线图。 峰值温

度区间要注意的就是峰值温度的设定。 峰值温度决定了烧结过程中银铝合金、硅铝合金当 中金属原子的浓度，峰值温度对正面银电极和铝背 场以及背面电极的烧结和电池片串联电阻和填充因 子的影响都非常大。如果峰值温度设置过高，则会使 正面电极烧穿，使串联电阻和填充因子下降，效率显 著降低。 降温阶段要求匀速连续，不能有较大幅度的温 度梯度变化，但也有在特殊的峰值温度后加上一个 退火过程（如图２一Ａ）此种烧结工艺据介绍对峰值温 度设定过高而造成的过烧结具有很好的改善作用。 ２实验过程 ２．１实验材料的准备 ２．１．１选择材料。实验材料选择电阻率在０．５～３Ｑ?
护
Ｕ 剖 螟
ｃｍ，尺寸为１２５ｍｍ×１２５咖，厚度为２７０±３０Ｉｌｍ的太
阳能级直拉单晶硅片。
时间（ｓ）
２．１．２制绒。采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺，出绒率 在９５％以上。
图ｌ标准烧结工艺温度随时闻的变化蓝线
—恼蔽潭巧蓊ｉｒ
万方数据
“ｌ
２．１．３扩散。选择单面扩散工艺，扩散后方块电阻为 ４５±５Ｑ；少数载流子寿命在９～１３斗ｓ之间。 ２．１．４镀减反射涂层。采用等离子体增强化学气相 沉积氮化硅层工艺形成表面减反射涂层，其厚度在
８０ｎｍ左右。
＾
ｐ Ｖ 恻 赠
２．１．５印刷电极。采用标准丝网印刷铝背面场，背面 银铝电极和正面印刷银电极工业化生产流程。其中
正面电极为４５条１７５姗宽栅线，２条１．８ｍｍ宽的
主线；背面场电阻率为４～６×１０—矶?ｃｍ。 ２．１．６烧结。实验选用的是ＦＥＲＲＯ ３３４６２银浆；
ＦＥＲＲＯ
３３９８银铝浆；ＦＥＲＲＯ
ＣＮ
５３—１０２铝浆；采
用九温区快速烧结炉。 根据浆料厂商推荐的烧结工艺条件以及本次实 验的工艺特点，我们以图２一Ｂ作为基础调节烧结工
艺。
把实验片分成６组烧结，每组２０片。 ２．２试验设计 在烧结温度调节过程中，通常是根据相关资料 设定各温区的初始值。然后在其他温区温度不变的 情况下，调解某一温区温度，找到其上极限值和下极 限值。在该温区温度取相对理想数值后，再调节其他 温区。这样依次调节各温区温度。较为复杂之处是各 温区的交互影响，因此，调节烧结工艺需要具有较丰 富的经验。 我们把准备好的６组实验片，按照下述不同的 烧结温度进行烧结。
２．２．１ 图２典型的烧结工艺温度曲线。
用图２一Ｂ所示曲线设置烧结工艺温度。
图３各组实验片测试效率图
烧结炉

每个温区温度设定分别为：ｌ区３００℃，２区
３００℃，３区３００℃，４区３８０℃，５区３９０℃，６区 ４８０℃，７区６２０℃，８区８００℃，９区９１０℃。
道程控光伏电池片伏安曲线模拟测量仪进行测量
（ＩＥＣ ９０４一１）。图３显示的是六组电池片烧结后效率
２．２．２以（２．２．１）为基准，把７温区温度提高 ２０℃，设置为６４０℃。 ２．２．３以（２．２．２）为基准，把升温阶段的起点温 区（第五温区）温度提高４０℃，设置为４３０℃。 ２．２．４以（２．２．３）为基准，把４，５温区的温度分
别升为４５０℃，４６０℃。
２．２．５ ９２０℃。
分布图。 我们知道，太阳电池烧结的最主要的两个参数 分别是串联电阻和填充因子（此处未对电池片的并 联电阻进行分析，这对分析实验结果会略有影响）。
串联电阻可表示为：Ｒ庐时ｒｅｌ＋ｒＩ＋ｒｂ＋材ｒ曲
（１）
ｋ是正面电极金属栅线电阻，ｒｃｌ、ｒｃ２分别是正 面、背面金属半导体接触电阻，ｒｔ是正面扩散层的电 阻，ｒｂ是基区体电阻，‰是背面电极金属层的电阻。 ３．１扩散薄层电阻引起的串联电阻ｒｔ 本实验所采用的是标准商用太阳电池正面电极 设计（图４）。在此前提下扩散薄层引起的串联电阻
可以表示为：
１４５
以（２．２．４）为基准，把９温区的温度升到
２．２．６以（２．２．５）为基准，把９温区的温度升到
９３０℃。
３实验结果分析 实验结果采用德国Ｂｅｒｇｅｒ公司的Ｓｃｋａｄ三通
—砀聂潭≮蓊对～ 万方数据
，一Ｒ一争） ｒｌ－—弓元卜
Ｂｑ
池片的ｒｃ。＋ｋ可以降到１０一～１０＾５Ｑ数量级，烧结不
（２）
ｌ
ｗ
Ｊ
好的电池片ｒｃｌ＋ｋ会大到十几毫欧至几百毫殴。本 次实验在控制欧姆接触电阻方面，获得了较为理想 的结果。
３．５填充因子
Ｒｑ为扩散层方块电阻；￡为电池主焊接电极方 向尺寸；形为电池细栅线方向尺寸；ｍ为细栅线条 数。我们在计算中，不考虑光电导的影响。
／／
／ ／
、
、
、
、
ＦＦ＿竖掣（１一ｋ）
填充因子可近似表示为：
ｒ
（５）
０ｃＴｌ
可见ＦＦ与电池片的开路电压和串联电阻有非常大 的关系。由于我们在实验中获得了非常理想的串联电 阻值，也就获得了很高的填充因子。较高的填充因子 还说明了电池片很低的漏电流和较高的并联电阻。 ３．６各组烧结结果分析
，，
现在看表ｌ中的结

果。从表中可以见到，开路电 压和短路电流随烧结工艺不同而咯有变化。而串联 电阻和填充因子的变化就更明显，从而直接导致电
池效率的变化。
表１实验结果中的重要参数
／
图４正面金属电极图形
３．２电极金属体电阻 金属体电阻可以表示为：
ｒｍ－掣
，性１
’Ｄｆ一—■ｒ——一
彬为栅线宽度。对于铝背场形式的背面电极，
０．０２００／口。
（３）
、￣Ｊ／
ｒ田为厚膜金属导体层的方块电阻，厚膜印刷银
电极通常为０．００３Ｑ／口一Ｏ．００５ｍ口；Ｚ为栅线长度；
（厅
为正面主电极线数目）‰通常为Ｏ．０１０Ｑ／口～ ３．３基区体电阻 因为基区可以认为是电阻率为ｐ的均匀掺杂半 导体，基区体电阻可以表示为： 从第１组到第４组，随着升温阶段温度的提高， 电池背场烧结更充分；从第３组和第４组的对比看 出，再继续增高升温阶段的温度，也不会导致电池参
（４）
舻ｐ斋
电阻率选择的范围为Ｏ．５—３Ｑ．ｃｍ。 ３．４烧结后欧姆接触电阻分析
数的改善。 第５组和第６组电池片的串联电阻则有非常大 的下降，这要归功于烧结峰值温度的升高。对比第 ５／６组还可以看出来，第６组电池参数除了串联电 阻继续降低之外，其他参数都变得更差，出现这种情 况的原因是峰值温度过高而导致的正面银电极部分 烧穿。 分析以上烧结工艺，第５组烧结工艺温度设置 是最为理想的。因为与最初工艺设定相比，串联电阻 已经从５．５ｍＱ降到４．３ｍＱ左右。从而获得了好的填 充因子和转换效率。 ４结论 本文用实验说明烧结工艺调节方法，需要注意
其中，ｄ为基区厚度，约等于硅基片厚度；基片材料
根据理论计算，本实验工艺条件下的ｋ．－ｒｔ＋“＋ ‰约为４ｍＱ。这几个电阻值是跟烧结工艺关系比较 小的。考虑到简化计算模型和光电导对计算所产生 的误差，ｋ＋ｒｌ＋ｒｂ＋‰的实际值应该在３～４ｍＱ之间。 在本次实验的２．２．５和２．２．６组的串联电阻都在 ４ｍＱ左右，可见烧结后金属和半导体之间的欧姆接 触电阻已经在小于ｌｍＱ的数量级内。 烧结的关键就是欧姆接触电阻。烧结很好的电
万方数据
梅开乡
如何提高光电池的工作效率（７这是人们利用太 阳能发电十分关注的技术关键，本文提出了太阳强 光。自动跟踪”方案。经实践检验，采用跟踪装置后， 电池板的平均输出能量提高３０％以上。 ｌ“自动跟踪”装置的原理 ）洲殉司电池ｌ｜坍Ｉ
Ｉ运算ｌ ｌ极性判别Ｉ ｌ驱动集

成Ｉ ｌｘ／Ｙ方向 板位置检测ｎ转换Ｈ电路ｒ｜（ｃｗ／ｃｃｗ）广１芯片 一步进电机
源以节省电能。反之，固态继电器ＳＳＲ接通，自动跟 踪装置供电进入工作状态。第二路（南北方向跟踪）； 第三路（东西方向跟踪）电路，即由太阳光光线检测、
Ｗ转换、减法运算、位置误差放大、误差正负判别、
驱动集成电路、多谐振荡器、步进电机等组成。其功 能是使电池板从早到晚始终跟踪太阳位置的变化， 使光伏电池一直接受到最强的太阳幅射。 ２太阳光线检测与蓄电池欠压状态保护电路 太阳光线检测与蓄电池欠压状态保护电路如图 ２所示。图中Ｅ：为蓄电池，ＳＳＲ为固态继电器，电路 用于自动控制蓄电池Ｅ：向负载“自动跟踪装置。的 供电，起到节能降耗的效果。图中ＣＭＯＳ与非门芯 片ｃＣ４０１１、时基芯片Ｍｃｌ７５５５的静态功耗只≤ Ｏ．１?，ｌＷ，属于微功耗芯片。夜间或阴雨的白天，光敏 电阻ＲＧ因无光或只受弱光照射时呈高电阻状态（例 ＭＧ４５型光敏电阻的暗阻为１００ｋＱ，亮阻为５～
≮臣匦巫口鬲翘
图１
“自动跟踪”装置原理框图
如图ｌ所示，自动跟踪装置主要分为三路。第一 路的功能是区分昼夜有无太阳光。夜晚太阳下山或 阴雨天光线很微时，太阳光检测信号通过转换，输出 控制信号使电池板面向东方太阳初升的位置，然后 使固态继电器ＳＳＲ动作切断“自动跟踪装置”的电
要同时保证背面和正面烧结充分。在工艺调节过程 中，我们大多采用其他温区温度不变，调节某一温区 温度，然后观察烧结后电池片性能，再做相应调节的 方法。还需要注意的是，后一温区的温度一般不低 于前一温区的温度。经过我们的优化，很好地把串联 电阻的平均值这一关键参数降低到４ ｍＱ左右，并 把平均转换效率稳定在１６．３％左右。 ５致谢
在这里，我要感谢中电电器（南京）光伏有限公 司给予的大量帮助和支持；感谢澳大利亚新南威尔 士大学博士、中电电气（南京）光伏有限公司总工程 师赵建华先生，中电电气（南京）光伏有限公司副总 工程师张凤鸣博士及张忠文的指导。 （参考文献编者略）
作者单位：厦门大学机电工程系
１４７
—１丽酾曩磊羽一
万方数据
晶体硅光伏电池烧结工艺及调节
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 高鹏， 刘继伟， 高文秀 厦门大学机电工程系 太阳能 SOLAR ENERGY 2006，""(3) 0次
本文链接：https://www.wendangku.net/doc/de305011.html,/Periodical_tyn200603017.aspx 授权使用：西北大学(xaxbdx)，授权号：cb126c

10-b0d5-4095-ae4d-9e3900cc437e 下载时间：2010年11月25日
1本文由wujinfeng05贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
维普资讯 https://www.wendangku.net/doc/de305011.html,
主田 宦　
Ｓ 翻　
ＢＣ Ｉ Ｔ Ｅ￣ ６
． ｒ ７
高 鹏 刘 继伟 高文 秀　
Ｏ 引 言　
丝网Ｅ ￣ ／ Ｄ Ｕ快速烧 结工艺是当 今工业化 大规模 生产晶 体畦太 阳电池 普遍应 用的 成熟的 金属 化技　
术。
燃烧 有机物 阶段 的烧 结温度 一般设置在 ３０ ｃ ０ ｑ 左 右。 如果温度设置过高 ， 则浆料中的有机 物挥发速 度过快 ， 会造成金属颗粒之间疏松孔隙过多过大 ， 使 烧 结后金属层 内部 以及金属一 半导体接触 之间的 电　
快速烧结 工艺是将Ｅ Ｂ 在电池片 的正面 电极 ， ＤＵ 背面电极以及背面场集中在一起通过快速烧结炉烧　
阻过大； 如果温度设置过低 ， 会导致有 机物燃烧不完　
全， 也会带来 同样的问题。 升温过程需要考虑的主要是对铝背面场和背面电 极的烧结要有足够的温度和足够的时间。图 ２ 所示为　
结完成其表面电接触。其工艺的基本设备 为温度 精　
确控制的快速烧 结炉 （ 温度上升速度＞ ０ ／ ） ２ ￣ ｓ ，快 Ｃ
速烧结理 论在许多文 献中有较详尽 的描述 。但是 ， 工艺简单 。生产成本低 、便于 大规模 生产 的丝网印 ＩＩ Ｉ 烧结 工艺 。所形成 的金属 一 Ｕ 半导体 接触 电阻 值 却 是光刻 镀膜形 成电极接 触电阻的两个数量级。本 文通过调 节烧 结工艺 实验 ，使铝背面场、背面电极 和正面电极厚膜欧姆接触的导电特性得以优化。 １ 烧结工艺过程　
图１ 是标准烧结工艺曲线图。 图中知道 ， 从 快速 烧结工艺一般包含四个阶段即 ：． １ 燃烧有 机物阶段 ； ２ 升温阶段 ；． 值温度区间； ． ． ３峰 ４ 降温阶段 。
不同方式的升温过程ｏ一 ２ Ａ为迅速升温烧结工艺曲线 图；＿ 黑色实线为缓慢升温工艺曲线图。 ２Ｂ 峰值 温度 区间要注意 的就是峰值 温度的设定 。 峰值温度决定 了烧结过程中银铝合金 、硅铝合金当 中金属原 子的浓度 ．峰值温匿对正面银电极和铝背 场以及背 面电极的烧结和电池片串联 电阻 和填充 因 子的 影响都 非常大 。 如果峰值温度设置过高 ， 则会 使 正面 电极烧 穿， 使串联电阻和填充因子下降 ， 效率 显　
著降 低 。
降温阶段要求匀速连续 ，不 能有较 大幅度的温 度梯 度变化 ，但也有在 特殊的峰 值温度后加上一个　
退

火过程（ 如图 ２ Ａ 此种烧结工艺据 介绍 对峰值温 －）
度设定过高而造成的过烧结具有很好的改善作用。
ｐ　
２ 实验过程　
２Ｉ 实验材料的准备 ．
２１ 选择材料 。实验材料选择电阻率在 Ｏ ￣ ｆ ? ．Ｉ ． ． ３ｌ ５ ａ 尺寸 为 １５ ｍ １５ ｍ， 度为 ２ ０ ３ ｕ ｍ， ２ｍ ｘ ２ｍ 厚 ７ ＋ ０ ｍ的 太　
阳能级直拉 单晶硅片 。
时司 （】 ｓ
２１ 制绒 。 ．２ ＿ 采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺 ， 出绒 率　
在 ９ ％以 上 。 ５
图 ｌ 标准烧结工艺温度随时间的变化曲线　
维普资讯 https://www.wendangku.net/doc/de305011.html,
２１ 扩散。 ．３ ． 选择单面扩散工艺 ， 扩散后方块电阻为 ４ ￣ ｆ； ５ ５ｌ少数载流子寿命在 ９ １￣ 之间。 ￣３ ｓ
２１ 镀 减反 射涂 层 。采 用等 离子 体增 强化 学气 相 ．． ４ 沉积氮 化 硅层 工艺 形成 表面 减反 射涂 层 ，其 厚度在　
８ ｒ 左右 。 ０ｍ ｉ
厂、 、＿，
嘲　
２１ 印刷 电极 。 ．． ５ 采用 标准 丝 网印刷 铝背 面场 ， 面 背 银铝 电极 和 正面 印刷 银电极 工 业化 生产 流程 。其 中 正 面 电极 为 ４ ５条 １５ｍ 宽 栅 线 ， ７ｕ ２条 １ ｍｍ 宽 的 ． ８ 主线 ； 面场 电阻 率 为 ４ ６ １－ｌｅ 背 ～ ｘ０Ｔ ?ｍ。 ｆ ２１ 烧 结 。 实 验 选 用 的 是 Ｆ Ｒ Ｏ ３４ ２银 浆 ； ．． ６ Ｅ Ｒ ３６ Ｆ Ｒ ３８银 铝 浆 ；Ｅ Ｒ Ｎ ５ — ０ Ｅ ＲＯ ３ ９ Ｆ Ｒ Ｏ Ｃ ３ １２铝 浆 ； 采 用 九温 区快 速烧 结 炉 。 根 据浆 料厂 商 推荐 的烧 结工艺 条件 以及本 次实 验 的 工艺 特点 ， 我们 以 图 ２ Ｂ作 为 基础 调 节 烧结 工 一
艺。
把 实验 片 分成 ６组烧 结 ， 每组 ２ ０片 。 ２２ 试 验设 计 ． 在烧 结温 度调 节过 程中 ，通 常是 根据 相关 资 料 设 定 各温 区 的初始 值 。然后 在其他 温 区 温度不 变 的 情况下 ， 解 某一 温区 温度 ， 到其上 极 限值和 下极 调 找 限值 。 在该 温 区温 度取相 对 理想 数值 后 ， 调节 其他 再 温 区。 样依 次调 节各 温 区温度 。 为复杂 之处 是 各 这 较 温 区的交 互 影响 ， 因此 ， 调节 烧 结工艺 需 要具有 较 丰　
富 的经验 。
图 ２ 典型的烧结工艺温度曲线。
我们 把 准备好 的 ６组 实验 片 ，按照下 述 不 同的 烧 结温 度进 行烧 结 。
２ ． 用图 ２ Ｂ所示曲线设置烧结工艺温度。 ．１ ２ 一 烧 结 炉每 个 温 区温 度 设 定分 别 为 ： １区 ３０Ｃ，２区 ０￣
３ ｏ ，

３区 ３ ｏ ，４区 ３ ０Ｃ，５区 ３ ０ ，６区 ０℃ ０℃ ８￣ ９℃ ４ ０Ｃ ８ ￣ ，７区 ６ ０ ，８区 ８ ｏ ２℃ ０ ℃，９区 ９ ０Ｃ １￣。
图 ３ 各 组 实验 片 试 效 率 图　
道 程 控 光 伏 电 池 片 伏 安 曲 线 模 拟 测 量 仪 进 行 测 量 （Ｅ ０ — ）图 ３显 示的是 六组 电池 片 烧 结后 效率 ＩＣ９ ４ １。 分布 图 。 我们 知道 ， 阳 电池烧 结 的最主 要 的两个参 数 太 分 别是 串联 电阻和 填 充 因子（ 处未 对 电池片 的 并 此 联 电阻进 行 分析 ， 这对 分析 实验 结果 会 略有 影响 ） 。 串 联电 阻可表 示 为 ：驿 ｒ＋ｌｒ ｒ （ ） Ｒ＝ ｃｒ ｂ 。 ＋＋ 血 ｂ １ ｒ 是正 面电极 金 属栅线 电 阻 ，。 分 别是 正 Ⅱ ｆ ｒ、 ｃ　
２２２ 以 （．．）为基 准 ，把 ７温 区温度 提 高 ．． ２２１ ２ ℃， 置 为 ６ ０Ｃ ０ 设 ４ ￣。 ２２３ 以 （．．） 基 准 ， 升 温 阶 段 的 起点 温 ．． ２２２ 为 把 区（ 五温 区 ） 第 温度 提 高 ４ ℃， 置 为 ４ ０Ｃ ０ 设 ３￣。 ２２４ 以（ ．－） 基 准 ， ４５温 区 的 温 度 分 ．． ２２３ 为 把 ， 别 升 为 ４ ０Ｃ，６ ￣ ５￣ ４０Ｃ。 ２２５ 以 （．－） ．． ２２４ 为基 准 ， ９温 区 的 温 度 升 到 把
９０ 。 ２℃
面、 背面金属半导体接触电阻 ， 是正面扩散层的电 ｒ ｔ 阻 ，ｈ 区体 电阻 ， 是 背面 电极 金 属层 的电 阻 。 ｒ 是基 ３１ 扩散薄层电阻引起的串联电阻 ｒ ． ｌ 本实验 所 采用 的是标 准 商用 太阳 电池 正面 电极 设计（ ４ 。 图 ）在此前提下扩散薄层弓起的串联电阻 Ｉ
可 以表 示为 ：
２２ 以 （．．） ．． ６ ２２ 为基 准 ， ９温 区 的温 度 升 到 ５ 把
９ ０ Ｃ。 ３￣
３ 实验结 果 分析　
实 验 结果 采 用德 国 Ｂ ｒｅ 公司 的 Ｓ Ｌａ ｅｇｒ Ｃ ｏｄ三 通　
维普资讯 https://www.wendangku.net/doc/de305011.html,
Ｒ（ ） Ｌ
—
池 片 的 ｒ＋ｃ可 以降 到 １ １ 数 量 级 ，烧 结 不 ｃｒ 。 ２ ０ ～０ Ｑ
（） ２　
好 的 电 池 片 ｒ＋ｃ会 大 到 十 几 毫 欧 至 几 百 毫 殴 。 ｃｒ 。２ 本 次 实验 在控 制欧 姆接 触 电阻方 面 ，获得 了较 为理 想　
的 结果 。 ３５ 填 充因 子 ． 填充 因子可 近似 表 示为 ：
Ｒ 为扩 散层 方块 电阻 ； 为电池 主 焊接 电极 方 向尺 寸 ； 为电池 细栅 线 方向尺 寸 ； 为细 栅线 条 ｍ 数。 我们在 计 算 中 ， 考虑 光电 导的 影响 。 不
／　
／　
，

， ’
、 、
限
ｒ
ｏｃ
（＿ １Ｒ ）
Ｔ １　
（） ５　
可 见 与 电池 片 的开 路 电 压和 串联 电 阻 有 非常 大　
的关系 。 由于 我们 在实验 中获得 了非常理 想的串联 电　
阻值 ， 也就 获得 了很 高 的填充 因 子。 高的 填充 因子 较
还 说明 了电池片很低 的漏电流和较 高的并联 电阻。 ３６ 各 组烧 结结 果分 析 ．
／　
现在 看表 １中的结 果 。 表 中可 以见 到 ， 路电 从 开 压和 短路 电流 随烧 结 工艺不 同而 略有 变化 。而 串联 电阻 和填 充 因子 的变化 就更 明显 ，从 而直 接导 致电　
池效 率 的变化 。
表 １ 实验 结 果 中 的 重 要 参 数　
、
、　
、　
图 ４ 正 面 金 属 电 极 图 形　
３２ 电极 金 属体 电阻 ． 金 属体 电 阻可 以表 示为 ：
ｆ １
ｎ — 一 广— — ＼／ （） ３
ｒ 为厚 膜 金属 导体 层 的方 块 电阻 ， 蚰 厚膜 印刷 银 电极 通 常 为００３Ｉ口 ～ ． ５Ｉ 口 ；Ｚ ． Ｉ／ ０ ００ Ｉ／ ０ 为栅 线 长 度 ； Ｗ为栅 线 宽 度 。对 于 铝 背 场 形 式 的 背 面 电 极 ， （ ｎ 为 正 面 主 电 极 线 数 目 ） 厂通 常 为 ００ ０］ 口 ～ 蚰 。１１／
００ ０ ￣ 口 。 ．２ １／
３３ 基 区 体 电阻 ．
从 第 １ 到第 ４组 ， 组 随着 升温 阶段 温度 的提 高 ， 电池 背场烧 结 更充 分 ；从 第 ３组 和第 ４组 的对 比看　
出 ， 继续 增高 升 温阶段 的 温度 ， 再 也不会 导 致电池 参　
（） ４　
因 为基 区可 以认 为是 电阻 率为 Ｐ的均 匀 掺杂 半　
导体 ， 区体 电 阻可 以表 示为 ： 基
ｒ 丽 ｐ
．． ，，
ｄ
数的 改善 。 第 ５组和 第 ６组 电池 片的串 联 电阻则 有非 常大 的下 降 ，这要 归功 于烧 结峰 值温 度 的升高 。对 比第 ５６组 还可 以看 出来 ，第 ６组 电 池参 数 除 了串 联 电 ／ 阻继 续 降低 之外 ， 其他 参 数都变 得 更差 ， 出现这 种 情 况 的原 因是 峰值 温度过 高 而导 致的 正面银 电极 部 分 烧穿。 分 析 以上烧 结 工艺 ，第 ５组烧 结 工艺温 度设 置 是 最为 理想 的 。 因为与 最 初工艺 设 定相 比 ， 联 电阻 串 已经从 ５５ ｌ 到 ４３ Ｉ 左 右。 而获 得 了好 的填 ． ｍＩ 降 ．ｍ ｌ 从 充因 子和 转换 效率 。
４ 结 论　
其 中 ， 基 区厚 度 ， 等 于 硅 基 片 厚 度 ； 片 材 料 ｄ为 约 基
电阻率 选择 的 范围 为 ０５ ３１ ｍ。 ．￣

１． ｅ
３４ 烧 结后 欧姆 接触 电阻 分析 ． 根 据 理论 计 算 ，本 实验 工艺 条 件下 的 ｒ ￡ ｔｂ ＋＋ 约 为 ４ Ｉ。 几个 电阻值 是 跟烧 结工 艺关 系比较 ｍ ｌ这 小 的 。考 虑 到简化 计算 模型 和光 电导 对计 算所 产 生 的误 差 ， ｒ ｒ ｒ 的 实 际 值应 该 在 ３ ４ ｒ ｔｂ 硼 ＋ ＋ｂ ～ｍＱ 之 间 。 在 本 次 实 验 的 ２２５和 ２２６组 的 串 联 电 阻 都 在 ．． ．． ４Ｉ ｍ ｌ左右 ， 见烧 结 后金 属和 半 导体 之 间 的欧 姆 接 可 触 电阻 已经在 小 于 ｌ Ｉ ｍ ｌ的数量 级 内。 烧 结 的关键 就 是欧姆 接触 电阻 。烧 结很 好 的电　
４Ｉ ６　
本文 用 实验说 明烧 结 工艺调 节 方法 ，需要 注意　
—　
爵
维普资讯 https://www.wendangku.net/doc/de305011.html,
太　
梅开乡
如何提高光电池的工作效率 这是人们利用太 阳能发电十分关注的技术关键 ，本文提出了太 阳强　
源 以节 省电能。 反之 ， 固态继 电器 Ｓ Ｒ接通 ， Ｓ 自动跟 踪装 置供电进入 工作状态 。 第二路（ 北方 向跟 踪） 南 ； 第 三路 （ 东西方向跟踪） 电路 ， 即由太阳光光线检测 、 Ｉ ／ ｖ转换 、 减法运算、 置误差放大 、 差正负判别 、 位 误 驱动集成电路 、 多谐振 荡器、 进电机等组 成。 步 其功 能是使电池板从 早到晚始终 跟踪太阳位 置的变化 ， 使光伏电池一直接受到最强的太阳幅射。 ２ 太 阳光 线检测 与蓄 电池 欠压状态保护 电路 太阳光线检测与蓄电池欠压状态保护电路如图 ２ 示。 中 Ｅ 为 蓄电池 ，Ｓ 所 图 Ｓ Ｒ为固态继 电器 。 电路　
光 自动眼踪 方案 。 经实践检 验 ， 用跟踪装 置后 。 采 电池板 的平均输 出能 量提高 ３ ％以上。 ０
１ “ 动跟 踪 ” 置 的 原 理 自 装
圈 １ “ 自动跟踪 装Ｉ原理框圈　
如图 ｌ 所示 ， 自动 跟踪 装置主要分为三路 。 第一 蹈的功能是区分昼夜有无太阳光。夜晚太阳下山或 阴雨天光线很　时 ， 太阳光检测信 号通过转换 ， 输出 控制信号使电池板面向东方太 阳初升的位置 ，然后 使 固态继电器 Ｓ Ｒ动 作切断　自动 跟踪装 置 Ｓ 的电　
用于自动控制 蓄电池 Ｅ 向负载 自动 跟踪装 置 ｚ 的 供电， 起到节 能降耗 的效果 。 图中 Ｃ Ｓ与 非门芯 ＭＯ
片 Ｃ ４ 、时基 芯 片 Ｍ １ ５５的静 态功 耗 Ｐ ≤ Ｃ０ １ Ｊ Ｃ ７５ ． ０１ ｗ。 ｍ 属于微功 耗芯 片。 夜间或阴雨 的白天 ， 光敏 电阻 Ｒ 因无光或只受弱光照射时呈高电阻状态（ ｃ 例　

ＭＧ ５型 光 敏 电 阻 的 暗 阻 为 １０ Ｉ ， 亮 阻 为 ５一 ４ ０ ｋ１
要 同时保证背 面和 正面烧 结充分。在 工艺 调节过程 中， 我们大多采用其他温区温度不变 ， 调节 某一温区　
在这里 ， 我要感谢 中电电器 （ 南京 ） 光伏有 限公　
司给予的大量帮助和支持 ；感谢澳大利亚新南威尔 士大学博 士、 中电电气（ 南京） 光伏有限公 司总工程 师赵建华 先生 ， 中电电气（ 南京） 光伏有限 公司副总　
温度， 然后观察烧结后电池片性能 ， 做相应调节的 再 方法。 还需要注 意的是 ，后一温区 的温 度一般 不低 于前一温区的温度。 经过我们 的优 化 ， 很好地把串　
电阻的平 均值这一关 键参 数降低到 ４ｍ 左右 ， ｎ 并 把平均转换效率稳定在 １ ． ６３ ％左右。 ５ 致谢　
工程师张凤鸣博士及张 忠文 的指导 。 （ 参考文献编者略）
作 者单位： 门大学机电工程系 厦
1本文由maqi654321贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
姐气丽丽一一一
高
引言
鹤
刘继伟
高文 秀
燃 烧有机 物 阶 段 的烧 结 温 度一 般设 置 在
。
, , ,
℃
丝 网印刷 快 速 烧 结 工 艺 是 当 今 工 业 化 大 规 模
左 右 如果 温 度设 置 过 高 则 浆料 中的有 机 物 挥发 速
生 产 晶 体 硅 太阳 电池 普 遍 应 用 的 成 熟 的 金 属 化 技 术
。
度 过 快 会 造 成 金 属 颗粒之 间疏 松孔 隙过 多 过大 使
烧 结 后 金 属 层 内 部 以 及 金 属 一 半导 体接触 之 间 的电 快速烧 结 工 艺 是 将 印 刷 在 电池 片 的 正 面 电 极
,
阻过 大 如果 温 度设 置 过 低 会 导致 有 机 物 燃 烧 不完
全 也 会 带来 同 样 的 问 题
,
,
背 面 电 极 以及 背 面 场 集 中在一 起 通 过 快 速 烧 结 炉烧 结 完 成 其 表 面 电 接触 确 控 制 的快 速 烧结炉
工 艺 简单
,
。
。
其 工 艺 的基 本 设备 为 温 度 精
温 度 上 升 速度
、
升 温过 程 需要考 虑的主要 是对铝背面 场和 背面 电 极的烧 结要 有足 够的温 度和足 够的时间 不 同 方 式 的升 温 过 程
。 。
℃
。
,
快
,
图
所示 为
速 烧结 理 论 在许多 文 献中有较 详 尽 的 描 述
生 产成 本低
。
但是
一 为迅 速升 温 烧 结 工 艺 曲线
。 。
便 于大 规 模 生产 的 丝 网 印
。
图 冬 黑色实线为缓慢 升 温 工 艺曲线图
刷 烧结工 艺
所 形 成 的 金 属 一 半导 体

接触 电 阻值
峰 值 温 度 区 间 要 注 意 的就 是峰值 温 度的设 定 峰值 温 度决 定 了 烧结过 程 中银铝合金
、
却是 光 刻 镀 膜形成 电极 接 触 电 阻 的 两 个 数 最级
本
硅 铝 合 金当
文 通 过 调 节 烧结 工 艺 实 验
,
使铝 背 面 场
、
背面 电极
。
中金属 原 子 的浓 度
,
峰值 温 度 对 正 面 银 电极 和铝 背
,
和 正 面 电极 厚膜 欧姆接 触 的导 电特性得 以 优 化
场 以 及 背 面 电极 的烧结和电池 片串联 电阻和 填充 因
子 的影 响都 非 常大 如 果 峰值 温 度设 置 过 高 则会使
。
烧 结 工 艺过程
图 是 标 准 烧结 工 艺 曲 线 图 从 图 中 知 道 快 速
燃 烧有 机物 阶段 降 温 阶段
。 。
,
正 面 电极 烧 穿 使 串 联 电阻 和 填 充 因 子下 降 效 率显
, ,
烧结 工 艺一 般 包 含 四 个 阶段 即
升 温 阶段
著 降低
。
峰值 温 度 区 间
降 温 阶段 要 求 匀速 连 续 度 梯 度变化
,
,
不 能 有较 大 幅 度 的 温
丫 厂 〔
护 ） 侧 阴 （
但 也 有 在特殊的 峰 值 温 度后加上一个
一
退 火过 程 如图
此 种烧 结 工 艺据介绍 对 峰值 温
。
度设 定过 高而 造 成 的 过 烧结 具 有很 好 的 改 善 作 用 实骏 过程 实 验材 料的准备 选 择材料
,
。
实 验材 料选择 电 阻 率在
,
一
尺寸为
。
厚度 为
土
的太
,
阳能级直拉 单 晶硅 片
。
时间
制 绒 采 用 标准碱 腐蚀单晶 绒 面 工 艺 出 绒率
在
以上
。
标 准 烧 结工艺谧 度 随时 间 的 变化 曲 线
第 期
扩 散 选 择单面 扩 散 工 艺 扩 散 后 方块 电阻 为
士
。
,
少 数载流 子 寿命在
一
卜
之间
。
镀 减 反射 涂层
左右
。
。
采 用 等 离子 体 增 强 化 学 气 相
,
尸 呢 ） （ 刨
沉 积氮 化 硅 层 工 艺 形 成表 面 减反射涂 层
。
其 厚度在
,
印刷 电极 采 用 标准 丝 网印刷 铝 背面 场 背 面 银铝 电 极 和 正 面 印刷 银 电 极 工 业化 生产 流程
正 面 电极 为
。
其中 宽的
一
口
条
一
。
宽栅线
,
条
。
｝
时间
主 线 背 面 场 电 阻 率为
烧结
实验选 用 的是
。
几
一
银浆
铝浆 采
护 阴 ） （ 恻
几
银铝浆 几 用 九 温 区 快速烧 结 炉 验 的 工 艺 特点 我 们 以 图
,
根据 浆 料 厂 商 推 荐 的 烧 结 工 艺 条 件

以及 本 次 实
一
作 为 基 础 调 节烧 结 工
,
艺
。
把实 验 片 分成
组 烧 结 每组
,
片
。
试验 设 计
在烧 结 温 度 调 节过程 中 设 定 各 温 区 的初 始 值
,
通 常是根 据 相关 资料
吧
……
’
尹
…
时间
一
。
然 后 在 其他 温 区 温 度 不 变 的
, ,
情 况 下 调 解 某 一 温 区温 度 找 到其 上 极 限值 和 下 极 限值 在该 温 区 温 度 取 相 对 理 想 数 值 后 再 调 节 其 他
温 区 这 样 依 次 调 节 各 温 区 温 度 较为 复 杂 之 处是各
。
。 。
温 区 的交 互 影 响 因 此 调 节烧结 工 艺 需要 具 有较 丰
, ,
富的经验
。
我 们 把准 备 好 的
组 实验 片
,
按 照 下述 不 同 的
。
烧结 温 度进 行 烧 结
用图
℃ ℃
,
。
一
所 示 曲线设 置 烧 结 工 艺 温 度
区 区
区
℃
,
烧 结 炉 每个 温 区 温 度 设 定分 别 为
区
区
℃ ℃
, ,
区 区
区
区
℃ ℃
, ,
,
℃
℃
。
,
道 程 控 光 伏 电池 片 伏 安 曲 线 模 拟 测 量 仪 进 行 测 量
一
。
,
图
,
显 示 的 是六 组 电池 片烧 结 后 效 率
以
℃ 设置为
,
为基 准
℃
。
,
把
温 区温 度 提 高
分布 图
。
我 们 知 道 太 阳 电池 烧 结 的 最 主 要 的 两 个 参 数
为基 准 把 升 温 阶段 的 起 点 温
℃ 设置为
, , ,
以 以
分 别 是 申 联 电 阴 和 填 充 因 子 此 处 未对 电池 片 的 并
区 第五 温 区 温 度 提 高
℃
。
联 电阻 进 行分析 这对 分析 实 验 结 果 会 略有 影 响
,
。
为基 准 把
℃
。
温 区 的温 度分 温 区 的温度升 到
、
串 联电 阻 可 表 示 为
护、
,
砂偏
,
、
别升 为
℃
℃
,
、 是 正 面 电 极 金属栅线 电 阻
、 分别 是 正
。
以
为基 准 把
,
面 背 面 金属 半导 体 接 触 电 阻
, ,
,
是正面扩散层 的电
阻 几是基 区 体 电 阻 瑞 是 背 面 电 极 金 属 层 的电阴
以
℃
。
为基 准 把
,
温 区 的 温 度升 到
扩 散薄层 电阻 引 起的串联电 阻 几
本 实验 所 采 用 的是标 准商 用 太阳 电池 正 面 电极
设计 图
。
实验结 果 分析 实脸 结 果 采 用 德 国
公 司的
在 此 前 提 下 扩 散 薄 层 引 起 的 串联 电 阻
肠
三通
可 以表 示 为

‘
万 月 于 空全 草
惠田 里
找
月叭月况 日以湘‘丫
、
石
池 片的
兔 可 以降 到
十
碑一
巧
数最级
,
,
烧结不
。
闪
评
好 的电 池 片
会 大 到 十 几毫欧 至 几 百 毫 殴 本 获得 了 较为理 想
次 实 验在 控 制 欧姆 接 触电 阻 方 面
,
为扩 散 层 方块电阻
,
为电池 主 焊 接 电极方 为 细 栅线条
。
的结 果
。
向尺寸 平
。
为电池 细 栅线 方 向尺 寸
填充 因 子
数 我 们在计算中 不 考虑光电 导 的影 响
填充 因 子 可 近 似 表 示 为
限 卫 二 些里士 卫乏
日
竺
竺
一
、
卜
阵
图
电极金属 体 电阴
二 二 二 二 二
州 曰
二二 二二二飞 二 【 二 二二二 二二 「 一
,
一
—
—
一 一 一 一 一
可见
。
,
与 电池 片 的 开 路 电压 和 串联 电阻 有 非 常 大
。
日 日
的关 系 由于 我们 在 实 验中获得 了非 常理想 的串 联 电
阻值 也 就 获 得 了 很 高 的填充 因子 较高 的填充 因 子 还说 明 了 电池 片很低的漏电流和较 高的并联电阴 各组 烧结结果分析 现 在 看表 中 的 结 果 从 表 中 可 以 见到 开 路 电
。 。
,
目 目
口 匕 目 目 一
日
。
日
门
恤 一
压和短路 电 流 随 烧 结 工 艺 不 同 而 略有 变 化 电 阻 和 填 充 因 子 的 变 化就更 明 显
池 效 率 的 变化
。
,
而 串联
正面 金属 电 极 图 形
从 而 直接 导致 电
金属 体 电 阻 可 以表 示 为
姆 军
衰
实骏结 果 中的 , 要 参数
阵 功
,
‘ 刀蕊
、 为厚 膜 金属导 体 层 的 方 块电阻 厚 膜 印 刷 银
—
。
程 序 开 路 电压 短 路 电 流 串联 电阻 填充 因 子 转换 效 率 声 丫 下 名称 习尹 气 几八
电极 通 常为
。
口
一
口
为栅线 长 度
,
一
一
为栅 线 宽 度
口
。
对 于 铝 背 场 形 式 的 背 面 电极
瑞通常为
为正 面 主 电极线数 目
基 区体 电阻
印口
从第
组到 第
,
印
组 随着升 温 阶段 温 度的提 高
,
因 为基 区 可 以认 为是 电 阻率 为
的均 匀掺杂半
电池背 场烧结 更 充分
,
从第
组和第
,
组 的对 比看
导体 基 区体 电 阻 可 以表 示 为
,
出 再 继 续 增 高升 温 阶段 的 温 度 也不 会导 致 电池 参
二 户 于 万石尸 万
数 的 改善
。
乙
伴

,
第
的下 降
,
组和第
组 电池 片 的 串 联 电阻 则有非 常大
。
其中
,
为基 区 厚 度 约 等 于 硅 基 片 厚 度 基 片 材 料
一
这 要 归功 于 烧 结峰值 温度 的 升 高
,
对 比第
电 阻 率选 择 的 范 围 为
几
。
组 还 可 以看 出 来
,
第
组 电池 参 数 除 了 串 联 电
,
烧 结 后 欧 姆接触 电阴分 析
根据 理 论 计 算
‘
,
阻 继续 降 低 之 外 其他 参 数都 变 得更 差 出 现 这种 倩
政
本 实验 工 艺 条件 下 的
刊
况 的 原 因 是 峰值 温 度 过 高 而 导 致 的 正 面 银 电极 部分
约为
。
,
。
这 几 个 电 阻 值 是 跟 烧 结 工 艺关 系 比 较
烧穿
。
小的
考 虑 到 简 化 计 算 模 型 和 光 电 导对计 算 所产 生
“
分析 以 上 烧结 工 艺
。
,
第
组烧结 工 艺 温 度设置
,
的误 差
、 的 实 际值应该在
和
,
一
之间
。
是 最为理想 的 因 为与 最 初 工 艺设 定相 比 串联 电阻
已 经从
在本次 实验 的
触 电 阻 已 经 在小 于
组 的 串联 电阻都 在 的 数量 级 内
。 。
降到
。
左 右 从 而 获 得 了好 的 填
。
左 右 可 见 烧 结 后 金属和 半导 体 之 间的欧姆接
充 因 子 和 转 换效 率 结论
烧 结 的 关键就 是 欧 姆接 触 电阻
烧 结 很 好 的电
本文 用 实 验 说 明烧 结 工 艺调 节 方法
,
需要 注 意
匕
梅开 乡
如何 提 高 光 电池 的 工 作 效 率 阳 能发 电十分关 注的技 术关 键
“
,
这 是 人们 利 用 太
源 以节省 电能 反 之 固 态继 电器
。
,
。
,
接 通 自动 跟
,
本 文提 出 了 太 阳强
, ,
踪 装 置 供电 进入 工 作 状 态 第 二 路 南北方 向 跟 踪
光 自 动 跟 踪 方 案 经 实 践检验 采 用 跟踪 装 置 后
’
。
第三 路 东 西 方 向跟踪 电路 即 由 太 阳 光 光 线检 测
、
、 、 、 、
、
电 池 板 的 平 均 输 出 能最提 高
“
以上
。
自 动 跟踪 装 , 的原理
转换
”
转换 减 法运 算 位 置 误 差放 大 误 差 正 负 判别 驱 动 集成 电路 多 谐 振 荡 器 步 进 电机 等 组 成 其功
。
、
方向电池 板位 恤到
咐
口
运称 电路
极性 判别
驱 动集 成 芯片
方向 步进 电机
能 是 使 电池板 从 早 到 晚始 终 跟踪 太 阳位 置 的变 化 使 光 伏 电池 一 直 接 受到 最 强 的 太 阳幅