12 晶体硅太阳能电池正面用银浆及其制备方法
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晶体硅太阳能电池原理与制造工艺晶体硅太阳能电池原理与制造工艺1.硅太阳能电池丄作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应一般的半导体主要结构如图1-1:图1-1 半导体主要结构正电荷表示硅原子负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子当硅晶体中掺入其他的杂质如硼、磷等当掺入硼时硅晶体中就会存在着一个空穴它的形成可以参照图1-2o图1-2 P型半导体正电荷表示硅原子负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子黃色表示掺入的硼原子因为硼原子周围只有3个电子所以就会产生如图1-2所示的蓝色的空穴这个空穴因为没有电子而变得很不稳定容易吸收电子而中和形成Ppositive型半导体。
同样掺入磷原子以后因为磷原子有五个电子所以就会有一个电子变得非常活跃形成Nnegative型半导体。
黄色的为磷原子核红色的为多余的电子。
如图1-3所示。
图1-3 '型半导体正电荷表示硅原子负电荷表示圉绕在硅原子旁边的四个电子黃色表示掺入的磷原子当P型和'型半导体结合在一起时在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层界面的P型一侧带负电'型一侧带正电。
这是由于P型半导体多空穴X型半导体多自由电子出现了浓度差。
N区的电子会扩散到PP的“内电场”从而阻止扩区P区的空穴会扩散到N区一旦扩散就形成了一个由N指向散进行如图1-4所示。
达到平衡后就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差这就是P\结。
图1-4内电场的形成当晶片受光后PN结中N型半导体的空穴往P 型区移动而P型区中的电子往X型区移动从而形成从X型区到P型区的电流。
然后在P\结中形成电势差这就形成了电源。
如图1-5所示图1 -5硅太阳电池结构示意图由于半导体结后如果在半导体中流动电阻非常大损耗也就非常不是电的良导体电子在通过pn大。
但如果在上层全部涂上金属阳光就不能通过电流就不能产生因此一般用金属网格覆盖p-n结如图1-6梳状电极以增加入射光的面积。
图1-6梳状电极及SiO2保护膜另外硅表面非常光亮会反射掉大量的太阳光不能被电池利用。
导电银浆烧结⼯艺摘要:研究了不同烧结温度和保温时间下烧结对银膜附着⼒和⽅阻的影响,⽤扫描电镜观察烧结后银膜的形态。
结果表明,在850℃烧结保温40s得到的银膜性能较优,银膜的附着⼒和⽅阻分别为3.193N和4.16mΩ/□。
太阳能发电是⼤规模且经济地利⽤太阳能的重要⼿段,是国家发展低碳经济的重点,因此对太阳能电池的研究受到世界各国的普遍重视。
正⾯电极作为太阳能电池的重要组成部分,对太阳能电池的受光⾯积和串联电阻有决定性的影响,是影响太阳能电池转换效率的重要因素之⼀[1]。
⽬前⼯业上晶体硅太阳能电池正⾯电极⾦属化出于成本因素考虑⼀般采⽤丝⽹印刷厚膜银浆⼯艺:将导电银浆通过丝⽹印刷的⽅式涂刷在硅晶⽚上,再通过快速烧结⼯艺制成正⾯电极[2]。
作为正⾯电极的银膜的性能除了受导电银浆⾃⾝性能的影响,银浆的烧结⼯艺也是银膜电性能及附着⼒的⼀个重要影响因素[3]。
导电银浆在烧结过程中银粉和玻璃粉的变化情况将影响所形成银膜的微观结构,并影响银膜的导电性能及银膜与硅基板的连接性能[4-5]。
银浆的烧结过程包括:玻璃粉的软化、玻璃液浸润银粉以及硅基板、玻璃液带动银粉颗粒重排、液相固化收缩等,其中还可能包括银粉及硅的熔融、银粉颗粒的重结晶[6]。
烧结温度越⾼玻璃液的粘度越低流动性越好,浸润银粉和基体并带动银粉重排的效果越好,但过⾼的烧结温度或过长的保温时间会使玻璃相分布不均匀,富集于银层和基板之间,影响银膜的导电性及银膜与基板的附着⼒[7-8]。
本⽂主要研究烧结温度及保温时间对银膜导电性能及银膜附着⼒的影响。
1实验 1.1导电银浆的制备 本实验采⽤微⽶级球形银粉、Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3系⽆铅玻璃粉(软化温度Tg=514℃)和松油醇体系有机载体按照82:5:13的质量分数⽐混合,搅拌均匀后⽤三辊机轧制3~4次,直⾄浆料细度均匀,⽆明显⼤颗粒即得到所需银浆。
银粉及玻璃粉粒度见表1。
1.2浆料的印刷与烧结 将单晶硅⽚⽤⽆⽔⼄醇清洗⼲净后,通过300⽬丝⽹将银浆印刷在单晶硅⽚上。
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程一、硅材料的准备首先,需要获取高纯度的硅材料作为太阳能电池的基础材料。
常用的硅材料有硅硷、多晶硅和单晶硅。
这些材料一般通过熔炼、洗涤和纯化等工艺步骤进行准备,以确保材料的纯度和质量符合要求。
二、硅片的制备在准备好的硅材料中,首先需要将硅材料熔化并形成硅棒。
硅棒可以采用单晶硅棒或多晶硅棒,通过将硅材料放入熔炉中进行熔化并慢慢降温,以获得纯度高的硅棒。
接下来,通过使用切割机将硅棒切割成很薄的硅片。
这些硅片称为硅片,硅片的厚度通常为几十微米到几百微米。
三、电池片的制备在硅片制备好后,需要对硅片进行一系列的加工工艺,以形成能够转化太阳能的电池片。
首先,通过在硅片表面涂上磷化剂,然后将硅片放入磷化炉中进行磷化反应,使硅片表面形成一层钙钛矿薄膜。
这一步骤的目的是增加太阳能的吸收能力。
接着,需要在硅片上涂覆一层导电膜。
最常用的导电膜是铝或铝合金,在硅片表面蒸镀一层铝膜。
该层铝膜将形成电场,使得硅片的上下两面形成正负两极。
最后,通过将硅片放入扫描激光器中进行图案化处理,将电池片分成多个小的电池单元,形成电池片。
四、组装在制造完电池片后,还需要将电池片组装成最终的太阳能电池模块。
电池片通过焊接或粘贴在玻璃基板上,并加上前电极和后电极,形成电池模块。
同时,还需将电池模块封装起来,以保护电池片并增加光的吸收。
最后,经过严格的测试和质量检查,太阳能电池模块将会被装配成太阳能电池板,并投入市场使用。
总结起来,晶体硅太阳能电池的制造工艺流程主要包括硅材料的准备、硅片的制备、电池片的制备和组装。
这些步骤涉及到多种物理、化学和加工工艺,需要高技术水平和严格的质量控制。
不断的研发和创新使得晶体硅太阳能电池在效率和可靠性方面得到了不断的提升。
提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程说明如下:
(1)切片:采用多线切割,将硅棒切割成正方形的硅片。
(2)清洗:用常规的硅片清洗方法清洗,然后用酸(或碱)溶液将硅片表面切割损伤层除去30-50um。
(3)制备绒面:用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。
(4)磷扩散:采用涂布源(或液态源,或固态氮化磷片状源)进行扩散,制成PN+结,结深一般为0。
3-0。
5um。
(5)周边刻蚀:扩散时在硅片周边表面形成的扩散层,会使电池上下电极短路,用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。
(6)去除背面PN+结.常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN+结.
(7)制作上下电极:用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。
先制作下电极,然后制作上电极。
铝浆印刷是大量采用的工艺方法.
(8)制作减反射膜:为了减少入反射损失,要在硅片表面上覆盖一层减反射膜.制作减反射膜的材料有MgF2 ,SiO2 ,Al2O3,SiO ,Si3N4 ,TiO2 ,Ta2O5等。
工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法,溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。
(9)烧结:将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。
(10)测试分档:按规定参数规范,测试分类。
由此可见,太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同,生产的工艺设备也基本相同,但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求,这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
topcon银浆工艺流程
以下是 TOPCON 银浆工艺的一般流程:
1. 银浆制备:首先,需要准备银浆。
银浆通常由银粉、有机载体和添加剂组成。
银粉是导电的主要成分,而有机载体用于调节银浆的流变性能和印刷适性。
添加剂可以改善银浆的性能,如附着力和导电性。
2. 丝网印刷:将制备好的银浆通过丝网印刷工艺印刷在太阳能电池的表面上。
丝网印刷使用带有图案的丝网模板,将银浆按照设计的电路图案转移到电池表面。
3. 烘干:印刷后的银浆需要进行烘干步骤,以去除有机载体中的溶剂。
这可以通过加热或风干来完成。
4. 烧结:烘干后的银浆需要进行烧结处理。
烧结过程在高温下进行,通常在几百摄氏度的温度范围内。
烧结的目的是使银浆固化并形成致密的导电层,同时与太阳能电池的基底形成良好的接触。
5. 质量检测:完成烧结后,需要对太阳能电池进行质量检测,包括外观检查、电学性能测试等。
TOPCON 银浆工艺的优点包括高导电性、良好的可焊性和可靠性。
它是太阳能电池制造中常用的金属化技术之一,有助于提高电池的转换效率和性能。
需要注意的是,具体的工艺流程可能会因制造商和应用要求而有所不同。
(10)申请公布号 CN 101964219 A(43)申请公布日 2011.02.02
CN 101964219 A*CN101964219A*
(21)申请号 201010249934.0(22)申请日 2010.08.10
H01B 1/22(2006.01)
H01B 13/00(2006.01)
H01L 31/0224(2006.01)
(71)申请人上海九晶电子材料股份有限公司地址201617 上海市松江区长塔路399号
(72)发明人汪贺杏 胡文晋(74)专利代理机构上海天翔知识产权代理有限公司 31224代理人陈学雯
(54)发明名称晶体硅太阳能电池正面用银浆及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种晶体硅太阳能电池正面用银浆及其制备方法,它是由微米级银粉、玻璃粉、有机载体、添加剂组成。该银浆的特点是触变性好适合印刷宽80-90μm,高温烧结后高30-35μm的栅线;玻璃粉的配方为B2O3 3-8%;SiO212-15%;
Bi2O3 45-65%;Al2O3 1-10%;ZnO 10-30%,软化温度在400-600℃,其完全无铅的配方的特点,符合环保要求。通过添加0.08-0.3%的二氧化锰增加了导体栅线和硅片表面的附着力,正面电极的剥离强度大,串联电阻大大降低。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页CN 101964220 A1/2页
21.一种晶体硅太阳能电池正面用银浆,其特征在于:所述银浆的配方由微米级银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂组成,各组分的重量百分比如下:微米级银粉 75-89%;玻璃相 2-8%;有机载体 7-15%;添加剂 0.08-0.3%。2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池正面用银浆,其特征在于,所述微米级银粉的颗粒为0.5-5μm。3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池正面用银浆,其特征在于,所述玻璃粉为硼-铋-硅-铝硅酸盐体系,由B2O3、SiO2、Bi2O3、Al2O3、ZnO组成,各组分的重量百分比如下:B2O3 3-8%;SiO2 12-15%;Bi2O3 45-65%;Al2O3 1-10%;ZnO 10-30%。4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池正面用银浆,其特征在于,所述有机载体是由乙基纤维素溶于溶剂中形成的一种粘稠液体,有机载体的黏度用乙基纤维素的质量份数来调节,所述溶剂为松油醇、松节油、丁基卡比醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯的任意一种。5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池正面用银浆,其特征在于,所述添加剂为二氧化锰,二氧化锰在银浆中降低接触电阻,增加电极的剥离强度。6.根据权利要求3所述的晶体硅太阳能电池正面用银浆,其特征在于,所述玻璃粉为无铅玻璃粉。7.根据权利要求4所述的晶体硅太阳能电池正面用银浆,其特征在于,所述有机载体中乙基纤维素和溶剂的重量比为1∶50-1∶20。8.一种如权利要求1所述的晶体硅太阳能电池正面用银浆的制备方法, 包括以下步骤:(1)原料的准备:所述银浆的配方由微米级银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂组成,各组分的重量百分比如下:微米级银粉 75-89%;玻璃相 2-8%;有机载体 7-15%;添加剂 0.08-0.3%;(2)原料的预混合:将步骤(1)各组分在搅拌器中预混合;(3)反复滚扎:在三辊轧机上反复滚扎30-40次,即可得到晶体硅太阳能电池正面用银浆。9.根据权利要求8所述的晶体硅太阳能电池正面用银浆的制备方法,其特征在于,所
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3述银浆细度为8-12μm,25℃时粘度为200-320Pa·s。
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4晶体硅太阳能电池正面用银浆及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及一种晶体硅太阳能电池正面用银浆及其制备方法,具有高触变性、高触变性、无铅的特点,属于太阳能电池的技术领域。
背景技术[0002] 晶体硅太阳能电池由于转换效率较高、生产工艺成熟,一直是太阳能发电的主体力量。它的主要制作过程是P型硅基材通过制绒在硅表面形成一层金字塔绒面,用三氯氧磷气相沉积在硅片表面形成一个PN结,化学气相沉积(PECVD)一层SixNy防反射膜,印刷背面银浆,烘干,印刷背面铝浆,烘干,印刷正面银浆高温烧结。其中使用的正面银浆技术要求是要获得最大的受光面积的情况下导电性要好,最大程度的把硅片产生的电能输出来,这就要求银浆的触变性好,能印出高宽比大的栅线,烧结后开路电压大,串联电阻小,并联电阻大等。[0003] 硅太阳能电池用银浆的主要由有机载体、银粉、玻璃粉组成。[0004] 有机载体用于超细银粉形成膏状物,通常由溶剂、起粘稠作用的高分子聚合物和助剂构成,其挥发性能影响电子银浆的稳定性、银浆在烧成电极时工艺的升温曲线、膜层厚度以及触变性能。常用溶剂挥发量由低到高的顺序为:邻苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇醋酸酯、松油醇、松节油。在乙基纤维素和松油醇形成的体系中可以通过添加高挥发性的松节油或者控制丁基卡必醇醋酸酯和松油醇的相对含量来调节有机载体不同温度下的挥发性能。有机载体中溶剂挥发在150-200℃,乙基纤维素在325-375℃范围内挥发,因此在烧成电极时应该在这两个温度段保温。[0005] 对于特定体系丝网印刷银浆中的银粉粒径的大小,影响银硅接触界面的结构、欧姆接触的质量、太阳能电池的开路电压(Voc)和填充因子(FF)。颗粒尺寸影响PN结漏电流、接触状况、串联电阻和扩散层的饱和电流密度。银粉颗粒从超细变到大颗粒银硅接触界面发生了显著的变化。颗粒度超细的银粉由于其表面能很低在温度很低玻璃粘结剂还没有熔化的情况下就能够相互扩散烧结成致密的银块,不利于银在玻璃相中的溶解,玻璃相中银的饱和度太小,在随后的冷却过程中只有少量的银析出在硅片表面造成电池的串联电阻很大;较大颗粒的银粉,在烧结过程中结块的速度慢,玻璃相中银的溶解度比较大,冷却时银大量析出在硅片上,较大颗粒的结晶银造成漏电流的增大,严重时甚至可以穿透300nm左右的PN结。只有和玻璃粉匹配的银粉才有可能获得较好的电性能。[0006] 玻璃粉在烧结过程中液化开始溶解银并同时润湿和刻蚀防反射膜,它还有一个作用是提供基片和电极的黏结,目前市场上主要使用的是硼-硅-铅-铝、铋-硅-铅等玻璃体系,它们一个共同的特点就是含铅量较高不利于环保。这类银浆退出市场是必然的,我们通过对玻璃粉转化温度、刻蚀性能、粘度等方面的研究找到了一种无铅银浆的玻璃粉配方。
发明内容[0007] 本发明的目的是研制出了一种高触变性、无铅的太阳能电池正面用银导体电极银
说 明 书CN 101964219 ACN 101964220 A2/4页
5浆,以克服国内现有产品的缺陷。[0008] 本发明所需要解决的技术问题,可以通过以下技术方案来实现:[0009] 作为本发明的第一方面,一种晶体硅太阳能电池正面用银浆,其特征在于:所述银浆的配方由微米级银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂组成,各组分的重量百分比如下:[0010] 微米级银粉 75-89%;[0011] 玻璃相 2-8%;[0012] 有机载体 7-15%;[0013] 添加剂 0.08-0.3%。[0014] 所述微米级银粉的颗粒为0.5-5μm,形态为类似长方体型的块状。银粉粒径小于0.5μm时,烧结后电池的开路电压高,串联电阻高,填充因子低,由于烧结过程中的收缩率大,烧制的正面银浆栅线容易产生裂纹。当银粉大于5μm时很难配制出高宽比在1∶3左右的高触变性银浆,在电性能方面,由于银粉表面积大,快速烧结过程中银在玻璃相中的溶解较少,电池性能也比较差。[0015] 所述玻璃粉为硼-铋-硅-铝硅酸盐体系,由B2O3、SiO2、Bi2O3、Al2O3、ZnO组成,各组分的重量百分比如下:[0016] B2O3 3-8%;[0017] SiO2 12-15%;[0018] Bi2O3 45-65%;[0019] Al2O3 1-10%;[0020] ZnO 10-30%。[0021] 本发明玻璃粉的软化温度在400-600℃的范围内,玻璃粉的转化温度和软化特征在接触界面起来关键的作用。玻璃的转化温度也影响厚膜银导线的欧姆接触。高软化温度的玻璃粉在银硅接触界面形成了一层较薄的玻璃相。在烧结过程中高转化温度的玻璃粉在刻蚀掉氮化硅层和扩散层表面的硅后,存在于玻璃相中的银结晶速度较快在银硅接触界面析出了小颗粒的结晶银。这使得漏电流减小,开路电压(Voc)增大。[0022] 进一步,所述玻璃粉为无铅玻璃粉。[0023] 所述有机载体是由乙基纤维素溶于溶剂中形成的一种粘稠液体,有机载体的黏度用乙基纤维素的质量份数来调节。所述溶剂为松油醇、松节油、丁基卡比醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯的任意一种。[0024] 所述有机载体中乙基纤维素和溶剂的重量比为1∶50-1∶20。[0025] 有机相加入量为7-15%,不同试样中有机载体的加入量有所不同,一般要求在10转的情况下银浆的粘度是200-320Pa·s。[0026] 所述添加剂为二氧化锰,二氧化锰在银浆中降低接触电阻,增加电极的剥离强度。[0027] 作为本发明的第二方面,一种晶体硅太阳能电池正面用银浆的制备方法,如图1所示,包括以下步骤:[0028] (1)原料的准备:[0029] 所述银浆的配方由微米级银粉、玻璃粉、有机载体和添加剂组成,各组分的重量百分比如下:[0030] 微米级银粉 75-89%;
说 明 书CN 101964219 A