高方阻与烧结匹配实验情况.pptx

Cliquez pour modifier le style du titre,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,Quatrime niveau,Cinquime niveau,#,王俊其,高方阻与烧结匹配实验情况,W23,Just Used in Trina,引言：,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,；利用浅结可以显著的降低太阳能电池片表面的少数载流子复合速度，提高短波段的光谱响应。,在既定方阻的阻值和,SI3N4,膜厚情况下，怎样降低电池片的串联电阻，提高电池片的转换因子,提高开路电压和短路电流，是优化烧结炉各项参数的主要动力，通过,L9,实验我们找出其中一组，在进一步进行优化，从而确保电池片的各项参数最优化，进而达到提高效率的可能性。,2,3,目录,Just Used in Trina,1.,影响电池片的相关参数；,2.,扩散及其相关；,3.,烧结及其相关；,4.,高阻与烧结匹配；,1.,影响电池片的相关参数,1,）开路电压（,Uoc,）；,2,）短路电流（,Isc,）；,3,）填充因子（,FF,）；,4,）串联电阻（,Rs,）；,5,）并联电阻（,Rsh,）；,Just Used in,Trina,4,1.1,影响,Voc,的因素,I,o,为饱和电流，,I,o,1/N,s,L,n,。,N,s,：掺杂浓度。,L,n,：扩散长度。,影响,Voc,的主要因素为饱和电流,Io,和温度,T,，而饱和电流与掺杂浓度和扩散长度都有关系。,掺杂浓度是由扩散工序决定，掺杂浓度越高,Voc,越大。,扩散长度与硅材料体质量、表面钝化、以及掺杂浓度有关，也就是说,Voc,还受到材料质量、,PECVD,镀膜质量、以及烧结质量影响。,温度越高,Voc,越小。,1.2,影响,Isc,的因素,影响,Isc,的因素主要有：,电池面积：电池面积越大，,Isc,越大。,光强：光强越强，,Isc,越大。,光谱的响应：能吸收的光谱范围越广，激发的光生载流子越多，,Isc,越大。,广的吸收特性：广吸收的越大，激发的光生载流子越多，,Isc,越大。所以制绒的好坏和,PECVD,镀膜的好坏对电流的影响较大。,载流子的收集特性：载流子的收集特性与,p,n,结的质量、材料体质量、表面钝化好坏有关。所以，扩散的好坏会影响电流，材料扩散长度的大小、,PECVD,镀膜质量好坏和烧结质量的好坏都会影响,Isc,的大小。,1.3,影响,FF,的因素,影响,FF,的主要因素是,Rs,和,Rsh,，,Rs,越小,FF,越大，,Rsh,越大，,FF,越大。,串联电阻对,FF,的影响,并联电阻对,FF,的影响,1.4,影响,Rs,的因素,Rs,主要有以下几个组成部分：,P,型基体电阻：主要与基体的掺杂浓度和基体厚度有关。,N,型重掺层电阻：主要与扩散浓度有关，在太阳电池掺杂浓度范围内，扩散浓度越大，,n,型层电阻越小。,电极和硅片的接触电阻：接触电阻受,n,型层和,p,型层掺杂浓度影响较大，掺杂浓度越高，接触电阻越小。,N,型层的掺杂浓度受扩散影响，,p,型层的掺杂浓度除与基体掺杂浓度有关外，还与银铝浆的特性有关。另外，接触电阻受烧结的影响较大，烧结不好，前电极没能烧穿,SiNx,层，或者,Ag,Si,合金形成的不好都会影响接触电阻的大小。,电极的金属电阻：这与,Ag,浆、,Al,浆和,AgAl,浆的本来特性，以及烧结的质量有关。,1.5,影响,Rsh,的因素,影响,Rsh,的因素主要有：,电池边缘漏电：这主要是刻蚀不够，或者是过刻导致。,p,n,结漏电：扩散前，硅片如果表面有沾污，沾污的地方可能没扩散到，这中情况就能导致漏电。烧结温度过高，导致,p,n,结烧穿也会导致漏电。,复合影响：包括表面复合和体复合。,2.,扩散及其相关,2.1,扩散的概念；,2.2,扩散机构；,2.3,影响硅太阳电池扩散的因素；,2.4,结深的影响；,2.5,结深的对比,2.6,高阻,Just Used in,Trina,10,11,2.1,扩散的概念,完全混合,部分混合,时间,加入染料,水,扩散,(diffusion),:,由构成物质的微粒,(,离子、原子、分子,),的热运动而产生的物质迁移现象称为扩散。扩散的宏观表现是物质的定向输送。,2.2,扩散机构,替位式扩散机构,这种杂质原子或离子,大小与,Si,原子大小差别不大,，它沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，杂质原子扩散时占据晶格格点的正常位置，不改变原来硅材料的晶体结构。硼、磷、砷等是此种方式。,填隙式扩散机构,这种杂质原子,大小与,Si,原子大小差别较大,，杂质原子进入硅晶体后，不占据晶格格点的正常位置，而是从一个硅原子间隙到另一个硅原子间隙逐次跳跃前进。镍、铁等重金属元素等是此种方式。,12,2.3,影响硅太阳电池扩散的因素,13,片源（成分、结构等）,温度,时间,气体流量（浓度梯度）,洁净度,其他,反应温度,反应时间,气体流量,淀积温度,掺杂浓度,结深,2.4,结深的影响,Just Used in,Trina,14,1),浅,结死层小，电池短波响应好；而浅结引起串联电阻增加，填充因子下降；增加了工艺,难度,;,2),结深,太深，死层比较明显，如果扩散浓度太大，则引起重掺杂效应，使电池开路电压和短路电流均,下降,;,3),在,一定范围内，,Eg,随结深增大，超出范围后，趋势相反,4),结深,影响载流子收集效率,2.5,结深的对比,15,常规方阻结深,高阻结深,结深,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,平均值,(nm),常规方阻,360,371,370,359,448,457,353,358,393,371,384,高阻,307,257,361,409,363,309,335,332,324,393,339,Si Absorber,Si3N4,epoxy resin adhesive,Si Absorber,Si3N4,epoxy resin adhesive,2.6,高阻,高方阻能够产生较大的短路电流主要是两点：,1),高方阻意味着浅结，可以提高电池的短波响应，进而提高短路电流；,2),和普通方阻相比，,高阻,的表面掺杂浓度要低一些，表面复合导致的暗电流也会减小，因此短路电流也会提高。,16,提高短波内量子效应,3.,烧结及其相关,17,Contact,Formation,Co-Firing,Process,18,相关成分的作用,19,1.Role of Silver in the Frond&Back Silver paste,Good printing to provide high aspect ratio-Reduce line spreading-Increase Isc,Good densification during firing-Reduce silver bulk resistance,Good contact formation by dissolving into glass during heating and precipitating during,cooling-Reduce contact resistance,2.Role of back surface field Al paste,Forms P+layer at the back surface,Reduce back surface recombination,Improve collection probability-Improves Voc-Improve Eff and FF,20,3.Role of Glass Frit,（玻璃粉）,Assist in Densification of Silver,Promotes adhesion,Contact Formation,During heating:,1.Glass drains toward Si wafer above melting temperature.,2.Etches SiNx(Antireflective coating)layer,3.Wets the substrate,4.Dissolves Ag metal,During cooling:,1.Precipitates Ag where the paste contacts the emitter resulting in low resistance contact with Si,2.Acts as a diffusion barrier to stop(shunting)diffusion of,silver across,interface,21,4.Role of Organics(Solvent&Polymers)in the paste,（有机物）,During Printing,-Viscosity,（黏稠）,-Good printability providing a high aspect ratio,（提供好的印刷图形）,During Drying,-Solvent should be evaporate,（溶剂被蒸发）,During Binder burnout and firing,-All the binders,（黏和物）,must burnout cleanly,no residue during firing.,What happens during drying and firing?,Front Ag,22,BSF,23,Good and poor contact,24,为什么要快速升温和降温,25,4.,高阻与烧结匹配,1.,高方阻工艺,DOE,因子选择,;,2.,高方阻工艺,DOE,L9,实验,;,3.,丝网烧结,DOE,实验,-,因子选择,;,4.,丝网烧结,DOE,实验,-L9,试验,;,26,因子选择与控制：,可控因子选择,气流：,N2,POCL3,O2,中选择,POCL3,作为,key factor,，以控制磷的掺杂总量和均匀性；,温度：温度影响磷的掺杂总量，浓度分布，作为,key factor,；,时间：淀积时间，推进时间影响磷的掺杂总量，浓度分布，作为,key factor,；,压强：由于压强的波动相对于其绝对值非常小，对制程影响将较小；,噪声因子控制,片源：通过等份混片，保证片源一致；,时效：技术员全程跟踪，尽量减少硅片的滞留时间；,机台：保证路径一样；,高方阻工艺,DOE,因子选择,第一组试验：,对以上可控因子进行田口设计，生成,L9,试验方案,找出最佳方案,-E3,：,第二组试验：,根据第一组试验结果，进行第二组试验确定时间，试验方案为全因子设计，找出最佳方案,-E6,注：,时间为淀积时间,+,推进时间，,试验组别,主反应温度,(),POCL3,流量,(,sccm),时间,(,m),E1,830,750,14+12,E2,830,950,18+16,E3,830,1100,22+20,E4,850,750,18+16,E5,850,950,22+20,E6,850,1100,14+12,E7,870,750,22+20,E8,870,950,14+12,E9,870,1100,18+16,试验组别,淀积时间,(,m),推进时间,(,m),POCL3,流量,(,sccm),主反应温度,(),E1,16,14,1000,830,E2,16,16,1000,830,E3,16,18,1000,830,E4,18,14,1000,830,E5,18,16,1000,830,E6,18,18,1000,830,E7,20,14,1000,830,E8,20,16,1000,830,E9,20,18,1000,830,高方阻工艺,DOE,L9,实验,丝网烧结,DOE,实验,-,因子选择,29,因子,选择与控制：,可控因子选择：,温度：烘干温度,(DryerT1/T2/T3/T4),；烧结温度,(Firing T1/T2/T3/T4/T5/T6),各温区对烧结起到特定的作用,烧结区,T4/T5/T6,为影响烧结效果的主要因子,气流：温场控制气流,排风,冷却气流,(,确保温场无波动,调节后反应滞后,-,小于,2,设定,),冷却水,:,确保冷却效果,设定,时间：烧结炉经过时间,(,决定产量,设定速度,230inch/min),噪声因子控制：,片源：通过等份混片，保证片源一致；,时效：技术员全程跟踪，尽量减少硅片的滞留时间；,机台：保证路径一样；,环境,:,环境温度,冷却水温度,外围排风,丝网烧结,DOE,实验,-L9,试验,30,选取主烧结温度,T4/T5/T6,进行田口设计,生成,L9,试验方案,得到最佳温度组合,Recipe5,根据第一组试验结果,重新设计第二组试验方案,得到最佳温度组合,Recipe5,据第,2,组实验结果,进行,T4/T5/T6,的部分因子优化,得到各机台的最佳烧结温度,第一组试验：,第二,组试验：,案例：,3,电池丝网,6,线烧结优化,31,lot,Umpp,Impp,Uoc,Isc,Rs,Rsh,FF,NCell,COUNT,RSH,EFF,VMP,FRN4,FRN5,FRN6,1,0.5142,7.999,0.6216,8.517,0.00358,86.70,77.679,16.90%,55,1,690,835,870,2,0.5095,8.016,0.6222,8.536,0.00433,89.69,76.887,16.78%,55,690,845,880,3,0.4979,7.927,0.6210,8.524,0.00653,85.21,74.565,16.22%,55,1,690,855,890,4,0.510674,7.930,0.6201,8.467,0.00409,85.20,77.126,16.64%,55,700,835,880,5,0.501738,7.945,0.6205,8.501,0.00558,79.12,75.565,16.38%,54,700,845,890,6,0.509391,7.989,0.6215,8.524,0.00433,77.02,76.816,16.72%,55,2,700,855,870,7,0.505042,7.954,0.6211,8.508,0.00521,87.37,76.012,16.51%,55,710,835,890,8,0.510288,7.971,0.6213,8.508,0.00424,82.08,76.941,16.71%,55,710,845,870,9,0.502259,7.928,0.6195,8.488,0.00537,86.65,75.715,16.36%,69,710,855,880,电池转换效率大幅提升,升,0.55,升,1.78,升,1.02,降,1.00,降,0.23,升,26.7,升,8.23,降,18.2,升,3.69%,工序标准化贡献,0.15,高阻贡献,0.17,88nm,膜厚贡献,0.18,电性能提升：转换效率从开线时,16.30,提高至目前,16.80,;,Alternative Option,CHINA,JAPAN,KOREA,U.S.A.,SWITZERLAND,GERMANY,ITALY,SPAIN,Just Used in Trina,