晶硅太阳能电池-浆料烧结分析.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,晶硅太阳能电池,-,浆料烧结分析,报告人：袁红霞,2011,年,6,月,0,Outline,晶硅太阳能电池烧结机理,烧结曲线分析正电极烧结机理,背电池烧结机理,测试分析,正银烧结前后形貌及成分分析,背银烧结前后形貌及成分分析,铝背场烧结前后形貌及成分分析,1,烧结的目的及作用,燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触，,从而提高开路电压和短路电流并使其具有牢固的附着力与良,好的可焊性。,正电极的银、氮化硅薄膜、以及硅经烧结后形成银硅合金，,使电极与硅形成良好的欧姆接触，从而提高开路电压和短路,电流。,背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为,P+,型掺杂，,它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和,短路电流，改善对红外波段的响应。,2,烧结曲线,电池烧结的整个时间约，分为烘干、预烧、烧结,和降温 个阶段,3,烧结温度的设定,温区,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,带速,温度,360,370,380,480,520,580,637,740,926,70,210,温区,温度,温度逐渐上升的烘干区域（,1,，,2,，,3,）,烧结背面电极的区域,烧结正面银电极的区域,冷却硅片的降温区域,温度自然降低,前三个区是烘干区，主要完成浆料中有机成分的挥发，后六个区主要,完成背场和正面的烧结，也可以说硅铝欧姆接触和银硅欧姆接触的形成。,4,正电极的烧结机理,5,正电极的烧结机理,低温区主要是一个浆料有机溶剂和有机粘合剂被蒸发和被燃烧；,中温阶段主要是玻璃体开始融化，银颗粒开始聚合；,高温阶段主要是银、硅、玻璃体开始发生反应，形成银硅合金,冷却主要是银粒子在硅片表面结晶生长,6,正银,PV-16L,差热热重曲线分析,有机物挥发,有机物燃烧,有机物挥发,有机物燃烧,放热反应,前三个区是烘干区，主要完成浆料中,有机成分的挥发和燃烧,7,从,Ag-Si,相图看银的溶解与再结晶,从,Ag-Si,相图看：,两者形成合金的最小温度为,830,度，比例为：,Ag,：,Si=15.4,：,84.6,银的融化点为,950,C,因此，在太阳电池的烧结温度下（,850900 C,）银无法溶解与硅形成合金,但如果银和硅形成混合相，则可以在,830 C,形成固态的合金。,玻璃料的作用是形成一种,Ag,和,Pb,的混合态，以使其合金点下降，使得银在低于,830 C,溶解,8,从,Ag-Pb,相图看银的溶解与再结晶,只要比率很低的铅（,1%,）,就可以使合金液化温度降低,到,600,度以下,Ag(,950,C,),Ag-Si(,830,C,),Ag-Pb(,600,C,),9,欠烧和过烧结,每一批片子都有一个最佳烧结点，当温度超过或者低于最佳烧结点的温度的时候，片子都是没有达到我们的理想烧结要求的,欠烧时欧姆接触没有完全形成，串联电阻会偏大，填充因子偏低,过烧时银硅合金消耗太多银金属，银硅合金层相当于隔离层，阻止了载流子的输出，也会增加接触电阻，降低填充因子。,10,背电极的形成机理,在峰值区前接触烧成，同时背场和背接触烧成,11,讨论：,沉积铝层厚度,铝珠和鼓包现象,12,铝层厚度对于背表面复合速率的影响,可见背面铝浆最少要大于,20,m,但是并不是铝层厚度越厚越好，铝层太厚会引起弓片，增加单耗。我们公司大概在,30um,左右,13,铝珠和鼓包现象,铝珠一般都是烧结区温度过高出现的，在我们对片子进行二次烧结时，铝珠基本上都会出现的，当一次烧结出现铝珠时，此时已经有过烧的嫌疑了，那就直接降低烧结区的温度。,鼓包现象时经常出现的外观问题，这种现象基本上是都可以通过调节烧结区的温度来解决的，除了浆料本身的原因之外，从烧结角度来调节鼓包的话，首先还是把烧结区的温度降低，也是要保证欧姆接触也就是保证效率的正常，再去调节烘干区的温度。鼓包的最大的可能一是烧结区温度过高使得硅铝合金突破铝的氧化层，二是片子在经过烘干区时浆料挥发不充分或者时挥发过快。,14,正银烧结前后形貌及成分分析,15,副栅线烧结前后高宽比的变化,烧结后副栅宽度降低,烧结前后副栅高度几乎没有变化,烧结后副栅高宽比增加,16,正银,PV-16L,未烧结前形貌,正银未烧前银颗粒形状各异，主要有直径不等的球状，,不规则的颗粒组成,二次电子像,背散射像,17,正银未烧结前能谱分析,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,1.40,10.05,O K,2.47,13.31,Si K,0.42,1.28,Ag L,92.66,74.09,Pb M,3.06,1.27,总量,100.00,18,正银烧结后形貌,二次电子像,背散射像,正银烧结后孔洞较多，同过二次电子像和背散射信号对比，右图黑色区域,对应于孔洞状，主要是由于在孔洞处背散射电子收集信号较弱导致,19,正银烧结后能谱分析,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,0.64,5.03,O K,1.25,7.40,Mg K,0.27,1.03,Si K,0.23,0.76,Ag L,97.62,85.78,总量,100.00,20,三星和,PV16L,浆料烧结后形貌对比,PV-16L,三星,三星浆料烧结后和杜邦浆料烧结后有所区别，三星浆料中有更小的颗粒存在21,三星正银烧结后形貌,二次电子像,背散射像,三星浆料烧结后小颗粒处不存在成分的偏析,22,三星浆料烧结后能谱,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,1.08,6.39,O K,6.97,31.04,Zn K,4.90,5.34,Ag L,86.13,56.91,Pb M,0.92,0.32,总量,100.00,23,三星浆料烧结后出现成分偏析,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,6.92,25.38,O K,13.24,36.44,Al K,0.25,0.40,Si K,0.35,0.55,Zn K,20.86,14.06,Ag L,54.94,22.44,Pb M,3.44,0.73,总量,100.00,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,4.86,26.19,O K,4.49,18.18,Mg K,0.35,0.94,Zn K,1.12,1.11,Ag L,89.18,53.57,总量,100.00,24,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,7.03,38.70,O K,1.22,5.04,Ag L,91.76,56.27,总量,100.00,三星浆料烧结后出现成分偏析,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,7.77,21.13,O K,23.06,47.10,Mg K,0.22,0.30,Al K,0.34,0.41,Si K,0.70,0.81,Zn K,53.28,26.63,Ag L,8.96,2.71,Pb M,5.68,0.90,总量,100.00,25,三星浆料未烧结形貌及能谱,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,3.07,15.12,O K,7.12,26.34,Mg K,0.59,1.44,Al K,4.02,8.82,Si K,0.47,0.99,Zn K,3.96,3.58,Ag L,78.50,43.06,Pb M,2.27,0.65,26,PV16L,浆料烧结后断面形貌和成分分析,27,银硅合金的存在,28,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,41.84,66.08,O K,3.09,3.66,Si K,41.84,28.26,Ag L,9.41,1.65,Pb M,3.83,0.35,总量,100.00,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,7.14,39.02,O K,1.29,5.30,Si K,0.17,0.41,Ag L,90.22,54.90,Pb M,1.17,0.37,总量,100.00,银硅合金的存在,29,背银烧结前后形貌及成分分析,30,背银,Ferro PS33-612,未烧结前形貌,背银烧结前形貌和正银烧结前形貌不同，背银颗粒呈片,状，大小不一,二次电子像,背散射像,31,背银,Ferro PS33-612,未烧结前能谱分析,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,1.90,12.56,O K,3.44,17.06,Mg K,0.21,0.68,Si K,0.32,0.91,Mn K,0.92,1.32,Ag L,89.96,66.22,Pb M,3.26,1.25,总量,100.00,32,背银烧结后形貌,背银烧结后孔洞较多，不致密,33,背银,Ferro PS33-612,烧结后能谱分析,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,0.71,5.19,O K,2.88,15.77,Mg K,0.24,0.87,Si K,0.32,1.00,Ag L,93.94,76.36,Pb M,1.91,0.81,总量,100.00,背银烧结后未含有,Mn,元素,34,背银烧结后断面形貌和成分分析,35,银硅合金的存在,36,铝背场烧结前后形貌及成分分析,37,东洋铝背场未烧结前形貌,铝浆未烧结前铝颗粒呈直径大小不一的球状,在背散射图中发现白色颗粒，含量极少，但是分布在,各处,38,铝背场未烧结前能谱分析,元素,重量,原子,百分比,百分比,O K,2.43,4.07,Al K,95.50,95.13,K K,0.31,0.21,Zn K,0.86,0.35,Ag L,0.91,0.23,总量,100.00,39,铝背场未烧结前白色颗粒区能谱分析,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,5.31,14.45,O K,9.73,19.86,Al K,49.37,59.79,Ba L,4.09,0.97,Bi M,31.50,4.93,总量,100.00,白色颗粒区出现,Ba,、,Bi,元素,非白色颗粒区未出现,Ba,、,Bi,元素,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,18.13,33.17,O K,1.22,1.67,Al K,79.77,64.98,Ag L,0.89,0.18,总量,100.00,40,铝背场未烧结前白色颗粒区能谱分析,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,8.83,24.51,O K,10.77,22.46,Al K,36.98,45.71,Ba L,4.70,1.14,Bi M,38.72,6.18,总量,100.00,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,20.53,36.92,Al K,78.58,62.90,Ag L,0.89,0.18,41,铝背场烧结后形貌,铝背场烧结后背散射图中未发现白色颗粒,42,铝背场烧结后能谱分析,元素,重量,原子,百分比,百分比,O K,4.65,7.76,Al K,80.40,79.60,Si K,12.70,12.08,Ag L,2.25,0.56,总量,100.00,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,31.06,49.69,O K,4.95,5.94,Al K,42.44,30.22,Si K,20.37,13.93,Ag L,1.18,0.21,总量,100.00,43,铝背场烧结后断面形貌和成分分析,44,铝硅合金的存在,45,铝硅合金的存在,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,2.97,8.45,O K,7.01,14.98,Al K,25.21,31.94,Si K,27.52,33.50,Ag L,32.75,10.38,Pb M,4.54,0.75,总量,100.00,元素,重量,原子,百分比,百分比,C K,2.71,7.16,O K,10.72,21.25,Al K,42.30,49.72,Si K,10.60,11.97,Ag L,33.67,9.90,总量,100.00,形貌不一致,形貌不一致,46,总结,烧结曲线前三个区是烘干区，主要完成浆料中有机成分的挥发和燃烧，铝背场在峰值区前烧成,银浆中含有少量的,Pb,可以使其合金点下降,铝层厚度越厚，背表面复合速率越低，但不是越厚越好，铝层太厚会引起弓片，增加单耗,正银未烧前银颗粒主要有直径不等的球状和不规则的颗粒组成，背银烧结前颗粒呈片状，大小不一,三星浆料烧结后存在成分的偏析,铝浆未烧结前铝颗粒呈直径大小不一的球状，在背散射图中发现白色颗粒，含量极少，但是分布在各处，白色可能颗粒为助熔剂，烧结后未发现,从,SEM,和能谱图中可以检测到银硅合金和铝硅合金,47,Thank you,48,