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1、铝浆在晶体硅太阳电池上的应用讨论,儒兴科技 丁冰冰 毛毅强,主要内容,1.铝背场的形成与作用 2.铝珠的形成与解决方法 3.铝包的形成与解决方案 4.铝浆附着力及其影响因素 5.电池片弯曲度的影响因素,1.铝背场的形成与作用,Al-Si 共晶温度为577。,铝背场的形成,在烧结铝浆的过程中,当铝硅界面温度达到577以上时，铝原子以一定的比例熔入半导体晶硅中，温度降低时，铝硅合金系统冷却，硅原子在熔液中的溶解度下降，多余的硅原子从熔液中析出，形成掺有铝的外延层。那部分掺了铝的硅就与P区形成了PP结,这就是铝背电场。,铝背场的作用,由于铝在硅内掺杂浓度与硅片衬底的掺杂浓度存在浓度差，使得热平衡时，
2、界面附近，p区形成空穴积累层，p+区形成耗尽层，于是空间电荷区内就形成了由p区指向p+区的内建电场，这是一个阻止P区的电子向p+区运动的势垒，形成一个高低结。铝背电场的高低结使光电子反射回去重新被收集,其内建电场加速光生载流子，增加了载流子的有效扩散长度，增加了少子的收集几率，提高了电池的短路电流。pp结两端的光电压与np两端的光电压叠加使电池的开路电压提高。 在形成铝背场的同时，由于铝硅原子晶格失配产生的应力，晶体硅中的重金属杂质或空位扩散至界面而被有效吸除。铝背场吸杂可明显提高晶体硅太阳电池的开路电压、填充因子和转换效率。,2.铝珠的形成与解决办法,形态：附着于铝层上，球形，有强的金属光泽
3、。 成因：过烧，铝的熔点是660，当铝受热超过这一温度时，铝粉颗粒熔化形成了铝珠。 解决办法：降低烧结区温度，或是加快烧结炉的带速，减少热量的给予。,3.铝包的形成与解决方案,形态：电池片背面的凸起，呈小丘状，大的鋁包直径可达1.5-2mm，没有金属光泽，色泽同烧结后的铝层一样 。,剖析：铝包是实心的，里面有内容物，显微组织照片可以看到起铝包处界面粗糙、不规则、不均匀、呈锯齿状 。,正常界面的显微组织照片,起铝包处界面的显微组织照片,铝包成因与解决办法,与前处理有关。 增加印刷湿重可以减轻铝包症状，但是，由于铝和硅的膨胀系数相差很大，湿重增加会增大烧结后电池片的翘曲度 。 使用前搅拌不充分。铝
4、浆放置时间较长，重力作用下，固体悬浮物会有一定程度的沉淀，因此会导致浆料的轻微不均匀，背面各处固含量有差异。 建议立式电动搅拌45min/kg，卧式滚动搅拌5h/kg。,铝包成因与解决办法,铝浆在印刷后烘干温度低，或是烘干时间不够，有机溶剂未充分挥发，排胶区负担较大，排胶不充分，遇烧结段高温快速突然挥发。铝粉颗粒在热作用下流动，难以达到平衡，局部聚集形成铝包。 可以尝试适当提高烘干温度或延长烘干时间，烘干温度设定最好呈梯度，同时加大排胶区气体流量,使有机溶剂缓慢逐步挥发。,铝包成因与解决办法,铝包成分分析,突起铝膜处成分,平整铝膜处成分,铝包成因与解决办法,烧结温度较高的情况下,铝硅界面受热较
5、多,铝硅合金化温度超出最低共熔点。合金中硅含量增加，即进入到铝中的硅增加，造成凸起。这种情况需要适当降低烧结区温度,加大烧结区的气流量。 铝浆本身的原因。铝浆中铝颗粒选择不当, 有机相悬浮能力不够，沉降速度过快；铝粉在有机相中分散不充分等。,4.附着力问题,由于附着力差而脱落的铝层,浆料配方对附着力的影响,无机粘合剂的选择决定烧结后铝浆附着能力的强弱。无机粘合剂必须与金属颗粒之间界面张力高，能够润湿金属；热膨胀系数接近硅；烧成温度与浆料烧成温度接近。在硅铝界面，铝硅形成合金本身就是一种附着粘合作用，除此之外，无机粘合剂在界面层一边拉住铝，一边拉住硅，将铝和硅粘在一起。在铝膜外层将铝和铝粘在一起
6、。,使用工艺对附着力的影响, 烘干方式影响铝膜的附着力：温度相同条件下， 烘干时间太长，载体挥发完全，粘结相尚未发挥作用，附着力下降。 烧结方式影响铝膜的附着力：温度相同条件下，烧结时间过长，附着力下降；烧结时间相同时，提高峰值温度，可以减少气孔率，提高铝粉颗粒致密程度，增强附着强度。 铝膜印刷厚度影响附着力：铝膜太厚致使铝浆中的粘合相未能得到足够的热量软化从而未能发挥良好的粘结作用。,电池片的弯曲度,弯曲起因： Al=2410-6/，Si=2.310-6/ 铝的膨胀系数比硅大10倍左右，烧结后的电池片在冷却时，铝膜就具有更大的收缩趋势，从而表现出一定程度的弯曲。,电池片的弯曲度估算,烧结后铝
7、膜的曲率半径,其中：hSi，hAl为铝层与硅片的厚度； T为烧成温度与室温的温差； 为铝层与硅的热膨胀系数差； EAl，ESi为铝层与硅的弹性模量； Al，Si为铝层与硅的泊松比。,影响电池片弯曲度的因素 硅片厚度：硅片越薄，弯曲越大。 印刷重量：减少印刷重量，则烧结后铝层厚度降低，有利于降低弯曲度。但是随湿重减少，不利于形成均匀的背场，背表面复合速率随之上升，会降低电池的转换效率。 烧结条件：峰值温度越高，烧结温度与室温温差越大，弯曲越大。 浆料配方：浆料配方对翘曲度大小有很大影响。通过改变浆料中无机粘合剂的用量与种类，铝粉的形态与粒度分布，减小铝层收缩时产生的应力。另外，在铝浆中加入某些添加剂，降低铝浆体系的膨胀系数对于减小电池片的弯曲度也有比较明显的作用。,Thanks a lot!,
