P型硅太阳能电池共烧结铝浆的研究进展-吴广

T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider 报告题目 P型硅太阳能电池共烧结铝浆的研究进展 Firing through aluminum paste for bifacial P-type silicon PERC solar cells 中国科学技术大学纳米科学技术学院 南通天盛新能源股份有限公司 报告人吴广 T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider 目录 1 共烧结与激光开槽 2 P型共烧结铝浆开发现状 3 总结与展望 2018/11/13 T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider2018/11/13 双面 PERC-激光开槽 双面 PERC-共烧浆料 Al电 极 PERC电池是一种高效、先进的晶硅光伏电池结构，其技术的核心步骤是需 要在电池片背面沉积钝化膜，然后在这层膜上开槽以实现背面金属接触。 背面钝化膜材料的选择最流行的是 Al2O3SixN，也有用氮氧化硅； 钝化膜的开槽方式激光蚀刻技术和共烧浆料。 只需在 PERC 电池背面印 刷一遍铝浆 共烧结与激光开槽 PERC（ Passivated Emitter and Rear Cell），钝化发射极和背面 电池技术，最早在 1983年由澳 大利亚科学家 Martin Green提出。 T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider2018/11/13 共烧结铝浆的烧结过程 Al电极 高温下，浆料先与 钝化层反应，再与 Si基反应，形成局 域 BSF。可以通过测 量铝电极同硅片之 间的接触电阻来近 似表征是否烧穿。 P 烧结后栅线 的截面形貌 根据太阳能电池银电极浆料烧结机理， 铅系和铋系玻璃粉都会同氮化硅发生 反应，其反应过程分别为 2PbOSiNx→2PbSiO2x/2N2 2Bi2O33SiNx→4Bi3SiO2N2 共烧结与激光开槽 T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider2018/11/13 ◆烧穿条件的研究 1. 玻璃粉的影响 与正面银浆类似，玻璃粉在烧穿型铝浆中起着至关重要的作用。 低含量 Voc（ mV） 650 Eff（ ） 13.3 Rs（ ohm） 0.044 ρcmΩcm2 5588 高含量 Voc（ mV） 645 Eff（ ） 19.54 Rs（ ohm） 0.0085 ρcmΩcm2 2.5 玻璃粉含量的增加，对钝化膜的破坏面积增大， 能够实现烧穿，但开压损失严重，可以看出开 压的目标是要接近 660mV。 P型共烧结铝浆开发现状 低含量 高含量 片源开压水平 660mV ECV T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider2018/11/13 2. 钝化层膜厚的影响（峰值温度 750℃ 左右） SixN膜 厚（ nm） Voc （ mV） Eff（ ） Rs （ ohm） 80-100 646 19.54 0.0019 130-140 648 16.02 0.0074 160-170 654 9.64 0.033 烧穿浆料对钝化层厚度的要 求敏感，低膜厚的钝化层容 易烧穿，但膜厚过薄会影响 其钝化效果，这其中存在一 定的平衡关系。 3. 烧结工艺（膜厚 80-100nm） 峰值温 度（ ℃） Voc （ mV） Eff（ ） Rs （ ohm） 746.2 645 18.36 0.013 770 642 18.24 0.011 787.7 640 18.69 0.0097 烧结温度影响的是浆料对钝化 层的蚀刻面积以及深度，其作 用没有修改玻璃粉含量的大。 烧穿条件 钝化层厚度在保 证钝化作用的前 提下要尽量薄； 玻璃粉含量要低， 其对钝化层的破 坏会引起较严重 的复合，开压损 失严重； 考虑产线实际情 况，烧结温度要 低 问题开压和接触电阻的平衡 性不好开压在 654mV以上， 接触电阻率用 TLM法几乎测不 出；而接触电阻率在 1mohmcm2以内，开压就不超 过 645mV P型共烧结铝浆开发现状 T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider2018/11/13 40-50um 170-200um 激光开槽 40-50um的开口宽度用 于形成良好的欧姆接触， 170- 200um的印刷线宽可以保证栅线体 电阻并获得较低的 Rs值。 P型共烧结铝浆开发现状 40um 蚀刻浆料 40um的印刷宽度可以 烧穿形成好的欧姆接触，但相比激 光开槽，体电阻会损失较多。 P-type Si P-type Si T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider2018/11/13 利用软件模型模拟遮光面积对 Rs的影响 控制其他因素不变，线宽 60um，调整细栅根数，得 到不同的 Rs值（相对值）。 遮光面积 3 6 9 12 细栅根数 11 47 83 119 Rs（ Ω） 3.49 1.24 0.846 0.656 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 2 4 6 8 10 12 14 Rs （Ω ） 遮光面积（ ） ◆金属化图案的设计 P型共烧结铝浆开发现状 T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider2018/11/13 实际结果 遮光面积（ ） 3 6 9 12 Rs（ ohm） 0.0268 0.0081 0.0072 0.007 Voc（ mV） 646 645 642 638 实际结果与模拟的趋势比较符合，可 以看出，遮光面积在 8以上，开压 降低的太严重，而低遮光面积的串阻 会很高，影响电流收集以及电池效率。 分析 a. 考虑到实际印刷面积几乎就是栅线被 浆料蚀刻的面积，因此遮光面积过大， 使得钝化层遭受到破坏非常严重，表 面复合急速增加，导致开压降低； b. 对比产线激光开槽，其烧结后实际开 口面积只有 4-5，因此在共烧结浆料 的印刷面积上要控制在 4左右，以保 证开压不会降的很厉害； c. 至于印刷面积较小使得串阻较高，后 期可设计方案减低 P型共烧结铝浆开发现状 T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider2018/11/13 1、综合来看，共烧结选择的膜厚（ SixN）在 80-130nm、烧结温度 750-770℃ 等条件较为合适，能够实现烧穿；印刷面积控制在 6左右能 够实现开压和串阻的平衡，与激光开槽相比，遮光面积上有较大优势； 2、技术难点 降低因破坏钝化层而引起的复合 控制局域掺杂浓度 减少杂质的引入 平衡开压和接触电阻率 3、 开发浆料不局限于配方的调整，对半导体器件以及金属化图案的理解 也至关重要； 4、配合 SEM、 Sunsvoc等多种测试分析方法，找准损失点，对项目的方 向更具指导意义。 总结与展望 T-SUN Integrated Photovoltaic Metallization Solutions Provider 谢谢大家 吴广 2018/11/1 3 2018/11/13