摘　要：良好的燒結能夠極大地提升太陽能電池的轉換效率。通過理論分析太陽能電池燒結后各參數的變化情況，預測燒結的狀態以及燒結的調節方向，進而通過實驗來驗證理論分析，從而得到工業生產中晶硅電池燒結匹配優化方法。通過不斷對燒結的優化，從而達到了改善燒結效果，提升電池片功率的目的。

絲網印刷和快速燒結由于其生產相對方便和迅速高效，是當今工業生產太陽能電池大規模應用的一種成熟工藝。

燒結的目的就是為了把印刷到硅片上的電極在高溫下燒結與硅片形成良好的歐姆接觸，從而更好地收集電池片表面由于光生伏特效應所產生的電流。電池片常規的生產工藝流程為：表面預清洗→化學腐蝕制作絨面→擴散制結→等離子體刻蝕去邊→去磷硅玻璃→鍍減反射膜→絲網印刷→燒結→性能測試，其中燒結為電池片生產的核心環節之一。

燒結的好壞直接影響電池片的幾項重要參數：串聯電阻、并聯電阻和填充因子，從而決定了電池片的好壞。由于很多廠家所用的設備以及工藝條件的不同，以及印刷漿料的不斷更新，每個廠家都需要根據自身的實際情況，在實踐中不斷調整和修改，以達到更好的工藝匹配。本文通過理論分析串聯電阻、并聯電阻以及填充因子對于燒結效果的判斷，并以實驗來驗證這些判斷指標，進而得到各參數與燒結溫度的相互關系。這對于工業生產過程中的燒結匹配性調節有一定的指導意義。

1燒結原理

燒結原理就是當金屬材料和晶硅加熱到共晶的溫度時，晶硅的原子會以一定的比例擴散到金屬當中，而擴散的晶硅原子的數量取決于金屬的溫度以及金屬體積。而此時的晶硅原子融入金屬的狀態就被稱之為合金系統。此后降低溫度，融入到金屬中的硅原子會重新以固態的形式結晶出來，這樣就在金屬和晶硅之間便形成了一層外延層。如果這個外延層含有與原先晶體相同類型的雜質，金屬與晶體硅便形成了歐姆接觸。

每一批次硅片由于其雜質摻入的比例以及深度的不同，每批硅片都有其最佳的燒結點，當溫度過高或者過低，都不能達到我們理想的燒結效果。欠燒時，歐姆接觸沒有完全形成，串聯電阻便會偏大，填充因子偏低；過燒時，硅片表面的擴散磷在高溫下被驅趕到硅片的深處，而銀漿中的磷不能形成充分的磷源補充，硅片表面的雜質濃度就會下降，接觸電阻就會增加，同時銀硅合金也會消耗過多的銀，此時的銀硅合金層相當于隔離層，阻止了載流子的輸出，也會增加接觸電阻，降低填充因子。

因此通過考察接觸電阻的好壞以及p-n結特性我們便可以判斷出燒結情況的好壞。結合并聯電阻以及反向電流的考察，我們便可以大體判斷出燒結的調節方向，過燒時會導致電極燒穿，更多的雜質驅散到p-n結附近，增加了局部漏電的幾率，這時所表現出來的特征就是并聯電阻偏小，反向電流偏大，同時溫度過高時表面復合幾率增大，短路電流也會相應減小。因此燒結匹配性的判斷主要是對串聯電阻中的接觸電阻、并聯電阻、填充因子、反向電流以及短路電流的綜合判斷。

2實驗

2.1樣品

實驗選用面積為156mm×156mm,晶向為<100>的p型單晶硅片作為實驗樣品，其電導率為0.5Ω·cm～2.0Ω·cm，原始硅片厚度約200μm。實驗樣品共分為11組，每組樣品20片。

2.2實驗步驟

實驗步驟如下：清洗制絨→擴散制結→刻蝕→去磷硅玻璃→鍍減反射膜→印刷→高溫燒結→測試統計平均數據→調節燒結工藝→分析結論。

（1）清洗制絨，采用低濃度的堿溶液腐蝕制備絨面，降低硅片的反射率。

（2）擴散制結，使用液態POCl3作為磷源在高溫下擴散形成p-n結，使用semilab公司的方阻測試儀SHR-1000測試方阻，控制方阻范圍53Ω/□～57Ω/□。

（3）采用CF4和O2的等離子體進行硅片邊緣刻蝕。

（4）用適當的濃度的HF酸去除附著的磷硅玻璃。

（5）采用常規的工藝在硅片表面淀積一層SiNx:H減反射膜，使用semilab公司的LE-100PV橢偏儀測量薄膜的厚度以及折射率，顯示為膜厚75nm，折射率為2.01。

（6）印刷和燒結：用Baccini絲網印刷機對硅片進行電極印刷，并用Despatch燒結爐以20片為一組，根據燒結結果對燒結爐進行反復調節。這里主用采取控制變量法，先控制燒結爐1區～8區溫度不變，調節燒結爐的9區得到一個相對好的燒結點，然后控制1區～7區以及9區溫度不變，調節8區溫度，以獲得最佳匹配溫度。其中1區～7區在整個實驗過程中未進行調節，為常見的陡坡式燒結曲線，其溫度設置見表1。

（7）保持8區溫度不變，設為820℃，調節9區溫度得到的結果見表2。

（8）保持9區溫度不變，設為925℃，調節8區溫度得到表格3的結果。

3數據及分析

實驗的數據結果是由pss10太陽能光伏模擬器測試得出，以20片的平均數據為參考，避免了單片的波動性造成的數據失真。對比表2和表3的燒結數據，我們不難發現Uoc、Isc、Rs、Rsh、FF和η在不同的燒結溫度下，都有了改變。尤其是Rs、Rsh、FF以及η變化比較明顯。

實驗過程中，我們控制其余8個區域，分別向過燒以及欠燒的方向調節，以期找到最為合適的燒結點。為方便數據的分析，我們將燒結的數據調整為溫度逐漸升高的過程。

分析九區的燒結數據，如圖1所示，我們發現隨溫度的持續升高，電池背場燒結的更充分，電池的串聯電阻持續得到改善，填充因子增大，效率提高。繼續升高溫度，除了串聯電阻有了較大的下降以及填充因子有所上升外，其他的參數都變得更差，繼續調高溫度，電池的各項參都變得惡化。而串聯電阻在第5組溫度下得以改善，很有可能是溫度較高，正面銀電極部分燒穿，導致的串阻大幅度下降。而填充因子可以看成是串聯電阻的函數，如公式所示。

式中：FF為填充因子；Uoc為開路電壓；Rs為串聯電阻。

由公式，當串聯電阻有較大下降時，FF有一個改善的過程。分析以上的燒結過程，當8區溫度保持不變時，第4組數據燒結工藝溫度設置是最為理想的。與最初的燒結工藝相比，效率提高了0.28%。

由公式，當串聯電阻有較大下降時，FF有一個改善的過程。分析以上的燒結過程，當8區溫度保持不變時，第4組數據燒結工藝溫度設置是最為理想的。與最初的燒結工藝相比，效率提高了0.28%。

由公式，當串聯電阻有較大下降時，FF有一個改善的過程。分析以上的燒結過程，當8區溫度保持不變時，第4組數據燒結工藝溫度設置是最為理想的。與最初的燒結工藝相比，效率提高了0.28%。由公式，當串聯電阻有較大下降時，FF有一個改善的過程。分析以上的燒結過程，當8區溫度保持不變時，第4組數據燒結工藝溫度設置是最為理想的。與最初的燒結工藝相比，效率提高了0.28%。

經過反復調試，得到最佳的燒結溫度見表4。

在此燒結溫度下，我們又進行了多次試驗，獲得了較好的重復性。而在此溫度下，效率相對于初始的燒結工藝有了0.51%的改善。這說明以上的分析是正確的。

4結論

通過控制變量的方法，分別調節8區以及9區的溫度，得到了一個相對較好的燒結工藝，在得出此工藝的過程中，我們結合理論以及通過對實驗結果的分析，得出以下結論：

（1）電池的串聯電阻與燒結工藝的匹配密切相關，一般好的燒結工藝，串聯電阻會相應地降低；

（2）FF與串聯電阻密切相關，一般隨著串聯電阻的減小，FF會相應地增大；

（3）一般過燒與欠燒都存在串聯電阻偏大的現象，此時應該結合并聯電阻和反流進行判斷，一般過燒都存在并聯電阻降低，反流偏大的現象；

（4）接觸電阻的改善能夠很好地預測燒結效果的改善，在不破壞p-n結的情況下，接觸電阻越小，則燒結效果越好；

（5）電池片由欠燒向最佳燒結點調節的過程中，串聯電阻持續降低，剛過了最佳點以后，串聯電阻依然會降低，此時需要結合效率以及反流來判斷；

（6）實在無法判斷此時的燒結點，可以通過控制變量法，對一個溫區進行單向變動，觀察燒結效果，以判斷溫度調節的方向；

本文從理論分析以及實驗驗證的角度獲得了一個較好的燒結工藝，對工業生產中的燒結匹配有一定的指導意義。（楊達偉，高華，楊樂　上海超日太陽能科技股份有限公司，上海201406）