CN101908577A - 适用于高方阻的低温烧结技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高方阻的低温烧结技术，现有技术的银被驱赶得太深，导致高导电性的磷扩散区域被封闭等缺陷，本发明是将欲扩散的方块电阻调节至66～75欧姆之间，将银浆按照0.4～0.6g的湿重印刷在方块电阻上，再将印刷了银浆的方块电阻以3000～5000mm/min的速度穿越200～450℃的低温烧结炉进行烧结。本发明可以在扩散浅结低浓度的情况下形成好的欧姆接触，提升短路电流和开路电压；避免了死层效应带来的转换效率降低的缺陷。可以在低温情况下使得银与硅形成好的欧姆接触得到较低的串联电阻和较高的填充因子、短路电流；通过烧结穿透实现与N型扩散区的欧姆接触而同时又不会损坏附近的结区。

Description

适用于高方阻的低温烧结技术
技术领域
本发明涉及银浆和低温烧结工艺，尤其是用以提高硅基电池的短路电流、开路电压，降低串联电阻的适用于高方阻(方阻是方块电阻的简称，高方阻是高阻值方块电阻的简称，在本发明中，高方阻是指60欧姆以上的方块电阻)的低温烧结技术。
背景技术
在硅基太阳能电池中银栅线的印刷烧结是尤为重要的，其对电池片性能的影响主要表现在串联电阻，因而也表现在填充因子上。
从尺度上讲，传统工艺中银被驱赶得太深，因银硅合金区域很高的电阻率而使得其所在位置的PN结所收集到的电子几乎不能直接穿过该银硅合金区域，这就使得作为金属电极的银栅线对电子的收集只集中在栅线的边沿区域；而相比于银栅线与硅的总接触面积来说，边沿区域的接触面积只占大约1％。由于银具有较高的功函数，银与硅的接触很难实现欧姆接触。这个问题可以通过高浓度的磷扩散以防止银与N-型硅之间形成Schottky(肖特基)势垒从而实现欧姆接触。然而，遗憾的是，最浓的磷扩散区域靠近硅片的表面。因此，如果银被驱赶得太深，一方面会使得高导电性的磷扩散区域被封闭；另一方面还会使得银与磷掺杂浓度较低的硅区域接触而形成Schottky势垒从而接触电阻很高。而且扩散高浓度，高参杂带来的死层效应十分严重，短路电流和开路电压会降低，影响电池片的转换效率。为了实现良好的欧姆接触而又可以保证在后续的烧结过程中金属不会穿透到结区，磷扩散得比较浓而结又比较深。因此，过去几十年以来，丝网印刷太阳电池均采用浓度较高结比较深的扩散条件。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有技术存在的银被驱赶得太深所导致的缺陷，提供一种适用于高方阻的低温烧结技术。为此，本发明采用以下技术方案：
适用于高方阻的低温烧结技术，其特征是：将欲扩散的方块电阻调节至66～75欧姆之间，将银浆按照0.4～0.6克的湿重印刷在方块电阻上，再将印刷了银浆的方块电阻以3000～5000mm/min的速度穿越200～450℃的低温烧结炉进行烧结。
本发明的有益效果是：
本发明解决了现有采用浓度较高、结比较深的扩散条件实施丝网印刷的难点，可以在扩散浅结低浓度的情况下形成好的欧姆接触，提升短路电流和开路电压。
低温烧结技术，可以有效的降低银被趋入过深问题，应用于低浓度的扩散条件，可以减少弄扩散带来的死层效应，适用于60欧姆以上的方块电阻，避免了死层效应带来的转换效率降低的缺陷。
可以在低温情况下使得银与硅形成好的欧姆接触得到较低的串联电阻和较高的填充因子、短路电流。
通过烧结穿透实现与N型扩散区的欧姆接触而同时又不会损坏附近的结区。
可实现较高的栅线堆积高度，不坍塌，从而使副栅线的宽度达到80微米以下，从而增大了硅片表面的受光面积，增大了其短路电流。
附图说明
图1为本发明低温烧结I-V曲线示意图。
图中：1-I-V曲线，2-功率曲线；该两条曲线表达了用本发明技术可以在低温情况下使得银与硅形成好的欧姆接触得到较低的串联电阻和较高的填充因子、短路电流。
具体实施方式
以下对本发明做进一步说明。
本发明的适用于高方阻的低温烧结技术，其根本构思是：将欲扩散的方块电阻调节至66～75欧姆之间，将银浆按照0.4～0.6克的湿重印刷在方块电阻上，再将印刷了银浆的方块电阻以3000～5000mm/min的速度穿越200～450℃的低温烧结炉进行烧结。其中，0.4～0.6克的湿重是在148.57平方厘米的硅片上印刷银浆的使用量。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加的技术特征，以便实施时采纳：
低温烧结炉分为连续的10个段温区，1～3段温区为烘干区，4～6段温区位玻璃熔融区，7～10段温区为快速烧结区，第1段温区至第10段温区的温度依次设定为200℃、250℃、300℃、300℃、330℃、380℃、400℃、410℃、420℃、430℃。
对银浆湿重的控制通过调节丝网间距和印刷压力实现。
本发明的实施原理是：烧结可看作是原子从系统中不稳定的高能位置迁移至自由能最低的位置的过程。厚膜浆料中的固体颗粒系统是高度分散的粉末系统，具有很高的表面自由能。因为系统总是力求达到最低的表面自由能状态，所以在厚膜烧结过程中，粉末系统总的表面自由能必然要降低，这就是厚膜烧结的动力。固体颗粒具有很大的比表面积，具有极不规则的复杂表面状态以及在颗粒的制造、细化处理等加工过程中，受到的机械、化学、热作用所造成的严重结晶缺陷等，系统具有很高自由能。烧结时，颗粒由接触到结合，自由表面的收缩、空隙的排除、晶体缺陷的消除等都会使系统的自由能降低，系统转变为热力学中更稳定的状态。这是厚膜粉末系统在高温下能烧结成密实结构的原因。
以下做进一步说明。
低温烧结实施必须与扩散，丝网印刷和烧结工序相匹配。
扩散的PN结的结深和浓度用四探针测试法得到的方块电阻来衡量。高温烧结适用的方块电阻在40欧姆左右，而方块电阻越大死层效应越小，一般100欧姆左右为最佳。低温烧结就是要使得高方块电阻和银浆得到好的烧结效果的一种技术。高温烧结的浆料印刷湿重一般在0.8g以上，但低温烧结对银浆趋入深度相对于高温烧结要少很多，所以银浆的印刷量相对控制较少。
具体的工艺方案如下：
一、扩散方阻的控制：采用闭管气相扩散法。
磷扩散原理
POCl3在高温下(＞600℃)分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5)，其反应式如下：
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅(SiO2)和磷原子，其反应式如下：
2P2O5+5Si＝5SiO2+4P↓
工艺简介：本发明扩散工艺采用三氯氧磷气相扩散，小氮(小流量氮气)携带三氯氧磷扩散源。大氮(大流量氮气)做为反应保护气体，起到均匀扩散炉中气场作用，保证扩散的均匀性。扩散后的N型区域的磷浓度和扩散结深共同决定着方块电阻的大小。小氮气体中携带的三氯氧磷气体浓度的大小决定着硅片N型区域磷浓度的大小。(小氮流量越大，携带的三氯氧磷气体越多)，但是沉积在硅片表面的杂质源达到一定程度时，将对N型区域的磷浓度改变影响不大。
扩散温度和扩散时间对扩散结深影响较大。
第一步、进舟：硅片进入扩散设备的过程
第二步、回温：使扩散炉各段温度稳定回升到800度
第三步、通磷：通入携带扩散磷源的氮气，进行扩散前的预淀积，在每片硅片的表面沉积一层均匀的磷硅玻璃(PXSiYOZ)层，磷硅玻璃(PXSiYOZ)即P、Si、O三种元素的化合物如二氧化硅，五氧化二磷以及单质如P原子之间的任意混合物。
第四步、升温：进行860℃升温扩散使P原子扩散到硅中。
第五步、高温扩散：使磷原子更进一步趋入到硅中，有利于保证结深，降低扩散的表面浓度。
第六步、降温：降低炉温，进行扩散退火。
第七步、出舟：硅片从扩散炉缓慢退出，进行更进一步的退火。
二、丝网印刷银浆印刷量的调节。
通过调节丝网印刷设备的设备参数减少印刷量：
调节丝网间距和印刷压力使得印刷银浆的湿重为0.4～0.6g，高温烧结的湿重一般为0.8～1g。
三、烧结温度的调节参数(℃)：
  一区   二区   三区   四区   五区   六区   七区   八区   九区   十区
  200   250   300   300   330   380   400   410   420   430

Claims (3)

1.适用于高方阻的低温烧结技术，其特征是：将欲扩散的方块电阻调节至66～75欧姆之间，将银浆按照0.4～0.6克的湿重印刷在方块电阻上，再将印刷了银浆的方块电阻以3000～5000mm/min的速度穿越200～450℃的低温烧结炉进行烧结。
2.根据权利要求1所述的适用于高方阻的低温烧结技术，其特征是所述的低温烧结炉分为连续的10段温区，1～3段温区为烘干区，4～6段温区位玻璃熔融区，7～10段温区为快速烧结区，第1段温区至第10段温区的温度依次设定为200℃、250℃、300℃、300℃、330℃、380℃、400℃、410℃、420℃、430℃。
3.根据权利要求1所述的适用于高方阻的低温烧结技术，其特征是对银浆湿重的控制通过调节丝网间距和印刷压力实现。
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