CN109714000A - 硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法及测试网版 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法及测试网版，包括选取硅片，所述硅片区分为第一部分与第二部分，在第二部分的一侧表面进行金属化；清洗硅片，再分别测试得到第一部分的复合电流密度J0_test1及第二部分的复合电流密度J0_test2；所述硅片表面金属化界面的复合电流密度J0_me‑Si可通过测试得到的J0_test2，结合第一部分表面的复合电流密度J0_s1、J0_s2以及第二部分的金属化面积占比求算得到。本发明测试方法通过对硅片不同位置的测试，即可直接得到硅片表面金属化界面的复合电流密度J0_me‑Si，便于浆料性能评估及工艺优化，且测试过程更简洁，减小材料耗费。

Description

硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法及测试网版

技术领域

本发明涉及光伏检测技术领域，特别涉及一种硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法及测试网版。

背景技术

随着光伏产业的迅速发展，市场对于太阳能电池及组件的性能及转换效率也提出了更高的要求。目前，晶体硅电池仍占据市场重要地位，相应的硅片通过表面印刷、烧结得到栅线，实现欧姆接触。一般地，晶体硅电池的正面先通过丝网印刷Ag浆栅线，再经高温烧结，使得Ag浆能够烧穿SiN_x膜，并与Si形成良好的欧姆接触；背面则通过印刷Al浆，高温烧结后形成Al-Si合金，同时部分Al⁺掺杂进硅片背面，形成背表面场。

就双面电池而言，其正面与背面均需接收辐照光线，以提高光生电流及转换效率。因此，双面电池的背面无法印制全铝背场，而是将Al浆按既定图案印刷得到相应的Al浆栅线。一般需采用激光开窗，再进行精确定位以将Al浆印刷在相应的开窗区域得到Al浆栅线，烧结形成Al-Si合金及背表面场；业内现亦积极开发能够直接“烧穿”硅片背表面膜层的Al浆，以简化双面电池的工艺制程。

前述印刷、烧结制程会影响晶体硅电池的性能，此一点很大程度取决于烧结后的电池表面金属化界面的复合电流密度J0的大小，如：Al-Si金属化界面的复合电流密度J0_Al-Si越低，相应的双面电池的开压越高。上述金属化界面复合电流密度J0与浆料的性能密切相关，可作为评估浆料优劣的重要参数；并且，准确地测试浆料的复合能力，亦有助于现场工艺的调节优化。当前，晶体硅电池表面金属化界面的复合电流密度J0主要通过QSSPC(准稳态光电导)技术测试得到，在对烧结后的电池片进行上述测试前，需要将电池片表面的金属栅线通过无机酸等溶液清洗去除。电池片的清洗处理过程复杂，药液耗费较多；且电池片既定区域的测试结果是正面复合电流和背面复合电流之和，较难直接对浆料的复合性能进行评估。

鉴于此，有必要提供一种新的硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法及测试网版。

发明内容

本发明目的在于提供一种硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法及测试网版，能够方便得到硅片表面金属化界面的复合电流密度J0_me-Si，且测试过程更简洁，还能减小材料损耗。

为实现上述发明目的，本发明提供一种硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法，主要包括：

选取硅片，所述硅片区分为第一部分与第二部分，在第二部分的一侧表面进行金属化；

清洗硅片，去除表面金属相并使得硅片表面的金属化界面向外暴露，分别测试得到第一部分的复合电流密度J0_test1及第二部分的复合电流密度J0_test2，得算式如下：

J0_test1＝J0_s1+J0_s2

其中，J0_s1、J0_s2分别为第一部分两侧表面的复合电流密度，其中，J0_s1＝J0_s2＝J0_test1/n，n＞1；

J0_test2＝f_metal*J0_me-Si+(1-f_metal)*J0_s1+J0_s2

其中，J0_me-Si为第二部分表面金属化界面的复合电流密度，f_metal为第二部分一侧表面的金属化面积占比，将前述J0_s1、J0_s2分代入上式即可得到硅片表面金属化界面的复合电流密度J0_me-Si。

作为本发明的进一步改进，所述金属化步骤是指在所述第二部分的一侧表面印刷浆料，再烧结制得具有既定图案的栅线。

作为本发明的进一步改进，所述栅线的宽度设置为5～300μm，相邻所述栅线的间距设置为0.5～5mm。

作为本发明的进一步改进，所述测试方法还包括对所选取的硅片进行钝化，所述钝化步骤包括在硅片两侧表面分别制备正表面膜与背表面膜。

作为本发明的进一步改进，所述正表面膜包括贴近所述硅片表面的正面钝化膜；所述背表面膜包括贴近所述硅片表面的背面钝化膜，所述正面钝化膜与背面钝化膜两者的膜层结构相一致，则有J0_s1＝J0_s2＝J0_test1/2。

作为本发明的进一步改进，所述正表面膜与背表面膜均包括层叠设置的AlO_x膜层与SiN_x膜层，且所述SiN_x膜层位于AlO_x膜层背离硅片的一侧。

作为本发明的进一步改进，所述测试方法还包括在第二部分的一侧表面利用激光开槽，得到若干间隔排布且贯穿所述正表面膜或背表面膜的窗口；在所述窗口位置定位印刷浆料、烧结得到相应的栅线。

作为本发明的进一步改进，所述窗口的宽度介于15～200μm，且相邻所述窗口的间距设置为0.3～5mm。

作为本发明的进一步改进，若干所述窗口平行间隔设置且相邻所述窗口的间距为900μm，所述窗口的宽度设置为30μm。

作为本发明的进一步改进，所述激光开槽步骤包括在硅片的一侧背面开设至少三个呈非线性排布的定位点。

作为本发明的进一步改进，所述硅片的电阻率设置为不小于10Ω·cm。

作为本发明的进一步改进，所述第一部分与第二部分相邻分布且沿所述硅片的中心线对称设置。

本发明还提供一种测试网版，包括与前述硅片的第二部分相对应的印刷区域，所述印刷区域用以实现浆料在硅片第二部分一侧表面的印刷。

作为本发明的进一步改进，所述测试网版还形成有若干定位窗口，所述定位窗口用以实现所述印刷区域与第二部分的精确定位。

本发明的有益效果是：采用本发明硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法及测试网版，通过在硅片的第二部分一侧表面进行金属化，然后分别测得第一部分、第二部分的复合电流密度，结合第二部分的金属化面积占比即可方便求算得到相应硅片表面金属化界面的复合电流密度J0_me-Si，便于浆料性能评估及工艺优化，且测试过程更简洁，还能减小材料损耗。

附图说明

图1为本发明测试方法的主要流程示意图；

图2为本发明测试方法一实施方式中的硅片的平面结构示意图；

图3为图2中硅片Al浆栅线形成的Al-Si合金的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但该实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图1与图2所示，本发明提供的硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法主要包括：

选取硅片100，所述硅片100区分为第一部分10与第二部分20，在第二部分20的一侧表面进行金属化；

清洗硅片100，去除表面金属相并使得硅片100表面的金属化界面向外暴露，再分别测试得到第一部分10的复合电流密度J0_test1及第二部分20的复合电流密度J0_test2，得算式如下：

J0_test1＝J0_s1+J0_s2

其中，J0_s1、J0_s2分别为第一部分10两侧表面的复合电流密度，其中，J0_s1＝J0_s2＝J0_test1/n，n＞1；

J0_test2＝f_metal*J0_me-Si+(1-f_metal)*J0_s1+J0_s2

其中，J0_me-Si为第二部分20表面金属化界面的复合电流密度，f_metal为第二部分20一侧表面的金属化面积占比，将前述J0_s1、J0_s2分代入上式即可得到硅片表面金属化界面的复合电流密度J0_me-Si。

所述测试方法还包括对所选取的硅片100进行钝化，所述钝化步骤是指在硅片100两侧表面分别制备正表面膜与背表面膜。所述正表面膜包括贴近所述硅片表面的正面钝化膜；所述背表面膜包括贴近所述硅片表面的背面钝化膜，所述正面钝化膜与背面钝化膜用以实现硅片100的表面钝化。

优选地，为简化测试过程，所述正面钝化膜与背面钝化膜两者的膜层结构相一致，进一步地，亦可将所述正表面膜与背表面膜两者的膜层结构相一致。此处，所述正表面膜与背表面膜均包括层叠设置的AlO_x膜层与SiN_x膜层，且所述SiN_x膜层位于AlO_x膜层背离硅片的一侧，即所述正面钝化膜与背面钝化膜均设置为AlO_x膜层。测试过程中，所述第一部分10的正表面膜与背表面膜保持完整，且所述第二部分20背离栅线21的一侧表面的膜层亦保持完整。因此，所述测试方法中可将J0_s1、J0_s2两者视为一致，且得出J0_s1＝J0_s2＝J0_test1/2。

实际操作中，所述正表面膜与背表面膜还可设置为SiN_x膜层、SiO_xN_y膜层、AlO_x膜层及SiO₂膜层中的任一种，抑或设置为SiN_x膜层、SiO_xN_y膜层、AlO_x膜层及SiO₂膜层中至少两种组成的复合薄膜。就P型硅片而言，可采用AlO_x膜层，AlO_x膜层带负电，具有较好的钝化效果；而对N型硅片而言，可直接采用SiN_x膜层进行钝化。当所述正表面膜与背表面膜两者的膜层结构不一致时，如所述正面钝化膜为SiN_x膜层，所述背表面膜包括层叠设置的AlO_x膜层与SiN_x膜层，且所述SiN_x膜层位于AlO_x膜层背离硅片的一侧，即所述背面钝化膜为AlO_x膜层。这种情况下，需要通过另一具有双面对称钝化结构的硅片进行复合电流密度测试，即另一硅片的正面钝化膜与背面钝化膜均设置为SiN_x膜层或AlO_x膜层，结合测试得到的J0_test1即可得到相应的n、J0_s1与J0_s2。

为真实测试获取晶体硅电池生产制程中相应硅片表面金属化界面的复合电流密度，所述测试方法还包括对硅片100依次进行制绒、制结、清洗。制绒是指在硅片100表面形成减反射绒面；制结是指在硅片100表面制取相应的PN结；清洗是指对制结后的硅片100进行边缘刻蚀及表面清洗；此处，制绒、制结、清洗及镀膜步骤均采用业内现有工艺，并可根据实际情况任意选取。特别地，采用WCT-120设备进行测试时，所述硅片100的电阻率优选不小于10Ω·cm，以提高测试结果的可靠性。当然，该测试方法亦可直接选用产线现有的普通硅片。

所述金属化步骤包括在第二部分20的一侧表面印刷浆料，再烧结制得具有既定图案的栅线21。所述栅线21的宽度设置为5～300μm，相邻所述栅线21的间距设置为0.5～5mm。前述金属化面积占比f是指浆料与硅片的接触面积占比，对于“烧穿”型的浆料，栅线21覆盖面积可当作浆料与硅片的接触面积；而对于非“烧穿”型的浆料，为使浆料能够穿透相应的膜层以与硅片实现欧姆接触，通常需要采用激光开窗，考虑定位及印刷精度的影响，栅线21宽度一般不低于100μm，相应的栅线21覆盖面积会大于浆料与硅片直接接触的面积。而“烧穿”型浆料对应的栅线21宽度则可减小至100μm以下，而如采用电镀等工艺亦可制备宽度小于100μm的栅线。

本实施例中，以Al浆为例，在所述第二部分20的背面印制Al浆，再经烧结得到相应的栅线21，所述栅线21为Al浆栅线。所述测试方法还包括在所述第二部分20的背面利用激光开槽，得到若干间隔排布且贯穿所述背表面膜的窗口；再进行定位印刷、烧结得到相应的Al浆栅线，所述Al浆栅线覆盖前述窗口。为实现精确定位，所述激光开槽步骤还包括在硅片100的背面开设至少三个呈非线性排布的定位点，所述定位点优选为四个且分别位于硅片100的四个边角处的定位区域30。

通过激光开设的前述窗口的宽度介于15～200μm，若干所述窗口平行间隔设置且相邻所述窗口的间距设置为0.3～5mm。考虑操作误差及实际工艺需求，所述Al浆栅线的设置宽度会大于所述窗口的宽度，以使得烧结得到的Al浆栅线能够完全覆盖前述窗口。此处，所述Al浆栅线21的宽度设置为100～300μm，相邻所述Al浆栅线的间距设置为0.5～3mm。前述清洗硅片100步骤具体采用盐酸清洗Al浆栅线，去除外层金属铝，保留背表面场，即Al-Si金属化界面。

所述第一部分10与第二部分20沿所述硅片100的中心线对称设置，即将所述硅片100区分为两个半片。在本发明其它实施方式中，所述第一部分10与第二部分20也可不沿硅片100的中心线对称设置，即第一部分10和第二部分20的面积可大可小，只要满足WCT-120设备的测试需求即可。一般地，所述第一部分10设置范围的长、宽均不小于4cm；同理，所述第二部分20进行金属化的范围的长、宽亦不小于4cm。

所述测试方法还包括选定第一测试区域11及第二测试区域22，以分别测得所述第一部分10的复合电流密度J0_test1及第二部分20的复合电流密度J0_test2，所述第一测试区域11、第二测试区域22偏离所述硅片100的边缘位置。此处测得：J0_test1为15fA/cm²、J0_test2为52.5fA/cm²。

此处，相邻所述窗口的间距P设置为900μm，所述窗口的宽度设置为30μm。参图3所示，前述Al浆经既定烧结工艺与硅片100形成的Al浆栅线的Al-Si金属化界面宽度约为61μm，得到硅片表面Al-Si金属化界面的面积占比为：

f_metal＝W/P＝61/900＝6.78％

将测试结果代入前述算式求解得到前述Al浆在硅片100表面形成的Al-Si金属化界面的复合电流密度J0_me-Si为560.6fA/cm²。

上述测试方法不局限于Al浆，同样适合其他金属与硅片间金属化界面复合电流密度的测试，比如印刷烧结Ag浆形成银栅线，然后通过硝酸清洗银，去除外层银，保留Ag-Si合金层，即Ag-Si金属化界面。除此，上述测试方法的金属化具体制程并不限于浆料的印刷与烧结，如还可采用电镀、喷墨打印等工艺进行硅片100的表面局部金属化。该测试方法能够准确消除硅片100自身表面复合的影响，提高测试精度，方便实现所述硅片100表面金属化界面的复合性能测试。

本发明还提供一种测试网版(未图示)，包括与前述硅片100的第二部分20相对应的印刷区域，所述印刷区域具有与所述栅线21的既定图案相匹配的电极网孔，以实现浆料在第二部分20一侧表面的印刷。此处，所述印刷区域对应于所述硅片100沿其中心线分隔的半片部分。

为实现所述印刷区域与第二部分20的精确定位，所述测试网版还形成有若干定位窗口，所述定位窗口对应于硅片100表面的定位区域30。完成印刷时，相应的浆料覆盖硅片100表面的前述定位点。

综上所述，采用本发明硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法及测试网版，通过在所述第二部分20的一侧表面进行金属化，并保持第二部分20另一侧表面以及第一部分10表面膜层的完整，然后分别测得第一部分10、第二部分20的复合电流密度，结合第二部分20的金属化面积占比即可方便求算得到相应硅片100表面金属化界面的复合电流密度J0_me-Si，便于浆料性能评估及工艺优化，且测试过程更简洁，还能减小材料损耗。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种硅片表面金属化界面的复合电流密度测试方法，其特征在于：

选取硅片，所述硅片区分为第一部分与第二部分，在第二部分的一侧表面进行金属化；

清洗硅片，去除表面金属相并使得硅片表面的金属化界面向外暴露，分别测试得到第一部分的复合电流密度J0_test1及第二部分的复合电流密度J0_test2，得算式如下：

J0_test1＝J0_s1+J0_s2

其中，J0_s1、J0_s2分别为第一部分两侧表面的复合电流密度，其中，J0_s1＝J0_test1/n，n＞1；

J0_test2＝f_metal*J0_me-Si+(1-f_metal)*J0_s1+J0_s2

其中，J0_me-Si为第二部分表面金属化界面的复合电流密度，f_metal为第二部分一侧表面的金属化面积占比，将前述J0_s1、J0_s2分代入上式即可得到硅片表面金属化界面的复合电流密度J0_me-Si。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述金属化步骤是指在所述第二部分的一侧表面印刷浆料，再烧结制得具有既定图案的栅线。

3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于：所述栅线的宽度设置为5～300μm，相邻所述栅线的间距设置为0.5～5mm。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述测试方法还包括对所选取的硅片进行钝化，所述钝化步骤包括在硅片两侧表面分别制备正表面膜与背表面膜。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述正表面膜包括贴近所述硅片表面的正面钝化膜；所述背表面膜包括贴近所述硅片表面的背面钝化膜，所述正面钝化膜与背面钝化膜两者的膜层结构相一致，则有J0_s1＝J0_s2＝J0_test1/2。

6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述正表面膜与背表面膜均包括层叠设置的AlO_x膜层与SiN_x膜层，且所述SiN_x膜层位于AlO_x膜层背离硅片的一侧。

7.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述测试方法还包括在第二部分的一侧表面利用激光开槽，得到若干间隔排布且贯穿所述正表面膜或背表面膜的窗口；在所述窗口位置定位印刷浆料、烧结得到相应的栅线。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：所述窗口的宽度介于15～200μm，且相邻所述窗口的间距设置为0.3～5mm。

9.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：若干所述窗口平行间隔设置且相邻所述窗口的间距为900μm，所述窗口的宽度设置为30μm。

10.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：所述激光开槽步骤包括在硅片的一侧表面开设至少三个呈非线性排布的定位点。

11.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述硅片的电阻率设置为不小于10Ω·cm。

12.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述第一部分与第二部分相邻分布且沿所述硅片的中心线对称设置。

13.一种测试网版，其特征在于：所述测试网版包括与权利要求1-12任一项所述硅片的第二部分相对应的印刷区域，所述印刷区域用以实现浆料在硅片第二部分一侧表面的印刷。

14.根据权利要求13所述的测试网版，其特征在于：所述测试网版还形成有若干定位窗口，所述定位窗口用以实现所述印刷区域与第二部分的精确定位。