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（a）Ag-Si截面 （b）Al-Si共融相图
图2-16 铝硅的SEM截面图
§2.4 实验背景和意义
随着生产技术的进步，晶体硅太阳电池的厚度不断减薄，从早期的325μm 到270μm，再到240～220μm，而下一步的发展目标是180～150μm。随着厚度的不断变薄，硅片少子体寿命对电池效率的影响逐步降低，这主要是因为随着硅片厚度减薄，基区少子到达p-n结所需距离变短，这就意味着，即便材料的少子寿命较低，仍然有足够的扩散长度保证足够多的少子被p-n结收集。与之相对应的，电池片上下表面的复合速率对效率的影响逐步增长。改善表面钝化的质量、降低表面复合速率已经成为提高电池效率的主要手段之一。目前工业上主要采用铝背场进行表面钝化[23]。
§2.4.1 复合机制
所有处在导带中的电子都是亚稳定状态的，并最终会回到价带中更低的能量状态。它必须移回到一个空的价带能级中，所以，当电子回到价带的同时也有效地消除了一个空穴。这种过程叫做复合[24]。在单晶半导体材料中，复合过程大致可以分为三种
1、辐射复合，辐射复合是LED灯和激光这类的半导体器件的主要复合机制。然而，对于由硅制成的陆地用太阳能电池来说，辐射复合并不是主要的，因为硅的禁带并不是直接禁带，它使得电子不能直接从价带跃迁到导带。 2、通过复合中心的复合也被叫做肖克莱-莱德-霍尔或SRH复合，它不会发生在完全纯净的、没有缺陷的材料中。一些杂质和缺陷的存在使禁带中存在允许许能级，电子从导带能级豫驰到缺陷能级然后豫驰到导带，便完成了复合。这是晶体太阳能电池的主要复合形式。
3、俄歇复合 在俄歇效应中，电子与空穴复合时，将多余的能量传给第二个电子而不是发光，然后第二个电子通过发射声子豫驰回到它初始所在的能级，便完成了一次复合。俄歇复合是重掺杂材料和被加热至高温的材料最主要的复合形式。
§2.4.2 铝背场钝化原理和提高效率的原因
1、表面钝化，降低背表面复合速率，提高少数载流子的收集率，提高开路电
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压。BSF中铝的浓度在1～3×1018个/cm-3，而在大部分P型硅中，硼的浓度一般小于2×1016个/cm-3，因此在背表面形成PP+的高低结阻止少数载流子在背表面复合如下图：
图2-17 电池片背表面pp+结构图
2、作为背反射器，增加光程，提高短路电流。 3、作为电极输出端，降低接触电阻，提高转换效率。 4、铝吸杂，提高体寿命。[
§2.4.3 研究铝背场的重要意义
铝背场是晶体硅现代太阳电池普遍采用的，典型的背表面钝化结构，经过多年的发展，铝背场的生产工艺已经趋向成熟、稳定，对铝背场的各项研究也日益深化，这些都决定了在今后相当一段时间内铝背场仍将被广泛用于晶体硅太阳电池生产。然而，随着工艺的不断发展，更薄的太阳电池即将出现，这对铝背场钝化提出了更高的要求，进一步研究铝背场钝化，是高效太阳电池研究和生产中一个不可忽视的重要环节。
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第三章 实验结果与分析
§3.1 实验硅片的选择
实验材料选择的硅片由Hareon公司所生产的p型<100>太阳能级直拉单晶硅片电阻率在0.5～3Ω·cm，尺寸为125mm×125mm，厚度为200±200μm。 a) 制绒
制绒采用标准碱腐蚀单晶绒面工艺，出绒率在95%以上。绒面金字塔尺寸在3～6μm之间。 b) 扩散
选择单面扩散工艺，扩散后方块电阻为50±5Ω/□；少数载流子寿命在20～50微秒之间。 c) 镀减反射涂层
采用等离子体增强化学气相沉积氮化硅层工艺来形成表面减反射涂层，其厚 度在80nm左右，镀膜后硅片lE面颜色呈现深蓝色。 d) 印刷电极
采用的标准丝刚印刷背面银电极和正面印刷银电极的工业太阳电池生产流程。其中正面电极为45条125±25μm宽栅线，2条2.0mm宽的主线。
表3-1 印刷前硅片的重要参数
制绒减重 0.5～1.5g
扩散方阻
减反膜厚 78-85nm
制绒是否合格 合格
K+P是否合格
合格
50±5Ω/□
由于以下的每个实验都是在印刷段来完成的为保证每个实验变量的单一性，所以在对传到印刷段的硅片主要参考上述的几个参数，选择实验硅片组的以上参数要基本相似。
§3.2 网版的选择实验
1）正栅网版的选择。
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由于本实验的最终目的是探究铝背场钝化作用的。有上一节我们知道背场的印刷在第二道工序，也就是说在印被极和正极之间，为保证印刷背场前后其它二道工序的变化，我们对被电极和正栅的印刷参数和网版进行了固定。
表3-2 印刷前硅片的重要参数
被电极印刷
网版目数 325目
增重范围 0.09～0.12g
最高烘干温度
150℃
网版目数 325目
正栅印刷 增重范围 0.18～0.22g
最高烘干温度
无
这两道工序所用的浆料为Ferro公司所推出的PV3347、PV159A。 2）背场网版的选择
不同网版具有不同的特性，背场网版的好坏对印刷出的背场的平整度，厚度，以及背场和被极接触的好坏都有很大的影响，直接影响铝背场的钝化效果以及后面的电性能参数，为了选择最佳网版进行接下来的实验，我们首先进行网版对比选择实验。现背场印刷常使用两种网版，250目和280目。 a) 物料准备如下：
表3-3 物料、仪器及参数设置表
280网版张力（N) 32.5 印刷机台 烧结炉 convery speed 235mm/min
33 33 32.5 33 33 250网版张力（N) 32.5 32 33 33 意大利Baccini Machine印刷机，印刷时参数不变 意大利的Despatch九区快速烧结炉，主要参数如下 Dry1 Dry2 Dry3 Frn1 370
375
380
510
Frn2 560
Frn3 610
Frn4 620
Frn5 780
Frn6 910
注：所用的实验片按上述实验片选择方法来取。
b）实验步骤
方法如图下：
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图3-1 实验方法示意图
注：次两小组进行对比、收集电性参数及Inline实时数据和翘曲度，观察外观
c）实验结果的记录和分析： 1．
Inline实时数据的记录和分析
收集及测量数据的仪器为：塞尺电子天平，塞尺的原理是通过不断增加带有厚度的标尺叠加起来来算出电池片的翘曲度。
表3-4 不同网版的弯曲度数据记录表
网版目数 250 280
2.05 1.45
弯曲度/mm
1.9 1.4
2 1.45
平均值/mm 1.983 1.430
表3-5 不同网版的增重数据表
网版目数 250 280
0.9818 0.8264
增重（g）
1.008 0.832
1.002 0.814
平均增重（g）
0.9973 0.8239
注：网距：-1650μm，压力：95N
分析：从以上的数据可以看出280网版增重可降低大约0.17g，且明显的降低电池片的翘曲度，平均降低可为0.53mm，这是因为目数大了，也就意味这单位面积上的网孔数多了，孔径变小了。在印刷过程中，当其它参数一定时，浆料颗粒每次填充在网孔的数量变小了，所以透过网版的浆料就少了。浆料少了，烧结后铝背场的厚度就薄了，在电池的冷却过程中由于铝背场的热膨胀系数与硅的不同而造成的翘曲度减小，因为铝背场的量变少相应的应力变小而形成翘曲度减小。这说明280网版可通过降低增重量来减小电池片的翘曲度，以减少在生产过程中的碎片率；同时增重的减小也减小了浆料的
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