pv-manufacturing.org
In de fotovoltaïsche zonne-energie-industrie is de zeefdrukmethode die wordt gebruikt voor het maken van contactpatronen verantwoordelijk voor het grootste deel van de metallisatieprocessen voor siliciumwafelzondecellen. Contactmetallisatie door het meevuren van voor- en achterzeef bedrukte metaalpasta's voor mainstream p-type standaard zonnecellen is een dominant gebruikt proces.
Gezeefdrukte zonnecellen vereisen metalen contacten aan de voorkant om stroom uit de gegenereerde dragers te laten stromen. Het ontwerp van de metalen contacten aan de voorkant is van cruciaal belang. Het metalen contact is gemaakt van vingers en busbars. Het metalen contact heeft 2 of meer busbars. Het grotere aantal busbars kan een lagere hoogte van de gezeefdrukte vingers mogelijk maken voor een metaalweerstandsverlies. Het ontwerp is geoptimaliseerd op basis van het schaduwverlies en het metaalweerstandsverlies. Elektrisch heeft het invloed op respectievelijk JSC of RS. De typische breedte van de vingerbreedte is 55 – 80 μm. Het voorste contact (zilver) transporteert de stroom van de perifere gebieden van de cel naar de busbars, die meestal loodrecht op de vingers staan. de cellen zijn onderling verbonden om modules te vormen. Wanneer cellen zijn verbonden om een module te maken, wordt het verbindingslint aan de busbars gesoldeerd en wordt het verbonden met de p-type contacten op het achteroppervlak van de aangrenzende cel in een reeks cellen.
In onderstaande video tonen we het zeefdrukproces in de Solar Industrial Research Facility (SIRF) van UNSW Sydney.
Voorcontact
Het zilveren voorcontactpatroon wordt direct over de siliconennitride antireflectiecoating (ARC) gedrukt. Daarom is het zilveren patroon nodig om door de ARC-coating te dringen om een elektrisch contact met het silicium te maken. Het elektrische contact wordt gemaakt wanneer de cel wordt meegestookt in een inline stookoven. Het achtercontact wordt ook gemaakt tijdens het bijstoken. Het bijstoken omvat een piekvuurtemperatuur in een bereik van 750 tot 870 °C gedurende 5 seconden of minder. Tijdens het proces etst de pasta de ARC-coating en dringt door de laag en vormt een ohmisch contact met het onderliggende silicium. Het is echter belangrijk om de vuurtemperatuur en -tijd te optimaliseren. Wanneer het afvuren op een te hoge of te lange tijd wordt uitgevoerd, kan het voorcontact dieper in het silicium doordringen en een contact dicht bij de kruising maken. Dit zal de contactweerstand (dus hogere RS) effectief verhogen, omdat het metaal contact zal maken met het meer resistieve gebied van de wafer. Naast de bindmiddelen en oplosmiddelen die nodig zijn om zeefdruk mogelijk te maken (zoals beschreven voor aluminium zeefdruk), bevat de zilverpasta zilverdeeltjes, glasfritten (deeltjes) en additieven zoals lood of bismut die de smelttemperatuur van het zilver verlagen en het oppervlak nat maken voor uniforme contact. Een afbeelding van een voorscherm voor een zonnecel van 3 busbalken is te zien in figuur 1.
Achtercontact
Het grootste deel van het achteroppervlak van de zonnecel is gezeefdrukt met aluminiumpasta om de achterste elektrode te vormen. Bovendien worden de tabs ook bedrukt met zilverpasta voor de verbinding met andere cellen door te solderen. Optimalisatie van het achtercontact is niet zo cruciaal als het voorcontact, maar het is nog steeds belangrijk om te optimaliseren om de prestaties aan de achterkant te verbeteren. Een dikke laag aluminiumpasta (meestal ~ 30 μm) wordt bedrukt, met opzettelijke openingen en gedroogd voordat de zilverpasta ook werd afgedrukt om de zilveren busbartabbladen te vormen. Een onherstelbaar dikke laag aluminium kan leiden tot een wafer buigen tijdens het inline vuren. Het stoken door inline oven omvat een snelle verwarming en koeling, die de spanning in de Si wafer kan opbouwen als gevolg van het verschil in de thermische uitzettingscoëfficiënt tussen Si en Al. De tolerantie voor de waferboog is maximaal 1,5 mm, anders heeft dit invloed op het fabricageproces van de module. Momenteel hebben de meeste industriële zonnecellen een volledig aluminium achtercontact (de zogenaamde aluminium achteroppervlak (Al-BSF) zonnecel. Deze technologie heeft nog steeds een marktaandeel van 70%, hoewel deze naar verwachting in de komende tien jaar zal dalen [1]. Tijdens het stookproces in het stookproces wordt aluminium-silicium eutectic gevormd bij vuurtemperaturen van meer dan 570 oC. Tijdens de koelfase wordt het silicium gereviseerd en wordt een met aluminium bedekte siliciumlaag gevormd waarbij de aluminiumconcentratie wordt bepaald door de temperatuur waarbij de kristallisatie plaatsvindt, bepaald door het aluminium-siliciumfasediagram. Deze herkristallisatie gaat door totdat de eutectische temperatuur is bereikt en de hele vloeistof kristalliseert. Dit proces resulteert dus in een p-type doped-gebied aan de achterkant van de zonnecel dat helpt bij het verzamelen van gaten. Bovendien vermindert dit ook de recombinatie van het achteroppervlak.
In de onderstaande video laten we u de contactbrandstap zien, wat de laatste stap is in de productie van zonnecellen.
Dubbele afdruk
Standaard zeefdrukmethode voor front side metallisatie van silicium zonnecellen is een betrouwbaar en goed begrepen proces met hoge doorvoersnelheden. De typische lijnbreedtes die nodig zijn om de processtabiliteit en voldoende lagere metaalweerstand te garanderen, bedragen ongeveer 120 μm. Om een hoger rendement van kristallijn silicium zonnecellen te bereiken, moeten zowel open circuit spanning VOS als kortsluitstroomdichtheid JSC worden verbeterd. Een aanpak om ze te verbeteren is om hoge plaatweerstand emitters te hebben. Schermpasta is geoptimaliseerd om in contact te komen met laag gedopte emitters, vandaar een hogere bladweerstand. Een hogere bladweerstand zal echter leiden tot een hogere serieweerstand Rs van laterale weerstand van de cel, wat de vulfactor kan verminderen. Dit kan worden gecompenseerd door de vingerafstand, waardoor de schaduwzonefractie van de voorste zijstructuur toeneemt. Daarom is een vermindering van de lijnbreedte noodzakelijk om de schaduwverliezen tot een minimum te beperken. Het verminderen van de breedte van de vinger door het verminderen van de breedte van de lijnopening in het scherm kan overwinnen, maar dit kan leiden tot een kleiner doorsnedegebied van de vingers, wat kan leiden tot een hogere metaalweerstand. Dit kan worden verzacht door een dubbele afdruk uit te voeren die de hoogte van de metalen vingers aanzienlijk kan verhogen. Dit wordt mogelijk gemaakt door de uitstekende uitlijningsuniformiteit van de huidige generatie zeefdrukkers met een uitlijningsprecisie van 15 μm of beter. Een bijkomend voordeel is dat potentiële vingeronderbrekingen van de eerste afdruk door de tweede afdruk kunnen worden verholpen, omdat het onwaarschijnlijk is dat de onderbrekingen van twee verschillende zeefdrukkers op dezelfde positie zouden plaatsvinden.
