晶体硅太阳能电池烧结工艺用炉体热功率设计

郭 立，李 克，刘良玉

(中国电子科技集团公司第四十八研究所，国家光伏装备工程技术研究中心，湖南长沙 410111)

随着传统能源的紧缺，新兴能源行业日新月异，其中晶体硅太阳能电池以成熟的工艺、丰富的原材料、高转换效率、成本相对低廉等原因成为市场的主流产品。

太阳能电池是利用半导体材料光生伏效应直接将光能转化为电能的装置。即以半导体材料硅为基体，利用扩散工艺在硅基体中掺入硼、磷等杂质，形成太阳能电池的核心器件的p-n结。当光照在p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就产生电流，形成电池。

印刷和烧结是形成电极，引出电流的工艺步骤，印刷了浆料的硅片经过烘干排焦过程后使浆料中的大部分有机溶剂挥发，膜层收缩为固状物紧密粘附在硅片上，这时可视为金属电极材料和硅片接触在一起。所谓的烧结过程是要使电极和硅片本身形成欧姆接触，其原理为当电极里金属材料和半导体晶体硅加热到共晶温度时,晶体硅原子以一定比例融入到熔融的合金电极材料中。晶体硅原子融入到电极金属中的整个过程一般只需要几秒钟的时间。融入原子数目取决于合金温度和电极材料的体积，烧结合金温度越高，电极金属材料体积越大，则融入的硅原子数目就越多，这时的合金状态被称为晶体电极金属的合金系统。如果此时的温度降低,系统开始冷却形成再结晶层,这时原先溶入到电极金属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来,也就是在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层。……