Ag漿接觸性能分析

Ag漿接觸性能分析2目錄Al2O3膜厚度對(duì)Ag接觸的影響03.Ag顆粒尺寸對(duì)Ag接觸的影響02.Si表面形貌對(duì)Ag接觸的影響01.3Si表面形貌對(duì)Ag接觸的影響PART014采用絲網(wǎng)印刷方式制備的Ag漿金屬化電極，Ag晶粒對(duì)于發(fā)射極與Ag指柵之間的電流傳導(dǎo)具有重要影響。為了獲得低接觸電阻，這些銀晶粒需要與銀指柵之間不存在玻璃層的情況下直接接觸。前期研究表明制絨表面相對(duì)于平整表面更容易與Ag漿形成良好接觸狀態(tài)，進(jìn)一步分析不同金字塔大小對(duì)接觸電阻的影響發(fā)現(xiàn)金字塔尺寸較大時(shí)幾乎不改變接觸電阻，只有在金字塔高度比玻璃層厚度更小的情況下才能對(duì)接觸電阻產(chǎn)生明顯影響，將標(biāo)準(zhǔn)高度的金字塔磨圓后會(huì)顯著提高接觸電阻。這種由表面形貌引起的接觸電阻變化取決于玻璃覆蓋層中含有的與銀指柵直接相連的Ag晶粒。其中，Ag晶粒與Si之間的接觸是通過Si與玻璃體中的金屬氧化物反應(yīng)形成，低接觸電阻取決于生長(zhǎng)進(jìn)Si中的Ag晶粒與Ag指柵的直接接觸狀態(tài)。EnriqueCabrera,etal.InfluenceofSurfaceTopographyontheGlassCoverageintheContactFormationofSilverScreen-PrintedSiSolarCells[J].IEEEJOURNALOFPHOTOVOLTAICS，2013.金字塔結(jié)構(gòu)對(duì)Ag與Si接觸性能的影響5n+發(fā)射極與Ag指柵之間的電流傳輸方式：（1）電流直接通過Ag晶粒流入Ag指柵，這種直接接觸的情況主要集中出現(xiàn)在Si金字塔的頂部區(qū)域。（2）電流通過被薄玻璃層分隔的Ag晶粒進(jìn)入Ag指柵（3）通過Ag晶粒與Ag指柵之間玻璃體中的金屬沉淀物以隧道效應(yīng)完成電流傳輸過程（4）通過玻璃層中的納米Ag膠顆粒以多步隧穿方式實(shí)現(xiàn)電流傳輸(1)Directcurrenttransportand(2)~(4)currenttransportthroughglass.Ag接觸電流傳輸方式6

用于Ag接觸測(cè)試的幾種Si表面金字塔形貌與尺寸分布情況LSMtopviewsofSisurfaceswithvarying(a)–(e)pyramidheightsand(f)?at.不同尺寸金字塔對(duì)Ag接觸的影響7當(dāng)金字塔尺寸較大時(shí)，接觸電阻ρc較小，填充因子FF較大，此時(shí)金字塔尺寸變化時(shí)ρc與FF保持基本恒定，當(dāng)達(dá)到（e）中超小尺寸時(shí)ρc迅速增大，F(xiàn)F快速減小。隨著金字塔尺寸的減小，Si表面被金字塔覆蓋的面積依次為(a)100%、(b)100%、(c)35%、(d)15%、(e)2%、(f)0%ρcandFFversuspyramidheight.Similarperformancesarereachedaslongasthepyramidsarehigherthantheglasslayerthickness(a)–(d).不同金字塔尺寸下的Ag接觸性能8在（a）-（d）中，玻璃體主要分布于金字塔的谷底區(qū)域，產(chǎn)生了未被玻璃覆蓋的金字塔尖端，因此Ag晶?？梢灾苯咏佑|金字塔和Ag指柵。而對(duì)于超小金字塔結(jié)構(gòu)（e）以及無金字塔的（f），由于玻璃層厚度超過金字塔高度，已經(jīng)觀察不到Ag晶粒腐蝕后的痕跡。(a)–(d)Thereareimprintsofetched-awayAgcrystallites,whichwereindirectcontactwiththesilver?ngerinthepyramidtips(highlighted).(e)and(f)Oncethepyramidheightissmallerthantheglasslayerthickness,theglasslayercontinuouslycoverstheSisurface.金字塔高度與Ag接觸的影響9采用酸化學(xué)拋光的方法處理標(biāo)準(zhǔn)金字塔制絨Si表面并控制不同的時(shí)間使塔尖達(dá)到不同程度的圓整化。隨著圓整化程度增加，接觸電阻先逐漸增大并在（iV）高度圓整化的情況下迅速增大，F(xiàn)F先保持穩(wěn)定狀態(tài)并在（iV）高度圓整化的情況下迅速減小。ρcandFFversuspyramidheight.Similarperformancesarereachedaslongasthepyramidsarehigherthantheglasslayerthickness(a)–(d).Then,ρcincreasesandFFreduces.金字塔圓整度對(duì)Ag接觸的影響10經(jīng)過表面圓整化處理后，雖然Si表面的Ag晶粒密度增加，但直接接觸的部位發(fā)生了減少，導(dǎo)致ρc增大。高度圓整化后的Si金字塔頂部區(qū)域被玻璃層全面覆蓋，形成的Ag晶粒都位于玻璃體下部。SEMtopviewsafterfullcontactetching,exposingthebareemitterwithdifferentshapesofAgcrystalliteimprints:(i)standardSipyramidand(iv)stronglyroundedSipyramid.SEMtopviewsafterselectivesilveretching:(i)standardSipyramidwithimprintsofAgcrystallitesonthepartiallyglass-freeSitip(highlighted)and(iv)stronglyroundedSipyramidwithcontinuousglasslayerandnumerousAgcrystallitesunderneathit(highlighted)金字塔圓整度對(duì)玻璃相覆蓋狀態(tài)的影響11為了消除P濃度對(duì)接觸過程的影響，采用未摻雜的Si進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)也形成也形成了與塔頂與銀指柵直接接觸的Ag晶粒。隨著金字塔高度的逐漸增加，當(dāng)塔尖端從玻璃層突出后，ρc與FF獲得顯著改善，此時(shí)玻璃層主要位于塔谷區(qū)域，當(dāng)Ag晶粒在這些無玻璃覆蓋的塔頂部生長(zhǎng)后便可以和銀指柵形成直接接觸。但是金字塔高度繼續(xù)增加時(shí)，ρc與FF則保持基本不變的狀態(tài)。對(duì)金字塔頂部圓整化處理后，雖然此時(shí)金字塔高度比玻璃層厚度更大，但因?yàn)楸徊Ａ有纬闪巳扛采w的狀態(tài)，接觸電阻依然較高。Cross-sectionalsketchofthesilverthick-?lmcontact’sglassdistributionfordifferentSisurfaces.Sipyramid(a)smallerthanthethicknessoftheglasslayer,(b)withheightjustabovetheglasslayerthickness,(c)standardheight,and(d)rounded.SEMtopviewshowingapyramidtipprotrudingfromtheinhomogeneousglasslayer,containingimprintsofetched-awayAgcrystallitesthatwereindirectcontactwiththesilver?nger.不同金字塔高度與形貌下的玻璃相覆蓋狀態(tài)12Ag顆粒尺寸對(duì)Ag接觸的影響PART0213總共測(cè)試了4種Ag粉顆粒組成的Ag漿與n+表面的接觸性能，尺寸小的Ag顆粒和片狀顆粒形成了更加均勻致密的表面形貌，大尺寸的Ag顆粒形成了更大的孔隙，引起電阻增大的結(jié)果。Top-viewSEMphotographofAgcontractwithoriginalAgparticlesizeofa)0.7μm,b)2μm,c)5μm,andd)originalAgflake.JuehuiZhou，etal.EffectofAgPowderandGlassFritinAgPasteonFrontContractofSiliconSolarCells[J].ProcediaEngineering,2014.Bulkresistanceofcontractswithdifferentsilverparticlesizeorshape不同Ag粉顆粒尺寸與形狀下的接觸電阻14對(duì)0.7μm球形Ag顆粒漿料燒結(jié)后的截面（a）觀察發(fā)現(xiàn)在Si表面形成了許多Ag晶粒。對(duì)金屬化后的表面進(jìn)行酸腐蝕處理后，小尺寸球形Ag顆粒形成了比大尺寸球形Ag顆粒更多的腐蝕后留下的反向金字塔數(shù)量并且這些金字塔的尺寸也更大。片狀A(yù)g顆粒表現(xiàn)出與小尺寸球形Ag顆粒相同的腐蝕形貌。這是由于小尺寸Ag顆粒與片狀A(yù)g顆粒擁有更大的比表面積，表面能較大，因此更易熔入玻璃熔體，最后再冷卻階段形成了尺寸更大以及數(shù)量更多的Ag晶粒。a)Cross-sectionofatypicalcontractinterfaceandtopviewSEMphotographofAgcontractsetchbyHNO3,HF,andHNO3sequencely.玻璃相中的Ag晶粒15為了了解Ag顆粒尺寸對(duì)燒結(jié)過程的影響，比較了微米與納米尺寸Ag顆粒燒結(jié)后得到的柵線孔隙率。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用納米尺寸Ag顆粒燒結(jié)后形成了尺寸更小以及數(shù)量更少的微孔，從而降低了柵線的串連電阻。SEMimageofprintedgridlinewithnanosizeAgparticle.Theaverageporesizeis~600nmindiameterSEMimageofprintedgridlinewithmacrosizeAgparticle.Theaverageporesizeis~1μmindiameterVeyselUnsur,etal.TheEffectsofNanoAgParticlesonGridlineSinteringforSiliconSolarCells[J].IEEE,2015.不同Ag顆粒尺寸下的孔隙率16Al2O3膜厚度對(duì)Ag接觸的影響PART0317目前有研究報(bào)道顯示SiNx鈍化層的不同組成對(duì)共燒結(jié)過程中的接觸形成過程具有重要影響，這是由于反應(yīng)生成的非晶態(tài)SiO2改變了界面處玻璃相的化學(xué)組成。因此需要分析電介質(zhì)鈍化層結(jié)構(gòu)對(duì)玻璃相的粘度與Ag溶解度等造成的影響。對(duì)于n型雙面電池來說，Al2O3/SiNx疊層結(jié)構(gòu)同樣會(huì)影響Ag漿接觸性能。X.Y.Chen,etal.EffectofAl2O3filmonsilverpastecontactformationatsiliconsurface[J].SolarEnergy,2017.鈍化膜對(duì)Ag接觸性能的影響18在n型電池p+發(fā)射極上制備不同Al2O3厚度的Al2O3/SiNx疊層結(jié)構(gòu)，控制總厚度為80nm，改變Al2O3厚度從2nm變?yōu)?0nm，以TLM方法測(cè)試接觸電阻Rc發(fā)現(xiàn)，Al2O3層厚度為4nm時(shí)，Rc降低至1.12mΩ·cm2的最小值，之后隨著Al2O3厚度增加Rc逐漸增大。Changeofspeci?ccontactresistance(Rc)valueasfunctionofaluminumoxide?lmthickness.ThevalueofRcwasmeasuredbyTLMmethod.Al2O3層厚度對(duì)Ag接觸電阻的影響19泡狀孔洞：用硝酸去除Ag柵后發(fā)現(xiàn)在Al2O3厚度小于20nm的情況下，玻璃相中存在許多泡狀孔洞，這些孔洞是由于反應(yīng)時(shí)生成的N2在揮發(fā)過程中所引起的，隨著Al2O3厚度的增加，泡狀孔洞數(shù)量逐漸減少。Ag晶粒分布狀態(tài)：Al2O3層厚度增加到4nm時(shí)，形成了數(shù)量最多的Ag晶粒，超過4nm之后，隨著Al2O3厚度的增加，Ag晶粒數(shù)量逐漸減少，并在40nm時(shí)消失。SEMtopviewimagesoftexturedpyramidalcontactsurfacewithSilver?ngerswereremovedbynitricacidsolution.ThethicknessofaluminumoxideusedinAl2O3/SiNxstack:(a)2nm,(b)4nm,(c)8nm,(d)20nm,(e)40nm,(f)60nm.Al2O3層厚度接觸界面形貌的影響20根據(jù)XPS測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在界面處存在Si、Al、Pb、Ag、O元素，并且Ag-Ag鍵與Pb-O鍵結(jié)合狀態(tài)并沒有改變，主要是Al2O3與玻璃相之間的相互作用引起界面玻璃相化學(xué)組成與性質(zhì)的變化。HighresolutionX-rayphotoemission