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第五章丝网印刷电极制作

丝网印刷技术是一种普遍应用的有效技术。在电子技术领域应用方面，对丝网印刷的要求很高。要求尺寸精度高、分辨率高、工艺稳固性好、靠得住性好。丝网印刷技术包括丝网制版技术和印刷技术。丝网版及其制作技术是丝网印刷技术的关键技术，也是丝网印刷技术区别于其他技术的地方。

丝网印刷技术在太阳电池电极制作工艺上的应用，从制造工艺学原理来看，其特点在于浆料对半导体基片的非平稳少数载流子寿命、表面复合速度、欧姆接触电阻率等物理特性有着重要的阻碍。因此，在实践中，对电极浆料及其烧结工艺要给予专门的注意。

可印材料和丝网印刷

制作太阳电池电极的厚膜材料称为太阳电池电极浆料。太阳电池电极浆料通常由金属粉末与玻璃粘合剂混归并悬浮于有机液体或载体中。其中金属粉末所占的比例决定了厚膜电极的可焊性、电阻率、本钱。玻璃粘合剂阻碍着厚膜电极对硅基片的附着力。这种粘合剂通常由硼硅酸玻璃和铅、铋一类的重金属占专门大比例的低熔点、活性强的玻璃组成。另外，太阳电池电极浆料印刷烧结后的厚膜导体必需和半导体基片形成良好的欧姆接触特性，因此，还添加一些特定的搀杂剂。

浆料由专业制造商制造销售，其制造进程一般是将所需的玻璃变成粉料，再用球磨机研磨到适合丝网印刷的颗粒度，大约1～3微米。金属粉料用化学方式或超音速喷射制成。将这些粉末放在搅拌器中与有机载体湿混，然后再用三滚筒研磨机混合。

作为丝网印刷用的浆料需要具有触变性，属于触变混合物。在加上压力或（搅拌）剪切应力时，浆料的粘度下降，撤除应力后，粘度恢复。丝网印刷浆料的这种特性叫做触变性。在丝网印刷进程中，浆料添加到丝网上，由于较高的粘度而“站住”在丝网上；当印刷头在丝网掩模上加压刮动浆料时，浆料粘度降低并透过丝网；刷头停止运动

后，浆料再“站住”在丝网上，再也不作进一步的流动。如此的浆料专门适合于印刷细线图形。

因为浆料的流体特性超级复杂，在添加有机载体调剂涂料粘度时要专门注意。粘度容易调到规定值，浆料的其他性质同时也会改变；因此，即便粘度与以前样品相同，也可能会取得不同的参数。浆料的流体特性直接阻碍着印刷图形的质量。浆料必需具有特殊的屈服性，丝网印刷时在刷头的压力下产生流动，压力撤消后恢复粘度并维持位置。流动性太大时图形边沿锐度不行而且会沾污基片。流动性差会致使透过性能差，产生另外一类缺点。图5-1.所示为一些常见的丝网印刷图形缺点。

类别 缘故

A理想情形

B扩大 粘度太低，屈服点太低

C边沿不齐 粘度太高，刷头压力太大

D丝网孔 屈服点太高

E边沿流出 载体湿润性不行，固体粉末颗粒度太大

导体材料成份及其在太阳电池结构中的作用

太阳电池电极浆料通过印刷烧结工艺进程后形成厚膜导体电极。其中的金属导体材料成份散布在玻璃粘合剂中，组成一种复杂的混合分散体系，玻璃起粘合结构的作用，金属导体材料作为导电相散布在厚膜结构中，各个金属晶粒之间通过接触导电，隧道穿透导电等方式导电。晶体硅太阳电池的P型接触电极材料通常利用金属铝，关于硅半导体而言铝是一种P型搀杂剂，同时它与硅的共晶温度较低，利用铝—硅合金特性，能够在电极烧结进程中形成硅半导体的P型搀杂。铝硅合金相图见图2.[1]。另外，利用杂质类型的搀杂补偿作用，还能够用于去除POCl3气态源扩散制作PN结时在太阳电池反面形成的N型搀杂层，形成P型反

面电极接触。N型接触及焊接电极通常利用银基浆料，其中银含量在70%以上。关于半导体

硅来讲，银是一种深能级杂质，对非平稳少数载流子起复合中心的作用，关于太阳电池的光电转换效率是有害的。因此，关于银浆的选用和烧结工艺的确信那个问题必需给予专门注意。现已普遍应用于晶体硅太阳电池制造的银浆，有Dupont、Ferro、ELS等公司的相关产品。

作为太阳电池电极材料，应该具有小的厚膜导体电阻和金属—半导体接触电阻。

金属—半导体接触电阻

表征金属—半导体欧姆接触特性时，利用比接触电阻RC来描述：

R ???J??1

C ???V??

（1）

V?0

关于低搀杂半导体，金属比接触电阻表达为

?R ? k exp?q?

?

C

?

B? (2)

qA*T ?kT?

A*=4πqm*k2/h2是里查逊常数，q是电子电荷，m*是电荷载流子的有效质量，k是波耳

h兹曼常数，是普朗克常数，φ

h

B

是势垒高度。由于越过势垒的热离子发射支配着电荷传输，较低的势垒高度将取得较低的接触电阻。

在高的搀杂浓度，势垒高度变小，隧道效应变成要紧的导电机制，比接触电阻可表示为：

?4? ?m*? ? ??

R ?exp? s ? B ?? （3）

C ? h ? N ??

? ? D??

是硅的介电常数，N