摘要:金属电极与硅的接触电阻是影响太阳电池填充因子和短路电流进而影响光电转换效率的重要因素之一,本文研究了晶体硅太阳电池丝网印刷烧结银电极与硅接触电阻及其测量。判断印刷烧结工艺的好坏,应在保证p/n结特性良好的前提下使接触电阻最小为最佳。

       引言 

       太阳电池是低电压高电流的发电器件,因此减少太阳电池的串连电阻是非常重要的。串连电阻由金属电极的电阻、金属—半导体接触电阻、发射区薄层电阻和基区电阻等组成。串联电阻是影响太阳电池填充因子和短路电流进而影响光电转换效率的重要因素之一。金属电极半导体接触电阻是串联电阻的重要组成部分之一。工业化生产的晶体硅太阳电池,通常采用丝网印刷烧结银导体作为上电极。这种情况下,电极与晶体硅之间的接触电阻与硅半导体的表面掺杂浓度、表面状态及电极烧结温度、时间等条件有关。如何准确地测量电极接触电阻是把握电极烧结工艺好坏的重要依据。本文研究了实际规模化生产晶体硅太阳电池丝网印刷烧结电极接触电阻及其测量,以此来判断电极制作的质量。 

       1 接触电阻及其测试方法 

       由于金属功函数和半导体功函数的差别导致不同的电极接触电阻类型,有整流型和欧姆型。因为半导体表面晶格周期性排列突然中断而产生表面态,金属半导体接触势的高度很大程度上受表面态的影响[1]。电极接触电阻的形成主要是半导体的表面态构成的表面势与金属的非欧姆接触所致。一般要使用量子隧道效应形成欧姆接触。 

       丝网印刷电极与晶体硅之间的接触电阻测试采用图1所示的图形:

       接触电极宽度d,长度w,测试样品扩散薄层电阻Rsq,若接触电极图形下金属半导体之间的接触电阻为R,忽略金属电极本身的电阻(银电极的电阻率为7×10-7Ω・cm)。L1为电极A与B之间的距离,L2为电极A与C之间的距离,那么A、B间的电阻R1,B、C间的电阻R2分别为[2]: 

       由(4)式,测量出A、B间的电阻R1,B、C间的电阻R2,就可以计算出该电极图形下的金属半导体接触电阻。 

       2 实验 

       试验中使用的硅片为电阻率019～112Ω・cm的铸造多晶硅片和112～115Ω・cm的单晶硅片。硅片经过常规化学清洗和腐蚀。使用银浆型号为FER2RO23349。应用丝网印刷烧结厚膜电极技术在晶体硅太阳电池上制作了银电极,尺寸为:18mm长,0122mm宽。在链式烧结炉中进行烧结。电极印刷烧结固化后的厚度约为12μm。实验研究了不同的扩散表面掺杂浓度以及不同的表面介质情况下金属半导体接触电阻与电极烧结温度的关系。 

       表1为两种不同的扩散掺杂表面浓度条件: