工业快速烧结炉是PERC太阳能电池金属化过程中至关重要的最后一步，它将丝网印刷的浆料转化为功能性的电接触。通过精确控制的高速热循环处理晶片，该设备使金属能够穿透绝缘层并直接与硅基板结合。
快速烧结炉在物理印刷和电气功能之间架起了桥梁。其主要功能是驱动金属浆料穿过钝化层，形成低电阻的欧姆接触，同时不损坏电池脆弱的半导体结。
接触形成机制
穿透钝化层
PERC太阳能电池表面覆盖有一层绝缘的介电钝化层。为了收集电流，金属接触必须穿透这个屏障。
快速烧结炉通过将电池加热到特定峰值温度（通常约为860°C）来实现这一点。在这种高温下，金属浆料中的玻璃助熔剂会溶解钝化层，使金属能够接触到下方的硅。
建立欧姆接触
一旦屏障被穿透，金属就会与硅基板发生相互作用。这种相互作用会形成可靠的欧姆接触。
高质量的欧姆接触对于电荷载流子能够自由地从电池中流出至关重要。没有这种连接，太阳能电池产生的能量就会被困住，导致器件失效。
关键热参数
高升温速率
快速烧结炉中的“快速”不仅仅是为了提高产量；它是一种化学必需。需要快速升温才能迅速触发必要的反应。
这种速度确保了接触立即形成，限制了晶片在高热应力下的停留时间。
均匀热分布
炉子必须在整个传送带宽度上保持严格均匀的热场。
如果热量分布不均匀，晶片的中心可能烧结完美，而边缘可能烧结不足。均匀性确保了每个电池整个表面区域的电气性能一致。
优化电池性能
最大化填充因子
烧结过程的精度直接关系到太阳能电池的填充因子。
填充因子是衡量IV曲线“方正度”的指标，代表了电流收集的效率。通过优化烧结曲线，制造商可以最小化串联电阻并最大化这一关键性能指标。
防止深层污染
虽然热量对于形成接触是必需的，但它也是一种潜在风险。过度的热暴露会导致金属原子过度扩散到硅中。
快速烧结炉的设计旨在防止这种深层污染。通过控制曲线，它确保金属接触发射极，但不会穿透结区，否则会导致电气短路。
不当热曲线的风险
“尖峰”的危险
如果峰值温度过高或持续时间过长，金属浆料可能会熔穿发射极区域。
这种称为尖峰的现象会有效地使电池的局部区域短路。这种损坏是不可逆的，并且会严重降低电池的开路电压。
欠烧的代价
相反，如果炉子未能达到所需的峰值温度，浆料将无法完全蚀穿钝化层。
这会导致“欠烧”，即金属停留在绝缘体上方，而不是接触硅。结果是极高的接触电阻和功能失常的太阳能电池。
优化您的生产参数
要实现高效PERC电池，需要在用于接触形成的强加热和用于结保护的约束之间取得微妙的平衡。
- 如果您的主要重点是最大化电气效率：优先考虑接近860°C的精确峰值温度，以确保完全穿透钝化层并最小化接触电阻。
- 如果您的主要重点是最小化良率损失：严格保持热场均匀性，以防止导致深层金属污染和结损伤的热点。
烧结炉的精度是决定加工后的晶片是成为高性能发电机还是废料的最后一道关卡。
总结表：
| 工艺组成部分 | 在PERC金属化中的作用 | 对性能的影响 |
|---|---|---|
| 峰值温度（~860°C） | 溶解玻璃助熔剂以穿透钝化层 | 确保金属与硅接触 |
| 高升温速率 | 快速触发金属浆料中的化学反应 | 最小化晶片的 thermal stress |
| 热均匀性 | 确保整个传送带上加工的一致性 | 防止边缘缺陷和良率损失 |
| 曲线控制 | 限制金属扩散深度 | 防止电气短路和尖峰 |
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图解指南
参考文献
- Thais Crestani, João Victor Zanatta Britto. Optimization of the Boron Back Surface Field Produced with Reduced Thermal Steps in Bifacial PERT Solar Cell. DOI: 10.3390/en18092347
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
