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太陽光発電業界では、接触パターンの作成に使用するスクリーン印刷法が、シリコンウェーハ太陽電池の金属化プロセスの大部分を占めています。 主流型の標準太陽電池用のフロントスクリーンとリアスクリーンの印刷された金属ペーストの同時焼成による接触メタライゼーションは、主に使用されるプロセスです。
スクリーン印刷された太陽電池は、生成されたキャリアから電流を流すために前面の金属接点を必要とします。 フロントメタルコンタクトの設計は重要です。 金属接点は指とバスバーでできています。 金属接点には2つ以上のバスバーがあります。 バスバーの数が多いと、金属の抵抗損失のためにスクリーン印刷されたフィンガーの高さを低くすることができます。 シェーディング損失と金属抵抗損失に基づいて設計が最適化されています。 電気的には、それぞれJSCorRSに影響します。 指の幅の一般的な幅は55〜80μmです。 フロントコンタクト（銀）は、セルの周辺領域からバスバーに電流を転送します。バスバーは通常、指に垂直です。 セルは相互接続されてモジュールを形成します。 セルを接続してモジュールを作成すると、相互接続リボンがバスバーにはんだ付けされ、一連のセル内の隣接するセルの背面にあるp型接点に接続されます。
以下のビデオでは、UNSWシドニーのソーラー産業研究施設（SIRF）でのスクリーン印刷プロセスを示しています。
フロントコンタクト
銀の前面接触パターンは、窒化ケイ素反射防止コーティング（ARC）の上に直接印刷されています。 したがって、銀のパターンは、シリコンと電気的に接触するためにARCコーティングを貫通する必要があります。 電気的接触は、セルがインライン焼成炉で同時焼成されるときに行われます。 リアコンタクトは、同時焼成プロセス中にも行われます。 同時焼成プロセスでは、750〜870°Cの範囲のピーク焼成温度で5秒以下になります。 プロセス中に、ペーストはARCコーティングをエッチングし、層を貫通して、下にあるシリコンとオーミック接触を形成します。 ただし、焼成温度と時間を最適化することが重要です。 焼成プロセスが高すぎる温度または長すぎる時間で行われると、フロントコンタクトがシリコンの奥深くまで浸透し、接合部の近くでコンタクトを形成する可能性があります。 これにより、金属がウェーハのより抵抗性の高い領域と接触するため、接触抵抗が効果的に増加します（RSが高くなります）。 スクリーン印刷を可能にするために必要なバインダーと溶剤（アルミニウムスクリーン印刷で説明）に加えて、銀ペーストには、銀粒子、ガラスフリット（粒子）、および銀の溶融温度を下げる鉛やビスマスなどの添加剤が含まれています。均一に接触するように表面を濡らすのに役立ちます。 3バスバー太陽電池のフロントスクリーンの写真を図1に示します。
リアコンタクト
太陽電池の背面の大部分は、アルミニウムペーストでスクリーン印刷されて背面電極を形成しています。 さらに、タブには、はんだ付けによって他のセルに相互接続するための銀ペーストも印刷されています。 リアコンタクトの最適化はフロントコンタクトほど重要ではありませんが、リアパフォーマンスを向上させるために最適化することは依然として重要です。 アルミニウムペーストの厚い層（通常は約30μm）が印刷され、十分なギャップがあり、乾燥されてから、銀ペーストも印刷されて銀のバスバータブが形成されます。 望ましくないほど厚いアルミニウムの層は、インライン焼成中にウェーハが曲がる原因となる可能性があります。 インライン炉での焼成には急速な加熱と冷却が含まれ、SiとAlの熱膨張係数の違いによりSiウェーハに応力が発生する可能性があります。 ウェーハボウの公差は最大1.5mmです。それ以外の場合は、モジュールの製造プロセスに影響します。 現在、ほとんどの産業用太陽電池は、完全なアルミニウム製リアコンタクト（いわゆるアルミニウム裏面フィールド（Al-BSF）太陽電池です。この技術は、次の段階で低下すると予想されますが、依然として70％の市場シェアを持っています。 10年[1]。焼成プロセスの焼成プロセス中に、570oCを超える焼成温度でアルミニウム-シリコン共晶が形成されます。冷却段階中にシリコンが再結晶し、アルミニウムがドープされたシリコン層が形成されます。は、アルミニウム-シリコン相図によって支配される結晶化が起こる温度によって決定されます。この再結晶化は、共晶温度に到達して液体全体が結晶化するまで続きます。したがって、このプロセスにより、後部にap型ドープ領域が生じます。穴の収集を支援する太陽電池。さらに、これにより背面の再結合も減少します。
以下のビデオでは、太陽電池製造の最終ステップである接触焼成ステップを示しています。
ダブルプリント
シリコン太陽電池の前面メタライゼーションの標準的なスクリーン印刷方法は、高いスループット率で信頼性が高く、よく理解されているプロセスです。 プロセスの安定性と十分に低い金属抵抗を確保するために必要な一般的な線幅は約120μmです。 結晶シリコン太陽電池の効率を高めるには、開回路電圧VOCと短絡電流密度JSCの両方を改善する必要があります。 それらを改善するための1つのアプローチは、高いシート抵抗エミッターを使用することです。 スクリーンペーストは、低濃度のエミッターと接触するように最適化されているため、シート抵抗が高くなります。 ただし、シート抵抗が高いと、セルの横方向抵抗による直列抵抗Rが高くなり、曲線因子が減少する可能性があります。 これは、指の間隔によって補正できます。これにより、前面構造のシェーディング領域の割合が増加します。 したがって、シェーディング損失を最小限に抑えるために、線幅を小さくする必要があります。 画面の線の開口部の幅を減らすことによって指の幅を減らすことは克服できますが、これは指の断面積を小さくし、金属抵抗を高くする可能性があります。 これは、金属フィンガーの高さを大幅に増やすことができるダブルプリントを実行することで軽減できます。 これは、15 µm以上の位置合わせ精度を持つ現世代のスクリーン印刷機の優れた位置合わせ均一性によって可能になります。 追加の利点は、2つの異なるスクリーン印刷機の中断が同じ位置で発生する可能性が低いため、最初の印刷の潜在的な指の中断を2番目の印刷で修正できることです。
