太阳能电池片烧结炉的设计及其关键性能探讨-北极星太阳能光伏网

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网带式红外加热快速烧结炉是生产太阳电池片的关键设备，它的性能指标直接关系到电池片的转换率、成品率以及生产效率的高低。本文着重对几个关键性能进行了探讨，并介绍了实现这些性能的设备结构。

一、前言

进入21世纪以来，光伏发电作为理想的可再生能源发电技术，得到了迅猛发展。在市场的拉动下，到2006年，我国已形成1200MW。的生产能力。在太阳电池片的整个生产工艺流程中，扩散、镀膜和烧结三道工序是最主要的，其中烧结是使晶体硅基片真正具有光电转换功能的至关重要的一步。因此，烧结设备的性能好坏直接影响着电池片的质量。

太阳电池片目前采用只需一次烧结的共烧工艺，同时形成上下电极的欧姆接触。银浆、银铝浆、铝浆印刷过的硅片，经过烘干使有机溶剂完全挥发，膜层收缩成为固状物紧密粘附在硅片上，这时可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。当电极金属材料和半导体单晶硅加热达到共晶温度时，单晶硅原子以一定的比例溶入到熔融的合金电极材料中。单晶硅原子溶入到电极金属中的整个过程是相当快的，一般只需几秒钟时间。溶入的单晶硅原子数目取决于合金温度和电极材料的体积，烧结合金温度越高，电极金属材料体积越大，则溶入的硅原子数目也越多，这时的状态被称为晶体电极金属的合金系统。如果此时温度降低，系统开始冷却形成再结晶层，这时原先溶入到电极金属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来，也就是在金属和晶体接触界面上生长出一层外延层。如果外延层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型相同的杂质成份，这就获得了用合金法工艺形成欧姆接触；如果在结晶层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型异型的杂质成份，这就获得了用合金法工艺形成P．N结。

典型的太阳电池片的烧结曲线如图1所示。整个时间约120s，分为烘干、预烧、烧结和降温四个阶段。其中烧结段从500℃迅速升温至850℃左右，然后急剧降温到500℃以下，这段时间约10s，而在850℃仅停留2～3s。这种陡升陡降的工艺曲线，要求烧结设备在加热元件、炉膛结构、气氛布置、控制原理、传动系统和冷却方式等方面必须要有专门的设计。

二、加热元件的选择和固定方式

一般网带式烧结炉采用电热丝作为加热元件，主要通过热传导对工件进行加热，无法实现急速升温。只有辐射或微波能够迅速加热物体，而辐射加热具有使用经济、安全可靠、更换方便等优点。所以目前太阳电池片烧结炉基本都采用红外石英灯管作为主要加热元件。它的设计需注意以下三个问题：

1红外辐射吸收光谱

当红外辐射能量被工件吸收时，该物质所特有的吸收光谱需与发射光谱相匹配，才能在最短时间内最大效率地吸收辐射能。因此，在烧结的不同阶段，所选用的红外石英灯管也是不同的。在烘干段，要让有机溶剂和水分迅速挥发，采用中波管辅助热风加热是正确的；在预烧段，要让基片获得充分均匀的预热，中波管良好的红外辐射、均衡的吸收及穿透能力，正好符合要求；在烧结段，必须在极短时间内使基片达到共晶温度，只有短波管能做到这一点。

2加热管的结构形式

为实现烧结段的温度尖峰，需在很短的炉膛空间内布置足够的加热功率。目前，有短波孪管和短波单管两种结构可以选择，其线性功率密度均达到60kW／m2。虽然短波孪管拥有更高的单根功率(相当于两根单管并联)，但由于其制造工艺复杂，对石英玻璃管的质量要求更高，制造成本约是单管的2．5倍。因此，在实际使用中，大多采用单管。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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