Influence of Wafer Thickness and Screen-Printing Mesh Counts on the Al-BSF in Crystalline Silicon Solar Cells

Abstract

У роботі були проведені експериментальні дослідження процесу легування алюмінієвих (Al) паст, надрукованих трафаретним друком на кремнієвих поверхнях для сонячних елементів. Досліджений вплив товщини пластини та кількості сіток трафаретного друку на властивості поля задньої поверхні Al (Al-BSF) кремнієвих сонячних елементів Чохральського (Cz-Si). Використовувалися екрани з різною кількістю сіток (150, 200 і 400 меш) для друку різної кількості пасти Al (7, 9,4 та 12 мг/см2). Швидкий термічний відпал (RTP) при 750 °C і 800 °C протягом 60 с був застосований для формування ALBSF. SEM показав утворення шорсткої поверхні з шаром легуючого шару товщиною 4,31 мкм на об’ємній кремнієвій пластині. Аналіз ECV та SIMS показав, що пікова температура відпалу 750 °C і кількість пасти Al 12 мг/см2 підходять для створення оптимального Al-BSF. Ця робота виявила, що на властивості Al-BSF сильно впливає кількість меш, яка використовується для трафаретного друку пасти Al. Однак не було помічено монотонного зв’язку з товщиною пластини. Маска з 150 меш дозволила отримати високі концентрації Al на поверхні, максимальну глибину дифузії та більший середній час життя носіїв заряду.

In this study, experiments on the alloying process from screen-printed aluminum (Al) pastes on silicon surfaces for solar cell applications were conducted. We investigated the effect of wafer thickness and screen-printing mesh counts on the Al back surface field (Al-BSF) properties of Czochralski silicon (Cz-Si) solar cells Screens with different mesh counts (150, 200 and 400 mesh) were used to print variable amounts of Al paste (7, 9.4 and 12 mg/cm2). Rapid thermal annealing (RTP) annealing processes of 750 °C and 800 °C for 60 s were applied to form AL-BSF. SEM micrographs showed the formation of a rough surface with 4.31 µm alloying layer over bulk Si wafer. ECV and SIMS analysis showed that an annealing peak temperature of 750 °C and an amount of Al paste of 12 mg/cm2 are suitable for the creation of an optimal Al-BSF. This work revealed that Al-BSF properties are strongly affected by the mesh counts used in screen-printing of Al paste. However, no monotonic relationship was noticed with the wafer thickness. The mask with 150 meshes allowed to obtain high Al concentrations at the surface, maximum diffusion depth and longer average lifetimes of charge carriers.