太阳能电池的样品制备及微观结构分析

光伏(PV)电池的开发和商业化仍在快速发展。对于制造商来说，生产高可靠性和长寿命的太阳能电池板是很重要的。横断面显微分析在提高单元或模块的可靠性方面起着重要的作用。可评估的领域包括材料检验、互连验证和涂层分析。在本技术笔记中，描述了高质量晶体硅太阳能电池横截面的样品制备技术，以便识别焊接过程质量和降解机制。

常见的异常

对晶片、微电子元件和原材料进行截面分析，得到如下参数:亚博网站下载

• 联合裂缝
• 焊料孔隙和微孔隙
• 杂质
• 可怜的焊料润湿
• 焊料厚度和分层
• 不可接受的焊料，硅和铜的微观结构
• 焊料半月板
• IM-Phases、粗化等。

抽样技术

从电池中提取母线、铜带和焊点来制备微细切片。如图1所示，太阳能电池在前面和后面用铜焊料涂层带串联，软焊接到母线材料。这种膏状母线材料通常由银和玻璃颗粒组成。yabo214银组件具有导电性和可焊性。如图2所示，母线材料在烤箱中硬化，以粘结到电池，然后再应用焊接涂层缎带。焊点需要高质量，以确保延长使用寿命和高导电性。

图1所示。太阳能电池用条形带串联。

图2。在焊接的太阳能电池样品上的连接器。

太阳能电池易碎，在样品制备过程中容易损坏。为了避免在切片过程中开裂和剥皮，我们使用了一种名为SamplKwick的快速干燥树脂，只需在电池的两侧绘制总线，如图3所示。对多晶或单晶太阳能电池进行切片，以缩小样品尺寸，并缩小到感兴趣的区域，即焊点(图4)。这种较小的尺寸也有助于安装、研磨和抛光。

图3。多晶硅太阳能电池的正面、左边(阳光面或发射极)和背面。

图4。太阳能电池母线的焊料互连图。

覆盖在公交车线路上的丙烯酸树脂固化后，尺寸为157mm × 157mm ×约0.2mm的完整电池被放置在太阳能电池露营装置中，具体地说，使用的是Buehler #11-2706支架IsoMet®4000线性精密锯如图5所示

图5。比勒太阳能电池支架用于IsoMet®4000和5000线性精密锯

首先，将整个母线剖开，然后横切成适合安装的尺寸，即约1cm²样品使用IsoMet金刚石晶圆刀片LC-15，切割速度为3750 rpm，进给速率为5mm/分钟，如图6所示。

图6。将母线分成适合于安装的样品。第一次切割消除了母线轨迹。第二次切割垂直于母线部分。

样品安装

切片后，将其安装在环氧树脂中。如图7所示的UniClip支持夹用于在SamplKup安装杯中垂直对齐样品。安装开始时，PV太阳能电池样品浇注在环氧树脂环氧树脂中，如图8所示。如果需要额外的边缘支撑，可以将环氧树脂与平边填充剂混合，如图9所示。扁边填料包括球状氧化陶瓷颗粒，增加安装硬度和显示证明减少收缩。yabo214

图7。在使用环氧树脂安装之前，用UniClip支撑夹垂直于横截面固定连接器的太阳能电池。

图8。太阳能电池互连安装在环氧树脂®环氧。

图9。环氧icure®贴装太阳能电池与添加的平边填充(白色层)互连，以改善边缘保留。

样品磨

安装完成后，对样品进行机械研磨和抛光。平面磨削采用CarbiMet 2320粒度碳化硅砂纸。在每个研磨阶段后，样品和机器零件需要用自来水清洗。这是重要的，尽量减少任何磨料被带到下一个阶段，可能导致刮痕形成的样品的可能性。

试样抛光

样品的进一步精炼是通过抛光来完成的。对于硅电池，需要进行四个阶段的抛光，包括用在抛光布上充电的金刚石和氧化铝磨料抛光。在每个阶段，都使用了由MetaDi Fluid润滑的更细的磨料。

最后的抛光

标准方法的最后一步是使用非常细的研磨剂(0.02微米)的二氧化硅进行抛光，以去除前一步留下的任何细划痕。振动抛光使用低绒毛抛光布和胶体二氧化硅悬浮液可以去除非常轻的划痕和残留的表面损伤。图10和图11显示了对SAC 305焊料合金进行振动抛光的结果。整个样品制备方法及参数如表1所示。

图10。未蚀刻的SAC 305焊料合金。

图11。振动抛光后未蚀刻的SAC 305焊料显微照片。

表1。多晶太阳能电池焊料互连的样品制备

一步	表面	润滑剂	磨料尺寸/类型	分钟:秒	力磅(N)	底座/头部转速	头的方向
1.表面磨	CarbiMet®2 SiC纸	水	320 (P400)毅力	直到飞机	5磅(22)	230/60	反
2.	UltraPad™	MetaDi®	9-μm MetaDi®至尊金刚石	5：00	5磅(22)	130/60	反
3.	TexMet™	MetaDi®	3-μm MetaDi®至尊金刚石	4：00	5磅(22)	130/60	反
4.	MicroCloth®	MetaDi®	0.05-μm MasterPrep®氧化铝悬浮液	3：00	5磅(22)	130/60	反
5.	ChemoMet®	MetaDi®	0.02-μm MasterMet®2胶体二氧化硅悬浮	2：00	5磅(22)	150/60	反
6.可选	VibroMet®2振动抛光机;MicroCloth®	N/A	0.06-μm MasterMet®胶体二氧化硅悬浮液	≥60	N/A	N/A	N/A

金相检验

为确保太阳能组件生产过程中的质量，需要对软焊点进行检查。焊料互连质量对延长太阳能电池寿命至关重要。图12显示了带状互连的横截面。在图13中，焊料封装铜带显示两端焊料不足。其他焊料层和母线需要测量精确的厚度。

图12。Sn62-Pb36-Ag02非蚀刻太阳能电池铜带的显微结构。

图13。整个太阳能电池互连显示了顶部和底部焊接接缝。底缝两端焊料不均匀，缺料。

将涂锡带焊接到母线上是通过一种称为润湿的合金工艺来完成的。为了连接牢固稳定，需要适当的润湿。图14显示了在镀铜带和母线之间可接受的焊料润湿角。图15显示了焊料中存在空洞的不恰当的润湿角度。

图14。焊接铜带的湿润角合适。

图15。两种焊料互连线均显示润湿角不足，且焊料层中存在若干空隙。

焊料互连线的加速老化是在铋无铅焊料上完成的。图16中的SEM图像显示了时效前后母线上方焊料的金属间化合物相生长情况。在加速老化过程中，组织和力学性能会不断形成。重要的是要了解焊点的行为和影响，以便更好地了解如何延长这些互连的寿命。

图16。SEM图像显示加速时效后金属间化合物相的生长。从上面看，硅电池(a)母线上含铋焊料。

硅锭样品制备

用于电池晶圆制造的非晶硅锭的微观结构分析是保持其良好性能的关键。为了质量目的对材料进行表征可以揭示材料的亚博网站下载结构、杂质、晶粒尺寸、退火孪晶，并为将来的参考提供工艺记录。

首先对钢锭进行材料去除。切片需要非常小心，以尽量减少任何机械和热损伤。

接下来，使用SimpliMet 1000自动安装压力机对样品进行压缩安装。环氧树脂F模塑复合材料硬度高，边缘支撑力好，可用作贴装介质。安装后，使用表2中列出的步骤准备样品。图17和图18是用氢氧化钠蚀刻的高纯度硅锭材料的光学图像。

表2。纯硅的制备方法

表面	磨料尺寸/类型	力磅。(N)	速度转/方向	时间(分钟)
CarbiMet®2	240砂SiC(水冷)	5 (22)	240年反	直到平面
CarbiMet®2	320砂SiC(水冷)	5 (22)	240年反	1
UltraPol®丝绸	9-μm Diamond (MetaDi®Fluid)	5 (22)	150年反	10
三叉戟®	3-μm金刚石(MetaDi®Fluid)	5 (22)	150年反	8
三叉戟®	1-μm Diamond (MetaDi®Fluid)	5 (22)	150年反	5
MicroCloth®	0.05-μm MasterMet®胶体二氧化硅	5 (22)	150年反	5
MicroCloth®	0.06-μm MasterMet®胶体二氧化硅	2振动抛光机		≥60

图17。高纯度，无缺陷，多晶硅观察诺玛斯基DIC(蚀刻100mL水，75 g NaOH)。

图18。用Nomarski DIC观察多晶硅(蚀刻:100mL水，75 g NaOH)

电子背散射衍射与振动抛光

利用扫描电子显微镜进行电子背散射衍射分析(EBSD)获得分析数据，用于成像晶粒尺寸的取向测量和相识别。用标准制备的振动抛光将通过增加置信度指数和波段对比度来改善衍射图案。轻微的划痕使用VibroMet 2振动抛光机与MasterMet®胶体二氧化硅悬浮液在MicroCloth抛光布上消除。图19和图20显示了纯硅振动抛光前后的EBSD模式和频带对比。

图19所示。纯单晶标准样品制备，带衬205.8。

图20。标准样品制备加纯单晶振动抛光，波段对比233。

振动抛光视频可以在下面查看

结论

阐述了高质量晶体硅太阳能电池截面样品制备技术，以识别焊接工艺质量和降解机制。

这些信息已经从比勒提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载

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