不同銲料與基材之界面反應於矽晶太陽能電池封裝應用

Abstract

矽晶太陽電池通常用鍍錫銅帶來進行彼此的串接，串焊之銲料厚度約為10±5μm，在高度如此小之接點，界面反應對太陽電池模組可靠度扮演著極重要的角色，不同材料性質之界面的反應，不論是在開發新型銲料，或為預測太陽電池模組壽命及長期可靠度，都是極其重要之基礎研究。本實驗觀測矽晶太陽電池模組焊接結構(Cu/Solder/Ag paste)的界面反應，使用不同銲料(Sn37Pb、Sn36Pb2Ag、Sn3.5Ag0.5Cu、Sn58Bi)，進行100,120, 150, 180±1°C固固高溫熱儲存加速實驗，隨著使用時間增長，界面生成電阻係數較高之介金屬化合物，將使得串聯電阻RS上升導致輸出效率下降，且介金屬化合物較為硬脆，也將導致機械性質之弱化，未來如何減緩介金屬化合物生成將是矽晶太陽電池模組可靠度中極為重要的一環，因此本實驗將量測不同銲料在Cu端的與Ag電極端之介金屬成長動力學，並針對尚未有人研究之太陽能電池Ag電極端，量測其介金屬活化能，實驗結果顯Sn37Pb、Sn36Pb2Ag、Sn3.5Ag0.5Cu、Sn58Bi四種銲料在Cu端皆生成Cu6Sn5與Cu3Sn介金屬化合物，而銀電極端皆生成Ag3Sn介金屬化合物，且雙邊介金屬成長皆為擴散控制速率，Cu端總介金屬成長速率不隨銲料種類改變而產生改變，而太陽能電池Ag電極端之介金屬成長速率，會因銲料種類不同而有相當大之差異，介金屬Ag3Sn生成速率由最快排到最慢之銲料分別為，Sn58Bi > Sn37Pb = Sn36Pb2Ag > Sn3Ag0.5Cu，研究顯示對於Ag3Sn介金屬之成長速率將可透過銲料之改變有效的抑制成長。