©信息工程研究所责任下的选择可在www.example.com在线访问www.sciencedirect.comIERI程序1（2012）81 - 862012第二届机械，工业和制造工程国际会议基于SolidworkSimulation的3DFEMLiangYua非铁金属材料新加工技术的关键实验室，教育部GuilinUniversityofTechnologyb中国桂林抽象数值模拟是在使用有限元分析（FEA）软件SolidworkSimulation的太阳能电池与硼背表面场（B-BSF）的交错过程中进行的，以分析弯曲问题并获得残余应力的分布。讨论了硅材料的厚度和B-BSF在细胞边缘水平上的影响，以及在不同边缘水平下太阳能细胞的压力状态。结果表明，不断增加的间歇性温度会导致弓和残余压力增加，但并不显著，因为B-BSF已经达到了生长压力，从而导致了塑料变形。你的心袋会使你的弓和残余的压力增加。当洗涤器的厚度低于140 μm时，在电炉附近会出现一些损伤，这是残余应力集中的位置。如果©2012 年由El sev ie rB. V. 在CCB Y-NC -ND 许可证下开放访问。信息工程研究所责任下的选择和同行评审关键词* 与作者同行。86-18977365391.电子邮件地址：lusk3616@163.com。2212-6678©CCBY-NC-ND许可证下的开放访问。do i ：10 . 1 0 16 / j.ieri.2012.06.01482LiangYuetal1. 介绍在硅太阳能电池的制造中，应用金属化的最具成本效益和广泛使用的方法是金属基塑料的应用，或与电池的两方面相结合。对于金属化应用，丝网印刷（SP）是世界上90%的硅太阳能电池工业生产的主要方法[1]。典型的工业硅太阳能电池在背面使用丝网印刷铝（Al）层，在皮带炉中与前端金属化协调[2]。因此形成的Al轮廓作为后表面场（Al-BSF）工作。在加热和冷却过程中，太阳能细胞在弓形中分裂。这是工业中的一个重大问题，从模块组装，可靠性和电池效率的各个方面[3]。对烧结过程进行了调查，并对Al和Silicon的不同热膨胀系数导致的弓也进行了研究[4-6]。硼背表面场（B-BSF）是实现高质量背部接触的有希望的技术之一。它对由于硅胶和各种电极材料（如B-BSF）之间热膨胀系数的不匹配，导致烧结过程中的残余应力对质量和产品成本有重大影响。有限元方法（FEM）的优点是，我们可以通过真正的材料性能来模拟结构的行为。在图1.太阳能电池与boronbacksurfacefieldtheGeometry的2. 介绍我们的工作是开发一个FEM模型，以模拟由于间歇过程而产生的弓和残余压力。这种材料的弹性完美塑料模型被采用为硅和硼。这是可接受的和舒适的检查工作硬化的影响，假设塑料流动发生在压力已经达到了收益性压力[10]。温度效应是由线性热膨胀系数描述的。有两种主要的材料特性需要模拟FEA模型中材料的行为。Young'smodulusE 该电极由两层焊料中的一层铜砂制成，如图1所示。LiangYuetal83（c）（d）垫圈的面积为了比较几何参数的影响，给出一个样品来比较其他控制组和大小如下：晶片的厚度分别为 160 - 220 µm 、 8 - 20 µm ， 而 烧 结 温 度 从 800 到 1100 °C [10] 。 Thickness 方 向 设 置 为 z 轴 。Thedegreesoffreedom根据弓的形状[11，12]，我们将z设置为为了避免模拟中的刚性身体运动，DOF，ux，将假设细胞中的初始应力为零，并且设置初始温度是烧结温度。当温度到达时，模拟完成。25 °C。3. 模拟样品在950 °C间温度下的残余应力和VonMises应力如图2所示，变形形状。可以看到用四个角体远离前金属化而形成的太阳能电池模型。比较未成形的形状，由于分开，弓是不同的。这些图像显示了所有四个象限组合在一起，这样就可以看到整体效果。该结构并不完全是对称的，因为金属的电接触只在两个相反的方面。在位于晶片中的最大残余应力为77.78MPa（图2（a））、30.23MPa（图2（b））、30.19MPa（图2（c））和60.33MPa（图2（d），分别用于第一主应力、第二主应力、第三主（a）图2.太阳能电池与硼背表面表面的变形形状和未成形形状的残余应力的容器;（a）第一主应力;（b）第二主应力，（c）第三主应力，（b）84LiangYuetal（a）（b）（c）（d）在950 °C的烧结温度下，样品的弓的含量在成形的形状上显示，如图3所示。它显示了典型的收敛行为与最终的最大位移在太阳能细胞中心。这对应于0.96毫米的最大边缘位移，太阳能电池中心的偏转为1.56毫米。由于分离过程中的硼颗粒的这种3D反应，计算预测了各向异性收缩的上升。然而，弓不仅是由B-BSF的形成引起的，而且也是电线与太阳能细胞的交织[14]。位于晶片中的最大残余应力为2.68 ×10 -3 mm（图3（a））、2.69 ×10 - 3 mm（图3（b））、1.56mm（图3（c））和1.56mm（图3（d），分别为X轴方向、Y轴方向、Z轴方向它揭示了弹性完美的塑料模型很好，可以模拟弓和残余应力。FEM模型可以解释当B-BSF的残余应力达到增益应力时，间歇温度的影响是不值得注意的。同样的结果是由实验研究在参考[8-12，15]。在图3.太阳能电池与硼背表面的变形形状上的弓的含量;（a）X轴方向;（b）Y轴方向，（c）Z轴方向，烧结温度在800 °C到1100 °C之间变化，其他几何参数与样品相同。剩余的压力和弓如图4（a）所示。随着间歇性温度的增加，残余压力和弓的增加并不值得注意。这是因为位于B-BSF中的塑料变形。B-BSF的残余应力已达到材料的弹性应力，硼，13 MPa。由于Al-BSF的形成，结果与弓相同[16]。本节对洗涤器和硼后表面场厚度的影响进行了调查。考虑到了晶片，烧结温度和其他参数被固定为950 °C，以比较晶片厚度的影响，如图4（b）所示。本节中研究了七种厚度病例，从160 μm到220 μm不等LiangYuetal85（a）（b）（c）waferincreasing，residualstress和bowofthewaferdecreasing.当晶片的厚度为160 μm时，VonMises的最大应力为76.8MPa，最大弓为2.94毫米，其偏转位于太阳能电池中心。然而，当垫圈的厚度低于140 μm时，在电炉附近会出现一些损伤，这是残余应力集中的位置。为了降低每瓦特光伏发电的成本，制造了更大和更厚的材料，以节省昂贵的材料[17]。因此，湿弓和细胞中的残余压力是避免太阳能细胞过程开发中断的一个非常重要的问题[18]。在950 °C的间歇温度下，硼背表面场的不同厚度的残余应力和弓如图4（c）所示。有七种厚度，从8 μm到20 μm的硼背表面场，研究了。从图4（c）中，随着B-BSF的重量增加，只有残余压力增加了显着。不断增加的弓的比例远低于持续压力的增加。它揭示了太阳能细胞的弓，因为它们之间的分裂主要由B-BSF。由于B-BSF的体重增加，残余压力的增加可能会导致电炉附近的洗衣机局部损坏。然而，当wafer的厚度低于6 μm时，来自我们结果的电炉附近的wafer区域可能会出现一些局部损伤。硅晶片的晶体的周期电位函数与thinnerB-BSF可能在烧结过程中被破坏，以图4.（a）4. ConclusionFEM模型可以模拟间歇引起的弓和残余应力，从而成功地解释了分离过程中太阳能细胞的行为。根据模拟的结果，它揭示了弹性完美的塑料模型足以模拟弓和剩余的压力;磨损的重量减少导致持续压力和弓增加;弓主要由B-BSF和Silicon。随着间歇性温度的增加，残余应力和弓的增加并不值得注意;当垫圈的厚度低于140 μm时，将出现一些损伤，这是残余应力集中的位置;如果垫圈的厚度低于6 μm，则可能会出现一些局部损伤在确认这项工作得到吉林技术发展项目"B-BSF多晶硅太阳能电池低温钝化过程的研究与开发"，广西科技研究项目（1099043）和项目（No.200911 MS 22，No.20911 MS 22）的支持。86LiangYuetal参考文献[1] C. H.陈，傅。林先生，H. T。胡，F.Y. Yeh，由[2] W. H.库尔特，R. C. Czyzewicz，W. E. Farneth，A. Prince，R. GRajendran[3] F. Huster，调查[4] M。Bähr等人，“Comparison of bow-avoidingb-bsfs for thin, large-area crystalline siliconsolar cells”,20th Epsec, Barcelona, 2005, 926 -[5] L.J. Caballero，P. Sanchez-Friera，B. Lalaguna，J. Alonso，M. A.. Vazquez，[6] J. Szlufcik，S. Sivoththaman，J.F. Nijs，R. P. Mertens，R. VanOverstraeten[7] F. Huster，[8] A.. M。Gabor等人[9] S.。尼尔森，M. Baehr，A. Boettger，A. Ostmann和H. Reichl，[10]Wiese，R. Meier; F. Kraemer，热[11]Braginsky，E. A..奥列夫斯基和D。L. Johnson，"2D弹性粒子中各向异性收缩的数值模拟"，J.Am。Ceram。2005年[12]BittoniEtAl.，铝可用于广泛的晶体硅太阳能细胞输送。blisteringandbowingeffectsreduction[13]N.徐，S. Z.钱，F.张，F.张，太阳[14]T。刘，B. S.。李，Y。M。Yu，S.杨，Z. Ruan，太阳能烘干机在食品产品脱水、科学和技术中的应用; 10月。[15]G.布朗，R.A.莱文，A.谢赫，E. A.. Olevsky，"三维太阳能细胞有限元烧结模拟J. Am。Ceram。2009年; 92（7）：1450-1455。[16]A.. Olevsky，R. M。德国，在分裂过程中，重力对维度变化的影响。shrinkageanisotropy[17]H. H先生，F. M。林，F. Y.是的，M。H. Lin，[18]德琼，D. W. K. Eikelboom，J.A. Wienke，M.W.布里科和M。J. H. Kloos，2005年，"太阳能电池的低应力互连"，第20届欧洲光伏太阳能大会和展览。巴塞罗那，[19]Gabor，M. Ralli，S.蒙哥马利，L. Alegria，C. Bordonaro，J. WoodsandL. Felton，
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