CN101740656B - 晶体硅太阳能电池片冷“退火”消除翘曲工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳能电池片冷“退火”消除翘曲工艺，包括以下步骤：1)通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；2)调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速不小于5米/分；3)通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-10℃±5℃；4)在20℃～25℃的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；5)出口取片。本发明适用于晶体硅太阳能电池的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池生产工艺技术，尤其涉及一种晶体硅太阳能电池片翘曲度的消除工艺，具体是指晶体硅太阳能电池经过高温快速烧结后在背面形成铝硅界面(BSF)，由于铝硅不同膨胀系数导致电池片翘曲，为了降低后续工艺的碎片率在传统制造工艺基础上增加的一道低温(-15℃～-5℃)“退火”工艺。经过该工艺处理的电池片其翘曲度小于0.5mm，碎片率大大下降，使晶体硅太阳能电池的综合加工制造成本明显降低。
背景技术
光伏产业的成本在过去的30年里下降了2个数量级，在过去的5年时间里光伏产业保持每年40％～50％的增长。世界光伏发电市场也将呈现10倍以上速度增长。2001～2006年全球太阳能电池产量从386MW增至2500MW，增长了5.48倍，年增长达45％，成为一个快速发展的高技术新兴行业。2007年全球光伏装机总量达2300MW，增速超过40％，未来几年的增长势头则更加迅猛。至2030年，全球光伏发电装机容量达300GW，整个产业产值有望突破3000亿美元；至2040年光伏发电将达全球发电总量的15％～20％。
但发电成本过高一直是制约太阳能光伏电池发展的最主要因素，尽管太阳能光伏发电产品成本已经从上世纪60年代的100多美元/瓦降低到目前的低于4美元/瓦，但仍远远高于传统的发电成本。因此降低成本成为普及光伏发电的最有效方式。
以硅片为载体的光伏电池制造技术，其极限效率为29％。近年来由于一系列新技术的突破，硅太阳能电池转换效率产业化水平单晶16％～18％、多晶15％～17％，按目前的晶体硅电池效率路线图与电池理论技术，提升效率的难度已经非常大或者提升效率的成本已经相当高昴，非低成本的生产，但以硅基为载体的太阳能光伏电池现状却不会改变，因此目前降低成本的研发与生产方向已经向大尺寸(如156mm×156mm、178mm×178mm)、薄片(如200μm、180μm)发展。但目前低成本产业化电池制造工艺技术还中采用铝反型及做为背反射器，由于铝硅界面存在、铝硅不同的膨胀系数随着衬底硅片厚度的不断减薄其翘曲度越来越明显，过大的翘曲度将导致后续测试分选及组件封装产生高达3％以上的碎片，以一条25MW标准电池线计算，由于碎片导致的额外制造成本高达1.5元/片，每年经济损失高达上千万。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉、生产效率高且节能环保的晶体硅太阳能电池片“冷退火”消除翘曲生产工艺。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括以下工艺步骤：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速不小于5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-10℃±5℃；
4、在20℃～25℃的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
采用上述工艺是针对现有薄衬底硅片太阳能单多晶电池经过烧结合金后翘曲度过大、铝硅界面内应力过大造成加工制造过程中碎片率上升等现象，由于本发明是在现有硅电池制造工艺技术基础上，仅对现有高温烧结共融形成铝硅界面后对铝背场(BSF)进行低温“退火”以消除其内应力，该工艺为物理反应过程，工艺操作简单，其冷媒液态氮汽化后氮气可用于工艺生产，不仅节能，而且整个过程环保，实现了低成本的生产的目的。
附图说明
图1低温隧道反应腔结构示意图；
图2“退火”工艺温度曲线；
图3烧结后成品电池片背面结构示意图；
图4是本发明中退火后电池结构。
具体实施方式
本发明的设计原理是：经过高温烧结后在硅片背面形成了硅载体、铝硅共晶层及铝结晶层界面，由于铝硅不同的热膨胀系数，当衬底硅片越薄导致电池片翘曲度越大。经过研究发现导致翘曲原因是由于铝硅界面烧结后产生的应力没有及时消除所致。理论及实践表明该应力也得以在450℃左右温度下“退火”30分钟后消除。但在高温下容易导致银电极表面氧化、可焊性降低从而引起电性能下降导致电池效率降低；而低温下“退火”不仅可以避免表面银电极的氧化，而且利用铝在低温下的收缩性也同样可起到“退火”的作用。由于该发明的反应均为物理反应，避免了影响电池电性能的风险因而更受到广泛的重视。
如图1、图2所示：选取经过丝网印刷并高温烧结后的成品电池片，背面朝上(有铝背场面)平置于低温隧道炉的输送网带上送入隧道反应腔，由于反应腔内为零下低温(-10℃±5℃)，为防止反应腔内起霜及结冰，在隧道炉的入口与出口有气帘用于隔离内外环境，并且向反应隧道内压入低露点洁净空气使其内压高于外界环境5～10Pa，通过控制其气体流向与内置冷凝盘管进行热交换，经过热交换的空气再对经过的电池片降温，电池片降温速度与幅度可通过气体的流量与流速来控制。
实施例一：生产工艺步骤如下：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速为5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-15℃；
4、在20℃的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
实施例二：生产工艺步骤如下：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速为5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-5℃；
4、在20℃左右的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
实施例三：生产工艺步骤如下：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速为5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-10℃；
4、在20℃左右的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
实施例四：生产工艺步骤如下：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速为5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-15℃；
4、在25℃左右的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
实施例五：生产工艺步骤如下：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速为5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-10℃；
4、在25℃左右的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
实施例六：生产工艺步骤如下：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速为5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-5℃；
4、在25℃左右的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
实施例七：生产工艺步骤如下：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速为5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-15℃；
4、在23℃左右的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
实施例八：生产工艺步骤如下：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速为5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-5℃；
4、在23℃左右的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
实施例九：生产工艺步骤如下：
1、通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
2、调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速为5米/分；
3、通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-10℃；
4、在23℃左右的室温下将电池片反向置于传输网带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
5、出口取片。
本发明整个工艺处理耗时约2～3分钟，经过处理后的电池片其翘曲度对(125mm×125mm、裸片厚度180μm尺寸)小于0.5mm。如图3、图4所示：经过本发明处理后的电池片翘曲现象得到改善。
在上述实施例中，我们特别对隔断气帘气体流速高低作了进一步试验，当隔断气帘气体流速分别增加到6米/分、7米/分、8米/分时均取得了良好的试验效果；而将隔断气帘气体流速减小到4.9米/分、4.8米/分时，试验效果偏差，因而本发明中隔断气帘气体流速应不小于5米/分。
Claims (1)
1.一种晶体硅太阳能电池片冷“退火”消除翘曲工艺，其特征在于包括以下生产工艺步骤：
(1)通过隧道反应腔的三个工艺气体注入嘴向隧道反应腔内通入干燥的压缩空气，流量分别为50L/min、120L/min、30L/min；
(2)调节传输带速度为3米/分，打开入口与出口的隔断气帘，通过调节气体流量的大小使隔断气帘气体流速不小于5米/分；
(3)通过受控方式将隧道反应腔内温度稳定到-10℃±5℃；
(4)在20℃～25℃的室温下将电池片反向置于传输带上送入隧道反应腔内，按设备的温度曲线进行低温退火；
(5)出口取片。
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