CN102185008A - 低效太阳能电池片处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种低效太阳能电池片的处理方法，包括：从成品太阳能电池片中筛选出低效太阳能电池片；将筛选出的所述低效太阳能电池片放入退火炉中进行氢退火。本发明实施例通过对低效电池片采用氢气进行退火，由于氢能够还原金属电极处的氧化物，降低了金属电极与硅的接触电阻，从而降低了低效电池片的总的串联电阻；由于氢的钝化作用，钝化了杂质和缺陷的电活性，降低了载流子在电池表面的复合速率，延长了少子寿命，从而提高了电池片的并联电阻，降低了反向漏电流，从而提高了电池片的填充因子和转换效率。

Description

低效太阳能电池片处理方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池的生产加工，更具体地说，涉及一种低效太阳能电池片处理方法。

背景技术

近年来，太阳能电池片生产技术不断进步，生产成本不断降低，转换效率不断提高，使光伏发电的应用日益普及并迅猛发展，逐渐成为电力供应的重要来源。太阳能电池片是一种能力转换的光电元件，它可以在太阳光的照射下，把光能转换为电能，实现光伏发电。太阳能电池片的生产工艺比较复杂，简单说来，目前的太阳能电池片的生产过程可以分为以下几个主要步骤：

1)表面制绒以及化学清洗硅片表面，通过化学反应在原本光滑的硅片表面形成凹凸不平的结构，以增强光的吸收；

2)扩散制结，将P型的硅片放入扩散炉内，使N型杂质原子硅片表面层，通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成PN结，使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样便形成电流，也就是使硅片具有光伏效应；

3)等离子刻蚀，去除扩散过程中在硅片边缘形成的将PN结短路的导电层；

4)沉积减反射膜，利用薄膜干涉原理，减少光的反射，起到钝化作用，增大电池的短路电流和输出功率，提高转换效率；

5)印刷电极，采用银浆印刷正电极和背电极，采用铝浆印刷背场，以收集电流并起到导电的作用；

6)烧结，在高温下使印刷的电极与硅片之间形成欧姆接触。

由于现阶段生产工艺的限制，经过上述方法生产出的电池片中往往会出现一定比例的串联电阻Rs偏大、填充因子FF小的低效片，由于这些低效片的存在，也降低了整体的转换效率。

发明内容

本发明实施例提供了一种低效太阳能电池片处理方法，降低了低效电池片的串联电阻Rs，提高了并联电阻Rsh和填充因子FF，进而在一定程度上提高了晶体硅太阳能电池片整体的转换效率。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种低效太阳能电池片的处理方法，包括：

从成品太阳能电池片中筛选出低效太阳能电池片；

将筛选出的所述低效太阳能电池片放入退火炉中进行氢退火。

优选的，氢退火过程中，所述退火炉的温度在300℃-400℃以内。

优选的，氢退火过程中，在所述退火炉中通入氢气的速度在3L/min-10L/min以内。

优选的，氢退火过程中，在所述退火炉中同时通入氮气和氢气。

优选的，氢退火过程中，在所述退火炉中通入氮气的速度在30L/min-50L/min以内。

优选的，氢退火过程中，所述低效太阳能电池片在退火炉中的传送速度在3cm/min-10cm/min以内。

优选的，对所述低效太阳能电池片进行氢退火之后，还包括：对所述低效太阳能电池片的各项性能进行重新测试并分类。

优选的，对所述低效太阳能电池片进行氢退火之前，还包括：按照串联电阻的大小，将所述低效太阳能电池片进行分类。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例提供的低效太阳能电池片处理方法，通过对低效电池片采用氢气进行退火，由于氢能够还原金属电极处的氧化物，增加金属电极处的导电性，降低了金属电极与硅的接触电阻，从而降低了低效电池片的总的串联电阻Rs。

由于氢的钝化作用，在退火过程中的氢能够以多种渠道进入硅晶体中，与硅片表面未饱和的悬挂键以及硅片体内的缺陷结合，钝化了杂质和缺陷的电活性，降低了载流子在电池表面的复合速率，延长了少子寿命，从而提高了电池片的并联电阻Rsh，降低了反向漏电流Irev2。

综上所述，由于Rs的减小、Rsh的提高以及Irev2的降低，从而提高了电池片的填充因子FF，提高了低效片的转换效率，也就在在一定程度上提高了晶体硅太阳能电池片整体的转换效率，从而提高太阳能电池片的整体质量。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例一公开的低效太阳能电池处理方法的流程图；

图2为本发明实施例二公开的低效太阳能电池处理方法的流程图；

图3为本发明实施例P型125单晶硅片中10mΩ＜Rs＜20mΩ的低效片氢退火前后串联电阻的变化曲线；

图4为本发明实施例P型125单晶硅片中10mΩ＜Rs＜20mΩ的低效片氢退火前后转换效率的变化曲线；

图5为本发明实施例156多晶硅片中Rs＞10mΩ的低效片氢退火前后串联电阻的变化曲线；

图6为本发明实施例156多晶硅片中Rs＞10mΩ的低效片氢退火前后转换效率的变化曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，现有技术中生产出的太阳能电池片，往往存在一定比例的低效片，这就在整体上降低了电池片的转换效率，发明人研究发现，导致电池片转换效率低的原因有很多种，一是现阶段采用的烧结炉大部分为链式烧结炉，这种烧结炉的保温性能以及稳定性方面比较差；二是原材料的状况不统一，也比较杂乱；三是生产过程中存在各种不确定因素，由于多方面的原因导致了低效片的产生，因此若要在生产过程中减少低效片的产生，所需耗费的资金投入和技术投入都很庞大，所以，发明人考虑对成品的低效片进行相应的处理，以提高总体的转换效率。

实施例一

基于上述原因，本发明实施例提供了一种低效太阳能电池片的处理方法，该方法的流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101：从成品太阳能电池片中筛选出低效太阳能电池片，一般情况下，所述低效太阳能电池片多为转换效率低于16％的电池片，低效片的串联电阻偏大，填充因子偏小，进而导致转换效率低；

步骤S102：将筛选出的所述低效太阳能电池片放入退火炉中进行氢退火。

本领域技术人员可以理解，电池片的串联电阻Rs过大，并联电阻Rsh过小，填充因子FF过小等，都可以导致太阳能电池片的效率低，因此，若要提高太阳能电池片的转换效率，可从减小串联电阻，提高并联电阻和填充因子等方面入手。

其中，太阳能电池片的串联电阻包括扩散层的薄层电阻、基区材料本身的电阻、电极与半导体的接触电阻、电极本身的电阻等；并联电阻包括P-N结的漏电阻及电池边缘的漏电阻等，并联电阻主要是由于硅片边缘不清洁或硅片体内的缺陷引起的。

并且，串联电阻越大，短路电流下降的越多，填充因子也随之减少的越多，转换效率也随之降低；并联电阻越小，反向漏电流就越大，开路电压就下降的越多，填充因子也随之下降的越多，转换效率也随之降低。因此，若要提高转换效率，需减小串联电阻，增大并联电阻。

本实施例通过对低效太阳能电池片进行氢退火，利用氢的还原作用，可以还原电池片金属电极处的氧化物，增加金属电极处的导电性，降低了金属电极与硅的接触电阻，从而降低了低效电池片的总的串联电阻，提高了短路电流和填充因子。

同时，由于氢的钝化作用，在退火过程中的氢能够以多种渠道进入硅晶体中，与硅片表面未饱和的悬挂键以及硅片体内的缺陷结合，钝化了杂质和缺陷的电活性，降低了载流子在电池表面的复合速率，延长了少子寿命，从而提高了电池片的并联电阻，降低了反向漏电流，提高了开路电压和填充因子。

综上所述，由于串联电阻的减小、并联电阻的提高，从而提高了电池片的填充因子，进而提高了低效片的转换效率，也就在在一定程度上提高了晶体硅太阳能电池片整体的转换效率，从而提高太阳能电池片的整体质量。

由于氢退火工艺简单易行，只需将筛选出的低效片放入退火炉中即可，因此，本发明实施例公开的提高转换效率的方法简单可行，并能够实现规模化生产。

实施例二

本实施例公开的低效太阳能电池片处理方法的流程图如图2所示，本实施例较上一实施例更加具体化，包括以下步骤：

步骤S201：筛选出低效太阳能电池片，按照串联电阻的大小，将所述低效太阳能电池片进行分类，以便统计氢退火过程对低效片各项性能的影响，以及方便完成退火后的分类过程的进行，以提高生产效率；

步骤S202：将退火炉温度升至300℃-400℃以内；

步骤S203：在退火炉中通入保护气体氮气和反应气体氢气，其中，通入氮气的速度在30L/min-50L/min以内，通入氢气的速度在3L/min-10L/min以内；

步骤S204：将分类后的低效太阳能电池片依次放入退火炉中，其中，这些低效片在退火炉中的传送速度在3cm/min-10cm/min以内；

步骤S205：完成氢退火工艺后，取下所述低效太阳能电池片，对所述低效太阳能电池片的各项性能进行重新测试并分类。

经过上述氢退火过程，筛选出的低效片的串联电阻减小了，并联电阻增大了，从而提高了填充因子，提高了转换效率，改善了电池的各项性能。

下面以具体实验数据说明本发明实施例的低效太阳能电池处理方法的效果。

筛选出多片的低效太阳能电池片，这些低效片的原材料均为P型125单晶硅片，电阻率为0.5-3Ω·cm，之后，将经过常规工艺生产得到的成品电池片，测量各低效片的各项性能指标，并按照串联电阻的大小，对筛选出的低效片进行分类，大致分为10mΩ＜Rs＜20mΩ、20mΩ＜Rs＜40mΩ、Rs＞40mΩ三组，之后，对上述三组低效片进行氢退火，具体步骤如下：

步骤1：将退火炉升温至350℃，退火时间为30min；

步骤2：在退火炉中通入保护气体氮气和反应气体氢气，其中，通入氮气的速度为50L/min，通入氢气的速度为8L/min；

步骤3：开启传送带，以7cm/min的速度依次将完成分类的低效片传送至退火炉；

步骤4：取下电池片，重新测试各电池片的各项性能指标。

进行氢退火前后，各组电池片的性能如下表所示，表中仅在各组电池片中筛选出两个进行说明。

表一氢退火前后各组低效电池片的性能对比表

从上表可以看出，对低效片进行氢退火后，低效片的串联电阻降低了，并联电阻有所上升，反向漏电流减小了，并且填充因子有所提高，以及转换效率有了明显的提高，对10mΩ＜Rs＜40mΩ的低效片，基本上能够将转换效率提高至正常水平，对串联电阻越大的低效片，转换效率提高的比例也就越大。并且，从上表可以看出，氢退火工艺对电池片的开路电压和短路电流的影响并不大。

并且，参见图3和图4，以10mΩ＜Rs＜20mΩ的低效片为例，分别显示了氢退火前后串联电阻与转换效率的变化。从图3和图4中也可以看出，经过氢退火之后，串联电阻降低了很多，且转换效率也得到了很大的提高。

以上是以125单晶硅片为例，说明本发明实施例的效果，下面以串联电阻大于10mΩ的156多晶硅片为例，说明本发明实施例的效果。

同样的，经过上述氢退火步骤，氢退火前后的串联电阻和转换效率的变化图如图5和图6所示，从中抽出一组进行各项性能指标的对比，如表二所示。

表二氢退火前后低效电池片的性能对比表

从表二和图5、图6中可以看出，串联电阻大于10mΩ的低效片，在氢退火之后，串联电阻得到了大幅度的降低，转换效率也得到了很大的提高。经过氢退火之后的

综上所述，经过氢退火之后的低效片，不论是单晶硅片还是多晶硅片，串联电阻都得到了一定程度的降低，转换效率也都得到了一定程度的提高，基本上达到了正常水平，并对电池片的开路电压和短路电流的影响都不是很大，也不会对电池片的外观等级产生任何影响。

经过大量的实验，采用本发明实施例的方法对低效片进行处理之后，降低了串联电阻，提高了电池片的转换效率，并且，基本上能够使整体的转换效率提高0.2％-6％，即提高了电池片整体的转换效率，也为企业提高了经济效益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种低效太阳能电池片的处理方法，其特征在于，包括：

从成品太阳能电池片中筛选出低效太阳能电池片；

将筛选出的所述低效太阳能电池片放入退火炉中进行氢退火。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氢退火过程中，所述退火炉的温度在300℃-400℃以内。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，氢退火过程中，在所述退火炉中通入氢气的速度在3L/min-10L/min以内。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，氢退火过程中，在所述退火炉中同时通入氮气和氢气。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，氢退火过程中，在所述退火炉中通入氮气的速度在30L/min-50L/min以内。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，氢退火过程中，所述低效太阳能电池片在退火炉中的传送速度在3cm/min-10cm/min以内。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述低效太阳能电池片进行氢退火之后，还包括：对所述低效太阳能电池片的各项性能进行重新测试并分类。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述低效太阳能电池片进行氢退火之前，还包括：按照串联电阻的大小，将所述低效太阳能电池片进行分类。

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