CN102332491A - 一种太阳能硅片快速烧结的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种烧结的方法，特别涉及一种太阳能硅片快速烧结的方法，通过采用快速热处理的方式烧结丝网印刷的大面积电池片。按以下步骤进行：传送→进行烘干排焦→快速加热烧结→高温烧结冷却。本发明的有益效果：优异的钝化效果、大幅度提高少子寿命；改善电池的Ag电极接触电阻和铝背场质量，降低热应力；使得太阳电池的接触电阻显著降低从而提高对短波光谱的利用；形成均匀的优质铝背场以改善电池的开路电压和填充因子，同时降低电池的翘曲，最终提高电池的转换效率和成品率。
Description
技术领域
本发明是一种烧结的方法，特别涉及一种太阳能硅片快速烧结的方法，通过采用快速热处理的方式烧结丝网印刷的大面积电池片。
背景技术
目前，作为一种取之不尽的清洁能源，太阳能的开发利用正引起人类从未有过的极大关注。尽管人们对各种类型的太阳能电池进行了多年的研究和开发，迄今为止，实现大规模商业化的太阳能电池仍然是无毒性的晶硅电池。在单晶太阳能电池片的制作过程中，“烧结”是一道很重要的工序，其制作的过程就要用到快速烧结炉。其作用就是把印刷到硅片上的电极在高温下烧结成电池片，最终使电极和硅片本身形成欧姆接触，从而提高电池片的开路电压和填充因子2个关键参数，使电极的接触具有电阻特性，达到生产出高转换效率电池片的目的。故快速烧结炉的结构设计及工艺运行状态的好坏直接影响到电池片的质量，所以好的烧结设备的设计和烧结工艺是密不可分的。
大规模利用太阳电池发电的关键在于制备出低成本、高效率的太阳电池，这也是光伏企业竞争的核心。目前光伏产业中，晶体硅（单晶硅和浇铸多晶硅）太阳电池是主要的太阳电池,占据整个全球市场的90%以上。
现在常规的烧结工艺很容易导致正电极接触电阻过大或者电池被烧穿，而且还存在氢钝化效果差，降低了少子寿命，从而导致转换效率低的问题。因此研究更加合理的烧结技术已经迫在眉睫。
发明内容
通过采用快速热处理的方式烧结丝网印刷的大面积电池片，得到很好的氢钝化效果，显著提高了少子寿命，改善电池的Ag电极接触电阻和铝背场质量，降低热应力，使得太阳电池的接触电阻显著降低从而提高对短波光谱的利用，形成均匀的优质铝背场以改善电池的开路电压和填充因子，同时降低电池的翘曲，最终提高电池的转换效率和成品率。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种太阳能硅片快速烧结的方法，按以下步骤进行：
(1)、传送：
将已经印刷好的上、下电极和背场的硅片经过丝网印刷机的传送带运送到烧结炉的网带上，电池片传送到烧结炉中；
(2)、进行烘干排焦：
步骤(1)后，经过三个烘干区和三个过渡区，总长4880mm，速率70-80mm/s，烘干浆料，排出浆料中的有机物;第一烘干区温度为150～180℃，长度1200mm；第二烘干区温度为180～220℃，长度为1200mm；第三烘干区温度为170～200℃，长度为1200mm；第一过渡区的温度为350～450℃，长度300mm；第二过渡区的温度为450～500℃，长度350mm；第三过渡区的温度为500～550℃，长度610mm；所述的三个烘干区和三个过渡区依次连接；
(3)、快速加热烧结：
步骤(2)后，以150-160mm/s速率进入总长为930mm的烧结区，烧结区前面500mm温区的温度为600～700℃，通过的时间为3.1～3.3S；之后430mm温区的温度为700～760℃，通过时间为2.68～2.86s，以达到快速烧结的目的；
(4)、高温烧结冷却：
步骤(3)后，以70-80mm/s速率进入总长为3860mm进行冷却，通过冷却水和风扇进行冷却，冷却水的进水温度为20～22℃，出水温度为28～30℃，风扇安装在传送带的上下面，各自对齐，对着网带，避免吹翻电池片。
作为优选，按以下步骤进行：
（1）、传送：
将已经印刷好的上、下电极和背场的硅片经过丝网印刷机的传送带运送到烧结炉的网带上，电池片传送到烧结炉中；
(2)、进行烘干排焦：
步骤(1)后，经过三个烘干区和三个过渡区，总长4880mm，速率70-80mm/s，烘干浆料，排出浆料中的有机物;第一烘干区温度为160～170℃，长度1200mm；第二烘干区温度为190～220℃，长度为1200mm；第三烘干区温度为180～200℃，长度为1200mm；第一过渡区的温度为360～450℃，长度300mm；第二过渡区的温度为470～500℃，长度350mm；第三过渡区的温度为510～550℃，长度610mm；所述的三个烘干区和三个过渡区依次连接；
（3）、快速加热烧结：
步骤(2)后，以150-160mm/s速率进入总长为930mm的烧结区，烧结区前面500mm温区的温度为610～690℃，通过的时间为3.1～3.3S；之后430mm温区的温度为700～760℃，通过时间为2.78～3.0s，以达到快速烧结的目的；
(4)、高温烧结冷却：
步骤(3)后，以70-80mm/s速率进入总长为3860mm进行冷却，通过冷却水和风扇进行冷却，冷却水的进水温度为20.5～22℃，出水温度为28～30℃，风扇安装在传送带的上下面，各自对齐，对着网带，避免吹翻电池片。
快速烧结工艺的特点：
1、烧结炉采用分段式网带，分为两段：低温烘干（小于500℃）和高温烧结冷却，高温区网带速度可达到150-160mm/s。网带长度大幅度减小，因此网带运行的稳定性和精度得到有效提高，同时网带在各温区停留的时间更加可控。
2、优异的钝化效果、大幅度提高少子寿命
太阳能电池在经过PECVD工艺之后，在表面形成一层厚度约750纳米的氮化硅薄膜，其中含有大量氢，众所周知，氢对硅片有很好的钝化作用，可以大幅度提高少子寿命。但由于我们采用的PECVD是低温工艺（约400℃），根据氢在硅中的扩散系数，可以知道，此时氢的钝化效果是很微弱的，对提高电池的转换效率没有明显帮助。当温度在700～800℃之间，处理时间1～3秒时，氢钝化效果显著，少子寿命提高一倍以上，电池的转换效率也明显提高。
但当温度超过800℃，或处理时间超过3秒时，少子寿命急聚降低，甚至低于处理前的水平。根据以上结论，我们原来的烧结工艺的高温（700～800℃）时间是3.8秒，超过了钝化效果最佳时间（1～3秒），因此我们开发了快速烧结工艺，在得到优异的电极电场的同时，对太阳能电池又起到很好的钝化效果，有效提高电池的开路电压、短路电流及转换效率。
3、保证了金属电极的低电阻接触性能，有效降低电池串联电阻。
4、随着工艺水平的不断提高，扩散层方块电阻越来越高，同时对电极高温烧结精度的要求也越来越高。快速烧结工艺大大提高了高温区的可控精度，有效防止金属穿透发射极造成短路，提高了电池并联电阻，从而提高电池的转换效率。
本发明的有益效果：
1、优异的钝化效果、大幅度提高少子寿命。
2、改善电池的Ag电极接触电阻和铝背场质量，降低热应力。
3、使得太阳电池的接触电阻显著降低从而提高对短波光谱的利用。
4、形成均匀的优质铝背场以改善电池的开路电压和填充因子，同时降低电池的翘曲，最终提高电池的转换效率和成品率。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：一种太阳能硅片快速烧结的方法，按以下步骤进行：
（1）、传送：
将已经印刷好的上、下电极和背场的硅片经过丝网印刷机的传送带运送到烧结炉的网带上，电池片传送到烧结炉中；
(2)、进行烘干排焦：
步骤(1)后，经过三个烘干区和三个过渡区，总长4880mm，速率70-80mm/s，烘干浆料，排出浆料中的有机物;第一烘干区温度为150℃，长度1200mm；第二烘干区温度为180℃，长度为1200mm；第三烘干区温度为170℃，长度为1200mm；第一过渡区的温度为350℃，长度300mm；第二过渡区的温度为450℃，长度350mm；第三过渡区的温度为500℃，长度610mm；所述的三个烘干区和三个过渡区依次连接；
（3）、快速加热烧结：
步骤(2)后，以150-160mm/s速率进入总长为930mm的烧结区，烧结区前面500mm温区的温度为600℃，通过的时间为3.1S；之后430mm温区的温度为700℃，通过时间为2.78s，以达到快速烧结的目的；
(4)、高温烧结冷却：
步骤(3)后，以70-80mm/s速率进入总长为3860mm进行冷却，通过冷却水和风扇进行冷却，冷却水的进水温度为20℃，出水温度为28℃，风扇安装在传送带的上下面，各自对齐，对着网带，避免吹翻电池片。
实施例2：一种太阳能硅片快速烧结的方法，按以下步骤进行：
（1）、传送：
将已经印刷好的上、下电极和背场的硅片经过丝网印刷机的传送带运送到烧结炉的网带上，电池片传送到烧结炉中；
(2)、进行烘干排焦：
步骤(1)后，经过三个烘干区和三个过渡区，总长4880mm，速率70-80mm/s，烘干浆料，排出浆料中的有机物;第一烘干区温度为170℃，长度1200mm；第二烘干区温度为200℃，长度为1200mm；第三烘干区温度为180℃，长度为1200mm；第一过渡区的温度为400℃，长度300mm；第二过渡区的温度为470℃，长度350mm；第三过渡区的温度为520℃，长度610mm；所述的三个烘干区和三个过渡区依次连接；
（3）、快速加热烧结：
步骤(2)后，以150-160mm/s速率进入总长为930mm的烧结区，烧结区前面500mm温区的温度为650℃，通过的时间为3.2S；之后430mm温区的温度为740℃，通过时间为2.85s，以达到快速烧结的目的；
(4)、高温烧结冷却：
步骤(3)后，以70-80mm/s速率进入总长为3860mm进行冷却，通过冷却水和风扇进行冷却，冷却水的进水温度为21℃，出水温度为29℃，风扇安装在传送带的上下面，各自对齐，对着网带，避免吹翻电池片。
实施例3：
一种太阳能硅片快速烧结的方法，按以下步骤进行：
（1）、传送：
将已经印刷好的上、下电极和背场的硅片经过丝网印刷机的传送带运送到烧结炉的网带上，电池片传送到烧结炉中；
(2)、进行烘干排焦：
步骤(1)后，经过三个烘干区和三个过渡区，总长4880mm，速率70-80mm/s，烘干浆料，排出浆料中的有机物;第一烘干区温度为180℃，长度1200mm；第二烘干区温度为220℃，长度为1200mm；第三烘干区温度为200℃，长度为1200mm；第一过渡区的温度为450℃，长度300mm；第二过渡区的温度为500℃，长度350mm；第三过渡区的温度为550℃，长度610mm；所述的三个烘干区和三个过渡区依次连接；
（3）、快速加热烧结：
步骤(2)后，以150-160mm/s速率进入总长为930mm的烧结区，烧结区前面500mm温区的温度为700℃，通过的时间为3.3S；之后430mm温区的温度为760℃，通过时间为2.68-2.86s，以达到快速烧结的目的；
(4)、高温烧结冷却：
步骤(3)后，以70-80mm/s速率进入总长为3860mm进行冷却，通过冷却水和风扇进行冷却，冷却水的进水温度为22℃，出水温度为30℃，风扇安装在传送带的上下面，各自对齐，对着网带，避免吹翻电池片。
实施例1至实施例3的实验结果数据见下表所示：
| 温度℃ | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | 650 | 700 | 750 | 800 | 850 |
| 寿命μs | 7.4 | 7.2 | 8.3 | 8.3 | 11.7 | 12.5 | 22 | 20.5 | 20.8 | 21 |
▲ 上表为，3秒热处理后，不同温度下少子寿命的变化规律。
| 时间s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 寿命μs | 7.5 | 20.6 | 21 | 21.3 | 6.1 | 4.6 | 4.5 | 4.6 | 4.3 |
▲ 上表为，在700℃的条件下，不同的时间对少子寿命的影响规律。
电池片经过快速烧结比一般速度烧结转换率要高0.2～0.3%，快速烧结工艺，在得到优异的电极电场的同时，对太阳能电池又起到很好的钝化效果，有效提高电池的开路电压、短路电流及转换效率。
| Uoc（V） | Isc（A） | FF（%） | EFF（%） | |
| 以前烧结 | 0.625 | 5.515 | 79.019 | 17.594 |
| 快速烧结 | 0.629 | 5.530 | 79.523 | 17.868 |
Claims (2)
1.一种太阳能硅片快速烧结的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)、传送：
将已经印刷好的上、下电极和背场的硅片经过丝网印刷机的传送带运送到烧结炉的网带上，电池片传送到烧结炉中；
(2)、进行烘干排焦：
步骤(1)后，经过三个烘干区和三个过渡区，总长4880mm，速率70-80mm/s，烘干浆料，排出浆料中的有机物;第一烘干区温度为150～180℃，长度1200mm；第二烘干区温度为180～220℃，长度为1200mm；第三烘干区温度为170～200℃，长度为1200mm；第一过渡区的温度为350～450℃，长度300mm；第二过渡区的温度为450～500℃，长度350mm；第三过渡区的温度为500～550℃，长度610mm；所述的三个烘干区和三个过渡区依次连接；
(3)、快速加热烧结：
步骤(2)后，以150-160mm/s速率进入总长为930mm的烧结区，烧结区前面500mm温区的温度为600～700℃，通过的时间为3.1～3.3S；之后430mm温区的温度为700～760℃，通过时间为2.78～3.0s，以达到快速烧结的目的；
(4)、高温烧结冷却：
步骤(3)后，以70-80mm/s速率进入总长为3860mm进行冷却，通过冷却水和风扇进行冷却，冷却水的进水温度为20～22℃，出水温度为28～30℃，风扇安装在传送带的上下面，各自对齐，对着网带，避免吹翻电池片。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能硅片快速烧结的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）、传送：
将已经印刷好的上、下电极和背场的硅片经过丝网印刷机的传送带运送到烧结炉的网带上，电池片传送到烧结炉中；
(2)、进行烘干排焦：
步骤(1)后，经过三个烘干区和三个过渡区，总长4880mm，速率70-80mm/s，烘干浆料，排出浆料中的有机物;第一烘干区温度为160～170℃，长度1200mm；第二烘干区温度为190～220℃，长度为1200mm；第三烘干区温度为180～200℃，长度为1200mm；第一过渡区的温度为360～450℃，长度300mm；第二过渡区的温度为470～500℃，长度350mm；第三过渡区的温度为510～550℃，长度610mm；所述的三个烘干区和三个过渡区依次连接；
（3）、快速加热烧结：
步骤(2)后，以150-160mm/s速率进入总长为930mm的烧结区，烧结区前面500mm温区的温度为610～690℃，通过的时间为3.1～3.3S；之后430mm温区的温度为700～760℃，通过时间为2.78～3.0s，以达到快速烧结的目的；
(4)、高温烧结冷却：
步骤(3)后，以70-80mm/s速率进入总长为3860mm进行冷却，通过冷却水和风扇进行冷却，冷却水的进水温度为20.5～22℃，出水温度为28～30℃，风扇安装在传送带的上下面，各自对齐，对着网带，避免吹翻电池片。
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