CN102709181B - 提高硅晶体电池片转换效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高硅晶体电池片转换效率的方法：硅片在正式制备电池前进行如下的热处理；在氮气、氩气、氦气的一种或几种惰性混合气体气氛中，将硅片以20~200℃/s的速率快速加热至900℃以上，热处理1s~30min，然后以30℃~80℃/s的速率冷却至室温,将硅晶体中沉淀铁转换为间隙铁；将上述热处理后的硅片制备电池片。本发明的有益效果是：在硅片处理阶段通过快速的热处理工艺，将硅片中10%~80%的沉淀铁转换成间隙铁，沉淀铁的含量得到了大幅度的降低，处理后的硅片制备成电池片后，电池片的效率的绝对值提高了0.5%~2%。

Description

提高硅晶体电池片转换效率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高硅晶体电池片转换效率的方法。
背景技术
在基于硅晶体的光伏领域，高质量的硅晶体对电池高效率的达成至关重要。影响硅晶体质量的关键因素包括晶体中的晶界、位错和杂质。硅晶体中金属杂质的掺入对电池效率的降低作用十分显著。比如，研究表明，当铁含量从~1ppbw增加到~200ppbw时，电池效率降低~40%。
铁作为硅晶体中最常见的一种金属杂质，在硅晶体中以沉淀铁(FeSi2、Fe2O3或其它含铁化合物)、间隙铁(interstitial Fe，简称Fei)或铁硼复合体(简称Fe-B对)的形式存在。无论铁以上述何种形态存在，都为作为少子复合中心而降低少子寿命，影响电池效率。铸锭过程中，长晶结束时，铁主要是以Fei的形式存在硅晶体中。随着温度的降低，铁在硅晶体中的溶解度降低，过饱和的间隙铁会以化合物的形式在位错和晶界等缺陷处形成沉淀。由于室温下铁在硅晶体中的溶解度很低，在铸锭硅晶体中，间隙铁的含量低于总铁含量的10%，绝大多数的铁仍是以沉淀态的形式存在硅晶体中。
在当前的电池制备工艺中，需要在硅片正面扩散磷形成n型区，在丝网印刷电极时，需要在背面印刷铝浆并烧结形成铝背场，磷扩散形成的n型区和铝背场都能吸除绝大部分的间隙铁，大大降低了硅晶体中的少子复合中心，有益于电池效率的提高。Fe-B间的键合作用较弱，在高于190℃时即会被打散形成Fei，同样也会在磷扩散和铝背场烧结过程中转化成间隙铁而得以去除。上述磷扩散和铝背场烧结温度都低于850℃，但是，沉淀铁则在850℃的热处理下很稳定，不能像间隙铁那样被吸除。
专利US2010/0212738A1虽然也提出了在磷扩散阶段通过高温热处理(>925℃)来加速沉淀铁向间隙铁的转换，有利于少子寿命的提高。但上述发明存在重要缺陷，热处理是在磷扩散阶段来完成的，如发明中所述，使方阻从100ohmcm2降低到10ohmcm2，这个是为了增大磷的吸杂效果而刻意进行磷的重扩散，对最后电池的效率是极为不利的。虽然表面上增加了磷扩散硅片的少子寿命，但由于磷扩散浓度的增加，表面复合速率也会大幅度增加，从而会导致更低的电池效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提高硅晶体电池片的转换效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高硅晶体电池片转换效率的方法，硅片在正式制备电池前进行如下的热处理：在氮气、氩气、氦气的一种或几种惰性混合气体气氛中，将硅片以20~200℃/s的速率快速加热至900℃以上，热处理1s~30min，然后以30℃~80℃/s的速率冷却至室温,将硅晶体中沉淀铁转换为间隙铁；将上述热处理后的硅片制备电池片。
优化地，将硅片以20~50℃/s的速率快速加热至950℃以上，热处理10s~20s，然后以50~70℃/s的速率冷却至室温。
硅片快速加热方法包括微波加热、红外加热或电阻加热，加热装置为带式炉或腔式炉。
硅片包含铸锭多晶硅片、铸锭单晶硅片、CZ提拉单晶硅片。
本发明的有益效果是：在硅片处理阶段通过快速的热处理工艺，将硅片中10%~80%的沉淀铁转换成间隙铁，沉淀铁的含量得到了大幅度的降低，处理后的硅片制备成电池片后，电池片的效率的绝对值提高了0.5%~2%。
具体实施方式
实施例1：取2万片尺寸为156×156mm，厚度为180μm的P型铸锭多晶片，取其中的1万片通过传送带以5s/片的速率在炉腔里步进式传输，炉腔中心配有微波加热炉。每片硅片在微波场下被加热3s，加热温度为950℃，3s结束后，撤去微波场，被加热的硅片快速冷却，在同时往后继续传输。每张硅片都按上述热处理方式进行处理。热处理后和没有热处理的硅片分批依次通过前清洗、制绒、扩散、后清洗、钝化、丝网印刷和烧结的电池制备工序。结果表明：热处理后电池片的平均电池效率比没有热处理的电池片高0.15%（绝对值）。
实施例2、取4万片尺寸为156.5×156.5mm，厚度为200μm的P型铸锭单晶片，取其中的2万片通过传送带以3s/片的速率在炉腔里连续传输，炉腔中心配有红外加热炉。每片硅片在加热炉中被加热，红外加热炉的中心热场温度为1000℃，恒温区长为0.5m。硅片经过恒温区后，在紧接下来的后端有气流冷却。冷却气体为氩气、氮气或氦气等惰性气体。硅片以80℃/s的速率被快速冷却至室温。每张硅片都按上述热处理方式进行处理。热处理后和没有热处理的硅片分批依次通过前清洗、制绒、扩散、后清洗、钝化、丝网印刷和烧结的电池制备工序。结果表明：热处理后电池片的平均电池效率比没有热处理的电池片高0.2%（绝对值）。
其它实施例工艺参数和相关结果：

Claims (4)

1.一种提高硅晶体电池片转换效率的方法,其特征是：硅片在正式制备电池前进行如下的热处理:在氮气、氩气、氦气的一种或几种惰性混合气体气氛中，将硅片以20~200℃/s的速率快速加热至900℃以上，热处理1s~30min，然后以30℃~80℃/s的速率冷却至室温,将硅晶体中沉淀铁转换为间隙铁；将上述热处理后的硅片制备电池片。
2.根据权利要求1所述的提高硅晶体电池片转换效率的方法,其特征是：将硅片以20~50℃/s的速率快速加热至950℃以上，热处理10s~20s，然后以50~70℃/s的速率冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的提高硅晶体电池片转换效率的方法,其特征是：硅片快速加热方法包括微波加热、红外加热或电阻加热，加热装置为带式炉或腔式炉。
4.根据权利要求1所述的提高硅晶体电池片转换效率的方法,其特征是：硅片包含铸锭多晶硅片、铸锭单晶硅片、CZ提拉单晶硅片。
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