CN106299023B - 一种抗pid太阳能电池返工片的处理方法 - Google Patents

一种抗pid太阳能电池返工片的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗PID太阳能电池返工片的处理方法，涉及太阳能电池技术领域。本发明的抗PID太阳能电池返工片的处理方法，包括将返工片去膜清洗、在线式钝化炉钝化、镀膜、丝网印刷和烧结的步骤，所述去膜清洗包括将返工片进行酸洗、水洗、风干的步骤；是在现有的湿法机台的基础上做出优化，返工片不用重新经过制绒、扩散、刻蚀的工序，减少了返工片因为二次制绒导致的不良，简化了工序，降低了成本。本发明的抗PID太阳能电池返工片的处理方法，优化了返工片处理流程，减少了因返制绒处理返工片导致的不良，降低了返工片处理成本，制备得到的太阳能电池返工片具有良好的抗PID效果。

Description

一种抗PID太阳能电池返工片的处理方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种抗PID太阳能电池返工片的处理方法。
背景技术
太阳能是未来具有广泛应用前景的新能源。太阳能电池片的生产过程主要包括制绒、扩散、刻蚀、清洗、钝化、镀膜、丝网印刷、烧结的步骤；其中钝化过程又分为在线式钝化和离线式钝化，钝化为在线式钝化时的刻蚀一般采用湿法刻蚀，钝化为离线式钝化时的刻蚀一般采用等离子刻蚀。
近几年的研究表明，存在于晶体硅光伏组件中的电路与其接地金属边框之间的高电压，会造成组件光伏性能的持续衰减，业内称之为电位诱导衰减(PID)。PID效应使得电池表面钝化效果恶化和形成漏电回路，导致填充因子、开路电压、短路电流降低，使组件性能低于设计标准，PID效应可以使组件功率下降30％以上。PID效应现象最容易在潮湿的环境下发生，且其活跃程度与潮湿程度相关；同时组件表面被导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体的污染程度，也与上述PID效应现象的发生有关。
研究发现，在钝化工艺中，通过臭氧氧化的工艺，在太阳能电池片的氮化硅与晶体硅片基底之间制作一层二氧化硅层，二氧化硅层能够在非常薄的情况下，满足抗PID的需求，避免了组件在使用过程中由于潜在电势诱导PID现象而造成电池效率大幅衰减。但是，由于臭氧氧化工艺形成的的二氧化硅层比较薄，在电池实际生产过程中，会因放置时间较长等原因使得表面一层较薄的二氧化硅层遭到破坏，使太阳能电池片的亲水性效果变差，影响后期抗PID效果，因此需要作返工处理。
现有技术中的返工处理方法，在使用离线式钝化炉进行钝化时，返工处理可在等离子刻蚀步骤之后进行清洗、离线式钝化、镀膜、丝网印刷、烧结的返工处理，节省了制绒、扩散的返工处理步骤，但是，随着技术的发展和客户对太阳能电池片品质的更高要求，等离子刻蚀电池片的并阻和转换效率相对湿法刻蚀偏低的劣势越来越明显，所以等离子刻蚀将会被淘汰，即离线式钝化炉也会被淘汰。目前，现有技术中在使用在线式钝化炉进行钝化时，返工处理要经过制绒、扩散、湿法刻蚀、清洗、在线式钝化、镀膜、丝网印刷、烧结的整个工序的返工处理，经过二次制绒后会导致硅片变薄，反射率增高，返工处理不仅导致成本的增加，还会导致太阳能电池的品质下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗PID太阳能电池返工片的处理方法，优化了返工片处理流程，减少了因返制绒处理返工片导致的不良，降低了返工片处理成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种抗PID太阳能电池返工片的处理方法，包括将返工片去膜清洗、在线式钝化炉钝化、镀膜、丝网印刷和烧结的步骤，所述去膜清洗包括将返工片进行酸洗、水洗、风干的步骤。
实际生产过程中，太阳能电池片的生产过程包括制绒、扩散、刻蚀、清洗、钝化、镀膜、丝网印刷、烧结的过程。其中，制绒是在硅片进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约10μm损伤层，并在表面形成绒面起到减反射的作用。扩散的目的是制造太阳能电池的PN结。刻蚀用于去除太阳能电池四边的PN结，防止造成短路。清洗以去除扩散制结后在硅片表面形成的磷硅玻璃。钝化在硅片表面形成二氧化硅薄膜，使太阳能电池片具有抗PID的效果。镀膜后在二氧化硅薄膜上沉积一层氮化硅减反射膜。丝网印刷后制作正负电极。经丝网印刷后的硅片不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，烧结后形成上下电极的欧姆接触。
需要说明的是，刻蚀清洗过程中用到的湿法设备里面还有刻蚀槽、清洗槽1、碱洗槽、清洗槽2、酸洗槽、清洗槽3，每个槽中装有相应的溶液。本发明的抗PID太阳能电池返工片的处理方法，其中的去膜清洗过程，将如上所述的湿法设备进行优化，即在现有的湿法机台的基础上，将用于刻蚀的刻蚀槽、用于清洗的清洗槽、碱洗槽中的溶液分别排出到相应的储备槽中，即将清洗槽、碱洗槽中的溶液排空，通过酸洗槽、清洗槽中的溶液即可实现返工片的去膜清洗过程，通过去膜清洗以实现去除硅片表面受损的不合格的二氧化硅薄膜。
其中，所述去膜清洗的具体过程为：
1)将太阳能电池返工片置于氢氟酸溶液中进行酸洗，以去除表面受损的二氧化硅薄膜；
2)将酸洗后的太阳能电池返工片用去离子水喷淋进行水洗，以去除步骤1)酸洗后的酸残留；
3)将经水洗后的太阳能电池返工片用热风吹干，使返工片的表面完全干燥。
其中，步骤1)中，所述氢氟酸的浓度为8～12％，所述酸洗的温度为22～28℃，所述酸洗的时间为40～80s。
其中，步骤2)中，所述水洗的时间为10～15s，所述水洗的温度为22～28℃，所述水洗的次数为1次。
其中，所述在线式钝化炉钝化的过程为臭氧氧化工艺。
其中，所述臭氧氧化工艺为：利用格瑞特在线式钝化炉，把氧气通入到臭氧发生器中产生臭氧，其中O2流量≥5L/min，O2通入压强≥0.1MPa，臭氧浓度≥800ppm，将太阳能电池返工片置于臭氧氛围中氧化，得到带有二氧化硅层的太阳能电池返工片。臭氧的浓度对反应速率有一定影响，浓度较大时，臭氧的氧化能力越强，因此需要合理控制臭氧的浓度，以得到所需要的二氧化硅层。
其中，所述镀膜过程为：将带有二氧化硅层的太阳能电池返工片利用管式PECVD沉积一层氮化硅薄膜，具体工艺参数为：沉积压力为1600～1700mtorr，氨气流量为5000～8000sccm，硅烷流量为800～1150sccm，射频功率为5500～7500w，沉积温度为450～500℃。
其中，所述丝网印刷过程为：将镀膜后的太阳能电池返工片首先进行背银印刷/烘干，所述烘干温度为150～300℃；然后进行背场印刷/烘干，所述烘干温度为260～360℃；最后进行正栅印刷。
其中，所述烧结过程为：将丝网印刷后的太阳能电池返工片使用烧结炉进行烧结，烘干区温度设置如下：一区温度为270～370℃，二区温度为290～390℃，三区温度为310～410℃，四区温度为330～430℃，CAD流量为50L/min；烧结区温度如下：一区温度为460～560℃，二区温度为490～590℃，三区温度为530～630℃，四区温度为610～710℃，五区温度为680～780℃，六区温度为880～980℃。
其中，所述在线式钝化炉钝化处理与所述镀膜处理之间间隔时间控制在2h以内，防止超过2h后形成的二氧化硅层受到损害。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的抗PID太阳能电池返工片的处理方法，包括将返工片去膜清洗、在线式钝化炉钝化、镀膜、丝网印刷和烧结的步骤，所述去膜清洗包括将返工片进行酸洗、水洗、风干的步骤；将返工片经去膜处理，将表面受损的不合格的二氧化硅膜去除，经在线式钝化炉钝化后在硅片的表面形成一层新的二氧化硅薄膜，使太阳能电池片具有抗PID的效果，经镀膜后在二氧化硅薄膜上沉积一层氮化硅减反射膜，经丝网印刷后制作正负电极，再经烧结后形成上下电极的欧姆接触；本发明的抗PID太阳能电池返工片的处理方法，是在现有的湿法机台的基础上做出优化，返工片不用重新经过制绒、扩散、刻蚀的工序，减少了返工片因为二次制绒导致的不良，简化了工序，降低了成本；另外，将用于刻蚀的刻蚀槽、用于清洗的清洗槽、碱洗槽中的溶液分别排出到相应的储备槽中，即将刻蚀槽、清洗槽、碱洗槽中的溶液排空，通过酸洗槽、清洗槽中的溶液即可实现返工片的去膜清洗过程中酸洗、水洗过程，达到去除硅片表面不合格二氧化硅的目的。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
实施例
按照本发明的抗PID太阳能电池返工片的处理方法，将返工片去膜清洗、在线式钝化炉钝化、镀膜、丝网印刷和烧结，利用现有湿法设备，将用于刻蚀的刻蚀槽、用于清洗的清洗槽、碱洗槽中的溶液分别排出到相应的储备槽中，即将清洗槽、碱洗槽中的溶液排空，通过酸洗槽、清洗槽中的溶液实现返工片的去膜清洗过程，酸洗槽中为氢氟酸溶液，清洗槽中为去离子水；
其中，去膜清洗的具体过程为：1)将太阳能电池返工片置于氢氟酸溶液中进行酸洗，以去除表面受损的二氧化硅薄膜；其中，氢氟酸的浓度为10％，酸洗的温度为25℃，酸洗的时间为60s；2)将酸洗后的太阳能电池返工片用去离子水喷淋进行水洗，以去除步骤1)酸洗后的酸残留；其中，水洗的时间为15s，水洗的温度为25℃，水洗的次数为1次；3)将经水洗后的太阳能电池返工片用热风吹干。
臭氧氧化工艺为：利用格瑞特在线式钝化炉，把氧气通入到臭氧发生器中产生臭氧，其中O2流量≥5L/min，O2通入压强≥0.1MPa，臭氧浓度≥800ppm，将太阳能电池返工片置于臭氧氛围中氧化，得到带有二氧化硅层的太阳能电池返工片。
镀膜过程为：将带有二氧化硅层的太阳能电池返工片利用管式PECVD沉积一层氮化硅薄膜，具体工艺参数为：沉积压力为1600mtorr，氨气流量为6000sccm，硅烷流量为1050sccm，射频功率为6500w，沉积温度为500℃。
丝网印刷过程为：将镀膜后的太阳能电池返工片首先进行背银印刷/烘干，烘干温度为200℃；然后进行背场印刷/烘干，烘干温度为300℃；最后进行正栅印刷。
烧结过程为：将丝网印刷后的太阳能电池返工片使用烧结炉进行烧结，烘干区温度设置如下：一区温度为320℃，二区温度为340℃，三区温度为360℃，四区温度为380℃，CAD流量为50L/min；烧结区温度如下：一区温度为510℃，二区温度为540℃，三区温度为580℃，四区温度为660℃，五区温度为730℃，六区温度为930℃。
将经过上述返工处理后的太阳能电池返工片的性能进行测试，实验结果如表1所示。
对比例
以现有技术中的返工片的处理方法作为对比试验，具体过程为：将返工片重新制绒，制绒机带速需由有原有的2.2m/min左右调整为2.6m/min左右，剩余流程按照常规的太阳能制作流程进行扩散、湿法刻蚀、在线式钝化炉钝化、镀膜、丝网印刷、烧结，将返工处理后的太阳能电池返工片的性能同样进行测试，实验结果如表1所示。
以正常制作的未经返工处理的合格的太阳能电池片的性能作为基准参考，见表1所示。
表1
性能 基准参考 实施例 对比例
电池片转化效率Eta(％) 17.98 17.87 17.85
短路电流Isc(A) 8.763 8.752 8.659
开路电压Uoc(V) 0.631 0.630 0.632
填充因子FF 79.09 78.84 79.36
串联电阻RserLfDf(Ω) 0.0012 0.0013 0.0011
并联电阻RshuntDfDr(Ω) 64.03 72.57 206.79
反向漏电流Irev2(A) 0.2852 0.2942 0.1196
电池片总数量(个) 92 91 75
不良片数量(个) 1 0 1
不良率(％) 1.09 0.00 1.33
镀膜后脏片数量(个) 1 1 3
脏片率(％) 1.09 1.10 4.00
镀膜后有色差片数量(个) 3 2 2
色差片率(％) 3.26 2.20 2.67
烧结后脏片数量(个) 1 1 1
脏片率(％) 1.09 1.1 1.33
由表1可以看出，经本发明的抗PID太阳能电池返工片的处理方法返工处理后的返工片，各项指标优于现有技术中经返制绒、返扩散、反刻蚀等步骤的处理方法制得的返工片。本发明的抗PID太阳能电池返工片的处理方法，简化了返工流程，节省了将返工片经制绒、扩散、刻蚀的工序，降低了返工处理成本，提高了返工电池片的品质，返工片经去膜清洗、在线式钝化炉钝化后，亲水性测试合格，可正常镀膜，镀膜后脏片比例降低2.90％，晶格比例降低1.33％，电池转换效率增益0.02％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种抗PID太阳能电池返工片的处理方法，其特征在于，包括将返工片去膜清洗、在线式钝化炉钝化、镀膜、丝网印刷和烧结的步骤，所述去膜清洗包括将返工片进行酸洗、水洗、风干的步骤；
所述在线式钝化炉钝化的过程为臭氧氧化工艺；
所述臭氧氧化工艺为：利用格瑞特在线式钝化炉，把氧气通入到臭氧发生器中产生臭氧，其中O2流量≥5L/min，O2通入压强≥0.1MPa，臭氧浓度≥800ppm，将太阳能电池返工片置于臭氧氛围中氧化，得到带有二氧化硅层的太阳能电池返工片；
所述镀膜过程为：将带有二氧化硅层的太阳能电池返工片利用管式PECVD沉积一层氮化硅薄膜，具体工艺参数为：沉积压力为1600～1700mtorr，氨气流量为5000～8000sccm，硅烷流量为800～1150sccm，射频功率为5500～7500w，沉积温度为450～500℃；
所述在线式钝化炉钝化处理与所述镀膜处理之间间隔时间控制在2h以内。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述去膜清洗的具体过程为：
1)将太阳能电池返工片置于氢氟酸溶液中进行酸洗，以去除表面受损的二氧化硅薄膜；
2)将酸洗后的太阳能电池返工片用去离子水喷淋进行水洗，以去除步骤1)酸洗后的酸残留；
3)将经水洗后的太阳能电池返工片用热风吹干。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，步骤1)中，所述氢氟酸的浓度为8～12％，所述酸洗的温度为22～28℃，所述酸洗的时间为40～80s。
4.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，步骤2)中，所述水洗的时间为10～15s，所述水洗的温度为22～28℃，所述水洗的次数为1次。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述丝网印刷过程为：将镀膜后的太阳能电池返工片首先进行背银印刷/烘干，所述烘干温度为150～300℃；然后进行背场印刷/烘干，所述烘干温度为260～360℃；最后进行正栅印刷。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述烧结过程为：将丝网印刷后的太阳能电池返工片使用烧结炉进行烧结，烘干区温度设置如下：一区温度为270～370℃，二区温度为290～390℃，三区温度为310～410℃，四区温度为330～430℃，CAD流量为50L/min；烧结区温度如下：一区温度为460～560℃，二区温度为490～590℃，三区温度为530～630℃，四区温度为610～710℃，五区温度为680～780℃，六区温度为880～980℃。
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