CN106601868A - 太阳能电池抗光衰方法及抗光衰退火炉 - Google Patents
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Abstract
太阳能电池抗光衰方法，包括步骤：S1、加热电池片，使电池片温度上升至100℃～150℃；S2、对电池片进行一次以上反向电流注入，注入过程中使电池片温度保持在180℃～220℃之间，反向电流大小5.0A～7.5A，单次注入时间10min～20min；S3、冷却。太阳能电池抗光衰退火炉，包括机架、载片篮、以及设于机架上的输送机构和工艺腔体，载片篮设于输送机构上，工艺腔体内沿输送机构的输送方向依次设有预热工位、反向电流注入工位及冷却工位，反向电流注入工位设有一个以上且反向电流注入工位设有用于维持电池片温度稳定的主动散热系统，相邻工位之间设有可往复移动的隔热板。本发明具有操作方便、兼容性好、抗光衰效果明显、适合产业化应用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池抗光衰技术，尤其涉及一种太阳能电池抗光衰方法及抗光衰退火炉。
背景技术
光致衰减(Light Induced Degradation, LID)简称光衰，是指太阳能电池及组件在光照过程中引起的功率衰减现象。一般认为P型（掺硼）太阳能电池光致衰减的主要原因，是由双氧原子在多余载流子的作用下向替位硼原子快速扩散结合成硼氧复合体而引起的。这种硼氧复合体是一种亚稳态缺陷，形成了复合中心，能有效俘获并复合在光照下太阳能电池中产生的多余载流子，从而显著降低少数载流子寿命及缩短少数载流子扩散长度，最终造成太阳能电池光电转换效率的衰减。其中，硅片中的硼、氧含量越大，在光照或载流子注入条件下产生的硼氧复合体越多，少子寿命降低的幅度就越大。
高效率晶硅电池技术发展迅速，其中PERC技术是晶硅太阳能电池近年来最具性价比的效率提升手段，PERC技术与常规电池生产线兼容性高，生产线改造投资低，效率提升效果明显。PERC技术的成功工业化应用，大大增强了P型晶硅的竞争力，推迟了N型晶硅的市场化进程。但PERC结构电池LID相比普通晶硅太阳能电池偏高，机理暂不明确，可能与电池的介质钝化膜有关，也可能与PERC电池更高的开路电压有关。尽管目前先进的电池制造工艺对消除这种现象有很大帮助，但是其导致的效率衰减始终保持在2～3%左右，公开信息显示，通过晶硅制造和电池片制造两道环节采取措施，目前一线晶硅太阳能电池厂商也仅能将单晶PERC的LID降至2%以内。高效P型PERC电池光致衰减较高的问题，影响了PERC技术的竞争力。
目前，在学术界已经报道了很多抑制甚至消除光致衰减的方法，例如稼或磷代替硼掺杂，低氧或无氧衬底硅等，但这些方法在产业应用中或是技术难度太大，或是投入成本太高，都难以在企业中实现量产创造显著的经济效益。其次，电池片和掺杂的类型不同，对应的抗光衰技术也有所区别，造成各种抗光衰技术缺乏兼容性，更加难以实现产业应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作方便、兼容性好、抗光衰效果明显、适合产业化应用的太阳能电池抗光衰方法及抗光衰退火炉。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能电池抗光衰方法，包括以下步骤：
S1、电池片预热：加热电池片，使电池片温度上升至100℃～150℃；
S2、一次以上的反向电流注入：对电池片进行反向电流注入，注入过程中对电池片进行主动散热使电池片温度保持在180℃～220℃之间，反向电流大小5.0A～7.5A，单次注入时间10min～20min；
S3、冷却。
作为上述技术方案的进一步改进：
步骤S1中预热温度为110℃；步骤S2中，注入过程中电池片温度保持在200℃，反向电流大小6A，单次注入时间为15min，反向电流注入的次数为三次。
一种太阳能电池抗光衰退火炉，包括机架、载片篮、以及设于机架上的输送机构和工艺腔体，所述载片篮设于所述输送机构上，所述工艺腔体内沿所述输送机构的输送方向依次设有预热工位、反向电流注入工位及冷却工位，所述反向电流注入工位设有一个以上且反向电流注入工位设有用于维持电池片温度稳定的主动散热系统，相邻工位之间设有可往复移动的隔热板。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述预热工位设有多根电热管。
所述反向电流注入工位设有夹紧注入机构，所述夹紧注入机构包括上电极块、上电极块升降驱动组件、下电极块及下电极块升降驱动组件，所述上电极块和所述下电极块分设于所述载片篮上下两侧，所述载片篮与所述输送机构之间绝缘隔离，所述上电极块与电源的负极连通，所述下电极块与电源的正极连通，所述上电极块升降驱动组件与所述上电极块连接，所述下电极块升降驱动组件与所述下电极块连接。
所述上电极块和所述下电极块上都均匀设有多个凹槽，且上电极块和下电极块各配设一条电热丝，所述电热丝缠绕于多个凹槽内。
所述上电极块升降驱动组件包括双杆驱动气缸、绝缘连接板、安装板及一对缓冲杆，所述双杆驱动气缸的驱动杆与所述绝缘连接板中部连接，一对缓冲杆相对布置于所述双杆驱动气缸两侧，所述安装板与一对缓冲杆下端固定连接，所述上电极块安装于所述安装板下侧，所述缓冲杆上设有限位件、缓冲弹簧及径向凸台，所述绝缘连接板活动地套设于所述缓冲杆上，所述限位件位于绝缘连接板上侧，所述缓冲弹簧抵设于绝缘连接板下侧与所述径向凸台之间。
所述下电极块升降驱动组件包括绝缘底板、连接于绝缘底板下侧的多个笔形驱动气缸、设于绝缘底板上的多个导向座以及与导向座一一对应设置的导向杆，多个笔形驱动气缸和多个导向座均沿下电极块周向布置，所述导向杆下端与所述与导向座固定连接，上端与所述下电极块螺纹连接。
所述冷却工位也设有所述主动散热系统，所述主动散热系统包括冷却风机及设于输送机构上侧的排热风机，所述冷却风机共有三个并分别设于所述输送机构的下侧、左侧和右侧。
所述输送机构包括多个依次衔接的输送单元，所述输送单元包括输送电机、传动轴以及多对输送辊轴，所述输送电机的输出轴和所述传动轴上均装设有传动链轮且两传动链轮之间通过传动链条连接，所述传动轴两侧分别设有同步带轮，多对输送辊轴沿输送机构的输送方向平行布置，各输送辊轴上也设有同步带轮，所述传动轴上的同步带轮和同侧的输送辊轴上的同步带轮通过同步带连接，所述载片篮设于所述输送辊轴上并于接触处设置有绝缘垫块。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的太阳能电池抗光衰方法，首先将电池片预热至100℃～150℃，然后进行一次以上的反向电流注入，单片电池片在常温下的电阻值在200Ω左右，注入反向电流之后，电池片会迅速发热，通过对电池片进行主动散热，使电池片温度保持在180℃～220℃这一特定区间，配合特定的电流大小和注入时间，电池片内部的硼氧复合体发生转变，性质非常稳定、活性很弱，从而减少了俘获和复合在光照下太阳能电池中产生的多余载流子，抑制了太阳能电池的光致衰减效应，稳定了高效晶体硅电池的光电转化效率。经过多次测试表明本发明公开的太阳能电池抗光衰方法，可将常规单晶硅电池的光衰降低至1%以内，针对PERC电池，抗光衰效果可以控制在1.5%以内，效果非常明显，且相比实验室内的各种抗光衰方法操作更简单，可用于不同类型和掺杂方式的电池片，兼容性好，适合产业化应用。
本发明公开的抗光衰退火炉，其工艺腔体内沿输送机构的输送方向依次设置预热工位、反向电流注入工位及冷却工位，反向电流注入工位设置主动散热系统来维持电池片温度区间的稳定，各工位之间设置可往复移动的隔热板进行隔离，载片篮内层叠的电池片先后进入预热工位、反向电流注入工位及冷却工位完成相应的工艺过程，同一时间各工位可同时运行，实现流水线式工艺处理，相比在同一工位先后完成各工艺过程，产能显著提高，适合产业化应用，经济效益明显。
附图说明
图1是本发明太阳能电池抗光衰退火炉的主视结构示意图。
图2是本发明太阳能电池抗光衰退火炉的俯视结构示意图。
图3是本发明太阳能电池抗光衰退火炉的侧视结构示意图。
图4是本发明中的夹紧注入机构的结构示意图。
图中各标号表示：1、机架；2、载片篮；21、绝缘垫块；3、输送机构；31、输送单元；311、输送电机；312、传动轴；313、输送辊轴；314、传动链轮；315、传动链条；316、同步带轮；317、同步带；318、压紧轴；4、工艺腔体；41、预热工位；42、反向电流注入工位；43、冷却工位；5、主动散热系统；51、冷却风机；52、排热风机；6、隔热板；7、电热管；8、夹紧注入机构；81、上电极块；82、上电极块升降驱动组件；821、双杆驱动气缸；822、绝缘连接板；823、安装板；824、缓冲杆；825、限位件；826、缓冲弹簧；827、径向凸台；83、下电极块；84、下电极块升降驱动组件；841、绝缘底板；842、笔形驱动气缸；843、导向座；844、导向杆；85、凹槽；86、电热丝；9、电池片盖板。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例的太阳能电池抗光衰方法，包括以下步骤：
S1、电池片预热：加热电池片，使电池片温度上升至100℃～150℃；
S2、一次以上的反向电流注入：对电池片进行反向电流注入，注入过程中对电池片进行主动散热使电池片温度保持在180℃～220℃之间，反向电流大小5.0A～7.5A，单次注入时间10min～20min；
S3、冷却。
该太阳能电池抗光衰方法，首先将电池片预热至100℃～150℃，然后进行一次以上的反向电流注入，单片电池片在常温下的电阻值在200Ω左右，注入反向电流之后，电池片会迅速发热，通过对电池片进行主动散热，使电池片温度保持在180℃～220℃这一特定区间，配合特定的电流大小和注入时间，电池片内部的硼氧复合体发生转变，性质非常稳定、活性很弱，从而减少了俘获和复合在光照下太阳能电池中产生的多余载流子，抑制了太阳能电池的光致衰减效应，稳定了高效晶体硅电池的光电转化效率。经过多次测试该太阳能电池抗光衰方法，可将常规单晶硅电池的光衰降低至1%以内，针对PERC电池，抗光衰效果可以控制在1.5%以内，效果非常明显，且相比实验室内的各种抗光衰方法操作更简单，可用于不同类型和掺杂方式的电池片，兼容性好，适合产业化应用。
作为优选的实施例，预热温度在110℃、反向注入时温度保持在200℃、电流大小在6A、注入时间在15min时，反向电流注入三次，抗光衰效果最为显著。
如图1至图4所示，本实施例的太阳能电池抗光衰退火炉，包括机架1、载片篮2、以及设于机架1上的输送机构3和工艺腔体4，载片篮2设于输送机构3上，工艺腔体4内沿输送机构3的输送方向（图示中为自左向右）依次设有预热工位41、反向电流注入工位42及冷却工位43，反向电流注入工位42设有一个以上且反向电流注入工位42设有用于维持电池片温度稳定的主动散热系统5，相邻工位之间设有可往复移动的隔热板6。
该太阳能电池抗光衰退火炉工艺腔体4内沿输送机构3的输送方向依次设置预热工位41、反向电流注入工位42及冷却工位43，反向电流注入工位42设置主动散热系统5来维持电池片温度区间的稳定，各工位之间设置可往复移动的隔热板6进行隔离，载片篮2内层叠的电池片通过各隔热板6的开合可先后进入预热工位41、反向电流注入工位42及冷却工位43完成相应的工艺过程，同一时间各工位可同时运行，实现流水线式工艺处理，相比在同一工位先后完成各工艺过程，产能显著提高，适合产业化应用，经济效益明显。其中，载片篮2内单次层叠300-500片电池片；反向电流注入工位42的数量与反向电流注入的优选次数匹配，即设置为三个；隔热板6由位于工艺腔体4顶部的气缸驱动，进而实现上下移动、开合；工艺腔体4的由不锈钢板制成，隔热板6由铝合金板制成。
预热工位41设有多根电热管7，本实施例中，电热管7共设置八根，呈左右两排布置，电热管7为不锈钢管，电气参数为380V、500W，直径为24mm、长度为250mm。
本实施例中，反向电流注入工位42设有夹紧注入机构8，夹紧注入机构8包括上电极块81、上电极块升降驱动组件82、下电极块83及下电极块升降驱动组件84，上电极块81和下电极块83分设于载片篮2上下两侧，载片篮2与输送机构3之间绝缘隔离，上电极块81和电源的负极连通，下电极块83与电源的正极连通，上电极块升降驱动组件82与上电极块81连接，下电极块升降驱动组件84与下电极块83连接。当载片篮2沿输送机构3运动至反向电流注入工位42时，下电极块升降驱动组件84带动下电极块83上升、上电极块升降驱动组件82带动上电极块81下降，从而从上下两个方向将层叠的电池片夹紧，确保各电池片间接触良好，然后对电池片进行反向电流注入，反向电流注入完成之后，上电极块81、下电极块83恢复至初始位置，相应的隔热板6上升、打开，载片篮2进入下一个工位；为了防止上电极块81损坏最上层的电池片，在最上层的电池片上设置有电池片盖板9。
上电极块81和下电极块83上都均匀设有多个凹槽85，且上电极块81和下电极块83各配设一条电热丝86，电热丝86缠绕于多个凹槽85内，在进行反向电流注入时，由电热丝86对上电极块81和下电极块83进行加热，有利于保持上电极块81和下电极块83温度场的均匀。其中，各凹槽85均沿竖直方向布置，且上电极块81上的凹槽85设于上电极块81上部，下电极块83上的凹槽85设于下电极块83的下部；电热丝86材质为玻璃纤维，电气参数为220V、200W。
本实施例中，上电极块升降驱动组件82包括双杆驱动气缸821、绝缘连接板822、安装板823及一对缓冲杆824，双杆驱动气缸821的驱动杆通过紧固件与绝缘连接板822中部连接，一对缓冲杆824相对布置于双杆驱动气缸821两侧，安装板823与一对缓冲杆824下端固定连接，具体为每根缓冲杆824通过一对分设于安装板823上下两侧的螺母固定连接，上电极块81安装于安装板823下侧，缓冲杆824上设有限位件825、缓冲弹簧826及径向凸台827，其中限位件825为限位螺母，绝缘连接板822套设于缓冲杆824上，限位件825位于绝缘连接板822上侧，缓冲弹簧826抵设于绝缘连接板822下侧与径向凸台827之间。工作时，双杆驱动气缸821的驱动杆往下伸出，带动绝缘连接板822往下运动，绝缘连接板822经缓冲弹簧826将作用力传递至径向凸台827上，进而带动缓冲杆824、安装板823和上电极块81整体往下运动，上电极块81从上方将层叠的电池片压紧，缓冲弹簧826可有效缓冲双杆驱动气缸821的作用力，避免损坏电池片，反向电流依次经缓冲杆824、安装板823导入上电极块81；完成反向电流注入后，双杆驱动气缸821的驱动杆向上回缩，带动绝缘连接板822向上运动，绝缘连接板822通过限位件825带动缓冲杆824、安装板823和上电极块81整体往上运动。
下电极块升降驱动组件84包括绝缘底板841、连接于绝缘底板841下侧的多个笔形驱动气缸842、设于绝缘底板841上的多个导向座843以及与导向座843一一对应设置的导向杆844，下电极块83设于绝缘底板841上，多个笔形驱动气缸842和多个导向座843均沿下电极块83周向布置，本实施例中，下电极块83为长方形，笔形驱动气缸842和导向座843均为四个，并分布于下电极块83四角处，导向杆844下端与导向座843固定连接，上端与下电极块83螺纹连接，可分别微调下电极块83四角处的高度，使下电极块83能够更好地与电池片贴合。工作时，笔形驱动气缸842（固定安装在工艺腔体4的不锈钢底板上）运动，顶起绝缘底板841，绝缘底板841带动导向座843上升，导向座843内的导向杆844带动下电极块83往上运动，与上电极块81一起夹紧载片篮2中的层叠电池片，反向电流直接导入下电极块83进入反向注入。
本实施例中，冷却工位43也设有主动散热系统5和夹紧注入机构8，主动散热系统5包括冷却风机51及设于输送机构3上侧的排热风机52，冷却风机51共有三个并分别设于输送机构3的下侧、左侧和右侧，利用冷却风机51和排热风机52对层叠的电池片进行主动散热，平衡电池片和电热丝86产生的热量；冷却工位43的夹紧注入机构8与反向电流注入工位42的夹紧注入机构8基本相同，不同之处在于主要用于夹紧进入冷却工位43的层叠电池片，以及当某一反向电流注入工位42的夹紧注入机构8发生故障时作为备用，因此冷却工位43的夹紧注入机构8通常并不与电源连通。
输送机构3包括多个依次衔接的输送单元31，预热工位41、三个反向电流注入工位42及一个冷却工位43分别对应设置一个输送单元31，输送单元31包括输送电机311、传动轴312以及多对输送辊轴313，输送电机311的输出轴和传动轴312上均装设有传动链轮314且两传动链轮314之间通过传动链条315连接，传动轴312两侧分别设有同步带轮316，多对沿输送机构3的输送方向平行布置，各输送辊轴313上也设有同步带轮316，传动轴312上的同步带轮316和同侧的输送辊轴313上的同步带轮316通过同步带317连接，载片篮2设于输送辊轴313上并于接触处设置有绝缘垫块21。本实施例中，输送单元31中设有五对输送辊轴313，同侧的五根输送辊轴313之间设置有两根用于压紧同步带317的压紧轴318，有利于保证五根输送辊轴313同步滚动。工作时，输送电机311的输出轴旋转，输送电机311的输出轴通过传动链轮314和传动链条315带动传动轴312旋转，传动轴312通过两端的同步带轮316和同步带317带动一对输送辊轴313同步转动，实现载片篮2的输送。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，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的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做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，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池抗光衰方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、电池片预热：加热电池片，使电池片温度上升至100℃～150℃；
S2、一次以上的反向电流注入：对电池片进行反向电流注入，注入过程中对电池片进行主动散热使电池片温度保持在180℃～220℃之间，反向电流大小5.0A～7.5A，单次注入时间10min～20min；
S3、冷却。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池抗光衰方法，其特征在于：步骤S1中预热温度为110℃；步骤S2中，注入过程中电池片温度保持在200℃，反向电流大小6A，单次注入时间为15min，反向电流注入的次数为三次。
3.一种太阳能电池抗光衰退火炉，其特征在于：包括机架（1）、载片篮（2）、以及设于机架（1）上的输送机构（3）和工艺腔体（4），所述载片篮（2）设于所述输送机构（3）上，所述工艺腔体（4）内沿所述输送机构（3）的输送方向依次设有预热工位（41）、反向电流注入工位（42）及冷却工位（43），所述反向电流注入工位（42）设有一个以上且反向电流注入工位（42）设有用于维持电池片温度稳定的主动散热系统（5），相邻工位之间设有可往复移动的隔热板（6）。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池抗光衰退火炉，其特征在于：所述预热工位（41）设有多根电热管（7）。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池抗光衰退火炉，其特征在于：所述反向电流注入工位（42）设有夹紧注入机构（8），所述夹紧注入机构（8）包括上电极块（81）、上电极块升降驱动组件（82）、下电极块（83）及下电极块升降驱动组件（84），所述上电极块（81）和所述下电极块（83）分设于所述载片篮（2）上下两侧，所述载片篮（2）与所述输送机构（3）之间绝缘隔离，所述上电极块（81）与电源的负极连通，所述下电极块（83）与电源的正极连通，所述上电极块升降驱动组件（82）与所述上电极块（81）连接，所述下电极块升降驱动组件（84）与所述下电极块（83）连接。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池抗光衰退火炉，其特征在于：所述上电极块（81）和所述下电极块（83）上都均匀设有多个凹槽（85），且上电极块（81）和下电极块（83）各配设一条电热丝（86），所述电热丝（86）缠绕于多个凹槽（85）内。
7.根据权利要求5或6所述的太阳能电池抗光衰退火炉，其特征在于：所述上电极块升降驱动组件（82）包括双杆驱动气缸（821）、绝缘连接板（822）、安装板（823）及一对缓冲杆（824），所述双杆驱动气缸（821）的驱动杆与所述绝缘连接板（822）中部连接，一对缓冲杆（824）相对布置于所述双杆驱动气缸（821）两侧，所述安装板（823）与一对缓冲杆（824）下端固定连接，所述上电极块（81）安装于所述安装板（823）下侧，所述缓冲杆（824）上设有限位件（825）、缓冲弹簧（826）及径向凸台（827），所述绝缘连接板（822）活动地套设于所述缓冲杆（824）上，所述限位件（825）位于绝缘连接板（822）上侧，所述缓冲弹簧（826）抵设于绝缘连接板（822）下侧与所述径向凸台（827）之间。
8.根据权利要求5或6所述的太阳能电池抗光衰退火炉，其特征在于：所述下电极块升降驱动组件（84）包括绝缘底板（841）、连接于绝缘底板（841）下侧的多个笔形驱动气缸（842）、设于绝缘底板（841）上的多个导向座（843）以及与导向座（843）一一对应设置的导向杆（844），多个笔形驱动气缸（842）和多个导向座（843）均沿下电极块（83）周向布置，所述导向杆（844）下端与所述与导向座（843）固定连接，上端与所述下电极块（83）螺纹连接。
9.根据权利要求3所述的太阳能电池抗光衰退火炉，其特征在于：所述冷却工位（43）也设有所述主动散热系统（5），所述主动散热系统（5）包括冷却风机（51）及设于输送机构（3）上侧的排热风机（52），所述冷却风机（51）共有三个并分别设于所述输送机构（3）的下侧、左侧和右侧。
10.根据权利要求3或4或5或6或9所述的太阳能电池抗光衰退火炉，其特征在于：所述输送机构（3）包括多个依次衔接的输送单元（31），所述输送单元（31）包括输送电机（311）、传动轴（312）以及多对输送辊轴（313），所述输送电机（311）的输出轴和所述传动轴（312）上均装设有传动链轮（314）且两传动链轮（314）之间通过传动链条（315）连接，所述传动轴（312）两侧分别设有同步带轮（316），多对输送辊轴（313）沿输送机构（3）的输送方向平行布置，各输送辊轴（313）上也设有同步带轮（316），所述传动轴（312）上的同步带轮（316）和同侧的输送辊轴（313）上的同步带轮（316）通过同步带（317）连接，所述载片篮（2）设于所述输送辊轴（313）上并于接触处设置有绝缘垫块（21）。
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