CN108767070B - 一种光伏双面电池的退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光伏双面电池的新型退火方法。本发明包括：1)、将烧结下料的N型双面电池放入光恢复炉中，使N型双面电池的正面朝上，背面朝下，设置上卤素灯加热N型双面电池的正面，下卤素灯加热N型双面电池的背面；2)、高温加热进行退火，上卤素灯对上含氢钝化膜的加热温度为400～500℃，下卤素灯对下含氢钝化膜的加热温度为300～400℃，上含氢钝化膜与下含氢钝化膜的加热温差为60～100℃；3)、N型双面电池在5秒内达到退火高温，并退火高温持续时间为1～5分钟；4)、随后，使用风冷系统对N型双面电池的背面降温，令背面的表面温度在短时间内降到室温。本发明不需要光照，同时提升光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种N型双面电池制造工艺，特别是一种光伏双面电池的退火方法。
背景技术
光伏产业作为新能源的代表在迅猛发展。其中，n型单晶硅片因为其相对p型单晶片少子寿命高，没有光致衰减，弱光响应好，温度系数低等优点，成为新产品的主要原料。由于硅片品质高，其正面单面光电转换效率达到22％以上，具有更大的效率提升空间。目前，n型电池生产采用与p型电池相同的生产设备，在印刷烧结后，采用光恢复炉来退火，使用高光强的LED灯(30-40kw/m2)和加热设备实现退火提效。
尽管光恢复炉可以同时满足温度和辐照度的要求，且对p型电池可以有效的减少光致衰减，然而，n型电池不存在光致衰减，光恢复炉对于N型电池来说提效有限，却耗费了大量的能量用于提供高光强，不具备成本优势，且提效幅度较小，无法满足对退火工艺的提效要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种不需要光照条件，使硅片上下表面满足一定的温度差并通过特定的降温曲线退火，大幅度提升光电转换效率的光伏双面电池的退火方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种光伏双面电池的退火方法，其中双面电池为N型双面电池，所述N型双面电池是使用掺磷单晶硅片制作的双面钝化发射极及背局域接触电池，所述N型双面电池的正面全部贴覆可透光的上含氢钝化膜，所述N型双面电池的背面采用栅线印刷结构，背面其余区域贴覆可透光的下含氢钝化膜，使所述N型双面电池正、背面均可进行吸光功能，退火方法包括以下步骤：
1)、将烧结下料的N型双面电池放入光恢复炉中，使N型双面电池的正面朝上，背面朝下，设置上卤素灯加热N型双面电池的正面，下卤素灯加热N型双面电池的背面；
2)、高温加热进行退火，上卤素灯对上含氢钝化膜的加热温度为400～500℃，下卤素灯对下含氢钝化膜的加热温度为300～400℃，上含氢钝化膜与下含氢钝化膜的加热温差为60～100℃；
3)、N型双面电池在5秒内达到退火高温，并退火高温持续时间为1～5分钟，升温过程以及高温过程中，含氢钝化膜中氢向电池片内部快速扩散，由于温度改变，硅片的费米能级也随之发生变化，氢原子被激活，成为中性态，氢的扩散率增加，同时，钝化缺陷的势垒也随之降低，硅片中的杂质和晶界缺陷得到钝化，复合减少；
4)、随后，使用风冷系统对N型双面电池的背面降温，令背面的表面温度在短时间内降到室温，降温过程中，已用来钝化的氢形成化合物不再移动，而未钝化的氢重新向表面移动，在钝化膜的下面形成富集层。
本光伏双面电池的退火方法，在没有格外提供光源的情况下进行空气气氛中的热处理，相当于硅片曝露在红外光线下。而这种高温且上下表面存在特定温度差的条件使硅片内部结构部分重构，减少硅片内部缺陷，这种方式的能耗更小，有助于量产，并且对N型硅太阳能电池的增益较大，电池效率平均提高0.30％～0.35％，最大提升0.35％～0.45％。
在上述的光伏双面电池的退火方法中，在步骤2)中，N型双面电池的硅片最高温度达到500℃。
在上述的光伏双面电池的退火方法中，在步骤4)中，降温时间为10～20秒。
在上述的光伏双面电池的退火方法中，在步骤4)中，降温曲线在初始时斜率较大，确保温度能在很短时间内下降，以避免降温缓慢导致氢与缺陷形成的化合物重新分解；而后续降温缓慢进一步控制氢在硅基体中的分布，避免形成氢浓度过高的富集层。
在上述的光伏双面电池的退火方法中，在步骤4)中，室温为15～20℃。
在上述的光伏双面电池的退火方法中，所述光恢复炉为链式反应炉，通过调节带速控制工艺时间，通过控制加温装置来设定炉温曲线。
与现有技术相比，本光伏双面电池的退火方法具有以下优点：
1、毋需光照条件，不引入LED灯，减少生产成本，节约运行能源；
2、通过严格控制电池片整体的温度梯度来实现缺陷钝化，更好的减少硅片内部缺陷，进一步提高成品电池的转换效率；
3、处理时间短，可实现产业化。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
双面电池为N型双面电池，N型双面电池是使用掺磷单晶硅片制作的双面钝化发射极及背局域接触电池，N型双面电池的正面全部贴覆可透光的上含氢钝化膜，N型双面电池的背面采用栅线印刷结构，背面其余区域贴覆可透光的下含氢钝化膜，使N型双面电池正、背面均可进行吸光功能，在实际使用中背面可以吸收地面或其他物体的反射光从而达到更高的效率。
本光伏双面电池的退火方法包括以下步骤：
1)、将烧结下料的N型双面电池放入光恢复炉中，使N型双面电池的正面朝上，背面朝下，设置上卤素灯加热N型双面电池的正面，下卤素灯加热N型双面电池的背面；
2)、氢原子在硅基体内可以有效的钝化晶界缺陷和杂质。然而在室温下，氢原子处于未激活态存在于氮化硅钝化膜中。高温加热进行退火，上卤素灯对上含氢钝化膜的加热温度为400～500℃，下卤素灯对下含氢钝化膜的加热温度为300～400℃，上含氢钝化膜与下含氢钝化膜的加热温差为60～100℃；
在步骤2)中，N型双面电池的硅片最高温度达到500℃。
3)、N型双面电池在5秒内达到退火高温，并退火高温持续时间为1～5分钟，升温过程以及高温过程中，含氢钝化膜中氢向电池片内部快速扩散，由于温度改变，硅片的费米能级也随之发生变化，氢原子被激活，成为中性态，氢的扩散率增加，同时，钝化缺陷的势垒也随之降低，硅片中的杂质和晶界缺陷得到钝化，复合减少；
4)、随后，使用风冷系统对N型双面电池的背面降温，令背面的表面温度在短时间内降到室温，降温时间为10～20秒,室温为15～20℃。降温过程中，已用来钝化的氢形成化合物不再移动，而未钝化的氢重新向表面移动，在钝化膜的下面形成富集层。
在步骤4)中，降温曲线在初始时斜率较大，确保温度能在很短时间内下降，以避免降温缓慢导致氢与缺陷形成的化合物重新分解；而后续降温缓慢进一步控制氢在硅基体中的分布，避免形成氢浓度过高的富集层。
具体实验为，选取烧结下料的N型电池片100片，测得其光电转化率的平均值为21.32％，实验数据如下表：
可见，传统光退火对于电池片有平均0.12％的效率提升，而退火方式的提效效果更好，平均效率提升达到0.34％。
本光伏双面电池的退火方法，在没有格外提供光源的情况下进行空气气氛中的热处理，相当于硅片曝露在红外光线下。而这种高温且上下表面存在特定温度差的条件使硅片内部结构部分重构，减少硅片内部缺陷，这种方式的能耗更小，有助于量产，并且对N型硅太阳能电池的增益较大，电池效率平均提高0.30％～0.35％，最大提升0.35％～0.45％。
光恢复炉为链式反应炉，可以通过调节带速控制工艺时间，通过控制加温装置来设定炉温曲线。
本发明摒弃了传统光退火的照明设备，仅使用加热设备对电池片上下表面同时加热，造成一个合适的温度差，同时经过快速冷却的降温曲线，完成对N型电池片的退火，实现0.3％-0.35％的效率提升。本发明不仅在效率提升幅度上远超过传统退火方式，同时设备成本低，运转能耗少，节约生产成本。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种光伏双面电池的退火方法，其中双面电池为N型双面电池，所述N型双面电池是使用掺磷单晶硅片制作的双面钝化发射极及背局域接触电池，所述N型双面电池的正面全部贴覆可透光的上含氢钝化膜，所述N型双面电池的背面采用栅线印刷结构，背面其余区域贴覆可透光的下含氢钝化膜，使所述N型双面电池正、背面均可进行吸光功能，其特征在于，退火方法包括以下步骤：
1)、将烧结下料的N型双面电池放入光恢复炉中，使N型双面电池的正面朝上，背面朝下，设置上卤素灯加热N型双面电池的正面，下卤素灯加热N型双面电池的背面；
2)、高温加热进行退火，上卤素灯对上含氢钝化膜的加热温度为400～500℃，下卤素灯对下含氢钝化膜的加热温度为300～400℃，上含氢钝化膜与下含氢钝化膜的加热温差为60～100℃；
3)、N型双面电池在5秒内达到退火高温，并退火高温持续时间为1～5分钟，升温过程以及高温过程中，含氢钝化膜中氢向电池片内部快速扩散，由于温度改变，硅片的费米能级也随之发生变化，氢原子被激活，成为中性态，氢的扩散率增加，同时，钝化缺陷的势垒也随之降低，硅片中的杂质和晶界缺陷得到钝化，复合减少；
4)、随后，使用风冷系统对N型双面电池的背面降温，令背面的表面温度在短时间内降到室温，降温过程中，已用来钝化的氢形成化合物不再移动，而未钝化的氢重新向表面移动，在钝化膜的下面形成富集层；降温曲线在初始时斜率较大，确保温度能在很短时间内下降，以避免降温缓慢导致氢与缺陷形成的化合物重新分解；而后续降温缓慢进一步控制氢在硅基体中的分布，避免形成氢浓度过高的富集层。
2.根据权利要求1所述的光伏双面电池的退火方法，其特征在于，在步骤2)中，N型双面电池的硅片最高温度达到500℃。
3.根据权利要求1所述的光伏双面电池的退火方法，其特征在于，在步骤4)中，降温时间为10～20秒。
4.根据权利要求1所述的光伏双面电池的退火方法，其特征在于，在步骤4)中，室温为15～20℃。
5.根据权利要求1所述的光伏双面电池的退火方法，其特征在于，所述光恢复炉为链式反应炉，通过调节带速控制工艺时间，通过控制加温装置来设定炉温曲线。
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