CN110993734B - 一种降低perc太阳电池载流子衰减的方法、设备及perc电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其包括：(1)降低太阳电池的光致衰减；(2)将降低光致衰减的太阳电池预热至150‑450℃；(3)将太阳电池在第一温度范围内进行第一光照处理，持续第一时间；(4)将太阳电池在第二温度范围内进行第二光照处理，持续第二时间；(5)将所述太阳电池降温冷却；其中，所述第一温度范围的最高温度≥所述第二温度范围的最高温度；所述第一时间≤所述第二时间。本发明通过预热、高温光热处理、低温光热处理、降温的工序，有效排H并促进H和B‑O复合体由不稳定态再生恢复为钝化稳定态，从而有效降低太阳电池的CID衰减率。
Description
技术领域
本发明涉及PERC太阳电池领域，尤其涉及一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法、设备及PERC电池。
背景技术
随着光伏行业的快速发展，太阳电池主流产品已从传统铝背场电池全面切换到高效PERC电池，转换效率大幅提升。然而，随着电池效率的不断刷新，高效太阳电池组件质量和可靠性要求也日趋严格，而载流子诱导衰减(CID：Carrier Induced Degradation)已逐渐成为制约光伏产业发展的关键问题之一。
CID是指太阳能电池及组件在载流子注入的过程中引起的功率衰减现象。目前对有关这种载流子引起的衰减机理尚未达成共识，且相关的监控标准尚未制定和实行。光伏业内目前对CID机理推测含以下几种原因：1)光致衰减(LID:light InducedDegradation)：电池在光照过程中引起的功率衰减，业内普遍认为LID主要受硼氧复合体和铁硼对引起，硼氧缺陷态理论相对比较成熟。其衰减可达到3-7％，有些甚至可高达10％；2)光热衰减(LeTID：Light and elevated Temperature Induced Degradation)：是指电池在高温以及光照条件下引起的功率衰减；其衰减可达到10％左右；3)氢致衰减(HID:HydrogenInduced Degradation)，钝化杂质和缺陷部位的氢键很容易由于高温和光照受到破坏，氢进入硅片体内，过多的氢诱发形成复合中心引起衰减；4)金属溶解分散理论，金属沉淀在高温快烧的过程中分散形成间隙金属离子，金属原子可激活杂质，引起衰减。
在现有技术中，多集中于对LID衰减的研究，如专利CN105552173B提供了一种降低B掺杂晶硅太阳电池光致衰减的方法，其在不同温度下采用不同光强对硅片进行不同时间的光照处理，有效降低了LID；又如专利CN109616555A提供了一种提高太阳能电池抗光衰能力的方法，其在不同温度下向电池片注入递减式电流，将LID降低至0.9％。
然而，LeTID、氢致衰减以及金属杂质造成的衰减与LID并不相同；LID的测试温度比较低，无法充分暴露PERC电池高温衰减的风险。发明人通过测试，发现常规的硅片在经过LID处理以后，LID虽然降低到了1％左右，但CID仍然在2-4％左右，可见现有的LID处理措施无法有效降低CID衰减，因此如何充分降低PERC的CID衰减是业界亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其能有效降低太阳电池CID衰减，提升电池效率和可靠性。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种降低PERC太阳电池载流子衰减的设备。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种PERC太阳电池，其转化效率高，可靠性高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其包括：
(1)降低太阳电池的光致衰减；
(2)将降低光致衰减的太阳电池预热至150-450℃；
(3)将太阳电池在第一温度范围内进行第一光照处理，持续第一时间；
(4)将太阳电池在第二温度范围内进行第二光照处理，持续第二时间；
(5)将所述太阳电池降温冷却；
其中，所述第一温度范围的最高温度≥所述第二温度范围的最高温度；
所述第一时间≤所述第二时间。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，所述第一光照处理的光照强度范围为2×104-7×104W/m2，所述第一温度范围为150-450℃，所述第一时间为3-60s。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，所述光照处理的光照强度范围为2×104-5×104W/m2，所述第一温度范围为220-350℃，所述第一时间为5-10s。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，所述第二光照处理的光照强度范围为2×104-7×104W/m2，所述第二温度范围为100-300℃，所述第二时间为5-60s。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，所述第二光照处理的光照强度范围为2×104-7×104W/m2，所述第二温度范围为150-300℃，所述第二时间为20-30s。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，升温速率为30-45℃/s，预热时间为5-60s；
步骤(5)中，降温速率为2-30℃/s，降温时间为5-90s。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，预热温度为220-350℃，升温速率为30-45℃/s，预热时间为8-10s；
步骤(5)中，降温速率为2-30℃/s，降温时间为5-90s。
相应的，本发明还公开了一种降低PERC太阳电池载流子衰减的设备，其包括用于传送太阳电池的传输带和设于所述传送带的至少一组光热处理装置；
所述光热处理装置包括沿所述传送带依次设置的预热区、第一光照区、第二光照区和冷却区；所述第一光照区具有第一温度范围，光照时间为第一时间；所述第二光照区具有第二温度范围，光照时间为第二时间；
所述第一温度范围的最高温度≥所述第二温度范围的最高温度；
所述第一时间≤所述第二时间。
作为上述技术方案的改进，所述传送带上设有六组所述光热处理装置。
相应的，本发明还公开了一种PERC太阳电池，其通过上述的方法处理而得。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供了一种有效降低PERC电池载流子衰减的方法，其包括预热、高温光热处理、低温光热处理、降温的工序；其中，预热工序可有效激活太阳电池内部的H和B-O复合体，并排出一定的H，降低氢致衰减；高温和低温光热处理步骤则可有效促进H和B-O复合体由不稳定态再生恢复为钝化稳定态，从而有效降低太阳电池的CID衰减率。
同时，本发明还提供了一种降低PERC太阳电池载流子衰减的设备，其可嵌入现有生产线，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1是本发明一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法的流程图；
图2是本发明一实施例之中降低PERC太阳电池载流子衰减的设备示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
传统的降低光致衰减(LID)的方法无法有效降低载流子诱导衰减(CID)，降低了PERC太阳电池的效率和可靠性。为此，本发明提供了一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，参考图1，其包括以下步骤：
S1：降低太阳电池的光致衰减；
具体的，可采用电注入、光热再生、退火等方式中的一种或组合降低太阳电池的光致衰减，但不限于上述方法。具体的，可采用例如ZL201610091453.9或ZL201811542505.5中的方法降低太阳电池的光致衰减(LID)。
需要说明的是，载流子衰减(CID)与光致衰减(LID)是不同的。两者的产生机理、测试方法均不同。就产生机理而言，目前学界对于LID的产生机理有明确的认识——主要是硅材料内的硼氧对和铁硼对缺陷；但对于CID的产生机理尚未有明确的结论，LID与CID之间究竟有何种关系，也未有明确的结论。对于测试方法而言，两者的测试条件也是完全不同的。LID的测试条件是：1)光照强度在1000±50W；2)光衰设定5kW·h或30kW·h；3)样品温度调整控制在60-70℃。CID的测试条件是：将太阳电池放置在110℃封闭暗室中，在0.5A连续正向电流通电条件下持续处理8h。虽然两者不同之处较多，但可以肯定的是，LID和CID两者都对太阳电池性能影响巨大，需要对两者都进行处理。然而，在现有文献中，多集中于对LID的处理，往往忽视对CID的处理。发明人经过研究发现，在LID处理以后，LID会降低至1％左右，但是CID仍然可达到2-4％。为此，本发明还进行了下续步骤的处理：
S2：将降低光致衰减的太阳电池预热至150-450℃；
其中，预热可激活介质膜中的H，使其排出；同时也可促进B-O复合体转化为退火态，在后续工序中通过高温光照处理后转换为再生态，有利于对CID进行充分处理。
其中，预热温度为150-450℃，预热升温速率为30-45℃/s，预热时间为5-60s；优选的，预热温度为220-350℃，预热升温速率为30-45℃/s，预热时间为8-10s。在此反应条件下，可充分激活介质膜中的H，方便后期与B-O复合体充分接触；同时也可以排出部分无效H，防止后期过多的H进入硅片体内，诱发形成复合中心引起衰减。
优选的，上述预热在氮气气氛中进行，以防止在硅片中引入O，形成更多的B-O缺陷。
S3：将太阳电池在第一温度范围内进行第一光照处理，持续第一时间；
其中，第一光照处理的光照强度范围为2×104-7×104W/m2，第一温度范围为150-450℃，第一时间为3-60s。优选的，第一光照处理的光照强度范围为2×104-5×104W/m2，第一温度范围为220-350℃，第一时间为5-10s。
在上述处理条件下，B-O复合体在H钝化下由退火态转化为再生态；同时H也可对太阳电池内部的位错晶格缺陷进行钝化。当温度＞450℃时，有一部分的B-O复合体会从退火态转变为失稳态，弱化处理效果。当温度＜150℃时，电池片内的H移动速度慢，无法有效地与B-O复合体结合。
进一步的，发明人通过研究发现，当光照强度高于5×104W/m2，或低于2×104W/m2时，处理效果会变差；当温度＞350℃或＜220℃时，处理效果也会变差。发明人猜测，在光照强度为2×104-5×104W/m2，同时温度为220-350℃时，从介质膜中排出的H会由H+向着H-和H0转化，其中，H-能够有效钝化B-O复合中心。通过控制温度、光照强度和处理时间，可良好地控制上述H的转化过程。
进一步的，在上述步骤中，控制温度为一范围，在处理过程中，可控制温度为上升变化或下降变化；优选的，可控制温度以5-10℃/s的速度从峰值温度下降。这种温度变化有利于促进H的转化。
S4：将太阳电池在第二温度范围内进行第二光照处理，持续第二时间；
其中，第二光照处理的光照强度范围为2×104-7×104W/m2，第二温度范围为100-300℃，第二时间为5-60s。优选的，第二光照处理的光照强度范围为2×104-7×104W/m2，第二温度范围为180-300℃，第二时间为20-30s。在上述处理条件下，B-O复合体充分转变。
在第一光照处理过程中，主要是采用较高的温度，其主要作用是促进H的状态转化，然而过高的温度也会造成B-O复合中心由退火态转变为失稳态；因此，本发明设置了第二光照处理，在较低的温度下进行光照处理，可有效促进B-O中心由退火态转化为钝化态，且不会转换至衰减态，达到充分降低CID的作用。
此外，持续的高温处理也会使得H由太阳电池体内逃逸至表面，降低内部的有效钝化。故通过在较低温度的第二温度范围(180-300℃)进行光照处理，可有效地缩短H的扩散长度，确保钝化效果。
进一步的，在上述步骤中，控制温度为一范围，在处理过程中，可控制温度为上升变化或下降变化；优选的，可控制温度以2-20℃/s的速度从峰值温度降低。优选的，以2-10℃/s的速度从峰值温度降低。
S5：将所述太阳电池降温冷却；
具体的，降温冷却的速率为2-30℃/s，降温时间为5-90s。优选的，降温速率为2-10℃/s，降温时间为5-90s。通过采用较慢的降温速率，可有效地降低CID衰减。
相应的，参考图2，本发明还公开了一种降低PERC太阳电池载流子衰减的设备，其包括用于传送太阳电池的传输带1和设于所述传送带1的一组光热处理装置2。在本发明的另一个实施例之中，所述传送带上设有六组光热处理装置。
其中，光热处理装置2包括沿所述传送带1依次设置的预热区21、第一光照区22、第二光照区23和冷却区24；所述第一光照区22具有第一温度范围，光照时间为第一时间；所述第二光照区23具有第二温度范围，光照时间为第二时间；所述第一温度范围的最高温度≥所述第二温度范围的最高温度；所述第一时间≤所述第二时间。
相应的，本发明还公开了一种PERC太阳电池，其通过上述方法进行处理而得。优选的，所述PERC电池为掺B单晶硅太阳电池。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其包括以下步骤：
(1)降低太阳电池的光致衰减；
具体的，采用ZL201811542505.5的方法降低太阳电池的光致衰减；经过此步骤后，LID为0.9％；CID为2.3％；
(2)将降低光致衰减的太阳电池预热至380℃；
其中，升温速率为30℃/s，预热时间为12s；
(3)将太阳电池在第一温度范围内进行第一光照处理，持续第一时间；
其中，保持温度为280℃恒定；光照强度为3×104W/m2，第一时间为5s；
(4)将太阳电池在第二温度范围内进行第二光照处理，持续第二时间；
其中，保持温度为200℃恒定；光照强度为3×104W/m2，第二时间为25s
(5)将所述太阳电池降温冷却；
其中，降温速率为7℃/s，处理时间为25s。
将以上步骤循环6次。
实施例2
本实施例提供一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其包括以下步骤：
(1)降低太阳电池的光致衰减；
具体的，采用ZL201610091453.9的方法降低太阳电池的光致衰减；经过此步骤后，LID为1.1％；CID为3.5％；
(2)将降低光致衰减的太阳电池预热至300℃；
其中，升温速率为34℃/s，预热时间为8s；
(3)将太阳电池在第一温度范围内进行第一光照处理，持续第一时间；
其中，第一温度范围为270-300℃；光照强度为4×104W/m2，第一时间为3s；在处理过程中，以10℃/s的速度进行升温。
(4)将太阳电池在第二温度范围内进行第二光照处理，持续第二时间；
其中，第二温度范围为200-250℃；光照强度为5×104W/m2，第二时间为20s；在处理过程中，以2.5℃/s的速度进行降温；
(5)将所述太阳电池降温冷却；
其中，降温速率为5℃/s，处理时间为35s。
将以上步骤循环6次。
实施例3
本实施例提供一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其包括以下步骤：
(1)降低太阳电池的光致衰减；
具体的，采用ZL201610091453.9的方法降低太阳电池的光致衰减；经过此步骤后，LID为1.1％；CID为3.5％；
(2)将降低光致衰减的太阳电池预热至300℃；
其中，升温速率为34℃/s，预热时间为8s；
(3)将太阳电池在第一温度范围内进行第一光照处理，持续第一时间；
其中，第一温度范围为270-300℃；光照强度为4×104W/m2，第一时间为3s；在处理过程中，以10℃/s的速度进行降温。
(4)将太阳电池在第二温度范围内进行第二光照处理，持续第二时间；
其中，第二温度范围为200-250℃；光照强度为5×104W/m2，第二时间为20s；在处理过程中，以2.5℃/s的速度进行降温；
(5)将所述太阳电池降温冷却；
其中，降温速率为5℃/s，处理时间为35s。
将以上步骤循环6次。
实施例4
本实施例提供一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其包括以下步骤：
(1)降低太阳电池的光致衰减；
具体的，采用ZL201610091453.9的方法降低太阳电池的光致衰减；经过此步骤后，LID为1.1％；CID为3.5％；
(2)将降低光致衰减的太阳电池预热至300℃；
其中，升温速率为34℃/s，预热时间为8s；
(3)将太阳电池在第一温度范围内进行第一光照处理，持续第一时间；
其中，第一温度范围为270-300℃；光照强度为3×104W/m2，第一时间为3s；在处理过程中，以10℃/s的速度进行降温。
(4)将太阳电池在第二温度范围内进行第二光照处理，持续第二时间；
其中，第二温度范围为150-200℃；光照强度为6×104W/m2，第二时间为20s；在处理过程中，以2.5℃/s的速度进行降温；
(5)将所述太阳电池降温冷却；
其中，降温速率为4℃/s，处理时间为30s。
将以上步骤循环6次。
实施例5
本实施例提供一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其包括以下步骤：
(1)降低太阳电池的光致衰减；
具体的，采用ZL201610091453.9的方法降低太阳电池的光致衰减；经过此步骤后，LID为1.1％；CID为3.5％；
(2)将降低光致衰减的太阳电池预热至300℃；
其中，升温速率为34℃/s，预热时间为8s；
(3)将太阳电池在第一温度范围内进行第一光照处理，持续第一时间；
其中，第一温度范围为270-300℃；光照强度为3×104W/m2，第一时间为3s；在处理过程中，以10℃/s的速度进行降温。
(4)将太阳电池在第二温度范围内进行第二光照处理，持续第二时间；
其中，第二温度范围为150-200℃；光照强度为6×104W/m2，第二时间为20s；在处理过程中，以2.5℃/s的速度进行降温；
(5)将所述太阳电池降温冷却；
其中，降温速率为2.5℃/s，处理时间为45s。
将以上步骤循环6次。
对比例1
本对比例提供一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其包括以下步骤：
(1)降低太阳电池的光致衰减；
具体的，采用ZL201610091453.9的方法降低太阳电池的光致衰减；经过此步骤后，LID为1.1％；CID为3.5％；
(2)采用ZL201610091453.9的方法对太阳电池进行一次处理。
将以上步骤循环6次。
将实施例1-4、对比例1的太阳能电池片做测试，结果如下：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | |
| LID | 0.33％ | 0.63％ | 0.49％ | 0.52％ | 0.41％ | 0.9％ |
| CID | 1.72％ | 1.55％ | 1.46％ | 1.33％ | 1.24％ | 3.4％ |
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其特征在于，包括：
(1)降低太阳电池的光致衰减；
(2)将降低光致衰减的太阳电池预热至150-450℃；
(3)将太阳电池在第一温度范围内进行第一光照处理，持续第一时间；
(4)将太阳电池在第二温度范围内进行第二光照处理，持续第二时间；
(5)将所述太阳电池降温冷却；
其中，所述第一温度范围的最高温度≥所述第二温度范围的最高温度；
所述第一时间≤所述第二时间；
步骤(3)中，所述第一光照处理的光照强度范围为2×104-7×104W/m2，所述第一温度范围为150-450℃，所述第一时间为3-60s；
步骤(4)中，所述第二光照处理的光照强度范围为2×104-7×104W/m2，所述第二温度范围为100-300℃，所述第二时间为5-60s；
所述步骤(5)中，降温速率为2-30℃/s，降温时间为5-90s。
2.如权利要求1所述的降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第一光照处理的光照强度范围为2×104-5×104W/m2，所述第一温度范围为220-350℃，所述第一时间为5-10s。
3.如权利要求1所述的降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述第二光照处理的光照强度范围为2×104-7×104W/m2，所述第二温度范围为150-300℃，所述第二时间为20-30s。
4.如权利要求1所述的降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其特征在于，步骤(2)中，升温速率为30-45℃/s，预热时间为5-60s；
步骤(5)中，降温速率为2-30℃/s，降温时间为5-90s。
5.如权利要求4所述的降低PERC太阳电池载流子衰减的方法，其特征在于，步骤(2)中，预热温度为220-350℃，升温速率为30-45℃/s，预热时间为8-10s。
6.一种PERC太阳电池，其特征在于，其通过如权利要求1-5任一项所述的方法处理而得。
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