CN111129212A - 一种降低管式perc太阳能电池光致衰减的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其包括：(1)提供丝印烧结的PERC太阳能电池片；(2)将所述PERC太阳能电池片进行光注入处理；(3)将经过光注入处理后的PERC太阳能电池片进行电注入处理。本发明采用先光注入后电注入的工艺，促进了B‑O由失活态向再生态的转变，降低了太阳能电池片的光致衰减，提升了转换效率。同时将两者连用提升了生产效率。本发明还公开了上述降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法在生产PERC太阳能电池过程中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法及应用。
背景技术
PERC太阳能电池是近年来成功工业化量产的一种电池，与常规太阳能电池相比，效率有了1％以上的提升，具有很高的性价比优势。但PERC太阳能电池的光致衰减较常规太阳能电池偏高，对其转换效率影响较大。目前主流的观点是PERC太阳能电池中BO复合体的转化是造成光致衰减的主要因素；同时，氢含量、金属杂质含量等也会造成一定的影响。
现阶段，已有了多种降低光致衰减的方法，比如在硅片端，可以采用掺镓或磷代替掺硼，降低硅的含氧量，实现低氧甚至无氧衬底硅，但这些都是技术难度大、成本高、无法实现工业化量产。在电池端，目前已有的光注入技术可以有效的抑制掺硼PERC太阳能电池的光致衰减，但光注入设备的每个光源只能对单片电池进行处理，要增加光注入的处理时间，只能降低产能或增加设备长度来增加光源数，这样必将导致成本增加，产业化难度增大。除了光注入技术，电注入技术也能有效的抑制掺硼PERC太阳能电池的光致衰减，电注入技术通常是将200多片电池片堆叠后，在100-200℃下通入电流；其具有效率高的优点。但其处理温度低，退火温度较低，处理效果较差；另外叠层电池片的状态会影响叠层电池片的温度，很难保证每片电池片注入工艺的一致性，故均匀性差。此外，普通的电注入工艺处理时间在1.5-2h左右，处理时间过长，容易导致接触电阻提升，无法有效提升转换效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其能有效降低太阳能电池的光致衰减，提升电池的转化效率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种上述降低管式PERC太阳能电池光致衰减方法在太阳能电池生产过程中的应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其包括：
(1)提供丝印烧结的PERC太阳能电池片；
(2)将所述PERC太阳能电池片进行光注入处理；
(3)将经过光注入处理后的PERC太阳能电池片进行电注入处理。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)包括：
(2.1)将所述太阳能电池片在250-450℃下预热；
(2.2)将预热后的太阳能电池片进行光照处理；
(2.3)将太阳能电池片降温至室温。
作为上述技术方案的改进，步骤(2.2)中，采用光强为20-60个sun的LED灯进行光照处理；光照处理温度为200-300℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(2.2)中，以5-30℃/s的速率进行降温。
作为上述技术方案的改进，步骤(2.3)中，降温速率为25-35℃/s。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)包括：
(3.1)将至少100片经过光注入处理后的太阳能电池片堆叠，形成太阳能电池片组；
(3.2)将所述太阳能电池片组加热至预设温度，加热同时通入第一电流；
(3.3)向所述太阳能电池片中持续通入第二电流，并持续预设时间；
(3.4)将所述太阳能电池片组冷却至室温。
作为上述技术方案的改进，步骤(3.2)中，所述预热温度为100-200℃，所述第一电流为5-10A，预热时间为10-20min；
步骤(3.3)中，所述第二电流为5-10A，所述预设时间为30-60min。
作为上述技术方案的改进，步骤(3.2)中，所述第一电流为8-10A；
步骤(3.3)中，通入电流为5-7.5A，所述预设时间为35-50min。
作为上述技术方案的改进，步骤(3.4)中，降温时间为20-40min。
相应的，本发明还公开了一种上述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法在生产管式PERC太阳能电池中的应用。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本发明采用先光注入后电注入的工艺，促进了B-O由失活态向再生态的转变，降低了太阳能电池片的光致衰减。同时，将两者连用比单一手段的生产效率高。
2.本发明采用先光注入后电注入的工艺，由于光注入工艺处理温度较高，可达到200-450℃，相当于对太阳能电池片进行了较高温度的热退火，其可充分激活太阳能电池片中的H，使得部分无效H排出电池片体外，降低了光致衰减，提升了效率。
3.本发明采用先光注入后电注入的工艺，光注入工艺将部分B-O转化为再生态，使得电注入需要转换的B-O复合体量降低，进而降低了电注入工艺过程的处理时间和通入电流，从而保证了太阳能电池片具有相对均匀的接触电阻，较高的开路电压、短路电流和转换效率。
附图说明
图1是本发明一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减方法的流程图。
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。
传统的光注入工艺只能对单片电池操作，效率低；传统的电注入工艺处理电流较高、时间较长，容易导致电极与电池片之间的接触电阻上升，且不同硅片之间均匀性差，导致处理效果不理想。为此，本发明提供了一种降低管式PERC太阳能电池光之衰减的方法，其包括以下步骤：
S1：提供丝印烧结的PERC太阳能电池片；
具体的，所述PERC太阳能电池片的制备工艺如下：制绒、磷扩散、SE正面开槽、刻蚀、退火、PECVD形成背面钝化膜、背面钝化膜激光开槽、丝印烧结。由于本发明中的背面钝化膜采用PECVD法形成，其H含量较普通的ALD法高。
S2：将所述PERC太阳能电池片进行光注入处理；
具体的，S2包括：
S21：将所述太阳能电池片在250-450℃下预热
预热可激活介质膜中的H，使其进入太阳能电池内部。同时预热也可促进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，有利于降低太阳能电池片的光致衰减。
其中，预热温度为250-450℃，优选的，预热温度为300-450℃，较高的预热温度也可促进H的扩散，使得部分无效H排出太阳能电池片体外，降低太阳能电池片的光致衰减。
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。
S22：将预热后的太阳能电池片进行光照处理；
具体的，将预热后的太阳能电池片在一预设温度范围内进行光照处理，持续一第一时间；
其中，所述预设温度范围为200-300℃，在此温度范围内，H可有效钝化预热激活的B-O复合体，促进大部分的B-O复合体转化为再生态。当温度＞300℃时，部分B-O复合体会从退火态转换为失稳态；当温度＜200℃时，太阳能电池片内的H移动速度过慢，无法有效与B-O复合体结合。优选的，所述预设温度范围为250-300℃。
进一步的，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5-30℃/s的速率下降。优选的，可控制温度以5-10℃/s的速率下降。温度的变化有利于促进B-O复合体的转变。
其中，采用光强为20-60个sun的LED灯进行光照处理，光照可有效注入载流子，实现B-O复合体的转换。第一时间为2-10s。
S23：将太阳能电池片降温至室温；
其中，降温冷却的速率为为25-35℃/s，降温时间为4-20s。
此外，光注入工艺从预热到300-450℃，再冷却至室温，相当于对太阳能电池硅片进行了一次热退火过程，这种热退火程序可排出管式PERC太阳能电池中的无效H，降低光致衰减，提升转换效率。同时，为了防止过多的有效H被排出，控制光注入工艺的处理时间为25-45s；当处理时间＜25s时，光注入效果差，B-O复合体的钝化量较少；当处理时间＞45s时，部分有效H会被排出太阳能电池片，导致钝化不足，降低开路电压、闭路电流和转换效率。
通过一次光注入工艺后，太阳能电池硅片中的一部分B-O复合体被有效钝化为再生态。为了使得大部分B-O复合体被钝化，传统的做法是多增加几道光注入工艺，但这样生产效率低下。为此，本发明引入了电注入工艺，对太阳能电池硅片进行进一步处理，具体的如下：
S3：将经过光注入处理后的PERC太阳能电池片进行电注入处理
具体的：S3包括：
S31：将至少100片经过光注入处理后的太阳能电池片堆叠，形成太阳能电池片组；
具体的，将400-600片经过光注入处理后的太阳能电池片堆叠，形成太阳能电池组。由于本发明采用了先采用了光注入工艺，降低了需要处理的B-O复合体的量；因此，单次光注入工艺可处理的电池片数量也相应上升了(传统的在400片以下)，提升了处理效率。
S32：将所述太阳能电池片组加热至预设温度，加热同时通入第一电流；
其中，加热温度为100-200℃，加热升温速率为50-100℃/min，加热时间为10-20min。加热可进一步激活介质膜中的H和B-O复合体。
其中，第一电流为5-10A，优选为8-10A；其可促进B-O复合体的转变，提升效率。需要说明的是，传统的工艺流程一般是加热到温度后，再通入电流。其主要是前期不存在类似本发明的热退火，故需要先加热，激活H和B-O复合体，然后再通入电流，进行转化。
优选的，上述加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。
S33：向所述太阳能电池片中持续通入第二电流，并持续预设时间；；
具体的，第二电流为5-10A，优选的为5-7.5A，具体的可为6A、7A、7.5A。所述预设时间为30-60min，优选的为35-50min。由于本发明采用了光注入工艺进行前序处理，降低了电注入的通入电流和处理时间，提升了各电池片之间的均匀性，全面提升了开路电压、短路电流、填充因子和转换效率，降低了光致衰减。
需要说明的是，在常用的电注入工艺中，为了提升处理效果，往往采用较大的电流(8-10A)，较高的温度(150-250℃)和较长的处理时间(1.5-3h)；较大的电流有利于激发材料中的H，使得H与B-O缺陷结合；降低了少子复合，提升了短路电流和开路电压，同时也提升了转换效率；但由于通入电流时仅对电极进行通电，而不同区域的硅片并不一致，导致同一样品的不同区域处理效果不同，且较高的电流也加剧了不同硅片之间的不均匀性，整体上也就表现为填充因子的下降，对转换效率的增幅也就相对较低。另一方面，采用较高的温度和较长的时间，可以增强H的扩散。然而H的扩散也会弱化PERC电池电极与硅片之间的接触，使得其接触电阻上升，从而使得填充因子降低，导致对转换效率的增幅比较小。
本发明通过较高温度的光注入工艺进行第一次处理，同时光注入过程中进行了热退火，使得大部分H易于被激活，通过加热工序即可良好激活；因此降低了处理温度(100-200℃)、通入电流(5-7.5A)和处理时间(45-60min)，从而从根本上消除了上述不利影响，得到了高开路电压、短路电流、填充因子、转换效率和低光致衰减的太阳能电池片。
还需要说明的是，在现有技术中，往往仅仅采用光注入或电注入工艺进行处理；仅采用光注入处理工艺，其处理效率极低，无法大规模工业化；仅采用电注入处理工艺，不仅处理效果差，也会造成效率提升幅度小的缺陷。本发明通过两者连用克服了上述问题，其处理效果良好。此外，如果采用了电注入+光注入的工艺，则电注入转换为再生态的B-O复合体在较高的温度下会再次转变成为失活态，无法降低光致衰减。
S34：将所述太阳能电池组冷却至室温；
其中，冷却时间为20-40min，但不限于此。
相应的，本发明还公开了上述降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法在生产PERC太阳能电池中的应用。具体的，所述PERC太阳能电池可为单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池。
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管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其包括：
(1)提供丝印烧结的PERC太阳能电池片；
具体的，PERC太阳能电池片为单晶硅太阳能电池片；
(2)将所述PERC太阳能电池片进行光注入处理；
具体的，包括：
(2.1)将太阳能电池片在400℃下预热15s；
(2.2)将预热后的太阳能电池片进行光照处理；
其中，采用光强为30sun的LED灯进行光照处理；处理温度为250℃恒定，照射时间为3s；
(2.3)将太阳能电池片冷却至室温；
其中，冷却速率为25℃/s，冷却时间为9s。
(3)将经过光注入处理后的PERC太阳能电池片进行电注入处理。
具体的，包括：
(3.1)将400片经过光注入处理后的太阳能电池片堆叠，形成太阳能电池片组；
(3.2)将所述太阳能电池片组加热至预设温度，加热同时通入第一电流；
其中，加热温度为150℃，处理时间为13min，第一电流为9A；
(3.3)向所述太阳能电池片中通入第二电流，并持续预设时间；
其中，通入电流为9A，处理时间为50min。
(3.4)将所述太阳能电池片组冷却至室温。
其中，冷却时间为30min。
实施例2
本实施例提供一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其包括：
(1)提供丝印烧结的PERC太阳能电池片；
具体的，PERC太阳能电池片为单晶硅太阳能电池片；
(2)将所述PERC太阳能电池片进行光注入处理；
具体的，包括：
(2.1)将太阳能电池片在400℃下预热15s；
(2.2)将预热后的太阳能电池片进行光照处理；
其中，采用光强为30sun的LED灯进行光照处理；处理温度为220-250℃，照射时间为3s；照射过程中，以10℃/s的速率降温；
(2.3)将太阳能电池片冷却至室温；
其中，冷却速率为25℃/s，冷却时间为8s。
(3)将经过光注入处理后的PERC太阳能电池片进行电注入处理。
具体的，包括：
(3.1)将600片经过光注入处理后的太阳能电池片堆叠，形成太阳能电池片组；
(3.2)将所述太阳能电池片组加热至预设温度，加热同时通入第一电流；
其中，加热温度为150℃，处理时间为14min，第一电流为8A；
(3.3)向所述太阳能电池片中通入第二电流，并持续预设时间；
其中，通入电流为8A，处理时间为40min。
(3.4)将所述太阳能电池片组冷却至室温。
其中，冷却时间为30min。
实施例3
本实施例提供一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其包括：
(1)提供丝印烧结的PERC太阳能电池片；
具体的，PERC太阳能电池片为单晶硅太阳能电池片；
(2)将所述PERC太阳能电池片进行光注入处理；
具体的，包括：
(2.1)将太阳能电池片在400℃下预热15s；
(2.2)将预热后的太阳能电池片进行光照处理；
其中，采用光强为30sun的LED灯进行光照处理；处理温度为220-250℃，照射时间为3s；照射过程中，以10℃/s的速率降温；
(2.3)将太阳能电池片冷却至室温；
其中，冷却速率为25℃/s，冷却时间为8s。
(3)将经过光注入处理后的PERC太阳能电池片进行电注入处理。
具体的，包括：
(3.1)将600片经过光注入处理后的太阳能电池片堆叠，形成太阳能电池片组；
(3.2)将所述太阳能电池片组加热至预设温度，加热同时通入第一电流；
其中，加热温度为150℃，处理时间为14min，第一电流为8A；
(3.3)向所述太阳能电池片中通入第二电流，并持续预设时间；
其中，通入电流为7A，处理时间为40min。
(3.4)将所述太阳能电池片组冷却至室温。
其中，冷却时间为30min。
实施例4
本实施例提供一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其包括：
(1)提供丝印烧结的PERC太阳能电池片；
具体的，PERC太阳能电池片为单晶硅太阳能电池片；
(2)将所述PERC太阳能电池片进行光注入处理；
具体的，包括：
(2.1)将太阳能电池片在400℃下预热15s；
(2.2)将预热后的太阳能电池片进行光照处理；
其中，采用光强为30sun的LED灯进行光照处理；处理温度为220-250℃，照射时间为3s；照射过程中，以10℃/s的速率降温；
(2.3)将太阳能电池片冷却至室温；
其中，冷却速率为25℃/s，冷却时间为8s。
(3)将经过光注入处理后的PERC太阳能电池片进行电注入处理。
具体的，包括：
(3.1)将600片经过光注入处理后的太阳能电池片堆叠，形成太阳能电池片组；
(3.2)将所述太阳能电池片组加热至预设温度，加热同时通入第一电流；
其中，加热温度为150℃，处理时间为14min，第一电流为8A；
(3.3)向所述太阳能电池片中通入第二电流，并持续预设时间；
其中，通入电流为7A，处理时间为50min。
(3.4)将所述太阳能电池片组冷却至室温。
其中，冷却时间为30min。
对比例1
本对比例提供一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其包括：
(1)将400片经过光注入处理后的太阳能电池片堆叠，形成太阳能电池片组；
(2)将所述太阳能电池片组加热至预设温度；
其中，加热温度为150℃，升温速率为60℃/min，处理时间为4min；
(3)向所述太阳能电池片中通入电流，并持续预设时间；
其中，通入电流为9A，处理时间为120min。
(3.4)将所述太阳能电池片组冷却至室温。
其中，冷却时间为30min。
对比例2
本对比例提供一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其包括：
(1)提供丝印烧结的PERC太阳能电池片；
具体的，PERC太阳能电池片为单晶硅太阳能电池片；
(2)将太阳能电池片在400℃下预热15s；
(3)将预热后的太阳能电池片进行光照处理；
其中，采用光强为30sun的LED灯进行光照处理；处理温度为240℃，照射时间为3s；
(4)将太阳能电池片冷却至室温；
其中，冷却速率为25℃/s，冷却时间为8s。
将实施例1-4、对比例1-2的太阳能电池做测试，结果如下，其中，光致衰减的(LID)均匀性为LID数据的方差，其余数据均为平均值：
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 (10)
1.一种降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其特征在于，包括：
(1)提供丝印烧结的PERC太阳能电池片；
(2)将所述PERC太阳能电池片进行光注入处理；
(3)将经过光注入处理后的PERC太阳能电池片进行电注入处理。
2.如权利要求1所述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其特征在于，步骤(2)包括：
(2.1)将所述太阳能电池片在250-450℃下预热；
(2.2)将预热后的太阳能电池片进行光照处理；
(2.3)将太阳能电池片降温至室温。
3.如权利要求2所述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其特征在于，步骤(2.2)中，采用光强为20-60个sun的LED灯进行光照处理；光照处理温度为200-300℃。
4.如权利要求3所述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其特征在于，步骤(2.2)中，以5-30℃/s的速率进行降温。
5.如权利要求2所述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其特征在于，步骤(2.3)中，降温速率为25-35℃/s。
6.如权利要求1所述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其特征在于，步骤(3)包括：
(3.1)将至少100片经过光注入处理后的太阳能电池片堆叠，形成太阳能电池片组；
(3.2)将所述太阳能电池片组加热至预设温度，加热同时通入第一电流；
(3.3)向所述太阳能电池片中持续通入第二电流，并持续预设时间；
(3.4)将所述太阳能电池片组冷却至室温。
7.如权利要求6所述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其特征在于，步骤(3.2)中，所述预热温度为100-200℃，所述第一电流为5-10A，预热时间为10-20min；
步骤(3.3)中，所述第二电流为5-10A，所述预设时间为30-60min。
8.如权利要求7所述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其特征在于，步骤(3.2)中，所述第一电流为8-10A；
步骤(3.3)中，通入电流为5-7.5A，所述预设时间为35-50min。
9.如权利要求7所述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法，其特征在于，步骤(3.4)中，降温时间为20-40min。
10.如权利要求1-10任一项所述的降低管式PERC太阳能电池光致衰减的方法在生产管式PERC太阳能电池中的应用。
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