CN113078240B - N型TOPCon电池的烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种N型TOPCon电池的烧结方法，采用烧结炉设备对电池片进行处理，该N型TOPCon电池的烧结方法包括：印刷后的电池片进入烘干区，在设定的温度下进行低温烘干，使电池片表面的浆料中的有机物挥发；经过烘干后的电池片进入预烧结区，在设定的温度下进行预烧结；经过预烧结后的电池片进入主烧结区，在设定的温度下进行烧结，形成欧姆接触；烧结完成后的电池片进入降温区，进行降温；降温完成后的电池片进入多功能区，在设定的温度曲线下进行热处理、降温。通过设置多功能区，在设定的温度曲线和光照强度下对电池片进行处理，可提高电池片的钝化性能，从而提高电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产领域，具体地说是一种N型TOPCon电池的烧结方法。
背景技术
N型TOPCon电池(Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化物钝化接触电池)是近年来行业研究的热点。N型TOPCon电池背面结构从外到内依次为电极、含氢钝化膜、掺杂多晶硅层、隧穿氧化层，该叠层结构可以为背面提供优良的钝化效果，同时较目前商业化生产的PERC结构电池大幅提升接触性能。但是，同样因为这一独特的背面结构，导致传统烧结工艺在进行TOPCon电池的生产过程中出现电池少子寿命大幅降低，钝化性能衰退，从而造成电池效率降低。
发明内容
本发明针对N型TOPCon电池片在传统烧结工艺中效率降低的问题，提供一种新的N型TOPCon电池片的烧结方法，提高了电池效率。
本发明的技术方案如下：一种N型TOPCon电池的烧结方法，采用烧结炉设备对电池片进行处理，该烧结炉设备包括依序设置的烘干区、预烧结区、主烧结区、降温区、多功能区，该N型TOPCon电池的烧结方法包括：印刷后的电池片进入烘干区，在设定的温度下进行低温烘干，使电池片表面的浆料中的有机物挥发；经过烘干后的电池片进入预烧结区，在设定的温度下进行预烧结；经过预烧结后的电池片进入主烧结区，在设定的温度下进行烧结，形成欧姆接触；形成欧姆接触后的电池片进入降温区，进行降温；降温完成后的电池片进入多功能区，在设定的温度曲线下进行热处理、降温。
通过设置多功能区，在设定的温度曲线下对形成欧姆接触的电池片进行热处理与降温处理，可提高电池的钝化性能，从而提高电池片的转换效率。
进一步地，烘干区包括多个烘干装置，各个烘干装置依次相连，每个烘干装置的上腔体设置加热管，各个烘干装置的加热管的加热温度为100℃-500℃，电池片在各个烘干装置的总停留时间为15s-40s。
烘干区采用多个烘干装置，方便调整与控制各个烘干装置的温度，便于得到合适的加热温度。
进一步地，烘干区包括5个烘干装置，5个烘干装置的加热温度分别为150℃-380℃、150℃-410℃、150℃-420℃、150℃-420℃、150℃-400℃，
或者，烘干区包括6个烘干装置，6个烘干装置的加热温度分别为150℃-360℃、150℃-400℃、150℃-420℃、150℃-420℃、150℃-400℃、150℃-400℃，
或者，所述烘干区包括7个烘干装置，7个烘干装置的加热温度分别为150℃-360℃、150℃-380℃、150℃-420℃、150℃-420℃、150℃-400℃、150℃-380℃、150℃-360℃。
烘干区采用三个不同数量的烘干装置布置方案，各个烘干装置设置了不同的加热温度，根据预定工艺更加灵活地对电池片进行烘干处理，达到更好的处理效果。
进一步地，预烧结区包括多个预烧结装置，各个预烧结装置依次相连，每个预烧结装置的设定温度为100℃-750℃，电池片在各个预烧结装置的总停留时间为15s-40s。
预烧结区采用多个预烧结装置，可分别调节各个预烧结装置的加热温度，便于得到合适的预烧结温度。
进一步地，预烧结区包括6个预烧结装置，每个预烧结装置的上腔体设置有加热管，各个预烧结装置的上腔体的加热管的加热温度分别为300℃-400℃、390℃-490℃、405℃-505℃、450℃-550℃、500℃-600℃、510℃-610℃；每个预烧结装置的下腔体同样设置有加热管，各个预烧结装置的下腔体的加热管加热温度分别为370℃-470℃、355℃-455℃、365℃-465℃、430℃-530℃、490℃-590℃、490℃-590℃。
预烧结区采用6个预烧结装置，并分别设定不同的加热温度，可以得到较好的预烧结性能。
进一步地，主烧结区的设定温度为700℃-905℃，电池片在主烧结区的停留时间为5s-20s。
通过设定主烧结区的温度并设定电池片在主烧结区内的停留时间，可保证电池片的烧结性能。
进一步地，主烧结区包括上腔体与下腔体，上腔体的温度为845℃-905℃，下腔体的温度为780℃-840℃。
通过分别设定主烧结区的上腔体与下腔体的具体温度，可以保证电池片更好的烧结性能。
进一步地，主烧结区包括4个所述烧结装置，每个所述烧结装置的上腔体内设置有加热管，各个烧结装置的上腔体的加热管加热温度分别为750℃-850℃、750℃-850℃、760℃-860℃、780℃-880℃；每个烧结装置的下腔体内同样设置有加热管，各个烧结装置的下腔体的加热管加热温度分别为730℃-830℃、750℃-850℃、750℃-850℃、775℃-875℃。
进一步地，降温区的温度为室温，电池片在降温区的停留时间为5s-20s。
降温区的温度采用室温，可节约能源。
进一步地，多功能区包括多个多功能装置，各个多功能装置依次相连，每个多功能装置的设定温度为100℃-700℃，电池片在各个多功能装置的总停留时间为10s-60s。
多功能区采用多个多功能装置，可分别调整各个多功能装置的温度，便于提高电池的钝化性能，从而提高电池效率。
进一步地，多功能区包括10个多功能装置，10个多功能装置的温度分别为270℃-330℃、270℃-330℃、270℃-330℃、270℃-330℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃。
多功能区采用10个多功能装置，并分别设定各个多功能装置的温度，可保证提高电池的钝化性能。
进一步地，多功能区的上腔体还设置有能够发出红外光或可见光的光照灯，光照灯对电池片进行预定光照强度的光注入处理。
通过在多功能区上设置光照灯对电池片进行光照处理，可进一步提高电池片的电学性能。
附图说明
图1为本发明方法一种实施例的流程图。
图2为本发明方法采用的烧结炉设备的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。需要注意的是，列出的多个实施例既可以单独实施，也可以进行组合实施。
光伏电池是以硅为基体材料的，且最终形成的光伏组件能够将太阳能转换为电能。由于在光伏电池生产过程中，光伏电池随着工艺步骤的进行，具有不同的状态，加之行业内的称呼习惯不同，故本申请中统一使用“电池片”来称呼光伏电池，其并非特指处于某种状态的光伏电池，而是一种泛指。
图2所示是本发明方法采用的烧结炉设备的结构框图。该烧结炉设备包括依序设置的烘干区10、预烧结区20、主烧结区30、降温区40及多功能区50。其中，烘干区10包括多个依次相连的烘干装置11；预烧结区20包括多个依次相连的预烧结装置21；多功能区50包括多个依次相连的多功能装置51。其中烘干区10、预烧结区20、主烧结区30、多功能区50分别为一段具有特定工艺处理效果的可封闭的炉体。降温区40可以为封闭式的炉体，也可以为开放式炉体，电池片直接与空气接触。
图1所示是本发明方法的一种可选的实施例的流程图。
如图1所示，该实施例公开的一种N型TOPCon电池的烧结方法，包括以下步骤：
S101，印刷后的电池片进入烘干区10，在设定的温度下进行低温烘干，使电池片表面的浆料中的有机物挥发；
S102，经过烘干后的电池片进入预烧结区20，在设定的温度下进行预烧结；
S103，经过预烧结后的电池片进入主烧结区30，在设定的温度下进行烧结，形成欧姆接触；
S104，形成欧姆接触后的电池片进入降温区40，进行降温；
S105，降温完成后的电池片进入多功能区50，在设定的温度曲线下进行热处理、降温。
通过设置多功能区50，在设定的温度曲线下对烧结后降温完成的电池片进行热处理与降温处理，使电池片内部结构在特定温度条件下部分重构，缺陷减少，对N型TOPCon电池的增益大，电池效率平均提高0.4％，可提高电池的钝化性能和电池的转换效率。
可选地，烘干区10包括多个烘干装置11，各个烘干装置11依次相连，每个烘干装置11的上腔体设置加热管，各个烘干装置11的加热管的加热温度为100℃-500℃，电池片在各个烘干装置11的总停留时间为15s-40s。例如，烘干装置11的加热管的加热温度可以选取100℃-200℃，也可以选取200℃-400℃、300℃-500℃、400℃-500℃等等，选取的最低温度不低于100℃且最高温度不高于500℃即可。
在一个可选的实施例中，烘干区10包括5个依次相连的烘干装置11，经过印刷后的N型TOPCon电池通过输送线进入依次相连的烘干装置11，在烘干装置11内完成低温下电池片表面浆料内有机物的挥发。
在一个进一步的实施例中，5个烘干装置11的加热温度分别从5个温度范围150℃-380℃、150℃-410℃、150℃-420℃、150℃-420℃、150℃-400℃中依次取值。
在一个可选的实施例中，烘干区10包括6个依次相连的烘干装置11，6个烘干装置11的加热温度分别从六个温度范围170℃-230℃、220℃-280℃、210℃-270℃、185℃-245℃、185℃-245℃、190℃-250℃中依次取值。
在一个可选的实施例中，烘干区10包括7个依次相连的烘干装置11，7个烘干装置11的加热温度分别从7个温度范围150℃-360℃、150℃-380℃、150℃-420℃、150℃-420℃、150℃-400℃、150℃-380℃、150℃-360℃中依次取值。
或者在另一个可选实施例中，第一个烘干装置11的上腔体加热管加热温度设定为170℃-230℃中的某个值，最后一个烘干装置11的上腔体加热管加热温度设定为190℃-250℃中的某个值，位于中间的多个烘干装置11温度曲线整体呈现递增趋势，且可能出现平台(即相邻至少两个烘干装置11的加热温度相同)。
在一个较优的实施例中，各个烘干装置11的温度可以依次设定为200℃、250℃、240℃、215℃、215℃、220℃。
烘干区10采用多个烘干装置11，能够灵活地调整与控制各个烘干装置11的温度，便于使电池片经过符合预期的温度曲线的高温处理，满足工艺要求，达到较好的烘干效果。
在一个实施例中，预烧结区20包括多个预烧结装置21，各个预烧结装置21依次相连，每个预烧结装置21的设定温度从100℃-800℃中取值，电池片在各个预烧结装置21的总停留时间为15s-40s。经过烘干后的电池片依次经过多个预烧结装置21，在设定的温度下完成浆料内玻璃料腐蚀含氢钝化膜的过程，为形成欧姆接触做准备。
同时，主烧结区包括多个烧结装置，各个烧结装置依次相连，每个烧结装置包括上腔体与下腔体，其上腔体的加热温度可以从750℃-905℃中取值，其下腔体的加热温度可以从780℃-890℃中取值。
具体地，预烧结装置21与烧结装置共有十个，且两装置均具有上腔体与下腔体。
更具体地，预烧结装置21与烧结装置可以采用如下的组合：
1)6个预烧结装置21，4个烧结装置。6个预烧结装置21的上腔体加热温度依次为300℃-400℃、390℃-490℃、405℃-505℃、450℃-550℃、500℃-600℃、510℃-610℃，下腔体加热温度依次为370℃-470℃、355℃-455℃、365℃-465℃、430℃-530℃、490℃-590℃、490℃-590℃；4个烧结装置的上腔体加热温度依次为750℃-850℃、750℃-850℃、760℃-860℃、780℃-880℃，下腔体的加热温度依次为730℃-830℃、750℃-850℃、750℃-850℃、775℃-875℃。
2)7个预烧结装置21，3个烧结装置。7个预烧结装置21的上腔体加热温度依次为300℃-400℃、390℃-490℃、405℃-505℃、450℃-550℃、500℃-600℃、550℃-650℃、600℃-700℃，下腔体加热温度依次为270℃-370℃、355℃-455℃、365℃-465℃、430℃-530℃、490℃-590℃、550℃-650℃、650℃-750℃；3个烧结装置的上腔体加热温度依次为750℃-850℃、770℃-870℃、790℃-890℃，下腔体的加热温度依次为750℃-850℃、770℃-870℃、775℃-875℃。
3)8个预烧结装置21，2个烧结装置。8个预烧结装置21的上腔体加热温度依次为300℃-400℃、390℃-490℃、405℃-505℃、450℃-550℃、500℃-600℃、550℃-650℃、600℃-700℃、650℃-750℃，下腔体加热温度依次为270℃-370℃、355℃-455℃、365℃-465℃、430℃-530℃、490℃-590℃、550℃-650℃、650℃-750℃、700℃-800℃；2个烧结装置的上腔体加热温度依次为780℃-880℃、800℃-900℃，下腔体的加热温度依次为770℃-870℃、770℃-870℃。
4)9个预烧结装置21，1个烧结装置。9个预烧结装置21的上腔体加热温度依次为300℃-400℃、390℃-490℃、405℃-505℃、450℃-550℃、500℃-600℃、550℃-650℃、600℃-700℃、650℃-750℃、700℃-800℃，下腔体加热温度依次为270℃-370℃、355℃-455℃、365℃-465℃、430℃-530℃、490℃-590℃、550℃-650℃、650℃-750℃、700℃-800℃、700℃-800℃；1个烧结装置的上腔体加热温度为805℃-905℃，下腔体的加热温度为790℃-890℃。
根据如上温度设置，能够灵活控制温度，使栅线部分与硅基体之间达到较优的欧姆接触效果。
在步骤S104中，降温区40无需另外设置冷却装置，能够节约能源。电池片从进入降温区40直至离开降温区40，总计用时5s-20s。显然，降温区40也可以设置冷却装置，以达到使电池片迅速降温的效果，同时可以减少降温区40的设备长度，进而节约空间。
步骤S105中，多功能区50包括多个多功能装置51，各个多功能装置51依次相连，每个多功能装置的设定温度从100℃-700℃中取值，电池片在各个多功能装置51的总停留时间为10s-60s。
在一个可选的实施例中，多功能区50的腔体内部还设置有光照灯，光照灯对电池片进行预定光照强度的光注入处理，光照灯可以选用例如LED灯管、LED灯板等等。光照灯能够发出预定参数的红外光或者可见光，预定参数包括波长、功率等。
多功能区的一种可选的实施例，包括10个多功能装置51。室温冷却后的电池片进入多功能区，在多功能区的特定温度曲线条件下及光谱辐照下电池片内部结构部分重构，缺陷减少，进一步提高电池的钝化性能。温度曲线通过多功能装置51腔体的冷却装置和腔体内的加热装置共同控制。
在一个可选的实施例中，10个多功能装置的温度分别从10个温度范围270℃-330℃、270℃-330℃、270℃-330℃、270℃-330℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃中依次取值。
多功能区采用10个多功能装置51，并分别设定各个多功能装置51的温度，可保证提高电池的钝化性能。
本申请中提到的加热灯，为一种电加热管，将电能转换为热能。可选地，我们选择红外灯管作为加热管，对电池片进行特定温度的加热处理。
经过本发明烧结方法制备的N型TOPCon电池，其测试结果如下表所示。表中，实验组为采用本发明烧结方法制备的N型TOPCon电池的电性能参数，对照组为传统烧结工艺制备的N型TOPCon电池的电性能参数：
| 类别 | 数量 | Eta | Uoc(V) | Isc(A) | FF | Rs(Ω) | Rsh(Ω) | Irev2(A) |
| 实验组 | 100 | 23.56％ | 0.7074 | 11.015 | 80.86 | 0.0011 | 1538 | 0.04 |
| 对照组 | 100 | 23.21％ | 0.6995 | 11.015 | 80.56 | 0.0011 | 1541 | 0.04 |
从上表可以得出，采用本发明的烧结方法对N型TOPCon电池进行烧结后，N型TOPCon电池的开路电压、转换效率相对于传统制备工艺制备的电池都有明显提升，说明了本发明克服了传统烧结工艺在制备TOPCon电池上的不足，提高了TOPCon电池的钝化性能，提高了TOPCon电池的转换效率。
上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。
Claims (5)
1.一种N型TOPCon电池的烧结方法，其特征在于，采用烧结炉设备对电池片进行处理，所述烧结炉设备由依序设置的烘干区、预烧结区、主烧结区、降温区及多功能区组成，所述N型TOPCon电池的烧结方法包括：
印刷后的电池片进入所述烘干区，在设定的温度下进行低温烘干，使电池片表面的浆料中的有机物挥发；
经过烘干后的电池片进入所述预烧结区，在设定的温度下进行预烧结；
经过预烧结后的电池片进入所述主烧结区，在设定的温度下进行烧结，形成欧姆接触；
形成欧姆接触后的电池片进入所述降温区，进行降温；
降温完成后的电池片进入所述多功能区，在设定的温度曲线下进行热处理、降温；
所述多功能区包括10个所述多功能装置，各个所述多功能装置依次相连，10个所述多功能装置的加热温度分别为270℃-330℃、270℃-330℃、270℃-330℃、270℃-330℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃、370℃-430℃，电池片在各个所述多功能装置的总停留时间为10s-60s；
所述烘干区包括7个烘干装置，各个所述烘干装置依次相连，每个所述烘干装置的上腔体设置加热管，7个所述烘干装置的加热管的加热温度分别为150℃-360℃、150℃-380℃、150℃-420℃、150℃-420℃、150℃-400℃、150℃-380℃ 、150℃-360℃，电池片在各个所述烘干装置的总停留时间为15-40s；
所述预烧结区包括6个预烧结装置，各个所述预烧结装置依次相连，每个所述预烧结装置的上腔体设置有加热管，各个所述预烧结装置的上腔体的加热管的加热温度分别为300℃-400℃、390℃-490℃、405℃-505℃、450℃-550℃、500℃-600℃、510℃-610℃；每个所述预烧结装置的下腔体同样设置有加热管，各个所述预烧结装置的所述下腔体的加热管的加热温度分别为370℃-470℃、355℃-455℃、365℃-465℃、430℃-530℃、490℃-590℃、490℃-590℃，电池片在各个所述预烧结装置的总停留时间为15s-40s；
所述多功能区的上腔体还设置有能够发出红外光或可见光的光照灯，所述光照灯对电池片进行预定光照强度的光注入处理。
2.根据权利要求1所述的N型TOPCon电池的烧结方法，其特征在于，所述主烧结区的设定温度为700℃-905℃，电池片在所述主烧结区的停留时间为5-20s。
3.根据权利要求2所述的N型TOPCon电池的烧结方法，其特征在于，所述主烧结区包括上腔体与下腔体，所述上腔体的加热温度为750℃-905℃，所述下腔体的加热温度为780℃-890℃。
4.根据权利要求2所述的N型TOPCon电池的烧结方法，其特征在于，所述主烧结区包括4个所述烧结装置，每个所述烧结装置的上腔体内设置有加热管，各个所述烧结装置的上腔体的加热管加热温度分别为750℃-850℃、750℃-850℃、760℃-860℃、780℃-880℃；每个所述烧结装置的下腔体内同样设置有加热管，各个所述烧结装置的下腔体的加热管加热温度分别为730℃-830℃、750℃-850℃、750℃-850℃、775℃-875℃。
5.根据权利要求1所述的N型TOPCon电池的烧结方法，其特征在于，所述降温区的温度为室温，电池片在所述降温区的停留时间为5s-20s。
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