CN113178509A - 一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用太阳能电池加工技术领域，提供了一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，包括以下步骤：将硅片进行制绒、扩散、刻蚀、镀介质膜，以制得镀膜硅片；将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理；将激光照射钝化处理后的镀膜硅片进行丝网印刷、烧结，得到成品PERC太阳能电池。本发明提供的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法通过在镀膜硅片丝网印刷之前进行红外激光照射钝化处理，可以降低介质膜的氢参与电池片光热衰减或电致衰减，有效提高PERC太阳能电池的可靠性，且提高PERC太阳能电池的转换效率及光利用率，同时可以避免对PERC太阳能电池的金属化结构产生影响，从而提升电池性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池加工技术领域，具体涉及一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法。
背景技术
随着晶硅太阳能电池技术的发展，晶硅太阳能电池的可靠性越受关注。目前PERC太阳能电池是光伏行业的主流产品，但是不管掺镓还是掺硼的PERC太阳能电池，电致衰减都表现比较严重，其电致衰减的主要机理为氢致缺陷及金属杂质衰减，行业内主要以光致再生技术(LIR)进行处理，通过激发介质膜(氮化硅、氧化硅或氧化铝)中的氢进行钝化缺陷，同时消耗氢源，以降低氢致缺陷的机率。
现有技术中，PERC太阳能电池的加工工艺通常是通过将硅片进行制绒、扩散、刻蚀、镀介质膜、丝网印刷、烧结步骤，得到成品PERC电池，再通过光源再生炉对成品PERC电池的介质膜进行钝化处理。由于光源再生炉通常由一定波长的LED灯阵列组成，虽然在一定温度下能够钝化PERC电池片，但是由于LED灯光照辐射较为发散，对PERC电池片的介质膜钝化效果差；而且，成品PERC电池再经加热进行光照钝化处理，会对成品PERC电池金属化结构(金属电极栅线)产生影响，从而影响电池性能。
发明内容
本发明提供一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，旨在解决现有技术中存在采用LED灯对PERC太阳能电池钝化效果差，且成品PERC电池经加热进行光照钝化处理，会对成品PERC电池金属化结构产生影响，从而影响电池性能的问题。
本发明是这样实现的，提供一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，包括：
将硅片进行制绒、扩散、刻蚀、镀介质膜，以制得镀膜硅片；
将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理；
对钝化处理后的镀膜硅片进行丝网印刷、烧结，得到成品PERC太阳能电池。
优选的，所述将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理步骤之后还包括：
将红外激光照射钝化处理后的镀膜硅片进行快速冷却。
优选的，所述预设温度为200～350℃。
优选的，所述红外激光的辐射强度为20～60kw/m2。
优选的，所述红外激光照射钝化处理的时间为5～20S。
优选的，所述红外激光的光源波长为900～1100nm。
优选的，所述介质膜至少包括SiOx膜、SiNOx膜、SiNx膜中的任意一种或多种。
优选的，所述镀膜硅片通过激光钝化工艺平台进行红外激光照射钝化处理；所述激光钝化工艺平台包括用于放置硅片的放置台面、用于对所述放置台面进行加热的加热装置、以及红外激光照射灯。
优选的，所述激光钝化工艺平台还包括用于对红外激光照射钝化处理后的镀膜硅片进行冷却的风冷装置。
优选的，所述激光钝化工艺平台还包括设于所述放置台面、用于对所述放置台面进行冷却的水冷装置。
本发明提供的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法通过在硅片镀介质膜之后，并在硅片丝网印刷之前，将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理，使镀膜硅片的介质膜中的氢从非活性态变成活性态，利用氢钝化硅基体内缺陷及表面悬挂键，可以降低PERC太阳能电池的缺陷及杂质；其次，由于红外激光辐射强度强且集中，能够极短时间无接触式钝化硅片，氢在高强度的红外激光下及温度下获得能量形成氢二聚体及硼氢对，同时氢也在不停往外扩散逃逸，降低氢参与的电池片电致衰减，可以消耗氢量，减少含氢致缺陷几率，使PERC太阳能电池的电致衰减降低0.05％-0.5％，转换效率提升0.01-0.05％，有效提高PERC太阳能电池的可靠性，提高PERC太阳能电池的转换效率及光利用率。同时，通过在硅片丝网印刷之前在一定温度下利用红外激光照射钝化处理镀膜硅片，避免高温对PERC电池的金属化结构产生影响，从而可以提升电池性能。
附图说明
图1为本发明提供的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法通过在硅片镀介质膜之后并在硅片丝网印刷之前，将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理，使介质膜中的氢从非活性态变成活性态，利用氢钝化硅基体内缺陷及表面悬挂键，降低PERC太阳能电池的缺陷及杂质；其次氢在高强度的红外激光下及高温下获得能量形成氢二聚体及硼氢对，同时氢也在不停往外扩散逃逸，降低氢参与的电池片电致衰减，可以消耗氢量，使PERC太阳能电池的电致衰减降低0.05％-0.5％，转换效率提升0.01-0.05％，有效提高PERC太阳能电池的可靠性，提高PERC太阳能电池的转换效率及光利用率。同时，通过在硅片丝网印刷之前，利用红外激光照射钝化处理，避免红外激光照射钝化处理过程高温对PERC电池的金属化结构产生影响，从而可以提升电池性能。
请参照图1，本发明实施例提供一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，包括以下步骤：
S1，将硅片进行制绒、扩散、刻蚀、镀介质膜，以制得镀膜硅片；
本步骤中，选用掺Ga的单晶硅片，并采用PERC太阳能电池常规的制绒、扩散、刻蚀、镀介质膜工艺，以制得镀膜硅片。
具体的，硅片制绒过程中，利用腐蚀性溶液对硅片表面进行腐蚀来形成绒面结构，还可以采用干法制绒的方式在硅片的表面形成绒面结构，以在硅片表面形成绒面，以减少太阳能电池的光反射。在完成制绒后，将硅片通过扩散工艺形成P-N结；然后将形成P-N结后的硅片经过背面刻蚀，然后退火在硅片背面生长SiO2钝化层，然后在硅片正面和背面通过LPCVD或PECVD沉积介质膜，以制得镀膜硅片。在完成硅片镀介质膜后，在镀膜硅片背面激光开槽。由于此时硅片还未经丝网印刷烧结，硅片表面未形成电极栅线，此时硅片为非金属化的电池片。
其中，介质膜至少包括SiOx膜、SiNOx膜、SiNx膜中的任意一种或多种。
在本实施例中，介质膜包括设置于硅片正面的SiNx膜以及设置于硅片背面Al2O3膜及SiNx膜。
S2，将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理；
作为本发明的一个实施例，预设温度为200～350℃，可以使镀膜硅片的介质膜中的氢获得较高能量，便于激活介质膜中的氢，以使红外激光照射钝化效果更好。优选的，预设温度为300℃。
作为本发明的一个实施例，红外激光的辐射强度为20～60kw/m2，使得激光能量可以充分激活介质膜中的氢。优选的，红外激光的辐射强度为40kw/m2。
作为本发明的一个优选实施例，红外激光照射钝化处理时间为5～20S，确保能够充分钝化介质膜。优选的，红外激光照射钝化处理时间为10S。
作为本发明的一个实施例，红外激光的光源波长为900～1100nm。
本步骤中，通过将镀有介质膜的镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理，由于红外激光辐射强度强且集中，能够极短时间无接触式钝化镀膜硅片。一方面，镀膜硅片经过高强度的红外激光照射钝化处理后，镀膜硅片的含氢介质膜中的氢从非活性态变成活性态，使氢能够钝化硅基体内缺陷及表面悬挂键，其次氢在高强度的红外光下及温度下获得能量形成氢二聚体及硼氢对，同时氢也在不停往外扩散逃逸，降低氢参与的电池片光热衰减或电致衰减，可以消耗氢量，使晶硅电池的电致衰减降低0.05％-0.5％，效率提升0.01-0.05％，有效提高晶硅电池的可靠性，提高太阳能电池的转换效率及光利用率。
另一方面，由于硅片丝网印刷烧结之前，硅片未形成金属电极栅线结构，此时对硅片加热并利用红外激光照射钝化处理，不存在高温对PERC电池片的金属化结构产生影响的问题，相比PERC电池在制成成品后再对PERC电池加热并利用LED照射钝化的常规工艺，可以有效提升电池性能。
作为本发明的一个实施例，在步骤S2中，将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理之后还包括将红外激光照射钝化处理的镀膜硅片进行快速冷却。
本实施例中，镀膜硅片在完成红外激光照射钝化处理后，通过将镀膜硅片进行快速冷却，以使镀膜硅片保持一定钝化效果及消耗氢的状态，同时方便进行后续的丝网印刷、烧结工艺。其中，镀膜硅片进行快速冷却的方式不限，可以是风冷或水冷。
本发明实施例中，所述镀膜硅片具体通过激光钝化工艺平台进行红外激光照射钝化处理。其中，激光钝化工艺平台包括用于放置硅片的放置台面、设于放置台面、用于对放置台面进行加热的加热装置以及红外激光照射灯。
本发明实施例中，镀膜硅片利用激光钝化工艺平台进行激光钝化处理时，将镀膜硅片放置在放置台面上，加热装置工作对放置台面加热，以将硅片加热到200～350℃，同时红外激光照射灯工作，红外激光照射灯发出光源波长为900～1100nm的红外激光，红外激光照射灯发出的红外激光照射在镀膜硅片表面，以进行镀膜硅片的红外激光照射钝化处理。利用该激光钝化工艺平台，可以同时实现硅片加热和红外激光照射镀膜硅片，便于实现镀膜硅片的红外激光照射钝化处理工序。
作为本发明的一个实施例，红外激光钝化工艺平台还包括用于对红外激光照射钝化处理后的镀膜硅片进行冷却的风冷装置。镀膜硅片在完成红外激光照射钝化处理后，可以利用风冷装置不断向硅片吹出冷风，以实现硅片的快速冷却。
作为本发明的一个实施例，红外激光钝化工艺平台还包括设于放置台面、用于对放置台面进行冷却的水冷装置。
本实施例中，镀膜硅片在完成红外激光照射钝化处理后，水冷装置开始工作，水冷装置利用流动的冷水可以带走放置台面的热量，以对放置台面进行快速冷却。
其中，红外激光钝化工艺平台还包括分别与所述红外激光照射灯、加热装置、水冷装置及风冷装置连接的控制板，用户通过操作控制板可以控制所述红外激光照射灯、加热装置、水冷装置及风冷装置的工作状态。红外激光钝化工艺平台还包括用于显示所述放置台面实时温度的温控显示器，便于用户实时查看放置台面的温度。其中，放置台面为温控金属台面，加热装置为设置于温控金属台面下方的加热板。水冷装置包括设置于所述温控金属台面下方的冷却水管，水冷装置工作时，冷却水管流动的冷水可以带走放置台面的热量，以对放置台面进行快速冷却。
S3，将激光照射钝化处理后的硅片进行丝网印刷、烧结，得到成品PERC太阳能电池。
本步骤中，将激光照射钝化处理后的硅片进行PERC太阳能电池的常规丝网印刷工艺以及烧结工艺制备正负电极栅线，得到成品PERC太阳能电池，再进行电池效率以及衰减测试。
为证明本发明提供的激光钝化处理的太阳能电池加工方法相比常规太阳能电池加工方法所取得的技术效果，现选取A、B两组电池片进行实验对比，每组电池片数量为40片。其中，A组电池片则采用本发明工艺制备，B组电池片采用无红外激光钝化处理的常规工艺制备，两种工艺处理的电池片为姊妹片。具体的，A组电池片选用掺Ga浓度为10-16cm-1，电阻率为0.4Ω的单晶硅片，单晶硅片经过制绒、扩散、刻蚀、退火生长SiO2钝化层、背面镀Al2O3膜及SiNx膜、正面镀SiNx膜，再经过背面激光开槽，制备得到镀膜硅片(非金属化电池片)，镀膜硅片在一定温度下进行红外激光照射钝化处理，再进行丝网印刷烧结得到电池成品。其中，红外激光钝化处理温度为300℃，红外激光的辐射强度为40kw/m2，红外激光照射钝化处理时间为10S。B组电池片采用无红外激光照射钝化处理的常规工艺制备，其他工艺条件同A组电池片。
A、B两组电池片完成制备后，分别将两种工艺制得的A、B两组电池片在相同条件下进行检测。其中，检测条件为将电池片在110℃，0.5A电流条件下处理8小时，测量数据如下表所示：
| 组别 | 数量 | Uoc(V) | Isc(A) | Rs(Ω) | FF(％) | Eta(％) | CID值 |
| A | 40 | 0.6846 | 13.453 | 0.00153 | 81.446 | 22.719 | 0.31％ |
| B | 40 | 0.6844 | 13.441 | 0.00157 | 81.398 | 22.678 | 0.54％ |
其中，Uoc为电压(V)，Isc为电流(A)，Rs为串阻(Ω)，FF填充因子(％)，Eta为电池效率(％)，CID为电致衰减值(％)。
由上表数据可以看出，本发明工艺制得的电池片相比常规无红外激光照射钝化的工艺制得的电池片，电致衰减(CID)从0.54％降低至0.31％，电池效率可以提升0.04％。由此可见，本发明工艺相比常规工艺可以能够有效钝化电池缺陷，提高电池效率及降低电致衰减值。
另外，为进一步证明本发明提供的激光钝化处理的太阳能电池加工方法相比常规太阳能电池加工方法所取得的技术效果。现选取C、D两组电池片进行实验对比，每组电池片数量为40片。其中，一组电池片采用常规工艺制备，另一组电池片则采用本发明的工艺制备。C组电池片则采用本发明工艺制备，D组电池片采用无红外激光钝化处理的常规工艺制备，两种工艺处理的电池片为姊妹片。具体的，C组电池片选用掺Ga浓度为10-16cm-1，电阻率为0.6Ω的单晶硅片，单晶硅片经过制绒、扩散、刻蚀、退火生长SiO2钝化层、背面镀Al2O3膜及SiNx膜、正面镀SiNx膜，再经过背面激光开槽，制备得到镀膜硅片(非金属化电池片)，镀膜硅片进行红外激光照射钝化处理再进行丝网印刷烧结得到电池成品。其中，红外激光钝化处理的温度为350℃，红外激光的辐射强度为60kw/m2，红外激光照射钝化处理时间为15S。D组电池片采用无激光照射钝化处理的常规工艺制备，其他工艺条件同C组。
C、D两组电池片完成制备后，分别将两种工艺制得的C、D两组电池片在相同条件下进行检测。其中，检测条件为将电池片在110℃，0.5A电流条件下处理8小时，测量数据如下表所示：
| Comment | 数量 | Uoc(V) | Isc(A) | Rs(Ω) | FF(％) | Eta(％) | CID值 |
| C | 40 | 0.6848 | 13.442 | 0.00151 | 81.479 | 22.717 | 0.14％ |
| D | 40 | 0.6844 | 13.436 | 0.00151 | 81.464 | 22.687 | 0.33％ |
从Rs(串阻)及FF(填充因子)可以看出，对含氢介质膜的非金属电池进行红外激光照射钝化处理，电致衰减(CID)从0.33％降低至0.14％，可以能够有效钝化电池缺陷，提高电池效率及降低电致衰减值。
另外，为证明本发明的激光钝化处理的太阳能电池加工方法可以减小对PERC太阳能电池金属化结构的影响。现选取E、F两组电池片进行实验对比，每组电池片数量为40片。其中，E组电池片采用本发明工艺制备，F组则用常规工艺制备电池片成品后用红外激光照射钝化处理。两种工艺处理的电池片为姊妹片。具体的，E组电池片选用掺Ga浓度为10-16cm-1，电阻率为0.4Ω的单晶硅片，单晶硅片经过制绒、扩散、刻蚀、退火生长SiO2钝化层、背面镀Al2O3膜及SiNx膜、正面镀SiNx膜，再经过背面激光开槽，制备得到镀膜硅片(非金属化电池片)，镀膜硅片进行红外激光照射钝化处理再进行丝网印刷烧结得到电池成品。其中，红外激光照射钝化处理的温度为300℃，红外激光的辐射强度为40kw/m2，红外激光照射钝化处理时间为10S。F组电池片在制备镀膜硅片之前工艺与E组电池片相同，F组电池片由镀膜硅片直接丝网印刷烧结成成品电池，再利用红外激光照射钝化处理成品电池。其中，E组和F组电池片两种工艺中的红外激光钝化处理的参数设置均相同，E组和F组电池片的红外激光钝化处理温度为300℃，红外激光的辐射强度为40kw/m2，红外激光照射钝化处理时间为10S。
E、F两组电池片完成制备后，分别将两种工艺制得的E、F两组电池片在相同条件下进行检测。其中，检测条件为将电池片在110℃，0.5A电流条件下处理8小时，测量数据如下表所示：
从上表Rs(串阻)及FF(填充因子)可以看出，对未丝网印刷烧结的非金属化电池片进行红外激光照射钝化处理，可以有效降低激光高温对电池片金属化结构的影响，说明单纯对非金属化电池进行红外激光照射钝化处理可以有效提高电池效率及降低电池片的衰减，从而可以提升电池性能。
综上实验数据分析，本发明提供的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法能够有效提高PERC太阳能电池的效率及PERC太阳能电池的可靠性。
本发明实施例提供的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法通过在硅片镀介质膜之后，并在镀膜硅片丝网印刷之前，将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理，使介质膜中的氢从非活性态变成活性态，利用氢钝化硅基体内缺陷及表面悬挂键，可以降低PERC太阳能电池的缺陷及杂质；其次，由于红外激光辐射强度强且集中，能够极短时间无接触式钝化硅片，氢在高强度的红外激光下及高温下获得能量形成氢二聚体及硼氢对，同时氢也在不停往外扩散逃逸，降低氢参与的电池片电致衰减，可以消耗氢量，减少含氢致缺陷几率，使PERC太阳能电池的电致衰减降低0.05％-0.5％，转换效率提升0.01-0.05％，有效提高PERC太阳能电池的可靠性，提高PERC太阳能电池的转换效率及光利用率。同时，通过在硅片丝网印刷之前在一定温度下利用红外激光照射钝化处理镀膜硅片，避免高温对PERC电池的金属化结构产生影响，从而可以提升电池性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，包括以下步骤：
将硅片进行制绒、扩散、刻蚀、镀介质膜，以制得镀膜硅片；
将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理；
对钝化处理后的镀膜硅片进行丝网印刷、烧结，得到成品PERC太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，其特征在于，所述将镀膜硅片在预设温度下进行红外激光照射钝化处理步骤之后还包括：
将红外激光照射钝化处理后的镀膜硅片进行快速冷却。
3.根据权利要求1所述的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，其特征在于，所述预设温度为200～350℃。
4.根据权利要求1所述的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，其特征在于，所述红外激光的辐射强度为20～60kw/m2。
5.根据权利要求1所述的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，其特征在于，所述红外激光照射钝化处理的时间为5～20S。
6.根据权利要求1所述的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，其特征在于，所述红外激光的光源波长为900～1100nm。
7.根据权利要求1所述的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，其特征在于，所述介质膜包括SiOx膜、SiNOx膜、SiNx膜中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，其特征在于，所述镀膜硅片通过激光钝化工艺平台进行红外激光照射钝化处理；所述激光钝化工艺平台包括用于放置硅片的放置台面、用于对所述放置台面进行加热的加热装置、以及红外激光照射灯。
9.根据权利要求8所述的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，其特征在于，所述激光钝化工艺平台还包括用于对红外激光照射钝化处理后的镀膜硅片进行冷却的风冷装置。
10.根据权利要求8所述的一种激光钝化处理的太阳能电池加工方法，其特征在于，所述激光钝化工艺平台还包括设于所述放置台面、用于对所述放置台面进行冷却的水冷装置。
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