CN114335243B - 一种perc电池的退火方法和退火装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PERC电池的退火方法和退火装置，所述退火方法包括如下步骤：(1)将含有钝化膜的电池片进行预热处理，得到热处理电池片，所述预热处理中分别在电池片的两面设置第一温区和第二温区，所述第一温区的温度大于第二温区的温度；(2)将步骤(1)得到的所述热处理电池片依次经过光照处理和冷却处理，得到退火电池片。所述退火装置包括沿电池片移动方向依次设置的预热区、光照区和冷却区；所述预热区的上部设置上灯管；所述预热区下部设置下灯管。本发明提供的退火方法和退火装置可以促进硼氧复合体钝化，提升电池片的转化效率和抗LID性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种PERC电池的退火方法和退火装置。
背景技术
PERC(Passivated emitterand rear cell)电池技术是用于P型太阳能电池的一项革新技术，此工艺通过背表面介质钝化膜，可以大大降低背表面的复合速度，同时提升背表面的光反射，增加对长波段入射光子的有效吸收。但是，背表面产生的光生少数载流子(电子)需要经历较远的路径才能被正面的p-n结有效分离并被电极收集。因此，PERC电池在光照过程中容易发生功率衰减现象，又称为光致衰减现象(Light induced degradation，LID)。掺P型PERC太阳能电池发生LID的主要原因在于，电池片的制备过程中硼元素与氧元素有共存状态，在光照或电流注入时硼和氧形成硼氧(B-O)复合体。硼氧复合体是一种亚稳态缺陷，降低了少数载流子的寿命，导致LID现象严重。
CN109616555A公开了一种提高太阳能电池抗光衰能力的方法和应用，该方法通过采用递减式电流的注入方式，并匹配不同阶段的温度变化来降低光衰幅度，但是该方法中各工作区域的时间较长，生产效率比较低，并且每个工位中上、中、下部的电池片LID均匀度较差。
CN113241390A公开了一种晶体硅太阳能电池片光注入方法及其系统和电池片，该方法通过激光辐照使太阳能电池片的光注入能量较高，虽然可以降低LID均值，但是电池的平均转化效率衰减较多。
因此，如何降低PERC电池的LID并且提升转化效率是当前需要解决的问题。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种PERC电池的退火方法和退火装置，与现有技术相比，本发明提供的退火方法可以减少硼氧复合体，有效降低PERC电池的LID，同时提升转化效率。本发明提供的所述退火装置可以对电池片进行预热、光照和冷却，对硼氧复合体具有优异的钝化效果。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种PERC电池的退火方法，所述退火方法包括以下步骤：
(1)将含有钝化膜的电池片进行预热处理，得到热处理电池片，所述预热处理中分别在电池片的两面设置第一温区和第二温区，所述第一温区的温度大于第二温区的温度；
(2)将步骤(1)得到的所述热处理电池片依次经过光照处理和冷却处理，得到退火电池片。
本发明通过对含有钝化膜的电池片依次进行预热处理、光照处理和冷却处理，可以快速提供打开电池片钝化膜中H-H连接之间的能量，得到自由移动的H，提升了H的扩散速率，进而通过光照显著降低晶体硅中其他杂质原子对H原子的束缚势垒，使H更多地转化为电中性的H0，进一步提升了H0对硼氧复合体的钝化速率和钝化效果，最后对电池片快速降温，防止钝化后的硼氧复合体被再次激活。本发明通过以上组合操作，可以显著提升电池片的转化效率，降低电池片的LID。
本发明在电池片的两面设置第一温区和第二温区，并控制第一温区的温度大于第二温区的温度，可以同时对电池片的两面提供打开H-H连接的能量，得到更多自由移动的H，更有效地提升了H的扩散量和扩散速率，对硼氧复合体的钝化效果更好；同时避免了温度过高造成浆料腐蚀过大破坏欧姆接触而导致效率偏低，更有利于使电池片达到稳定状态，提升电池片的转化效率和降低电池片的LID。
优选地，步骤(1)所述第一温区包括对电池片的正面进行预热处理的区域。
优选地，所述正面的材质包括银。
本发明优选在第一温区下对电池片的正面进行预热处理，并且控制电池片正面的材质包括银，可以在不破坏银硅合金的前提下，尽可能多的提供打开正面H-H连接所需的能量。
优选地，所述第一温区的温度为420-460℃，例如可以是420℃、422℃、425℃、428℃、430℃、432℃、435℃、438℃、440℃、442℃、445℃、448℃、450℃、452℃、455℃、458℃或460℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明优选控制第一温区的温度在特定范围，可以得到更多自由移动的H，更有效地提升了H的扩散量和扩散速率，对硼氧复合体的钝化效果更好。
优选地，所述第二温区包括对电池片的背面进行预热处理的区域。
优选地，所述背面的材质包括铝。
本发明优选在第二温区下对电池片的背面进行预热处理，并且控制电池片背面的材质包括铝，可以在不破坏铝硅合金的前提下，尽可能多的提供打开背面H-H连接所需的能量。
优选地，所述第二温区的温度为360-400℃，例如可以是360℃、362℃、365℃、368℃、370℃、372℃、375℃、378℃、380℃、382℃、385℃、388℃、390℃、392℃、395℃、398℃或400℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明优选控制第二温区的温度在特定范围，可以得到更多自由移动的H，更有效地提升了H的扩散量和扩散速率，对硼氧复合体的钝化效果更好。
优选地，步骤(2)所述光照处理的温度为180-240℃，例如可以是180℃、182℃、185℃、188℃、190℃、192℃、195℃、198℃、200℃、202℃、205℃、208℃、210℃、212℃、215℃、218℃、220℃、222℃、225℃、228℃、230℃、232℃、235℃、238℃或240℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述光照处理的时间为15-20s，例如可以是15s、16s、17s、18s、19s或20s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述光照处理的光源包括LED光源。
优选地，所述光源的波长为580-595nm，例如可以是580nm、581nm、582nm、583nm、584nm、585nm、586nm、587nm、588nm、589nm、590nm、591nm、592nm、593nm、594nm或595nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述光源的强度为84-108kW/m2，例如可以是84kW/m2、86kW/m2、88kW/m2、90kW/m2、92kW/m2、94kW/m2、96kW/m2、98kW/m2、100kW/m2、102kW/m2、104kW/m2、106kW/m2或108kW/m2，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述光源的输出功率为70-90％，例如可以是70％、72％、74％、76％、78％、80％、82％、84％、86％、88％或90％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明优选控制光源的输出功率在特定范围，可以显著降低晶体硅中其他杂质原子对氢原子的束缚势垒，使更多地H转化为H0，H0比H+更容易在晶体硅中扩散，更加有效、快速地钝化硼氧复合体缺陷。
优选地，步骤(2)所述冷却处理的时间为10-15s，例如可以是10s、11s、12s、13s、14s或15s，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述冷却处理的终点温度为40-50℃，例如可以是40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃或50℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明第一方面的优选技术方案，所述退火方法包括以下步骤：
(1)将含有钝化膜的电池片进行预热处理，得到热处理电池片；所述预热处理中第一温区包括对电池的正面进行预热处理的区域，温度为420-460℃，第二温区包括对电池的背面进行预热处理的区域，温度为360-400℃；
(2)将步骤(1)得到的所述热处理电池片在温度为180-240℃的条件下光照处理15-20s，所述光照处理的光源包括LED光源，波长为580-595nm，强度为84-108kW/m2，输出功率为70-90％；然后进行冷却处理10-15s，冷却至终点温度为40-50℃，得到退火电池片。
第二方面，本发明提供一种PERC电池的退火装置，所述退火装置用于本发明第一方面所述的PERC电池的退火方法；所述退火装置包括沿电池片移动方向依次设置的预热区、光照区和冷却区；所述预热区的上部设置上灯管；所述预热区下部设置下灯管。
本发明提供的退火装置通过设置预热区、光照区和冷却区，可以对电池片快速加热，提供打开电池片中H-H连接需要的能量，促进H转变为H0，提升H0的扩散速率，快速有效地钝化电池片中的硼氧复合体缺陷，并及时对电池片降温防止缺陷被再次激活。本发明所述预热区通过设置上灯管和下灯管可以对电池片的两面进行预热，使电池片两面的H-H都可以快速打开，提升H0的扩散量和扩散速率。采用本发明所述退火装置可以有效提升电池片的转化效率，降低电池片的LID。
优选地，所述上灯管位于第一温区的上方。
优选地，所述下灯管位于第二温区的下方。
本发明所述预热区采用灯管进行加热，所述灯管的数量没有特殊限定，例如可以是8根。
本发明优选控制上灯管位于第一温区的上方和下灯管位于第二温区的下方，可以实现对电池片的两面进行分别预热，更有利于提升电池片的转化效率和降低LID。
优选地，所述上灯管的上部设置排风管。
本发明优选在上灯管的上部设置排风管，可以抽走预热区多余的热量，防止温度过高钝化的缺陷容易被再次激活和高温烧毁加热灯管。
优选地，所述光照区包括由上到下依次设置的抽风管、抽风机和LED发光模组。
本发明优选光照区包括由上到下依次设置的抽风管、抽风机和LED发光模组，可以在光照处理的同时，通过抽风管和抽风机抽走多余的热量，保持光照区温度稳定。
本发明对所述LED发光模组的数量不做特殊限定，例如可以是恒温区等分为14部分，每部分设置LED发光模组。
优选地，所述冷却区的上部设置上抽风机。
优选地，所述冷却区的下部设置下抽风机。
本发明所述抽风机采用风冷对冷却区降温，所述抽风机可以是风扇，数量可以是6个。
本发明优选控制冷却区设置上抽风机和下抽风机，可以快速对电池片降温，防止钝化的缺陷被再次激活。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的PERC电池的退火方法可以促进H原子在晶体硅中的扩散，有效钝化硼氧复合体，可以使电池片的LID下降0.12％以上，在较优条件下，可以使电池片的平均转化效率提升0.03％以上，LID下降0.33％以上。
(2)本发明提供的PERC电池的退火装置可以实现对电池片的快速预热、高强度光照和快速冷却，促进硼氧复合体钝化，提升电池片的转化效率和抗LID性能。
附图说明
图1是本发明实施例1中所述PERC电池退火装置的结构示意图。
图中，1-上灯管；2-下灯管；3-排风管；4-抽风管；5-抽风机；6-LED发光模组；7-上抽风机；8-下抽风机。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种PERC电池的退火方法，所述退火方法包括以下步骤：
(1)将含有钝化膜的电池片进行预热处理，得到热处理电池片；所述预热处理中第一温区为对电池的正面进行预热处理的区域，温度为420℃，第二温区为对电池的背面进行预热处理的区域，温度为360℃；
(2)将步骤(1)得到的所述热处理电池片在温度为180℃的条件下光照处理15s，所述光照处理的光源为LED光源，波长为580nm，强度为84kW/m2，输出功率为70％；然后进行冷却处理10s，冷却至终点温度为40℃，得到退火电池片。
本实施例还提供一种PERC电池的退火装置，如图1所示，所述退火装置用于上述PERC电池的退火方法；所述退火装置包括沿电池片移动方向依次设置的预热区、光照区和冷却区；
所述预热区的上部设置上灯管1；所述上灯管1位于第一温区的上方；所述预热区下部设置下灯管2；所述下灯管2位于第二温区的下方；所述上灯管1的上部设置排风管3。
所述光照区包括由上到下依次设置的抽风管4、抽风机5和LED发光模组6；
所述冷却区的上部设置上抽风机7；所述冷却区的下部设置下抽风机8。
实施例2
本实施例提供一种PERC电池的退火方法，所述退火方法包括以下步骤：
(1)将含有钝化膜的电池片进行预热处理，得到热处理电池片；所述预热处理中第一温区为对电池的正面进行预热处理的区域，温度为440℃，第二温区为对电池的背面进行预热处理的区域，温度为380℃；
(2)将步骤(1)得到的所述热处理电池片在温度为210℃的条件下光照处理18s，所述光照处理的光源为LED光源，波长为587nm，强度为96kW/m2，输出功率为80％；然后进行冷却处理13s，冷却至终点温度为45℃，得到退火电池片。
本实施例还提供一种如实施例1所述PERC电池的退火装置，所述退火装置用于上述PERC电池的退火方法。
实施例3
本实施例提供一种PERC电池的退火方法，所述退火方法包括以下步骤：
(1)将含有钝化膜的电池片进行预热处理，得到热处理电池片；所述预热处理中第一温区为对电池的正面进行预热处理的区域，温度为460℃，第二温区为对电池的背面进行预热处理的区域，温度为400℃；
(2)将步骤(1)得到的所述热处理电池片在温度为240℃的条件下光照处理20s，所述光照处理的光源为LED光源，波长为595nm，强度为108kW/m2，输出功率为90％；然后进行冷却处理15s，冷却至终点温度为50℃，得到退火电池片。
本实施例还提供一种如实施例1所述PERC电池的退火装置，所述退火装置用于上述PERC电池的退火方法。
实施例4
本实施例提供一种PERC电池的退火方法，与实施例2相比的区别仅在于光源的输出功率为65％。
实施例5
本实施例提供一种PERC电池的退火方法，与实施例2相比的区别仅在于光源的输出功率为95％。
实施例6
本实施例提供一种PERC电池的退火方法，与实施例2相比的区别仅在于第一温区的温度为400℃。
实施例7
本实施例提供一种PERC电池的退火方法，与实施例2相比的区别仅在于第二温区的温度为340℃。
对比例1
本对比例提供一种PERC电池的退火方法，与实施例2相比的区别仅在于去掉第二温区的预热处理，仅进行第一温区的预热处理。
对比例2
本对比例提供一种PERC电池的退火方法，与实施例2相比的区别仅在于第一温区的温度等于第二温区的温度，均为380℃。
对退火方法处理前的电池片和退火方法处理后的电池片的电性能(Uoc：开路电压，Isc：短路电流，FF：填充因子)采用I-V曲线测试进行测定，测定结果如表1所示。
对退火方法处理前的电池片和退火方法处理后的电池片的LID值和LID变化差值(ΔLID)采用I-V曲线测试进行测定，测定结果如表1所示。
对退火方法处理前的电池片和退火方法处理后的电池片的平均转化效率(Eta)和平均转化效率变化差值(ΔEta)采用I-V曲线测试进行测定，测定结果如表1所示。
表1
从表1可以看出以下几点：
(1)综合实施例1-5的数据可以看出，本发明提供的PERC电池的退火方法和退火装置可以有效提升电池片的转化效率和抗LID性能，可以使电池片的LID下降0.12％以上，在较优条件下，可以使电池片的平均转化效率提升0.03％以上，LID下降0.33％以上。
(2)综合实施例2和实施例4-5可以看出，实施例2中光源的输出功率为80％，相较于实施例4和实施例5中光源的输出功率分别为65％和95％而言，实施例2中转化效率提升0.05％，LID下降0.78％，而实施例4中转化效率仅提升0.01％，LID下降0.12％，实施例5中LID仅下降0.30％，由此表明，本发明优选控制光源的输出功率在特定范围(70-90％)，可以有效提升电池片的转化效率和抗LID性能。
(3)综合实施例2和实施例6-7可以看出，实施例2中第一温区的温度为440℃，第二温区的温度为380℃，相较于实施例6中第一温区的温度为400℃，实施例7中第二温区的温度为340℃而言，实施例2中转化效率提升0.05％，LID下降0.78％，而实施例6中转化效率仅提升0.01％，LID下降0.08％，实施例7中转化效率仅提升0.01％，LID下降0.14％，由此表明，本发明优选控制第一温区在特定范围(420-460℃)，第二温区的温度在特定范围(360-400℃)，可以有效提升电池片的转化效率和抗LID性能。
(4)综合实施例2和对比例1-2可以看出，对比例1与实施例2相比的区别仅在于去掉第二温区的预热处理，仅进行第一温区的预热处理；对比例2与实施例2相比的区别仅在于第一温区的温度等于第二温区的温度，均为380℃；实施例2中转化效率提升0.05％，LID下降0.78％，而对比例1中转化效率没有提升，并且LID仅下降0.05％，对比例2中转化效率仅提升0.02％，LID仅下降0.2％，由此表明，本发明通过在电池片的两面设置第一温区和第二温区，并且控制第一温区的温度大于第二温区的温度，可以有效提升电池片的转化效率和抗LID性能。
综上所述，本发明提供的PERC电池的退火方法可以有效钝化硼氧复合体，使电池片的LID下降0.12％以上，在较优条件下，可以使电池片的平均转化效率提升0.03％以上，LID下降0.33％以上，本发明提供的退火装置可以实现对电池片的快速预热、高强度光照和快速冷却，促进硼氧复合体钝化，使电池片的转化效率和抗LID性能显著提升。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (8)
1.一种PERC电池的退火方法，其特征在于，所述退火方法包括以下步骤：
(1)将含有钝化膜的电池片进行预热处理，得到热处理电池片，所述预热处理中分别在电池片的两面设置第一温区和第二温区，所述第一温区的温度大于第二温区的温度；
所述第一温区包括对电池片的正面进行预热处理的区域；所述正面的材质包括银；所述第一温区的温度为420-460℃；
所述第二温区包括对电池片的背面进行预热处理的区域；所述背面的材质包括铝；所述第二温区的温度为360-400℃；
(2)将步骤(1)得到的所述热处理电池片依次经过光照处理和冷却处理，得到退火电池片；
所述光照处理的温度为180-240℃；所述光照处理的时间为15-20s；
所述光照处理的光源包括LED光源；所述光源的波长为580-595nm；所述光源的强度为84-108kW/m2；所述光源的输出功率为70-90％；
所述冷却处理的时间为10-15s，所述冷却处理的终点温度为40-50℃。
2.一种PERC电池的退火装置，其特征在于，所述退火装置用于如权利要求1所述的PERC电池的退火方法；
所述退火装置包括沿电池片移动方向依次设置的预热区、光照区和冷却区；
所述预热区的上部设置上灯管；
所述预热区下部设置下灯管。
3.根据权利要求2所述的退火装置，其特征在于，所述上灯管位于第一温区的上方。
4.根据权利要求2所述的退火装置，其特征在于，所述下灯管位于第二温区的下方。
5.根据权利要求2所述的退火装置，其特征在于，所述上灯管的上部设置排风管。
6.根据权利要求2所述的退火装置，其特征在于，所述光照区包括由上到下依次设置的抽风管、抽风机和LED发光模组。
7.根据权利要求2所述的退火装置，其特征在于，所述冷却区的上部设置上抽风机。
8.根据权利要求2所述的退火装置，其特征在于，所述冷却区的下部设置下抽风机。
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