CN114639754B - 一种N-TOPCon电池及其烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种N‑TOPCon电池及其烧结方法，其中，本发明实施例所提供的N‑TOPCon电池烧结方法，通过将预烧区的温度提升至620‑650℃，将对N‑TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度提升至790‑810℃，同时将对N‑TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度减少至735‑765℃，可以最大限度发挥浆料性能，有效改善正面银铝浆与硅的接触性能，从而提高填充因子，同时有效减少背银浆料的穿刺，促使背面金属复合的降低，有利于开路电压的提高，改善电池的效率。
Description
技术领域
本发明涉及晶硅太阳能电池制造技术领域，特别是涉及一种N-TOPCon电池及其烧结方法。
背景技术
随着全球环保问题的日益严重，太阳能电池因其绿色环保的独特优势得以快速发展。
当前，太阳能电池中的隧穿氧化钝化接触(Tunnel Oxide Passivation Contact，TOPCon)电池，尤其是N-TOPCon电池，由于其优异的钝化性能备受大家的青睐。TOPCon电池的核心在于背面超薄的隧穿氧化层以及重掺杂的多晶硅层，可以有效改善晶硅电池的钝化，降低晶硅电池的背面金属复合，同时可以有效降低背面接触电阻率，从而提高晶硅电池的转换效率。
但是，现有烧结工艺在制备TOPCon电池时，容易出现正面银铝浆与硅的接触性能不佳、背面银浆料对多晶硅穿刺等情况，进而导致填充因子以及开路电压降低，从而使得电池效率损失的问题。
因此，现有技术还有待改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种N-TOPCon电池及其烧结方法，以解决现有制备N-TOPCon电池的烧结方式容易造成正面银铝浆与硅的接触性能不佳、背面银浆料对多晶硅穿刺的情况，进而导致填充因子以及开路电压降低，电池效率不佳的问题。
为了解决上述问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提出了一种N-TOPCon电池烧结方法，其中，包括：
提供待烧结的N-TOPCon电池前体；
将所述N-TOPCon电池前体依次经预烧区、升温区及降温区进行烧结，制得N-TOPCon电池；
其中，所述预烧区的温度为620-650℃，所述升温区中对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度为790-810℃，所述升温区中对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度为735-765℃。
进一步地，所述的烧结方法中，所述预烧区及所述升温区中，升温至450℃过程中的升温速率为5～15℃/s，且由450℃升温至600℃的升温速率为30～40℃/s，且由600℃升温至所述峰值温度的升温速率为40～60℃/s。
进一步地，所述的烧结方法中，所述降温区的降温速率为10～20℃/s。
进一步地，所述的烧结方法中，所述预烧区的初始温度以及所述降温区的结束温度均为室温。
进一步地，所述的烧结方法中，所述提供待烧结的N-TOPCon电池前体的步骤，包括：
将N型晶体硅基体依次经制绒、硼扩散、碱抛、背面隧穿氧化层以及多晶硅层生长、多晶硅层磷重掺杂、正背面钝化减反膜的沉积及印刷操作，获得正背面均印刷有金属浆料的N-TOPCon电池前体。
进一步地，所述的烧结方法中，所述印刷操作为丝网印刷。
进一步地，所述的烧结方法中，所述N-TOPCon电池前体的背面印刷接触型以及非接触型银浆，且所述N-TOPCon电池前体的正面印刷非接触型银浆以及接触型银铝浆。
本发明还提出了一种N-TOPCon电池，其中，采用如上所述的烧结方法制备而成。
与现有技术相比，本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例中，所提供的N-TOPCon电池烧结方法，通过将预烧区的温度提升至620-650℃，将对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度提升至790-810℃，同时将对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度减少至735-765℃，可以最大限度发挥浆料性能，有效改善正面银铝浆与硅的接触性能，从而提高填充因子，同时有效减少背面银浆料的穿刺，促使背面金属复合的降低，有利于开路电压的提高，改善电池的效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1是本发明实施例提供的N-TOPCon电池烧结方法流程图；
图2是本发明实施例中N-TOPCon电池的烧结温度曲线图。
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。
本发明实施例提供了一种N-TOPCon电池烧结方法，请参阅图1，示出了本发明实施例所提供的N-TOPCon电池烧结方法流程图，如图1所示，包括步骤S100～S200。
本发明实施例提供的N-TOPCon电池烧结方法，适用于N型TOPCon电池烧结制程。
步骤S100、提供正背面印刷有金属浆料的N-TOPCon电池前体。
上述步骤S100中，上述正背面印刷有金属浆料的N-TOPCon电池前体指的是待烧结成为N-TOPCon电池的N型晶体硅基体，该N型晶体硅基体经过烧结处理即可以成为N-TOPCon电池。该N-TOPCon电池前体的表面印刷有用于在电池表面形成超薄氧化硅层和高掺杂的多晶硅层的金属浆料，可以在后续烧结时，形成的氧化硅的化学钝化和多晶硅层，并利用形成的氧化硅的化学钝化和多晶硅层的场钝化作用显著降低硅表面的少子复合速率，同时高掺杂的多晶硅层可以显著改善多子的导电性能，从而提高电池的开路电压和填充系数。
具体地，上述N-TOPCon电池前体的背面印刷接触型以及非接触型银浆，且上述N-TOPCon电池前体的正面印刷非接触型银浆以及接触型银铝浆，可以通过烧结在电池背面形成超薄的隧穿氧化层以及重掺杂的多晶硅层，并在电池正面形成p+掺杂层，并在正面的p+掺杂层上形成硼硅玻璃层。
步骤S200、将所述N-TOPCon电池前体依次经预烧区、升温区及降温区进行烧结，制得N-TOPCon电池；
其中，所述预烧区的温度为620-650℃，所述升温区中对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度为790-810℃，所述升温区中对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度为735-765℃。
上述步骤S200中，因为一般玻璃料的软化温度为450℃-600℃，在600℃以上的温度下银颗粒会在玻璃料中排列下沉，而银硅合金共晶温度为830℃，且因为加铅最低温度降到600℃可以形成连续接触，因而将预烧区的温度提升至620-650℃，将对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度提升至790-810℃，同时将对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度减少至735-765℃，可以最大限度发挥浆料性能，有效改善正面银铝浆与硅的接触性能，从而提高填充因子，同时有效减少背面银浆料的穿刺，促使背面金属复合的降低，有利于开路电压的提高，改善电池的效率。
其中，较高的电池正面烧结温度可以提高正面银铝浆与硅的欧姆接触，从而降低金属与硅的接触电阻率；而较低的背面烧结温度则使得银浆与硅接触深度变浅，对硅的腐蚀变小，使得金属复合变低，从而可以改善电池的开路电压；另外，较高的预烧区温度可以让玻璃软化，增加峰值宽度，延长烧结的峰值时间，使得形成的欧姆接触时间更充分。
传统烧结方式中，无法对待烧结的电池正面及背面分别控温，而同时降温又会导致正面接触电阻变大、串联电阻升高，进而导致填充因子下降。本发明对电池正面及背面的烧结温度进行单独控制，并利用高温可以使正面银铝浆提高欧姆接触、低温烧结可以使电池背面形成低poly厚度的隧穿氧化层、以及提高预烧区温度可以让玻璃软化而使得形成的欧姆接触时间更充分的特性，将预烧区的温度提升至620-650℃，将对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度提升至790-810℃，同时将对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度减少至735-765℃，可以最大限度发挥浆料性能，有效改善正面银铝浆与硅的接触性能，从而提高填充因子，同时有效减少背银浆料的穿刺，促使背面金属复合的降低，有利于开路电压的提高，改善电池的效率，从而提高填充因子，降低串联电阻。
相比于常规的烧结工艺，本发明只需要改变烧结炉的预烧区及峰值温度，无需添加额外的工序或者其他成本，简单方便，易于操作。
本发明实施例中，所提供的N-TOPCon电池烧结方法，通过将预烧区的温度提升至620-650℃，将对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度提升至790-810℃，同时将对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度减少至735-765℃，可以最大限度发挥浆料性能，有效改善正面银铝浆与硅的接触性能，从而提高填充因子，同时有效减少背银浆料的穿刺，促使背面金属复合的降低，有利于开路电压的提高，改善电池的效率。
可选地，所述的烧结方法中，所述预烧区及所述升温区中，升温至450℃过程中的升温速率为5～15℃/s，且由450℃升温至600℃的升温速率为30～40℃/s，且由600℃升温至所述峰值温度的升温速率为40～60℃/s。升温速率根据玻璃的烧结原理确定，其中，因为玻璃要蚀刻氮化硅，然后跟硅产生氧化还原反应，将银沉积到硅表面，所以升温速率就是保证银很好的沉积到硅片表面，形成良好的欧姆接触。可选地，所述的烧结方法中，所述降温区的降温速率为10～20℃/s，以保证玻璃不腐蚀硅造成烧穿，保证电池体内氢原子的保留，从而提升电池的氢钝化能力。
可选地，所述的烧结方法中，所述预烧区的初始温度以及所述降温区的结束温度均为室温。
可选地，所述的烧结方法中，所述提供待烧结的N-TOPCon电池前体的步骤，包括：
将N型晶体硅基体依次经制绒、硼扩散、碱抛、背面隧穿氧化层以及多晶硅层生长、多晶硅层磷重掺杂、正背面钝化减反膜的沉积及印刷操作，获得正背面均印刷有金属浆料的N-TOPCon电池前体。
可选地，所述的烧结方法中，所述印刷操作为丝网印刷。
本发明实施例还提供了一种N-TOPCon电池，其中，采用如上所述的烧结方法制备而成。
在本发明实施例所提供的N-TOPCon电池，通过将预烧区的温度提升至620-650℃，将对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度提升至790-810℃，同时将对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度减少至735-765℃，可以最大限度发挥浆料性能，有效改善正面银铝浆与硅的接触性能，使得制备的电池具有更高的填充因子、更低的背面金属复合、更高的开路电压及电池效率。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
(1)、提供待烧结的N-TOPCon电池前体；
(2)、将所述N-TOPCon电池前体依次经预烧区、升温区及降温区进行烧结，制得N-TOPCon电池A；
其中，烧结过程中预烧区的温度由常温升温至625℃，然后进入升温区中并升温至对N-TOPCon电池前体正背进行烧结至峰值温度为810℃，并控制对N-TOPCon电池前体背面进行烧结温度升温至峰值温度为735℃，然后降至室温。
对比例1
(1)、提供待烧结的N-TOPCon电池前体；
(2)、将所述N-TOPCon电池前体依次经预烧区、升温区及降温区进行烧结，制得N-TOPCon电池B；其中，所述预烧区的温度为600℃，所述升温区中对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度为780℃，所述升温区中对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度为785℃；
其中，烧结过程中预烧区的温度由常温升温至600℃，然后进入升温区中并升温至对N-TOPCon电池前体正背进行烧结至峰值温度为780℃，并控制对N-TOPCon电池前体背面进行烧结温度升温至峰值温度为785℃，然后降至室温。
其中，实施例1与对比例1的烧结温度曲线如图2所示。
将实施例1所制备的N-TOPCon电池A与对比例1所制备的N-TOPCon电池B分别进行电池效率(Eta)、开路电流(Uoc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)测试，其结果如下表1所示。
通过表1可以看出，相比于常规烧结工艺制备的N-TOPCon电池B，利用本实施例所提供的烧结方法所制备的N-TOPCon电池A，可以有效改善开路电压Uoc、填充因子FF，进而有效提升电池的效率Eta。
表1
综上所述，在本实施例中，所提供的N-TOPCon电池及其烧结方法，将预烧区的温度提升至620-650℃，将对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度提升至790-810℃，同时将对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度减少至735-765℃，可以最大限度发挥浆料性能，有效改善正面银铝浆与硅的接触性能，从而提高填充因子，同时有效减少背面银浆料的穿刺，促使背面金属复合的降低，有利于开路电压的提高，改善电池的效率。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所述权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
以上对本发明所提供的一种N-TOPCon电池及其烧结方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种N-TOPCon电池烧结方法，其特征在于，包括：
提供待烧结的N-TOPCon电池前体；
将所述N-TOPCon电池前体依次经预烧区、升温区及降温区进行烧结，制得N-TOPCon电池；
其中，所述预烧区的温度为620-650℃，所述升温区中对N-TOPCon电池前体正背进行烧结的峰值温度为790-810℃，所述升温区中对N-TOPCon电池前体背面进行烧结的峰值温度为735-765℃；
其中，所述预烧区及所述升温区中，升温至450℃过程中的升温速率为5~15℃/s，且由450℃升温至600℃的升温速率为30~40℃/s，且由600℃升温至所述峰值温度的升温速率为40~60℃/s；所述降温区的降温速率为10~20℃/s。
2.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述预烧区的初始温度以及所述降温区的结束温度均为室温。
3.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述提供待烧结的N-TOPCon电池前体的步骤，包括：
将N型晶体硅基体依次经制绒、硼扩散、碱抛、背面隧穿氧化层以及多晶硅层生长、多晶硅层磷重掺杂、正背面钝化减反膜的沉积及印刷操作，获得正背面均印刷有金属浆料的N-TOPCon电池前体。
4.根据权利要求3所述的烧结方法，其特征在于，所述印刷操作为丝网印刷。
5.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述N-TOPCon电池前体的背面印刷接触型以及非接触型银浆，且所述N-TOPCon电池前体的正面印刷非接触型银浆以及接触型银铝浆。
6.一种N-TOPCon电池，其特征在于，采用如权利要求1~5任一所述的烧结方法制备而成。
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