CN115985801A - 一种判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法、N型TOPcon电池及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计太阳能电池技术领域，具体公开了一种判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法、N型TOPcon电池及制备方法。所述判断方法包括如下步骤：取完成硼扩散工艺的硅片测试方块电阻R；取烧结前后硅片分别测试理想电压IVOC和开路电压VOC；判断IVOC‑VOC是否小于预设值A(0.17R‑1.5)，若是，则判定烧结工艺匹配，否则为不匹配。本发明提供的判断方法，不需投入额外资金购买测试设备，节约资金且方便快捷，能够快速判断烧结工艺是否匹配，可以实现直观量化的准确判断，解决了寻找电池效率低原因负责，耗时耗力的问题，有效降低了低效电池的产生，节约生产成本，有利于改善电池效率，推广应用价值极高。

Description

一种判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法、N型TOPcon电池及制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法、N型TOPcon电池及制备方法。

背景技术

近年来，太阳能电池中的隧穿氧化钝化接触(Tunnel Oxide PassivationContact，TOPCon)电池，以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，超薄氧化硅可有效减少表面态保持较低隧穿电阻，掺杂多晶硅提供场致钝化并对载流子选择性透过，与硅基底形成良好的钝化接触，从而提高电池的转换效率。TOPcon电池制造工序的最后一步工序是丝网印刷和烧结，是通过炉带传输通过高温炉体实现。炉带在进料区运载印刷完成后的电池片通过高温炉体烧结后，电池片传送至出料区，而炉带则是通过烧结炉下方传输回进料区，如此往复循环。烧结工艺是整个制备工序最后也是最关键的部分，但是，由于TOPcon电池独特的背面结构，导致烧结工艺在进行TOPcon电池的生产过程中可能会出现钝化性能衰退，从而造成电池效率降低的问题。

目前，判断烧结工艺是否匹配的方法需要一定数量的电池经过印刷烧结后，根据电池效率的普遍情况才能大致推断烧结工艺是否匹配。但是，由于影响电池效率的工序很多，除了烧结工艺，前序的制绒、硼扩散、制备隧穿氧化层与多晶硅层等工序也均会影响电池效率，因此，仅仅依据电池效率低无法准确定位到是否是烧结工艺不适配。目前只能根据电池效率低，尝试去调整烧结工艺，然后根据烧结工艺调整后电池效率的变化，依据多年的研发经验判断是否为烧结工艺不适配造成的，但是这种经验判断并不准确，且判断过程用时长，过程复杂。因此，寻找一种可以直观量化快速判断烧结工艺是否适配的方法，以及时调整和改进TOPcon电池的烧结工艺，以加速电池生产效率，减少低效电池的产生，具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中没有直观量化快速判断TOPcon电池的烧结工艺是否适配的问题，本发明提供一种判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法、N型TOPcon电池及制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

第一方面，本发明提供判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，包括以下步骤：

S1，取完成硼扩散工艺的硅片，进行方块电阻R测试；

S2，取待烧结硅片，进行理想电压IVOC测试；烧结工艺结束后，取烧结后的硅片，进行开路电压VOC测试；

S3，判断IVOC-VOC的差值是否小于预设值A，若是，则判定烧结工艺匹配；否则调整烧结工艺后再进入步骤S2；

其中，预设值A＝0.17R-1.5，方块电阻R的单位为Ω，理想电压和开路电压的单位为mV。

为了进一步提高测量的准确度，步骤S1和步骤S2中将方块电阻、理想点压和开路电压分别测量2-3次，取平均值作为最终的测量值。

相对于现有技术，本发明创造性地构建了判断N型TOPcon电池的烧结工艺是否适配的判断依据，依据烧结前硅片的理想电压IVOC与烧结后开路电压VOC的差异是否小于0.17R-1.5，就可以直观量化地判定烧结工艺是否适配；且依据此判断依据，仅需2-3片硅片就可对烧结工艺的适配性进行判定，有效降低了低效电池的产生，大幅度提高了N型TOPcon电池的生产效率，且无需特殊的测试仪器，不增加额外的设备投入，测试结果快速有效，对及时调整、改进烧结工艺，加快生产进度，降低研发和生产成本能起到积极地推进作用，实用价值极高。

需要说明的是，步骤S1中，所述方块电阻R为60Ω-180Ω。

本发明提供的判断N型TOPcon电池的烧结工艺是否适配的方法，适用于目前常规的各种N型TOPcon电池的烧结工艺的适配性的判断。

示例性的，步骤S1中，硼扩散的工艺包括如下步骤：

控制硼扩散设备的压力为-200Pa，分为五个温区进行控制，五个温区的温度分别为875℃、860℃、860℃、850℃、880℃，保温200s；然后经过升温、吹扫、恒温控制温度，五个温区控制为1010℃、1010℃、1010℃、1010℃、1010℃，保持500s，之后氧化6400s，氧气流量12000sccm，Bcl3流量500sccm，最后经过180s推进后降温完成扩散过程。

优选的，步骤S2中，采用少子寿命测试仪测试理想电压，采用IV测试仪测试开路电压。

进一步地，步骤S2中，采用Sinton少子寿命测试仪。

需要说明的是，Sinton少子寿命测试仪有四种测试模式，QSS、Generalized(1/1)、Transient、Generalized(1/64)，若硅片的少子寿命≤200μs，采用QSS测试模式，若硅片的少子寿命为200-800μs，则采用Generalized(1/64)测试模式；若硅片的少子寿命＞800μs，则采用Transient测试模式。

优选的，少子寿命测试仪的具体测试条件为：若少子寿命≤50μs，光强度设置为55sum，无需滤光片；若50μs＜少子寿命≤200μs，光强度设置为35sum，2张浅色滤光片；若200μs＜少子寿命≤800μs，光强度设置为7.5sum，1张深色滤光片；若少子寿命＞800μs，光强度设置为4.5sum，2张浅色滤光片和1张深色滤光片。

优选的测试条件可以提供测试的准确度。

进一步地，使用HALM的IV测试仪在标准测试条件下测量开路电压，标准测试条件：大气质量AM1.5，温度25℃，光强1000W/m²。

优选的，步骤S2中，烧结工艺的烘干区的温度为300℃，烧结区分为6个温区，第一温区的温度为620℃，第二温区的温度为650℃，第三温区的温度为670℃，第四温区的温度为710℃，第五温区的温度为740℃，第六温区的温度为850℃。

优选的烧结工艺，可以提高烧结后硅片的开路电压，保证烧结工艺的适配性。

第二方面，本发明提供一种N型TOPcon电池的制备方法，包括上述任一项所述的N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，还包括选取所述烧结工艺匹配条件下制备的硅片用于制作N型TOPcon电池。

第三方面，本发明提供一种N型TOPcon电池，由上述的N型TOPcon电池的制备方法制备得到。

与现有技术相比，本技术方案的有益效果在于：采用本发明提供的判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，可以快速准确地对烧结工艺是否匹配进行判定，解决了现有技术中出现电池效率低的问题时无法判断是否为烧结工艺不匹配造成的问题，无需依靠经验进行多次尝试判断，更加简单有效，且测试结果快速高效，无需特殊测试设备，对及时调整、改进烧结工艺，加快研发和生产进度，降低研发成本起到积极地推进作用，具有极高的实用价值。

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。

实施例

本实施例提供一种N型TOPcon电池的制备方法，包括如下步骤：

S1，硅片的清洗制绒：选取N型硅片(电阻率0.7-1.2Ω·m)，采用1wt％-1.5wt％KOH、5wt％-6wt％H₂O₂、1wt％-2wt％添加剂TB181(拓邦)作为制绒液，分别经过清洗、抛光、制绒和后清洗步骤，于50-55℃制绒35min，完成制绒工艺，制绒槽内部采用循环加鼓泡的方式进行，烘干后硅片的表面反射率在10％以内；

S2，硼扩散：控制硼扩散设备内压力为-200Pa，分为五个温区进行控制，五个温区的温度分别为875℃、860℃、860℃、850℃、880℃，保温200s；然后经过升温、吹扫、恒温控制温度，五个温区控制为1010℃、1010℃、1010℃、1010℃、1010℃，保持500s，之后氧化6400s，氧气流量12000sccm，Bcl3流量500sccm，最后经过180s推进后降温完成扩散过程，测试硅片的方块电阻R，质量控制要求方块电阻120Ω±10Ω；

S3，背面抛光：将制绒硅片加入1wt％-1.5wt％KOH、5wt％-6wt％H₂O₂溶液中去除硅片表面的损伤，药液温度控制为50-55℃，反应时间为1-2min，然后进行DI水洗，去除硅片表面残留的药液；之后，进行抛光处理，以含1.5wt％-2.0wt％、0.4wt％-0.6wt％添加剂TBP3(拓邦)的混合溶液为抛光液，于50-55℃抛光2-4min，槽体内部采用循环加鼓泡的方式保证药液的均匀度；最后用4wt％-4.5wt％HCl和2.5wt％-3wt％的混酸溶液缓慢提拉清洗硅片，慢提拉槽内使用冷水进行，清洗结束后烘干，烘干后的硅片的表面反射率在42％以上(采用D8反射仪测试)；

S4，氧化硅和多晶硅的制备：控制炉管由管口至管尾的五个温区的温度分别为600℃、600℃、605℃、595℃、645℃，硅烷流量410sccm，N₂流量300sccm，工艺时间为20min，制备隧穿氧化层和多晶硅层，多晶硅层的厚度控制为120±5nm；

S5，磷扩散：第一步，控制设备内压力为-200Pa；第二部进行升温操作，五个温区控制，温度设定为880℃、890℃、895℃、890℃、880℃，时间控制为3-30min，依据温度进行跳步，大氮气和小氮气流量分别控制为9slm和100sccm，不需要前氧气，压力控制为-10Pa；第三步进行前净化，五个温度控制，温度设定为880℃、890℃、895℃、890℃、880℃，时间控制为3min，大氮气和小氮气流量分别控制为12slm和1000sccm，此时需要加入前氧气，O₂流量为500sccm，压力为-10Pa；第四步进行沉积，五个温度控制，温度设定为880℃、890℃、895℃、890℃、880℃，时间控制为25min，大氮气和小氮气流量分别控制为12slm和1000sccm，O₂流量为150sccm，压力为-10Pa；第五步进行推进，五个温度控制，温度设定为890℃、900℃、905℃、900℃、890℃，时间控制为5min，大氮气和小氮气流量分别控制为5slm和500sccm，O2流量为50sccm，压力为-10Pa；第六步进行后净化，五个温区控制，温度设定为700℃、700℃、700℃、700℃、700℃，时间控制在1-2min，只需大氮气流量14slm，不需要小氮气，O2流量800sccm，压力控制-10pa；第七步进行冷却，五个温区控制，温度设定为700℃、700℃、700℃、700℃、700℃，时间控制在3-30min，依据温度进行跳步，此时只需通入大氮气即可，流量要求15slm，压力控制-10pa；磷扩散结束后检测方块电阻，磷扩散的指标控制在方块电阻在40Ω；

S6，正面钝化层氧化铝制备：控制设备内压力为-200Pa，预热时间为25min，由到炉尾5个温区设置为150℃、150℃、150℃、150℃、150℃，管内压力80Pa、氩气流量750sccm，功率8000W，TMA脉冲2.5/5s，经45次循环制得合适的氧化铝，厚度控制在5-8nm；

S7，正背面氮化硅减反射膜的制备：第一步设定NH₃和SiH₄的流量，NH₃流量第1路为400±50sccm，第2路和第3路为500±50sccm，第4路、第5路和第6路为550±50sccm，SiH₄流量第1路为0，第2路和第3路为300±50sccm，第4路、第5路和第6路为200±50sccm；第二步设定加热腔室微波功率为3300±300W，工艺腔温度370±50℃，工艺腔室压力控制在0.28±0.03mbar，脉冲开关比8/10；控制氮化硅膜的正面膜厚为85±5nm，折射率2.0％-2.1％；背面膜厚在60±5nm，折射率控制在2％-2.3％；

S8，Sinton测试：第一步选择Generalized(1/64)测试模式，输入硅片的厚度、体电阻率、APN型和光学常数，光强度设置为7.5μs，1张深色滤光片，取磷扩散后硅片10张，随机分为2组，记为G1组，标号1-5：G2组，标号6-10，分别在上述条件下测量少子寿命、j0和IVOC，记录数据；

S9，将上述Sinton测量过的硅片分别进行印刷和烧结，正背面分别印刷主副栅后进行烧结，烧结工艺分为烘干区(zone1-zone3)和烧结区(zone4-zone9)，G1组在表1的条件下进行烧结，G2组在表2的条件进行烧结，烧结结束后采用使用HALM的IV测试仪在标准测试条件下分别测量G1组和G2组的开路电压，结果如表3和表4所示。

表1 G1组的烧结工艺

表2 G2组的烧结工艺

表3 G1组测试结果

表4 G2组测试结果

由以上结果可以看出，根据G1组和G2组烧结前和烧结后的IVOC-VOC的差值与0.17R-1.5进行比较可知，在G1组适配的工艺下，IVOC-VOC的差值均小于0.17R-1.5；但是，在G2组烧结温度略高的条件下，IVOC-VOC的差值则大于0.17R-1.5。这也证明了IVOC-VOC的差值与硼扩散后的方块电阻R的大小有明显的相关性，R越大，IVOC-VOC的差值越大。

若实际生产中出现IVOC-VOC的差值大于0.17R-1.5，则说明烧结温度高于实际所需的温度，在正式量产前需要进行一定的降温工艺调整。

为了更好的说明本发明提供的判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法的特性，将判定烧结工艺匹配条件下制备的硅片用于制作N型TOPcon电池及电池效率进行数据统计：N型TOPcon电池光电转换效率为24.54％-24.48％，较使用本发明方法前提高了0.06％，且效率更加集中，证明本发明提供的判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法的判断效果稳定。

由以上实施例可知，本发明提供的判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，不需投入额外资金购买测试设备，节约资金且方便快捷，能够快速判断烧结工艺是否匹配，可以实现直观量化的准确判断，解决了寻找电池效率低原因负责，耗时耗力的问题，有效降低了低效电池的产生，节约生产成本，有利于改善电池效率，推广应用价值极高。

以上所述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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，取完成硼扩散工艺的硅片，进行方块电阻R测试；

S2，取待烧结硅片，进行理想电压IVOC测试；烧结工艺结束后，取烧结后的硅片，进行开路电压VOC测试；

S3，判断IVOC-VOC的差值是否小于预设值A，若是，则判定烧结工艺匹配；否则调整烧结工艺后再进入步骤S2；

其中，预设值A＝0.17R-1.5，方块电阻R的单位为Ω，理想电压和开路电压的单位为mV。

2.如权利要求1所述的判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，其特征在于，步骤S1中，所述方块电阻R为60Ω-180Ω。

3.如权利要求1所述的判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，其特征在于，步骤S2中，采用少子寿命测试仪测试理想电压，采用IV测试仪测试开路电压。

4.如权利要求3所述的判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，其特征在于，少子寿命测试仪的具体测试条件为：若少子寿命≤50μs，光强度设置为55sum，无需滤光片；若50μs＜少子寿命≤200μs，光强度设置为35sum，2张浅色滤光片；若200μs＜少子寿命≤800μs，光强度设置为7.5sum，1张深色滤光片；若少子寿命＞800μs，光强度设置为4.5sum，2张浅色滤光片和1张深色滤光片。

5.如权利要求1所述的判断N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，其特征在于，步骤S2中，烧结工艺的烘干区的温度为300℃，烧结区分为6个温区，第一温区的温度为620℃，第二温区的温度为650℃，第三温区的温度为670℃，第四温区的温度为710℃，第五温区的温度为740℃，第六温区的温度为850℃。。

6.一种N型TOPcon电池的制备方法，其特征在于：包括权利要求1-5任一项所述的N型TOPcon电池烧结工艺匹配性的方法，还包括选取所述烧结工艺匹配条件下制备的硅片用于制作N型TOPcon电池。

7.一种N型TOPcon电池，其特征在于，由权利要求6所述的N型TOPcon电池的制备方法制备得到。