CN116454171A - 一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，公开一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，包括：预先准备前后表面均设有金属栅线的N型晶硅太阳能电池；采用激光照射N型晶硅太阳能电池的前后表面的金属栅线，并对N型晶硅太阳能电池施加外部电场，以辅助激光烧结；外部电场与N型晶硅太阳能电池的内建电场的电场方向相反；外部电场的峰值强度为0.15～50kV/cm、施加时间为0.1～3.0s。该方法可显著降低激光烧结的峰值功率，缩短烧结时间，扩大工艺窗口，降低了对激光系统稳定性的要求，提高电池的金属化性能；且可满足N型电池前后表面烧结条件差异化的需求，让前后表面同时在最佳烧结条件下进行，兼顾了烧结效率及产能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法。
背景技术
当前，商业化的晶硅太阳能电池的主要金属化方式为：先丝网印刷金属栅线，再进行高温烧结；高温烧结后，金属栅线与硅形成接触，实现光生载流子的收集与输出。然而，采用烧结炉进行高温烧结存在诸多的不足：1)能耗高；烧结炉需要持续的热能将峰值温度维持在800～950℃。2)导致非金属接触区域的性能降低；例如，电池片通过金属履带传输进入烧结炉后，电池片的金属接触区域和非金属接触区域都会经过高温，而非金属接触区域的钝化膜在经过高温时会有部分的氢流失，甚至出现结晶现象，导致非金属接触区域的钝化性能降低。3)导致氢致衰减；一部分钝化膜中的氢会被高温趋入到硅片中，这部分的氢与硅中的硼或磷掺杂原子形成能导致氢致衰减的前驱体，在光热过程中这些前驱体会转化成诱发衰减的缺陷，进而导致电池片性能衰减。4)需要平衡电池片前后表面的最佳烧结温度；电池片前后表面的掺杂类型及曲线均不一样，导致电池片这两面对应的最佳烧结温度也不一样，然而电池片在烧结炉中是通过一次烧结来同时完成这两面的金属化，故而烧结温度需要权衡考虑前后表面，进而无法使这两面分别达到最佳的烧结温度。
当前，最常见的晶硅太阳能电池为P型PERC电池，其前表面发射极丝网印刷银栅线后，高温烧结过程中银栅线与硅形成欧姆接触大体可以分为三个阶段：1.银浆料中的银粉与空气中的氧反应，失去电子变成银离子；2.银离子在银浆料熔融的玻璃材料中流动到达硅的接触界面；3.银离子与硅发生反应，“夺取”硅中的电子，还原成银颗粒并附着在硅的表面，而硅失去电子被氧化形成氧化硅玻璃。而得益于高效率、零光致衰减、低LeTID衰减、低温度系数及良好的弱光响应等优点，N型电池(如PERT、TOPCon、IBC、HJT等)市场规模逐渐增加，预计将在5年内超过P型电池。
N型电池由于电池结构及掺杂曲线均与P型电池存在显著的不同，以N型电池中市场占比最高的N型双面TOPCon电池为例来做进一步的说明。N型双面TOPCon电池的前表面为硼掺杂发射极，其多数载流子为空穴而非电子，故而，在相同的烧结温度和烧结时间下，在上述步骤3中银离子难以在前表面获取足够的电子发生还原反应形成银颗粒，导致接触电阻过大，因而需要更高的烧结温度和更长的烧结时间来形成良好的欧姆接触；而N型双面TOPCon电池的后表面为磷重掺杂多晶硅层和隧穿氧化层，磷重掺杂多晶硅层中富含电子，在上述步骤3中银离子很容易在后表面快速获取大量的电子形成银颗粒，烧结的温度和时间相比于前表面大幅度缩短，后表面最高峰值温度可比前表面低至少100℃。因此，对于N型电池(如N型双面TOPCon电池)而言，前后表面的金属栅线(如银栅线)同时进行烧结的弊端会更加显著。
而随着激光技术的成熟，激光在商业化晶硅太阳能电池中的运用越发普及。如：激光选择性掺杂、激光退火、激光开膜、激光转印、激光烧结、激光调控氢钝化等。采用激光加热烧结金属栅线具有诸多的优势：激光仅需集中能量加热金属栅线的区域，能耗和成本较低；电池片非金属接触区域不会被加热，不存在非金属接触区域钝化性能的降低及氢致衰减；电池片前后表面可以采用不同的激光工艺，前后表面可以分别优化至最佳的烧结温度，不需要权衡考虑前后表面。然而，将激光烧结运用到晶硅太阳能电池产业化的过程中，也面临着如下挑战：1)工艺窗口窄；烧结的过程中，金属栅线的峰值温度需要达到800～950℃。而当激光的脉宽过窄时，单次脉冲能量过高，熔化金属栅线的同时会导致部分金属栅线直接气化，难以形成有效的金属栅线-硅接触，且金属栅线的形貌也会被严重破坏；而当激光脉冲过宽时，单次脉冲能量较低，金属栅线熔化耗时较长，虽然金属栅线-硅接触充分，但是，电池片表面的激光损伤变大，金属复合显著增加。2)对激光的系统稳定性要求较高；激光烧结电池片的过程中，需要激光器持续稳定地输出高功率光斑，快速地扫描金属栅线，要最大限度的保证不同位置的金属栅线上烧结的均匀性，激光参数的波动(如能量、扫描速度、聚焦等)均会导致烧结不良，且随着电池片尺寸的不断增加，金属栅线的长度随之增加，对激光系统稳定性的品质要求也越发严苛。
而为了扩大激光烧结的工艺窗口，提高激光烧结工艺的稳定性，公开号CN102723267A提供的一种晶体硅太阳能电池制造方法及激光二次烧结方法，提出了激光二次烧结的技术方案：先采用高峰值能量短脉冲的激光，熔化金属电极(电极采用条栅线制成)并破坏钝化膜以形成点接触；然后采用低峰值能量长脉冲的激光，进一步熔化金属电极，在较长的烧结时间里实现金属电极和硅的充分合金接触。然而，此烧结方法存在四方面的不足：1)其激光烧结仅运用在电池片后表面的背场上形成金属电极，激光烧结工艺参数并未涉及前表面发射极的金属电极的形成；2)需要两次激光烧结，处理的时间翻倍，处理的速度缓慢；4)激光的光斑为点状光斑，烧结处理速度较慢，产能低；4)其激光烧结条件难以满足N型电池前表面的硼掺杂发射极的金属化需求。
此外，公开号CN113437178A提供的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，具体公开了：采用与金属电极宽度大小一致的激光光斑照射到金属电极上并进行扫描，使金属电极热熔、固化及烧结。此方案虽然涉及电池片前表面发射极的金属电极的激光烧结，激光扫描区域仅在金属电极上；然而，此方案依然存在两方面的不足：1)其并未公开激光光斑的形状，且激光依次扫描电池片的前表面和后表面，处理速度较慢，产能较低；2)未提出针对N型电池激光烧结的具体技术方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法。
基于此，本发明公开了一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，包括如下步骤：
步骤一、预先准备N型晶硅太阳能电池；
其中，所述N型晶硅太阳能电池的前表面和后表面均设有金属栅线；
步骤二、采用激光照射N型晶硅太阳能电池的前表面金属栅线和后表面金属栅线，并在N型晶硅太阳能电池上施加外部电场，以进行电场辅助激光烧结；
其中，所述外部电场的电场方向与N型晶硅太阳能电池的内建电场的电场方向相反；所述外部电场的峰值强度为0.15～50kV/cm、施加时间为0.1～3.0s。
优选地，所述N型晶硅太阳能电池的内建电场的电场方向为从N指向P；所述外部电场的电场方向为从P指向N。
优选地，步骤二中，所述外部电场的施加范围覆盖激光所照射的前表面和后表面的金属栅线区域；或者，所述外部电场的施加范围覆盖整个所述N型晶硅太阳能电池。
优选地，步骤二中，所述外部电场的类型为匀强电场、交变电场或脉冲电场。
优选地，步骤二中，所述激光的类型为脉冲激光或者连续激光；激光的扫描速度为4～20m/s。
进一步优选地，步骤二中，所述激光的类型为脉冲激光，激光的频率为50～500kHz，峰值能量为2.0～15.0J/cm2，烧结时间为0.1～3.0s；
步骤二中，前表面金属栅线的脉冲激光的峰值能量大于后表面金属栅线的脉冲激光的峰值能量。
进一步优选地，步骤二中，所述激光的类型为连续激光，激光输出功率为1.0～150.0W，烧结时间为0.1～3.0s；
步骤二中，前表面金属栅线的连续激光的激光输出功率大于后表面金属栅线的连续激光的激光输出功率。
优选地，步骤二中，所述激光的形状为点状光斑或者条形光斑；激光的波长范围为400～1100nm。
进一步优选地，步骤二中，所述激光的形状为点状光斑，点状光斑的直径为10～60μm；
或者，步骤二中，所述激光的形状为条形光斑，条形光斑的长度为150～300mm、宽度为10～100μm。
进一步优选地，步骤二中，所述激光的波长为532nm、980nm或1064nm。
优选地，步骤二中，所述前表面金属栅线和后表面金属栅线的激光的峰值烧结温度为600～800℃；
步骤二中，前表面金属栅线的激光的峰值烧结温度大于后表面金属栅线的激光的峰值烧结温度。
优选地，步骤二中，所述N型晶硅太阳能电池为静止或匀速移动。
优选地，步骤一中，所述N型晶硅太阳能电池，包括N型晶体硅衬底，依次设于N型晶体硅衬底的前表面的硼掺杂发射极、前表面钝化层和前表面金属栅线，以及依次设于N型晶体硅衬底的后表面的隧穿氧化层、磷掺杂多晶硅层、后表面钝化层和后表面金属栅线。
优选地，步骤一中，所述金属栅线的制备方法为丝网印刷、喷涂打印、旋转印刷、激光转印、带掩膜的物理气相沉积沉积中的至少一种。
优选地，步骤一中，制备所述金属栅线所用的材料为如银浆、铝浆、银铝浆或铜浆的金属浆料，或者为如银、铝、铜、钛、钯的纯金属材料；更优选为金属浆料。
通常，高温烧结过程中金属栅线与硅片表面形成欧姆接触大体可以分为三个阶段：1.金属栅线所用的浆料(如银浆料)中的银粉与空气中的氧反应，失去电子变成银离子；2.银离子在该浆料熔融的玻璃材料体系中流动到达硅片表面；3.银离子与硅片表面发生反应，“夺取”硅中的电子还原成银颗粒附着在硅片表面来形成欧姆接触，硅失去电子被氧化形成氧化硅玻璃。而对于N型晶硅太阳能电池的前表面的硼掺杂发射极而言，由于电子的缺乏导致烧结过程需要更高的烧结温度和更长的烧结时间。
基于此，本发明上述提供的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，在激光照射前表面金属栅线和后表面金属栅线进行烧结的同时，对N型晶硅太阳能电池施加一个电场方向与N型晶硅太阳能电池的内建电场方向相反的外部电场，并确保该外部电场的峰值强度为0.15～50kV/cm、施加时间为0.1～3.0s，如此，以削弱内建电场的强度，让N型晶体硅衬底中的电子注入至硼掺杂发射极中，解决发射极中电子缺乏的问题；且在峰值强度为0.15～50kV/cm、施加时间为0.1～3.0s的外部电场的作用下，金属离子(如银离子)会受到库仑力的作用而沿着该外部电场的方向加速移动至硼掺杂发射极表面。故而，该外部电场能很好地辅助激光烧结N型晶硅太阳能电池的金属栅线，可以显著降低前表面金属栅线所需的烧结温度和烧结时间，降低金属栅线-硅片表面的接触电阻率。而且，所需烧结温度和烧结时间的降低，可以让激光以更低的功率进行更短时间的扫描，有利于提高激光系统的稳定，且降低了对激光的要求，可以采用更加廉价的激光进行烧结。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
本发明的电场辅助激光烧结的方法的技术优点为：1)在激光烧结的同时，还对N型晶硅太阳能电池施加一个电场方向与N型晶硅太阳能电池的内建电场方向相反的外部电场，并确保该外部电场的峰值强度为0.15～50kV/cm、施加时间为0.1～3.0s，以使金属离子(如银离子)受到库仑力的作用而沿着该外部电场的方向加速移动至硅片表面(如硼掺杂发射极表面)，故而能缩短工艺时间；2)对于N型晶硅太阳能电池而言，该峰值强度为0.15～50kV/cm、施加时间为0.1～3.0s的外部电场还削弱了该电池的内建电场强度，促使N型晶体硅衬底中的大量电子注入硼掺杂发射极，有利于降低烧结的温度和时间，扩宽工艺的窗口；3)N型晶体硅衬底中的大量电子的注入，有利于更多的银颗粒在硅片表面形成，有利于金属栅线-硅片表面(如硼掺杂发射极表面)的接触电阻率的降低；4)可以让激光以更低的功率进行更短时间的扫描，有利于提高激光系统的稳定；5)降低了烧结过程对激光的要求，可以采用更加廉价的激光进行烧结；6)在电池的前后表面均设置激光，烧结时，两面(即前后表面)的激光可以同时对电池对应面的金属栅线进行扫描处理，进一步降低了激光扫描处理的时间，提高了产能；7)本发明在施加该峰值强度为0.15～50kV/cm、施加时间为0.1～3.0s的外部电场的同时，直接对前表面金属栅线和后表面金属栅线进行一次激光烧结，即可获得低接触电阻率的接触结构，无需进行二次烧结，故而其烧结工序少，效率更高。
附图说明
图1为实施例1-3的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法中步骤二的示意图。
图2为实施例1中对照组与实验组的P+发射极的接触电阻率的测试数据图。
图3为实施例2中对照组与实验组的P+发射极的接触电阻率的测试数据图。
图4为实施例4的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法中步骤二的示意图。
图5为实施例4中对照组与实验组的P+发射极的接触电阻率的测试数据图。
附图标号说明：晶硅太阳能电池1；N型晶体硅衬底11；硼掺杂发射极12；隧穿氧化层13；磷掺杂多晶硅层14；前表面钝化层15；后表面钝化层16；前表面金属栅线17；后表面金属栅线18；第一激光器21；第二激光器22；电场发生器3。
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。
实施例1
本实施例的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，参见图1，包括依次进行的如下步骤：
步骤一、预先准备带有图案化的前表面金属栅线17和后表面金属栅线18的晶硅太阳能电池1。
步骤一中，晶硅太阳能电池1是尺寸为M10(182mm*182mm)的N型双面TOPCon电池；该N型双面TOPCon电池，包括：N型晶体硅衬底11，从下至上依次设于N型晶体硅衬底11的前表面的硼掺杂发射极12、前表面钝化层15和前表面金属栅线17，从上至下依次设于N型晶体硅衬底11的后表面的隧穿氧化层13、磷掺杂多晶硅层14、后表面钝化层16和后表面金属栅线18。
通过丝网印刷的方式，在N型双面TOPCon电池的前表面印刷现有的银铝浆以形成前表面金属栅线17，在N型双面TOPCon电池的后表面印刷现有的银浆以形成后表面金属栅线18；即可完成图案化的金属栅线的制备。其中，前表面金属栅线17和后表面金属栅线18的宽度分别为20μm和40μm。
步骤二、采用激光照射晶硅太阳能电池1的前表面金属栅线17和后表面金属栅线18，并在激光所照射的金属栅线区域施加外部电场，以进行电场辅助激光烧结。
步骤二中，位于N型双面TOPCon电池的前表面的第一激光器21和位于N型双面TOPCon电池的后表面的第二激光器22均为脉冲激光器；第一激光器21和第二激光器22均输出条形光斑，条形光斑通过衍射光栅或者微透镜阵列输出，激光的波长为532nm。激光烧结的范围仅限于N型双面TOPCon电池的前表面金属栅线17和后表面金属栅线18，也即激光不扫描金属栅线之外的电池区域。第一激光器21的条形光斑的长度完全覆盖单根前表面金属栅线17、且该第一激光器21的条形光斑的宽度小于或等于前表面金属栅线17的线宽，并且第二激光器22的条形光斑的长度完全覆盖单根后表面金属栅线18、其该第二激光器22的条形光斑的宽度小于或等于后表面金属栅线18的线宽。
烧结过程主要是为了：让前表面金属栅线17及后表面金属栅线18所用的浆料中的玻璃材料体系发生熔融，将N型双面TOPCon电池的前表面钝化层15和后表面钝化层16刻蚀开，以使金属离子(如银离子)在熔融的玻璃材料体系中流动到达硅片表面(如硼掺杂发射极12表面、磷掺杂多晶硅层14表面)，以夺取硅中的电子而被还原成金属单质，进而在降温过程中金属单质从玻璃材料体系中析出以金属颗粒(如银颗粒)形式附着在硅片表面来形成欧姆接触。
由于N型双面TOPCon电池的前表面为硼掺杂发射极12，其多数载流子为空穴，烧结过程中，前表面的金属离子较难捕获电子形成金属颗粒(如银颗粒)，前表面烧结需要相对更长的时间和更高的温度来形成良好的欧姆接触；而该N型双面TOPCon电池的后表面为隧穿氧化层13和磷掺杂多晶硅层14，其多数载流子为电子、且为重掺杂，后表面烧结需要相对较低的温度和较短的时间就能形成良好的欧姆接触。
因此，进一步地，第一激光器21和第二激光器22采用差异化参数的激光来对应进行前表面金属栅线17和后表面金属栅线18的烧结：优选为，第一激光器21输出的条形光斑的长度为200mm、宽度为20μm，其宽度与前表面金属栅线17的宽度相同；第一激光器21的脉冲激光的频率为100kHz，脉冲宽度为800ns，峰值能量为8J/cm2。第二激光器22输出的条形光斑的长度为200mm、宽度为40μm，其宽度与后表面金属栅线18的宽度相同；第二激光器22的脉冲激光的频率为100kHz，脉冲宽度为500ns，峰值能量为6J/cm2。
电场辅助激光烧结的过程中，N型双面TOPCon电池静止不动；优选为，第一激光器21和第二激光器22同时扫描前表面金属栅线17和后表面金属栅线18。具体地，第一激光器21和第二激光器22同时处理，分别依次扫描单根前表面金属栅线17和后表面金属栅线18；前表面金属栅线17的峰值烧结温度为750℃；后表面金属栅线18的峰值烧结温度为700℃。步骤二的烧结时间为2.0s。第一激光器21和第二激光器22可分别满足N型双面TOPCon电池的前表面金属栅线17和后表面金属栅线18的烧结条件差异化的需求，让前后表面同时在最佳烧结条件下进行，故而，在降低金属栅线-硅片表面(如硼掺杂发射极12表面)的接触电阻率的同时，还兼顾了烧结效率及产能。
步骤二，在激光双面照射金属栅线的过程中，还同时在激光所照射的金属栅线区域施加匀强电场，产生该均强电场的电场发生器3为平板电容器，均强电场的方向由正极指向负极，即对于N型双面TOPCon电池而言，该均强电场为从发射极指向背场(P指向N)的正向电场，电场的峰值强度为0.5kV/cm；外部的平板电容器产生的匀强电场范围覆盖激光所照射的金属栅线区域，且该匀强电场随着第一激光器21和第二激光器22分别依次扫描单根前表面金属栅线17和后表面金属栅线18的过程进行同步移动。
电场辅助激光烧结的过程中，金属离子(如银离子)带正电荷，故而，在施加的匀强电场的作用下，金属离子会受到库仑力的作用而沿着该匀强电场的方向移动，在激光烧结过程中施加的匀强电场，不仅可以加速金属离子在玻璃材料体系中的定向流动，让前表面金属栅线17中的金属离子在该匀强电场的作用下向硼掺杂发射极12表面移动；而且，外部的匀强电场的方向(P指向N)与N型双面TOPCon电池的内建电场的方向(N指向P)相反，故而施加匀强电场可以削弱内建电场的强度，让N型晶体硅衬底11中的电子被注入到硼掺杂发射极12中，让如银离子的金属离子更容易捕获电子进而在硼掺杂发射极12表面形成金属颗粒(如银颗粒)，进而有利于银颗粒与硼掺杂发射极12表面之间的欧姆接触，降低接触电阻率。
经过上述步骤一至二的制备，即可获得烧结后的晶硅太阳能电池1。
本实施例，在步骤二中，采用激光烧结、并施加外部电场辅助的实验组，与采用激光烧结、不施加外部电场辅助的对照组，在实验组和对照组均能形成良好的欧姆接触的基础上，分别测试实验组和对照组的前表面硼掺杂P+发射极的接触电阻率，结果如图2所示：
实验组的硼掺杂P+发射极的接触电阻率为1.2mΩcm2，电池完成步骤二的烧结时间为2.0s。而作为对照组，在不施加外部电场辅助的情况下，若要形成良好的欧姆接触，前表面所需的峰值烧结温度为820℃，后表面所需的峰值烧结温度为760℃，电池完成步骤二的烧结时间为5.5s，对照组的硼掺杂P+发射极的接触电阻率为4.8mΩcm2。
实施例2
本实施例的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，参见图1，其具体步骤均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：
步骤一中，晶硅太阳能电池1是尺寸为G12(210mm*210mm)的N型双面TOPCon电池；该N型双面TOPCon电池的前表面是通过印刷现有的银浆来形成前表面金属栅线17。其中，前表面金属栅线17和金属栅线的宽度均为30μm。
步骤二中，第一激光器21和第二激光器22均为连续激光器；第一激光器21和第二激光器22均输出条形光斑，激光的波长为980nm，第一激光器21和第二激光器22输出的条形光斑的长度均为220mm、宽度均为30μm。
进一步，步骤二中，第一激光器21和第二激光器22采用差异化参数的激光来对应进行前表面金属栅线17和后表面金属栅线18的烧结：第一激光器21的连续激光的输出功率为80W；第二激光器22的连续激光的输出功率为60W。前表面金属栅线17的峰值烧结温度为800℃；后表面金属栅线18的峰值烧结温度为700℃。步骤二的烧结时间为1.8s。
步骤二中，在激光所照射的金属栅线区域施加的匀强电场的峰值强度为1.0kV/cm。
经过上述步骤一至二的制备，即可获得烧结后的晶硅太阳能电池1。
本实施例，该N型双面TOPCon电池的前表面金属栅线17的材质为纯银浆，其在步骤二中所需的烧结温度比实施例1中的银铝浆更高。
在步骤二中，采用激光烧结、并施加外部电场辅助的实验组，与采用激光烧结、不施加外部电场辅助的对照组，在实验组和对照组均能形成良好的欧姆接触的基础上，分别测试实验组和对照组的前表面硼掺杂P+发射极的接触电阻率，结果如图3所示：
实验组的硼掺杂P+发射极的接触电阻率为1.6mΩcm2，电池完成步骤二的烧结时间为1.8s。而作为对照组，在不施加外部电场辅助的情况下，若要形成良好的欧姆接触，前表面所需的峰值烧结温度为880℃，后表面所需的峰值烧结温度仍为760℃，电池完成步骤二的烧结时间为6.0s，对照组的前表面硼掺杂P+发射极的接触电阻率为12.3mΩcm2。
实施例3
本实施例的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，参见图1，其具体步骤均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：
步骤二中，第一激光器21和第二激光器22的激光波长均为1064nm；第一激光器21和第二激光器22均输出圆形点状光斑，该圆形点状光斑通过衍射光栅或者微透镜阵列输出。
进一步地，第一激光器21和第二激光器22采用差异化参数的激光来对应进行前表面金属栅线17和后表面金属栅线18的烧结：优选为，第一激光器21输出的圆形点状光斑的直径为20μm，其直径与前表面金属栅线17的宽度相同；第一激光器21的脉冲激光的频率为150kHz，脉冲宽度为600ns，扫描速度为4m/s，峰值能量为6J/cm2。第二激光器22输出的圆形点状光斑的直径为40μm，其直径与后表面金属栅线18的宽度相同；第二激光器22的脉冲激光的频率为150kHz，脉冲宽度为300ns，扫描速度为4m/s，峰值能量为4J/cm2。具体地，第一激光器21和第二激光器22同时处理，分别依次扫描单根前表面金属栅线17和后表面金属栅线18；前表面金属栅线17的峰值烧结温度为760℃；后表面金属栅线18的峰值烧结温度为700℃。步骤二的烧结时间为2.8s。
步骤二中，在激光所照射的金属栅线区域施加的匀强电场的峰值强度为0.8kV/cm。
经过上述步骤一至二的制备，即可获得烧结后的晶硅太阳能电池1。
本实施例，在步骤二中，作为对照组(激光烧结、不施加外部电场辅助)，在不施加外部电场辅助的情况下，若要形成良好的欧姆接触，前表面所需的峰值烧结温度为820℃，后表面所需的峰值烧结温度仍为760℃。
实施例4
本实施例的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，参见图4，其具体步骤均参照实施例1，其与实施例1的区别在于：
步骤一中，前表面金属栅线17和金属栅线的宽度均为30μm。
步骤二中，烧结过程中，N型双面TOPCon电池在传送带上匀速向前移动，传送带速度为4～6m/min，第一激光器21和第二激光器22均为连续激光器，在前表面金属栅线17和后表面金属栅线18对应运动到第一激光器21的下方和第二激光器22的上方时，第一激光器21和第二激光器22同时扫描前表面金属栅线17和后表面金属栅线18；激光的波长为1064nm，第一激光器21和第二激光器22输出的条形光斑的长度均为220mm、宽度均为30μm。
进一步，步骤二中，第一激光器21和第二激光器22采用差异化参数的激光来对应进行前表面金属栅线17和后表面金属栅线18的烧结：第一激光器21的连续激光的输出功率为70W；第二激光器22的连续激光的输出功率为50W。前表面金属栅线17的峰值烧结温度为750℃；后表面金属栅线18的峰值烧结温度为680℃。步骤二的烧结时间为1.8s。
步骤二，在激光双面照射金属栅线的过程中，还同时在整个N型双面TOPCon电池所在的区域施加脉冲电场，产生该脉冲电场的电场发生器3为脉冲电场发生器，脉冲电场的方向由正极指向负极，即对于N型双面TOPCon电池而言，该脉冲电场为从发射极指向背场(P指向N)的正向脉冲高强度电场，脉冲电场的脉冲频率为100kHz、脉冲宽度为100μs、峰值强度为35.0kV/cm。
经过上述步骤一至二的制备，即可获得烧结后的晶硅太阳能电池1。
本实施例，在步骤二中，采用激光烧结、并施加外部电场辅助的实验组，与采用激光烧结、不施加外部电场辅助的对照组，在实验组和对照组均能形成良好的欧姆接触的基础上，分别测试实验组和对照组的前表面硼掺杂P+发射极的接触电阻率，结果如图5所示：
实验组的硼掺杂P+发射极的接触电阻率为1.7mΩcm2，电池完成步骤二的烧结时间为1.8s。而作为对照组，在不施加外部电场辅助的情况下，若要形成良好的欧姆接触，前表面所需的峰值烧结温度为820℃，后表面所需的峰值烧结温度为760℃，电池完成步骤二的烧结时间为6.0s，对照组的硼掺杂P+发射极的接触电阻率为5.5mΩcm2。
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，所附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技术方案进行了详细介绍，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 (10)
1.一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、预先准备N型晶硅太阳能电池；
其中，所述N型晶硅太阳能电池的前表面和后表面均设有金属栅线；
步骤二、采用激光照射N型晶硅太阳能电池的前表面金属栅线和后表面金属栅线，并在N型晶硅太阳能电池上施加外部电场，以进行电场辅助激光烧结；
其中，所述外部电场的电场方向与N型晶硅太阳能电池的内建电场的电场方向相反；所述外部电场的峰值强度为0.15～50kV/cm、施加时间为0.1～3.0s。
2.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，所述N型晶硅太阳能电池的内建电场的电场方向为从N指向P；所述外部电场的电场方向为从P指向N。
3.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述外部电场的施加范围覆盖激光所照射的前表面和后表面的金属栅线区域；或者，所述外部电场的施加范围覆盖整个所述N型晶硅太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述外部电场的类型为匀强电场、交变电场或脉冲电场。
5.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述激光的类型为脉冲激光，激光的频率为50～500kHz，扫描速度为4～20m/s，峰值能量为2.0～15.0J/cm2，烧结时间为0.1～3.0s；
步骤二中，前表面金属栅线的脉冲激光的峰值能量大于后表面金属栅线的脉冲激光的峰值能量。
6.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述激光的类型为连续激光，激光输出功率为1.0～150.0W，扫描速度为4～20m/s，烧结时间为0.1～3.0s；
步骤二中，前表面金属栅线的连续激光的激光输出功率大于后表面金属栅线的连续激光的激光输出功率。
7.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述激光的形状为点状光斑，点状光斑的直径为10～60μm；
或者，步骤二中，所述激光的形状为条形光斑，条形光斑的长度为150～300mm、宽度为10～100μm；
步骤二中，所述激光的波长范围为400～1100nm。
8.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述激光的波长为532nm、980nm或1064nm。
9.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述前表面金属栅线和后表面金属栅线的激光的峰值烧结温度为600～800℃；
步骤二中，前表面金属栅线的激光的峰值烧结温度大于后表面金属栅线的激光的峰值烧结温度。
10.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池电场辅助激光烧结的方法，其特征在于，步骤一中，所述N型晶硅太阳能电池，包括N型晶体硅衬底，依次设于N型晶体硅衬底的前表面的硼掺杂发射极、前表面钝化层和前表面金属栅线，以及依次设于N型晶体硅衬底的后表面的隧穿氧化层、磷掺杂多晶硅层、后表面钝化层和后表面金属栅线；
步骤二中，所述N型晶硅太阳能电池为静止或匀速移动。
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