CN116705903A - 一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体公开了一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，包括：预先准备前后表面均制备有图案化的金属栅线的晶硅太阳能电池；对晶硅太阳能电池的前后表面的金属栅线进行烘干处理，将金属栅线中的有机材料挥发，以使金属栅线固化；再采用激光照射晶硅太阳能电池的前后表面的金属栅线，并在金属栅线上加载正向偏压，以对金属栅线进行烧结；晶硅太阳能电池为N型电池；正向偏压为1.0～15.0V，加载时间为0.1～2.5s。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；且兼顾了接触性能、处理效率及产能。
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。
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。
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。与P型电池不同的是，N型电池的前表面的发射极为硼掺杂的发射极，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，银离子在上述步骤3中难以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。因此，相比于P型电池发射极的金属化，N型电池发射极的金属化需要更高的烧结温度和更长的烧结时间，如此，N型电池的激光烧结将面临更大的困难与挑战。
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，此烧结方法存在三方面的不足：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)激光的光斑为点状光斑，且金属电极为整面电极，烧结处理速度较慢，产能低；3)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。
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，且其是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)其也未提出针对N型电池前表面的硼掺杂发射极的激光烧结的技术方案。
公开号CN111742417A提供的一种改善硅太阳能电池的接触格与发射极层之间的欧姆接触特性的方法，其采用如下方案：通过外接电压源来接通电池片的正负电极，给电池片加一个反向电压，与此同时，用点光源照射电池片的受光面(即前表面)，让照射区域产生超大的电流密度。如此，通过加载反向电压，强制让点光源照射产生超大的电流密度，从硅片-电极接触处输出，以使金属接触区域产生高温形成二次熔融烧结，降低接触电阻损失。然而，此方案存在两方面的不足：1)其激光修复接触的过程是在电池片完成金属化烧结后，故而多了一个工序，提高了成本；2)诱发激光二次烧结的过程是间接形成的，即激光点光源在电极两侧并施加反向电压，通过产生超大的光生电流在接触不良区域(也即较高接触电阻的区域)的定向流动来实现二次烧结，而不是用激光光斑直接照射至金属电极上来激光加热完成二次烧结，该激光修复接触过程的效率较低。
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激光烧结的方法，包括如下步骤：
步骤一、预先准备前表面和后表面上制备有图案化的金属栅线的晶硅太阳能电池；
步骤二、对晶硅太阳能电池的前表面和后表面的金属栅线进行烘干处理，将金属栅线中的有机材料挥发，以使金属栅线固化；
步骤三、采用激光照射晶硅太阳能电池的前表面和后表面的金属栅线，并在晶硅太阳能电池的金属栅线上加载正向偏压，以对金属栅线进行烧结；
其中，所述晶硅太阳能电池为N型电池；
步骤三中，所述正向偏压为1.0～15.0V，加载时间为0.1～2.5s。
其中，步骤三中，所述正向偏压的加载时间与激光的烧结时间相同；所述正向偏压通过外部电源加载获得。
其中，步骤二中，采用激光照射所述N型电池的前表面和后表面上的金属栅线，以烘干金属栅线。
优选地，步骤二和步骤三中，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0.1～2.0J/cm2；步骤三中，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2.0～10.0J/cm2。
更进一步优选地，步骤二中所述脉冲激光的激光频率小于或等于步骤三中脉冲激光的激光频率，步骤二中脉冲激光的峰值能量小于步骤三中脉冲激光的峰值能量；
步骤三中，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0.1～10.0W；步骤三中，激光的类型为连续激光，激光输出功率为1.0～100.0W。
更进一步优选地，步骤二中所述连续激光的激光输出功率小于步骤三中连续激光的激光输出功率；
步骤三中，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，所述激光的烘干温度为200～400℃，烘干时间为0.1～2.0s；步骤三中，所述激光的峰值烧结温度为600～800℃，烧结时间为0.1～2.5s。
进一步优选地，步骤二中所述激光的烘干温度及烘干时间均小于步骤三中激光的峰值烧结温度及烧结时间；
步骤三中，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，步骤二和步骤三中，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，步骤二和步骤三中，所述激光的形状为点状光斑，点状光斑的直径为10～60μm；
或者，步骤二和步骤三中，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，步骤二和步骤三中，所述激光的波长为532nm、980nm或1064nm。
其中，步骤二中，采用烘干炉对所述N型电池的前表面和后表面上的金属栅线进行烘干处理；其中，所述烘干炉的烘干温度为200～400℃、烘干时间为10～30s。
其中，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。
其中，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。
综上，本发明上述提供的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，在烘干金属栅线后，在激光照射前表面和后表面的金属栅线进行烧结的同时，还在金属栅线上加载1.0～15.0V的特定的正向偏压0.1～2.5s，以向N型电池中注入大量的电子-空穴对，并在N型电池的前后表面的金属栅线上形成一个电场，以促进激光烧结。
其中，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。
故而，本发明的烧结过程中，由于在激光烧结的同时，还在金属栅线上加载了1.0～15.0V的特定的正向偏压0.1～2.5s；所以，步骤三中，银离子在该正向偏压所形成的电场的作用下会更快地朝向硅片表面移动，缩短银离子在熔融玻璃中的流动时间；而且，步骤三中，银离子在硅片表面的还原反应需要“夺取”大量的电子，如外部电源所加载的上述正向偏压注入大量的电子，不仅有利于加速还原反应的进行，降低反应时间，也有利于形成更多的银颗粒，降低金属栅线-硅(如前表面硼掺杂的发射极)的接触电阻率。
而且，对于N型电池前表面的硼掺杂发射极而言，电子的缺乏会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，本发明在激光烧结的同时，还通过在金属栅线上加载1.0～15.0V的特定的正向偏压0.1～2.5s，来注入大量的电子，以解决前表面的硼掺杂发射极中电子缺乏的问题，可以显著降低前表面所需的烧结温度和烧结时间，扩宽了工艺窗口；而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，且降低了烧结过程中对激光的要求，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：
本发明的烧结方法的技术优点为：1)在激光烧结的同时，还在金属栅线上加载了1.0～15.0V的特定的正向偏压0.1～2.5s，该正向偏压能在N型电池的前后表面的金属栅线上形成一个电场，该电场加速了激光烧结过程中银离子在融化玻璃中的流动和在硅片表面的沉积，缩短了工艺时间；2)该正向偏压还大量注入了电子，这有利于更多的银颗粒在硅片表面形成，有利于金属栅线-硅的接触电阻率的降低；3)对于N型电池而言，正向偏压的大量电子的注入有利于降低烧结温度和烧结时间，扩宽了工艺窗口；4)由于激光和正向偏压均作用于前表面和后表面的金属栅线上(而未作用于电池的非金属栅线区域)，且工艺时间缩短了、并扩宽了工艺窗口，故而能有效避免对电池表面的损伤，降低金属复合；5)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；6)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；7)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；8)本发明是在制备金属栅线后，直接对金属栅线进行激光烧结和加载正向偏压，一次烧结即可获得低接触电阻率的欧姆接触结构，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、2的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法中步骤二的示意图。
图2为实施例1、2的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法中步骤三的示意图。
图3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4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5为实施例3的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法中步骤二、三的示意图。
图6为实施例4的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法中步骤二、三的示意图。
附图标号说明：晶硅太阳能电池1；第一细栅线11；第二细栅线12；第一主栅线13；第二主栅线14；第一激光器21；第二激光器22；正向偏压3；红外灯管加热装置4。
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激光烧结的方法，包括依次进行的如下步骤：
步骤一、预先准备前表面和后表面上均制备有图案化的金属栅线的晶硅太阳能电池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；通过丝网印刷的方式，在N型双面TOPCon电池的前表面分别印刷：现有的银铝浆以形成第一细栅线11和现有的银浆以形成第一主栅线13，在N型双面TOPCon电池的后表面印刷现有的银浆以形成第二细栅线12和第二主栅线14；即可完成图案化的金属栅线的制备。其中，前表面的第一细栅线11和后表面的第二细栅线12的宽度分别为20μm和40μm，前表面的第一主栅线13和后表面的第二主栅线14的宽度均为100μm。
步骤二、对晶硅太阳能电池1的前表面的金属栅线(前表面的金属栅线包括第一细栅线11和第一主栅线13)和后表面的金属栅线(后表面的金属栅线包括第二细栅线12和第二主栅线14)进行烘干处理，将金属栅线中的有机材料挥发，以使金属栅线完成固化。
步骤二中，参见图1，采用激光双面照射N型双面TOPCon电池的前表面的金属栅线和后表面的金属栅线，进行烘干处理，以将印刷金属栅线所用的浆料(如银铝浆、银浆)中的有机材料(如有机添加剂、有机载体)挥发掉，以使得印刷金属栅线所用的浆料完成固化。
步骤二中，烘干处理的范围仅限于N型双面TOPCon电池的前表面和后表面上的金属栅线，也即激光不扫描烘干金属栅线之外的电池区域。
步骤二中，N型双面TOPCon电池的前表面的第一激光器21及后表面的第二激光器22均输出条形光斑，该条形光斑通过衍射光栅或者微透镜阵列输出；优选为，第一激光器21扫描烘干N型双面TOPCon电池的前表面的金属栅线的同时，第二激光器22扫描烘干该N型双面TOPCon电池的后表面的金属栅线；激光的波长为532nm，条形光斑的长度为200mm、宽度为20μm，保证第一激光器21的条形光斑的长度完全覆盖单根第一细栅线11、且该第一激光器21的条形光斑的宽度在前表面的金属栅线的线宽范围内，并保证第二激光器22的条形光斑的长度完全覆盖单根第二细栅线12、其该第二激光器22的条形光斑的宽度在后表面的金属栅线的线宽范围内。第一主栅线13和第二主栅线14的宽度较宽，步骤二中，需要条形光斑的多次扫描，条形光斑扫描的线间距为20μm。
进一步，步骤二中，第一激光器21及第二激光器22均为脉冲激光；第一激光器21及第二激光器22均采用如下相同参数的脉冲激光进行激光烘干处理，激光的频率为100kHz，脉冲宽度为500ns，峰值能量为0.5J/cm2，烘干温度为350℃，步骤二的烘干时间为0.8s。
步骤三、采用激光双面照射晶硅太阳能电池1的前表面和后表面的金属栅线，并在晶硅太阳能电池1的金属栅线上加载正向偏压3，以对金属栅线进行烧结。
步骤三的烧结过程主要是为了：让前表面和后表面上的金属栅线所用的浆料中的玻璃材料体系发生熔融，将N型双面TOPCon电池的前后表面的钝化层薄膜刻蚀开，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，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(以前表面为例，银颗粒与硼掺杂的发射极的表面形成欧姆接触)。其中，外接电源提供的正向偏压3不仅可以加速金属离子在玻璃材料体系中的流动，而且让金属离子更容易捕获电子形成金属颗粒。
参见图2，步骤三中，正向偏压3通过外部电源加载获得，正向偏压3的大小为10V。
与此同时，步骤三中，第一激光器21和第二激光器22均输出与步骤二相同尺寸、参数的条形光斑；优选为，同时激光扫描该N型双面TOPCon电池的前表面的金属栅线和后表面的金属栅线；步骤三中，激光扫描的范围仅限于N型双面TOPCon电池的前表面和后表面上的金属栅线，也即激光不扫描金属栅线之外的电池区域。第一主栅线13和第二主栅线14的宽度较宽，步骤三中，需要条形光斑多次扫描，条形光斑扫描的线间距为20μm。
由于N型双面TOPCon电池的前表面为硼掺杂的发射极，其多数载流子为空穴，步骤三的烧结过程中，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电池的后表面为磷重掺杂的多晶硅层，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采用差异化参数的脉冲激光来对应进行前表面和后表面的烧结：步骤三中，前表面的第一激光器21的频率为100kHz，脉冲宽度为800ns，峰值能量为6J/cm2，峰值烧结温度为750℃；后表面的第二激光器22的频率为100kHz，脉冲宽度为500ns，峰值能量为4J/cm2，峰值烧结温度为700℃。步骤三的烧结时间为1.0s；正向偏压3的加载时间与该烧结时间相同，也为1.0s。
经过上述步骤一至三的制备，即可获得烧结后的晶硅太阳能电池1。
本实施例，在步骤三中，采用激光烧结、并加载正向偏压3的实验组，与采用激光烧结、不加载正向偏压的对照组，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：
实验组的前表面硼掺杂P+发射极的接触电阻率为1.7mΩcm2，电池完成步骤二和步骤三的总时间为1.8s。而作为对照组，在不加载正向偏压的情况下，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℃，电池完成步骤二和步骤三的总时间为2.5s，对照组的前表面硼掺杂P+发射极的接触电阻率为4.9mΩcm2。
实施例2
本实施例的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，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第一细栅线11。其中，前表面的第一细栅线11和后表面的第二细栅线12的宽度均为30μm，前表面的第一主栅线13和后表面的第二主栅线14的宽度均为120μm。
步骤二中，N型双面TOPCon电池的前表面的第一激光器21及后表面的第二激光器22均输出条形光斑，激光的波长为980nm，条形光斑的长度为220mm、宽度为30μm。步骤二中，条形光斑扫描的线间距为30μm。
进一步，步骤二中，第一激光器21及第二激光器22均为连续激光；第一激光器21及第二激光器22均采用如下相同参数的连续激光进行激光烘干处理：激光输出功率为10W，烘干温度为360℃，步骤二的烘干时间为0.4s。
参见图2，步骤三中，正向偏压3的大小为12V。
与此同时，步骤三中，条形光斑扫描的线间距为30μm。
进一步地，第一激光器21和第二激光器22采用差异化参数的连续激光来对应进行前表面和后表面的烧结：步骤三中，前表面的第一激光器21的激光输出功率为60W，峰值烧结温度为800℃；后表面的第二激光器22的激光输出功率为40W，峰值烧结温度仍然为700℃。步骤三的烧结时间为0.8s；正向偏压3的加载时间与该烧结时间相同，也为0.8s。
经过上述步骤一至三的制备，即可获得烧结后的晶硅太阳能电池1。
本实施例，电池前表面的第一细栅线11的材质为纯银浆，其在步骤三中所需的烧结温度比实施例1中的银铝浆更高。
在步骤三中，采用激光烧结、并加载正向偏压3的实验组，与采用激光烧结、不加载正向偏压的对照组，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4所示：
实验组的前表面硼掺杂P+发射极的接触电阻率为2.4mΩcm2，电池完成步骤二和步骤三的总时间为1.2s。而作为对照组，在不加载正向偏压的情况下，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℃，电池完成步骤二和步骤三的总时间为6.5s，对照组的前表面硼掺杂P+发射极的接触电阻率为9.6mΩcm2。
实施例3
本实施例的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，参见图5，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，N型双面TOPCon电池的前表面的第一激光器21及后表面的第二激光器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；激光的波长为1064nm，圆形点状光斑的直径为20μm，保证圆形点状光斑在金属栅线的线宽范围内。
进一步，步骤二中，第一激光器21及第二激光器22均采用如下相同参数的脉冲激光进行激光烘干处理，激光的频率仍为100kHz，脉冲宽度为300ns，扫描的速度为10m/s，峰值能量为0.3J/cm2，烘干温度仍为350℃，步骤二的烘干时间为1.6s。
步骤三中，正向偏压3的大小为15V。
与此同时，步骤三中，第一激光器21和第二激光器22均输出圆形点状光斑，第一激光器21输出的圆形点状光斑的直径为20μm，第二激光器22输出的圆形点状光斑的直径为40μm。
进一步地，第一激光器21和第二激光器22采用差异化参数的脉冲激光来对应进行前表面和后表面的烧结：步骤三中，前表面的第一激光器21的频率为150kHz，脉冲宽度为600ns，扫描的速度为6m/s，峰值能量为5J/cm2，峰值烧结温度为760℃；后表面的第二激光器22的频率为150kHz，脉冲宽度为300ns，扫描的速度为8m/s，峰值能量为3J/cm2，峰值烧结温度仍为700℃。步骤三的烧结时间为2.5s；正向偏压3的加载时间与该烧结时间相同，也为2.5s。
经过上述步骤一至三的制备，即可获得烧结后的晶硅太阳能电池1。
本实施例，在步骤三中，作为对照组(激光烧结、不加载正向偏压)，在不加载正向偏压的情况下，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激光烧结的方法，参见图6，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，前表面的第一细栅线11和后表面的第二细栅线12的宽度均为30μm，前表面的第一主栅线13和后表面的第二主栅线14的宽度均为120μm。
步骤二中，如图6的左侧所示，采用带有红外灯管加热装置4的烘干炉对N型双面TOPCon电池的前表面的金属栅线和后表面的金属栅线进行烘干处理，烘干温度为320℃、烘干时间为20s。
步骤三中，正向偏压3的大小为12V。
与此同时，步骤三中，第一激光器21和第二激光器22均输出条形光斑，该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1064nm，条形光斑的长度为200mm、宽度为30μm。步骤三中，条形光斑扫描的线间距为30μm。
进一步地，第一激光器21和第二激光器22采用差异化参数的连续激光来对应进行前表面和后表面的烧结：步骤三中，前表面的第一激光器21的激光输出功率为52W，峰值烧结温度为750℃；后表面的第二激光器22的激光输出功率为40W，峰值烧结温度仍然为700℃。步骤三的烧结时间为0.8s；正向偏压3的加载时间与该烧结时间相同，也为0.8s。
经过上述步骤一至三的制备，即可获得烧结后的晶硅太阳能电池1。
本实施例，在步骤三中，作为对照组(激光烧结、不加载正向偏压)，在不加载正向偏压的情况下，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℃。
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 (12)
1.一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、预先准备前表面和后表面上制备有图案化的金属栅线的晶硅太阳能电池；
步骤二、对晶硅太阳能电池的前表面和后表面的金属栅线进行烘干处理，将金属栅线中的有机材料挥发，以使金属栅线固化；
步骤三、采用激光照射晶硅太阳能电池的前表面和后表面的金属栅线，并在晶硅太阳能电池的金属栅线上加载正向偏压，以对金属栅线进行烧结；
其中，所述晶硅太阳能电池为N型电池；
步骤三中，所述正向偏压为1.0～15.0V，加载时间为0.1～2.5s。
2.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤三中，所述正向偏压的加载时间与激光的烧结时间相同；所述正向偏压通过外部电源加载获得。
3.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，采用激光照射所述N型电池的前表面和后表面上的金属栅线，以烘干金属栅线。
4.根据权利要求3所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，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，峰值能量为0.1～2.0J/cm2；步骤三中，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2.0～10.0J/cm2；
步骤二和步骤三中，所述激光的扫描速度为4～20m/s。
5.根据权利要求4所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中所述脉冲激光的激光频率小于或等于步骤三中脉冲激光的激光频率，步骤二中脉冲激光的峰值能量小于步骤三中脉冲激光的峰值能量；
步骤三中，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3所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，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0.1～10.0W；步骤三中，激光的类型为连续激光，激光输出功率为1.0～100.0W；
步骤二和步骤三中，所述激光的扫描速度为4～20m/s。
7.根据权利要求6所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中所述连续激光的激光输出功率小于步骤三中连续激光的激光输出功率；
步骤三中，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。
8.根据权利要求3所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述激光的烘干温度为200～400℃，烘干时间为0.1～2.0s；步骤三中，所述激光的峰值烧结温度为600～800℃，烧结时间为0.1～2.5s。
9.根据权利要求8所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中所述激光的烘干温度及烘干时间均小于步骤三中激光的峰值烧结温度及烧结时间；
步骤三中，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3所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二和步骤三中，所述激光的形状为点状光斑，点状光斑的直径为10～60μm；
或者，步骤二和步骤三中，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；
步骤二和步骤三中，所述激光的波长范围为400～1100nm。
11.根据权利要求10所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二和步骤三中，所述激光的波长为532nm、980nm或1064nm。
12.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，采用烘干炉对所述N型电池的前表面和后表面上的金属栅线进行烘干处理；其中，所述烘干炉的烘干温度为200～400℃、烘干时间为10～30s。
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|---|---|---|---|---|
| CN117644279A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 隆基绿能科技股份有限公司 | 激光制备太阳能电池电极的方法和太阳能电池 |
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