CN116885044A - 一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，涉及光伏技术领域，包括以下步骤：选取一N型硅作为基体，在基体表面进行清洗制绒；对制绒后的基体进行单面硼扩散，形成正面硼扩区；使用激光在正面硼扩区预设切割位置开膜，去除表面氧化层，形成开膜区；碱抛去除开膜区的硼扩P‑N结；在基体背面依次沉积隧穿氧化层、非晶硅层；通过退火工艺将非晶硅层转化为多晶硅层；对具有多晶硅层的基体进行双面钝化；对钝化后的基体进行丝网印刷、烧结，制得TOPCon电池；制备TOPCon电池组件。本发明中，通过开膜去除切割位置对应的正表面硼扩P‑N结，可减少电池的切半效率损失，改善电池切割损失，提升组件功率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，特别涉及一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法。
背景技术
随着电池片尺寸的增加，半片电池技术逐步成为光伏组件的主流，相比于整片，半片电池的电流只有整片电池的一半，因而可以降低电阻损耗。
如授权公告号为“CN109545886B”的申请公开了一种半片多晶太阳电池的制备方法。它解决了现有制造方法的步骤过于简单，无法保证半电池片的质量，产品质量差等技术问题。本半片多晶太阳电池的制备方法，包括如下步骤：a、对外购的硅片进行清洗和检测；b、将检验好的硅片放入碱性溶液中进行制绒；c、将石英舟放入扩散炉中进行扩散；d、将扩散好的硅片放入刻蚀机中进行刻蚀；e、将刻蚀好的硅片放入氢氟酸中浸泡；f、将石墨舟放入PECVD装置中进行镀膜；g、将镀膜好的硅片采用丝网印刷的方式进行印刷；h、将印刷好的硅片放入烧结炉中进行烧结；i、将硅片篮放到钝化处理装置中进行钝化；j、将钝化好的电池片通过激光切片机进行切割。本发明具有产品质量好的优点。
但是电池切半会导致切割面严重的复合损失，降低电池的转化效率。
发明内容
本发明提供一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，用以解决目前电池制备过程中电池切半会导致切割面严重的复合损失，降低电池的转化效率的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：选取一N型硅作为基体，在基体表面进行清洗制绒；
步骤2：对制绒后的基体进行单面硼扩散，形成正面硼扩区；
步骤3：使用激光在正面硼扩区预设切割位置开膜，去除表面氧化层，形成开膜区；
步骤4：碱抛去除开膜区的硼扩P-N结；
步骤5：在基体背面依次沉积隧穿氧化层、非晶硅层；
步骤6：通过退火工艺将非晶硅层转化为多晶硅层；
步骤7：对具有多晶硅层的基体进行双面钝化；
步骤8：对钝化后的基体进行丝网印刷、烧结，制得TOPCon电池；
步骤9：选取TOPCon电池，制备TOPCon电池组件。
优选地，在步骤2中，将制绒后的基体放到石英舟内，将石英舟放入扩散炉中进行扩散，扩散炉采用管式扩散炉。
优选地，在步骤3中，开膜区宽度大于0且小于等于1mm，开膜深度为2.0～5.0μm。
优选地，在步骤3中，开膜区位于正面硼扩区中轴线位置。
优选地，在步骤4中，去除开膜区的硼扩P-N结后，对开膜区进行ECV测试，确认碱抛后开膜区的硼扩P-N结完全去除，若未完全去除硼扩P-N结，则重复步骤3-步骤4，直至硼扩P-N结完全去除。
优选地，在步骤5中，隧穿氧化层的厚度为1～3nm，非晶硅层的厚度为50～200nm。
优选地，在步骤6中，将带有非晶硅层的基体放入管式扩散炉内进行退火。
优选地，在步骤7中，对具有多晶硅层的基体进行双面钝化包括：
步骤71：使用第一钝化膜对具有多晶硅层的基体进行双面钝化，制得第一钝化膜层，第一钝化膜采用氧化铝钝化膜；
步骤72：使用第二钝化膜在第一钝化膜层表面进行双面钝化，制得第二钝化膜层，第二钝化膜可采用氮化硅钝化膜或氮氧化硅钝化膜中的任意一种。
优选地，在步骤8中，先在基体背面印刷背银浆料，再将背银浆料烘干后印刷背铝浆料并烘干，然后在基体正面印刷正银浆料。
优选地，在步骤8中，将印刷好基体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为740～780℃。
本发明的技术方案具有以下优点：本发明提供了一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，涉及光伏技术领域，包括以下步骤：选取一N型硅作为基体，在基体表面进行清洗制绒；对制绒后的基体进行单面硼扩散，形成正面硼扩区；使用激光在正面硼扩区预设切割位置开膜，去除表面氧化层，形成开膜区；碱抛去除开膜区的硼扩P-N结；在基体背面依次沉积隧穿氧化层、非晶硅层；通过退火工艺将非晶硅层转化为多晶硅层；对具有多晶硅层的基体进行双面钝化；对钝化后的基体进行丝网印刷、烧结，制得TOPCon电池；选取TOPCon电池，制备TOPCon电池组件。本发明中，通过开膜去除切割位置对应的正表面硼扩P-N结区，可减少电池的切半效率损失，改善电池切割损失，提升电池组件功率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及说明书附图中所特别指出的装置来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明中一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法流程图；
图2为本发明中BL组切割后与“去除p-n结”组切割后光致发光成像图；
图3为本发明一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法中定位组件整体结构示意图；
图4为本发明一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法中调节箱结构示意图；
图5为本发明图4中A处放大图；
图6为本发明一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法中工作台与滑台局部结构剖视图；
图7为本发明一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法中滑台侧视图。
图中：1、工作台；2、滑台；3、挡板；4、滑动柱；5、调节箱；6、第一螺杆；7、螺套；8、第一驱动电机；9、双头螺杆；10、第一通槽；11、滑动块；12、刻度指针；13、刻度盘；14、第二通槽；15、铰接座；16、第二弹簧；17、铰接杆；18、限位板；19、连接杆；20、空腔；21、第一气管；22、条形孔；23、吸气孔；24、支撑柱；25、安装板；26、压柱；27、压板；28、气囊。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1：
本发明实施例提供了一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，如图1、图2所示，包括以下步骤：
步骤1：选取一N型硅作为基体，在基体表面进行清洗制绒；
步骤2：对制绒后的基体进行单面硼扩散，形成正面硼扩区；
步骤3：使用激光在正面硼扩区预设切割位置开膜，去除表面氧化层，形成开膜区，开膜区宽度为1mm，开膜深度为3.0μm；
步骤4：碱抛去除开膜区的硼扩P-N结；
步骤5：在基体背面依次沉积隧穿氧化层、非晶硅层，隧穿氧化层的厚度为2nm，非晶硅层的厚度为100nm；
步骤6：通过退火工艺将非晶硅层转化为多晶硅层；
步骤7：对具有多晶硅层的基体进行双面钝化；
步骤8：对钝化后的基体进行丝网印刷、烧结，制得TOPCon电池；
步骤9：选取TOPCon电池，制备TOPCon电池组件。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：在对电池切割损失分析中，我们发现，切半后电池的第二饱和电流密度J02明显增加，并且切割处一段范围内(3mm)皆会受到影响，这主要是由切割处P-N结区引起的，因此，本申请提供了制备方法，以解决上述电池切割损失的问题，制备方法步骤为：先选取一N型硅作为基体，在基体表面进行清洗制绒；接着，将制绒后的基体放到石英舟内，将石英舟放入扩散炉中进行扩散，扩散炉采用管式扩散炉，对制绒后的基体进行单面硼扩散，形成正面硼扩区；使用激光在正面硼扩区预设切割位置开膜，去除表面氧化层，形成开膜区，开膜区位于正面硼扩区中轴线位置，开膜区宽度大于0且小于等于1mm，开膜深度为2.0～5.0μm，优选的，开膜区宽度为1mm，开膜深度为3.0μm；然后通过碱抛去除开膜区的硼扩P-N结；在基体背面依次沉积隧穿氧化层、非晶硅层；通过退火工艺将带有非晶硅层的基体放入管式扩散炉内进行退火，使得非晶硅层转化为多晶硅层；对具有多晶硅层的基体进行双面钝化，先使用第一钝化膜对具有多晶硅层的基体进行双面钝化，制得第一钝化膜层，第一钝化膜采用氧化铝钝化膜，再使用第二钝化膜在第一钝化膜层表面进行双面钝化，制得第二钝化膜层，第二钝化膜可采用氮化硅钝化膜或氮氧化硅钝化膜中的任意一种；接着对钝化后的基体进行丝网印刷，先在基体背面印刷背银浆料，再将背银浆料烘干后印刷背铝浆料并烘干，然后在基体正面印刷正银浆料；将印刷好基体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为740～780℃，烧结完成后制得TOPCon电池；选取若干TOPCon电池，采用现有电池组件制备工艺将若干TOPCon电池连接制备TOPCon电池组件。本发明中，通过开膜去除切割位置对应的正表面硼扩P-N结区，可减少0.1％的电池的切半效率损失，改善电池切割损失，提升2.5W的电池组件功率，且上述制备方法只需在现有制备工艺中增加一道工艺，工艺简单且耗时较短，保证了电池组件的制备效率。
在步骤8中，TOPCon电池制备完成后(开膜区宽度为1mm)，先对TOPCon电池进行测试，然后将TOPCon电池切半后再次进行测试，以现有制备方法制得的TOPCon电池测试为对比组，以采用本申请制备方法制得的TOPCon电池测试为实验组，下表为测试切半前后对比组与实验组的电性能比较：
可得到：通过提前开膜去除正面硼扩P-N结可减少TOPCon电池0.091％(约等于0.1％)的效率损失，保证了TOPCon电池的转化效率。
如图2所示，图2为本申请光致发光成像(PL)图，PL越暗，代表载流子复合越严重，从图2可看到，BL组切割后与“去除p-n结”组切割后相比，“去除P-N结”能够明显改善电池切割处的损失。
实施例2
在实施例1的基础上，在步骤4中，去除开膜区的硼扩P-N结后，对开膜区进行ECV测试，确认碱抛后开膜区的硼扩P-N结完全去除，若未完全去除硼扩P-N结，则重复步骤3-步骤4，直至硼扩P-N结完全去除。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：去除开膜区的硼扩P-N结后，为了保证硼扩P-N结去除彻底，需对开膜区进行ECV测试，通过测试结果确认碱抛后开膜区的硼扩P-N结是否完全去除，若是，则进行步骤5；若未完全去除硼扩P-N结，则重复步骤3-步骤4，直至硼扩P-N结完全去除，从而保证硼扩P-N结去除彻底，为后序电池切半进行保障，减少TOPCon电池的效率损失。
实施例3
本申请提供的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，不仅适用于TOPCon电池，同样适用于PERC电池，制备方法包括以下步骤：
S1、选用P型硅作为基体，并进行清洗制绒；
S2、使用管式扩散炉进行单面磷扩散；
S3、使用激光，在正面磷扩区对应切割位置进行开膜，去除表面氧化层,开膜区域宽度为1.0mm；
S4、碱抛去除开膜区的磷扩P-N结；
S5、使用氮化硅或氮氧化硅钝化膜进行双面钝化；
S9、印刷，完成PERC电池的制备。
PERC电池制备完成后(开膜区宽度为1mm)，先对PERC电池进行测试，然后将PERC电池切半后再次进行测试，以现有制备方法制得的PERC电池测试为对比组，以采用本申请制备方法制得的PERC电池测试为实验组，下表为测试切半前后对比组与实验组的电性能比较：
可得到：通过提前开膜去除正面磷扩P-N结可减少PERC电池0.054％的效率损失，从而降低了激光切割对电池的影响。
实施例4
在实施例1-3中任一项的基础上，如图3-图7所示，在步骤3中，使用激光开膜机对正面硼扩区预设切割位置开膜，激光开膜机内设置工作台1，工作台1上设置定位组件，定位组件包括滑台2，滑台2滑动设置在工作台1上表面，滑台2一侧设置挡板3，挡板3远离滑台2一侧设置滑动柱4，滑动柱4滑动设置在调节箱5内，调节箱5滑动设置在工作台1表面，滑动柱4一端通过第一弹簧与调节箱5内壁连接，调节箱5远离挡板3一侧设置第一螺杆6，第一螺杆6一端与调节箱5侧壁转动连接，第一螺杆6远离调节箱5一端套设螺套7，螺套7内壁设置内螺纹，螺套7内壁通过内螺纹与第一螺杆6外壁螺纹传动连接，螺套7远离第一螺杆6一端与第一驱动电机8输出端连接，第一驱动电机8固定设置在工作台1上表面。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：采用现有激光开膜机对正面硼扩区进行激光开膜，现有激光开膜机内部设置工作台1，为了保证基体被激光准确开膜，本申请在工作台1上设置滑台2，滑台2用于承载基体，进行激光开膜时，将设置有正面硼扩区的基体正面朝上放置到滑台2上，基体一端与挡板3抵接，且预设切割位置的中心线垂直于挡板3平面，保证基体放置到位，工作台1上方设置激光发射头，启动激光发射头与第一驱动电机8，第一驱动电机8带动螺套7转动，螺套7通过螺纹传动连接带动第一螺杆6向螺套7内部运动，第一螺杆6便带动调节箱5运动，调节箱5带动挡板3运动，挡板3带动滑台2在工作台1表面滑动，从而与激光发射头产生相对运动，使得激光沿预设切割位置长度方向运动，实现对正面硼扩区预设切割位置的开膜，减少TOPCon电池的效率损失。
实施例5
在实施例4的基础上，如图4、图5所示，调节箱5内设置双头螺杆9，双头螺杆9两端分别与调节箱5两侧内壁转动连接，双头螺杆9垂直于滑动柱4，工作台1表面滑动设置第二驱动电机，第二驱动电机输出端与双头螺杆9一端固定连接，调节箱5远离工作台1一侧对称开设第一通槽10，双头螺杆9两端分别设置滑动块11，滑动块11与双头螺杆9螺纹传动连接，滑动块11一端延伸至第一通槽10外部并设置刻度指针12，调节箱5远离工作台1一侧壁设置与刻度指针12相对应的刻度盘13，调节箱5远离第一螺杆6一侧对称开设第二通槽14，第二通槽14内滑动设置铰接座15，铰接座15一端与滑动块11固定连接，第二通槽14内设置第二弹簧16，第二弹簧16一端与第二通槽14侧壁连接，第二弹簧16另一端与铰接座15侧壁连接，滑动柱4两侧对称设置铰接杆17，铰接杆17呈L型，铰接杆17一端与铰接座15铰接连接，铰接杆17另一端铰接限位板18，挡板3与铰接杆17之间设置连接杆19，连接杆19一端与挡板3铰接连接，连接杆19另一端与铰接杆17靠近铰接座15一端连接。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：将基体放置到滑台2，基体位于两个限位板18之间，两个限位板18相互靠近一侧设置缓冲块，缓冲块采用弹性防滑材质制成，接着启动第二驱动电机，第二驱动电机转动带动双头螺杆9转动，双头螺杆9转动时，两个滑动块11向相互远离方向运动，两个滑动块11分别带动刻度指针12、铰接座15滑动，铰接座15滑动带动铰接杆17转动，铰接杆17转动带动限位板18向靠近基体方向运动，刻度指针12运动至刻度盘13目标位置时，两个缓冲块与基体抵接，目标位置与基体宽度相对应，用户可自行设定，通过刻度指针12的位置，能够确认两个缓冲块是否与基体抵接，便于检查，通过刻度确认相比通过力传感器确认，避免了基体放置不到位，提高了基体位置的准确性，且不会对基体造成较大的压力，有效保护了基体，通过设置两个缓冲板，两个缓冲板为弹性防滑材质，缓冲板与基体抵接后，一方面能够使基体固定在滑台2上，便于后序的激光开膜，不会产生晃动，另一方面有效保护基体，避免基体受到压力过大而损坏，保证了TOPCon电池品质，降低了TOPCon电池的不良品率。
实施例6
在实施例4或5的基础上，如图6所示，滑台2内设置空腔20，滑台2底部连通设置第一气管21，第一气管21远离滑台2一端穿过条形孔22并与真空泵连通，条形孔22呈长条状，条形孔22上下两端分别贯穿工作台1上下两侧表面，第一气管21沿条形孔22长度方向滑动，滑台2上表面开设若干吸气孔23，吸气孔23一端与空腔20内部连通。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：启动真空泵，真空泵工作能够对空腔20内部抽真空，从而使基体固定在滑台2上，提高了基体的稳定性，进一步保证了激光开膜位置的准确性。
实施例7
在实施例4-6中任一项的基础上，如图6、图7所示，挡板3上表面设置支撑柱24，支撑柱24上端固定设置安装板25，安装板25下表面对称设置两个压柱26，压柱26下端固定设置压板27，压板27下表面设置气囊28，气囊28下表面外壁设置压力传感器，气囊28通过第二气管与电磁阀一端连通，电磁阀另一端与外部气泵连通，工作台1上设置控制器，控制器分别与压力传感器、电磁阀电性连接。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：基体固定在滑台2上后，启动气泵与电磁阀，气泵产生的气体通过第二气管进入气囊28，使得气囊28膨胀，压力传感器能够检测气囊28对基体上表面的压力，待压力传感器的检测值达到预设压力时，控制器便控制电磁阀与气泵关闭，使得气囊28对基体的压力维持在预设压力，将压力保持在预设压力，能够防止基体向上运动的同时能够避免气囊28将基体压伤，气囊28设置有两个，且两个气囊28对称设置在预设切割位置两侧，能够将基体压紧，且不会影响开膜过程，气囊28能够进一步提高基体的稳定性，且适用于不同厚度的基体，对于不同厚度的基体，气囊28压紧时压力能够保持一致，增加了适用范围，提高了正面硼扩区开膜的一致性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选取一N型硅作为基体，在基体表面进行清洗制绒；
步骤2：对制绒后的基体进行单面硼扩散，形成正面硼扩区；
步骤3：使用激光在正面硼扩区预设切割位置开膜，去除表面氧化层，形成开膜区；
步骤4：碱抛去除开膜区的硼扩P-N结；
步骤5：在基体背面依次沉积隧穿氧化层、非晶硅层；
步骤6：通过退火工艺将非晶硅层转化为多晶硅层；
步骤7：对具有多晶硅层的基体进行双面钝化；
步骤8：对钝化后的基体进行丝网印刷、烧结，制得TOPCon电池；
步骤9：选取TOPCon电池，制备TOPCon电池组件。
2.根据权利要求1所述的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，在步骤2中，将制绒后的基体放到石英舟内，将石英舟放入扩散炉中进行扩散，扩散炉采用管式扩散炉。
3.根据权利要求1所述的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，在步骤3中，开膜区宽度大于0且小于等于1mm，开膜深度为2.0～5.0μm。
4.根据权利要求1所述的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，在步骤3中，开膜区位于正面硼扩区中轴线位置。
5.根据权利要求1所述的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，在步骤4中，去除开膜区的硼扩P-N结后，对开膜区进行ECV测试，确认碱抛后开膜区的硼扩P-N结完全去除，若未完全去除硼扩P-N结，则重复步骤3-步骤4，直至硼扩P-N结完全去除。
6.根据权利要求1所述的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，在步骤5中，隧穿氧化层的厚度为1～3nm，非晶硅层的厚度为50～200nm。
7.根据权利要求1所述的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，在步骤6中，将带有非晶硅层的基体放入管式扩散炉内进行退火。
8.根据权利要求1所述的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，在步骤7中，对具有多晶硅层的基体进行双面钝化包括：
步骤71：使用第一钝化膜对具有多晶硅层的基体进行双面钝化，制得第一钝化膜层，第一钝化膜采用氧化铝钝化膜；
步骤72：使用第二钝化膜在第一钝化膜层表面进行双面钝化，制得第二钝化膜层，第二钝化膜可采用氮化硅钝化膜或氮氧化硅钝化膜中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，在步骤8中，先在基体背面印刷背银浆料，再将背银浆料烘干后印刷背铝浆料并烘干，然后在基体正面印刷正银浆料。
10.根据权利要求1所述的一种有效提升TOPCon电池组件功率的制备方法，其特征在于，在步骤8中，将印刷好基体放入烧结炉中进行烧结，烧结温度为740～780℃。
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