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太阳能电池片热处理工艺实施方式

2022/07/1696 作者:佚名
导读:《太阳能电池片热处理工艺》实施例提供了一种太阳能电池片热处理工艺,该方法的流程图如图2所示,包括以下步骤: 步骤S21:从经过印刷烧结后的太阳能电池片中,筛选出转换效率低于18%,且填充因子在70%以上的电池片,这些电池片上多存在环形缺陷或黑心缺陷,主要是因基底材料本身的缺陷引起的转换效率低的电池片,举例来说,这些电池片若为多晶硅电池片,这些缺陷多是由多晶硅基底中的晶界和位错引起的,若为单晶硅电池

《太阳能电池片热处理工艺》实施例提供了一种太阳能电池片热处理工艺,该方法的流程图如图2所示,包括以下步骤:

步骤S21:从经过印刷烧结后的太阳能电池片中,筛选出转换效率低于18%,且填充因子在70%以上的电池片,这些电池片上多存在环形缺陷或黑心缺陷,主要是因基底材料本身的缺陷引起的转换效率低的电池片,举例来说,这些电池片若为多晶硅电池片,这些缺陷多是由多晶硅基底中的晶界和位错引起的,若为单晶硅电池片,这些缺陷多是由单晶硅拉制过程中引入的氧诱导堆垛层错(OSF)的环和空隙,或者空位团的“漩涡”缺陷引起的,这些基底材料本身的缺陷按照正常的太阳能电池片生产工艺是无法消除的。

其中,正常情况下填充因子在70%以上的电池片,其转换效率不会过低,往往均在可以接受的范围内,但是由于硅基底材料本身存在缺陷等原因,这类电池片也会出现转换效率低的情况,因此,该实施例中筛选出的电池片主要是填充因子在70%以上,且转换效率低于18%的电池片,并且电池片上沉积的减反射膜多为富氢的氮化硅或氮氧化硅薄膜。

步骤S22:对筛选出的电池片进行低温退火,以提高所述筛选出的电池片的转换效率,所述低温退火的温度低于正常的烧结温度,该低温退火过程可在非氧化性气氛下进行,如在氮气或氢气气氛下进行,该实施例对低温退火过程的气体氛围不做具体限定,工艺方案可以灵活掌控;

发明人研究发现,在多种低效太阳能电池片中,存在填充因子较大,但转换效率低的电池片经过低温退火处理之后,在一定程度上能够提高其转换效率,但是低温退火的温度须低于正常烧结温度,这样经过低温退火过程,可使减反射膜层中的氢可以进一步的深入基底材料内部,从而可以进一步的钝化硅基底材料中的缺陷,从而提高Voc和Isc,也就提高了转换效率。

具体说来,在正常的电池片制作过程中,硅基底材料内存在的缺陷可通过烧结过程进行消除,但由于某些硅基底材料在制作过程中引入的缺陷过多,仅通过一步正常的烧结过程无法完全消除基底材料中的缺陷,此时就会产生部分低效片,该实施例中对因基底材料本身缺陷导致的转换效率偏低的电池片进行低温退火过程,可使减反射膜层(富氢的氮化硅膜或氮氧化硅膜)中的氢进一步钝化硅基底中的缺陷,从而使Voc和Isc得到提升,进而提高转换效率。

并且,由于是正常烧结后的退火工艺,为了保证电池片的基本性能,《太阳能电池片热处理工艺》实施例中的低温退火温度低于正常烧结温度,而且,由于该退火过程中是电池片的正反两面同时进行的退火,对于多晶硅电池片来说,银浆的熔点远高于铝浆的熔点,因此,对于多晶硅电池片,优选的,退火温度需低于铝的熔点,以免影响铝背场的光滑度;对于单晶硅电池片来说,其背场是在扩散过程中形成的,为避免电池片栅线的性质受到影响,该退火温度也不宜过高。

基于此,该实施例中低温退火的温度优选为低于600摄氏度,更优选为250摄氏度-550摄氏度,低温退火的时间为30秒-4分钟,具体退火时间可根据电池片的缺陷情况确定,缺陷越多,退火时间也就相应的较长。

步骤S23:对经低温退火后的电池片进行分拣测试,筛选出填充因子下降的电池片,对填充因子没有下降且转换效率高于18%的电池片,即可进入步骤S26,按照正常的高效片进行包装入库保存;

在实际生产过程中发现,经过低温退火过程,大部分电池片的填充因子和转换效率均得到了提高,不再属于低效片,但也可能会导致小部分电池片的填充因子下降,因填充因子下降,这部分电池片的转换效率也可能会有所提升,但提升水平有限,多数的转换效率还是会较低。

发明人研究发现,退火过程导致填充因子下降的其主要原因是低温退火过程中,由于栅线中的导电性物质挥发,使栅线中的玻璃体不具腐蚀性,且导电性能变差,导致串联电阻变大,填充因子下降,而且低温退火过程Voc和Isc提升明显,在一定程度上也会使填充因子下降,而填充因子下降后也必然会影响到电池片的转换效率,因此必须对这些电池片进行处理。

步骤S24:对步骤S23中筛选出的电池片进行重新烧结,以提高所述电池片的填充因子,所述重新烧结的温度与正常烧结温度相同;

该步骤将经低温退火过程,填充因子下降明显且转换效率低于18%的电池片进行重新烧结,该烧结过程的参数与正常烧结过程参数相同,经该步骤处理后,修复了低温退火过程出现的缺陷,提高了电池片的填充因子,但是经过此步骤的重新烧结后,可能会使减反射膜中起钝化作用的氢元素部分溢出,基底材料中的缺陷又会重新生成,因此该步骤后也可能会出现Voc和Isc下降,即转换效率下降的情况,但出现这种问题的可能性较小,可根据存在这种缺陷电池片的数量确定是否进行下一步处理,该实施例中仅以需要处理的情况进行说明。

步骤S25:对经重新烧结的电池片进行分拣测试,筛选出转换效率低于18%的电池片,即筛选出Voc和Isc下降的电池片,重复步骤S22-步骤S24,直至筛选出的大部分或全部电池片的转换效率均高于18%,且填充因子在70%以上。

每一处理步骤后,筛选出的填充因子在70%以上且转换效率高于18%的电池片,均可进入步骤S26,按照正常的高效片进行包装入库保存。在实际生产过程中,基本上经过一次低温退火-再烧结-再次低温退火过程,大部分电池片的转换效率和填充因子即可满足要求。

该实施例中通过筛选出转换效率偏低的太阳能电池片,并对筛选出的电池片进行低温退火,可改善正常烧结过程中的缺陷,但是在经过低温退火之后,会出现填充因子下降的问题,而对填充因子下降的电池片再次以正常烧结温度进行烧结,便可提高其填充因子。

该实施例中低温退火和重新烧结过程循环进行,低温退火过程可以修复正常烧结过程产生的缺陷,而重新进行的正常烧结过程又可以修复低温退火过程产生的缺陷,两个处理过程相互配合,在每一步骤后都会得到转换效率高于18%,且填充因子在70%以上的电池片,之后再对剩余不满足要求的电池片进行处理,如此往复,经过一步步的筛选、返烧等,能够使大部分或全部电池片的转换效率和填充因子满足要求,即大大减少了低效片的数量,提高了经济效益。

需要说明的是,该实施例的太阳能电池片热处理工艺可应用于采用N型或P型单晶硅,以及N型或P型多晶硅为基底材料制作的太阳能电池片,均能提高电池片的转换效率。以下实施例仅以N型晶体硅,优选为N型单晶硅太阳能电池为例,对《太阳能电池片热处理工艺》实施例的主体思想和有益效果进行进一步的阐述。

《太阳能电池片热处理工艺》另一实施例提供的太阳能电池片热处理工艺的流程图如图3所示,与上一实施例不同的是,该实施例中以制作太阳能电池片的基底材料为N型晶体硅,优选为N型单晶硅为例,对上述方法进行了进一步改进,具体包括以下步骤:

步骤S311:化学清洗硅片表面以及电池片表面的制绒过程,该步骤中电池片的正面和背面均需进行制绒,以增强光的吸收;

步骤S312:在电池片的正面进行扩散制结,在电池片的和背面先后均进行扩散制结扩散制作背场;

需要说明的是,常规太阳能电池生产工艺多采用P型硅片,之后扩散N型杂质原子形成PN结,该实施例中正好与其相反,采用N型硅片,之后扩散P型杂质原子形成PN结,常规P型晶体硅太阳能电池工艺中只是在电池片的正面进行扩散制结,而该实施例中由于采用的是N型单晶硅作为基底材料,因此在电池的正面进行扩散制结后,还会在电池片的背面扩散制作背场,从而进一步的降低了硅片的方块电阻,为提高电池片的转换效率奠定了基础。

步骤S313:周边等离子刻蚀过程,去除扩散过程中在硅片边缘形成的将PN结短路的导电层;

步骤S314:沉积减反射膜过程,主要采用氮化硅膜、氮氧化硅和氮化钛膜中的至少一种,利用薄膜干涉原理,减少光的反射,同时减少载流子复合,起到钝化作用,增大电池的短路电流和输出功率,提高转换效率;

与2011年9月前有关技术不同的是,有关技术中一般只在电池片的正面沉积减反射膜,而该实施例中在电池片的正面和背面先后均进行减反射膜的沉积,相当于增大了减反射膜的面积,增加了起到钝化作用的氢元素的含量,可以进一步的钝化单晶硅基底材料中的缺陷,且可以进一步的减少光的反射,同时对电池片的背面也起到了钝化作用,进一步提高了电池片的转换效率。

需要说明的是,该实施例中仅以N型单晶硅为例来说明正反两面沉积减反射膜的工艺,但该工艺并不仅限于N型单晶硅或N型多晶硅,理论上,也可应用于P型晶体硅。但是,由于N型晶体硅和P型晶体硅制作背场的方式不同,在实际生产过程中,正反两面沉积减反射膜的工艺不同掺杂类型的晶体硅太阳能电池的转换效率的提高水平也不同,一般情况下,对N型晶体硅太阳能电池的转换效率提高较大,对P型晶体硅太阳能电池的转换效率提高较小。

另外,需要说明的是,该实施例中为了达到良好的钝化作用,所述减反射膜为富氢的氮化硅薄膜、富氢的氮氧化硅薄膜和富氢的氮化钛薄膜中的至少一种,该实施例中优选为富氢的氮化硅薄膜。

步骤S315:印刷电极过程,该步骤中仅采用银浆印刷正电极和背电极,以收集电流并起到导电的作用;

步骤S316:烧结过程,在高温下使印刷的金属电极与硅片之间形成合金;

之后,进入步骤S317-步骤S316,对烧结后的电池片进行筛选并再处理,这些过程与上一实施例中相同,这里不再赘述。

该实施例中通过在电池片的正面扩散制结,背面扩散形成背场,并且在电池片的正反两面都进行减反射膜的沉积过程,由于增加了氢元素的含量,可使减反射膜中的氢元素的钝化作用更明显,即进一步减少了单晶硅基底材料中的缺陷,从而进一步提高了N型单晶硅太阳能电池片的转换效率。在正常的单晶硅棒的拉制过程中可能引入氧诱导堆垛层错(OSF)的环和空隙、空位团的“漩涡”缺陷或包含较多的氧杂质等,经过多次低温退火-重新烧结-低温退火等过程,并且由于电池片的正反两面均具有减反射膜,可进一步的钝化N单晶硅基底材料中的缺陷,即改善了单晶硅基底内部各种结构缺陷,提高N型单晶硅制作的电池片的Voc和Isc,进而提高电池片的转换效率。

下面以N型单晶硅太阳能电池在采用该实施例方法处理前后的具体实验数据为例,来说明《太阳能电池片热处理工艺》实施例的太阳能电池片热处理工艺的效果。

选择5批相同材料相同规格的N型单晶硅太阳能电池片,这些电池片的正反两面均具有富氢的减反射膜,经过正常生产工艺后,对这5批太阳能电池片进行测试分档,在每批中筛选出200片转换效率低于18%,填充因子在70%以上的电池片,对筛选出的电池片的各项电性参数进行测试,得出各批次电池片平均的电性参数,测试结果如表一所示:

表一 正常烧结工艺后编号为1-5批次低效片的电性参数表

对上述筛选出的电池片进行低温退火,退火过程中将烧结炉温度控制在250摄氏度-550摄氏度,退火时间控制在30秒-4分钟,对经低温退火之后的电池片进行测试,测试结果如表二所示:

表二 低温退火后的编号为1-5批次低效片的电性参数表

从上表可以看出,经退火步骤后,1、2、3组的电池片的转换效率均提高到了18%以上,填充因子也均高于70%,退火前后,填充因子没有下降或下降的很低,因此,1、2、3组的电池片仅经过一步低温退火步骤即满足了电池片的效率要求,就可直接按照高效片包装入库,不需再进行后续步骤。而第4、5组电池片的填充因子较退火前下降明显,导致转换效率提升比例很小,甚至下降了,因此,需对4、5组电池片进行后续的再次烧结-退火过程,经重新烧结后的4、5组电池片进行测试,测试结果如表三所示:

表三 重新烧结后的编号为4、5批次低效片的电性参数表

从表三中可以看出,经重新烧结后的4、5组电池片的填充因子明显提高了,但是Voc、Isc以及转换效率反而降低了,需对这2组电池片进行再次退火过程,经再次退火后的性能测试结果如表四所示:

表四 再次退火后的编号为4、5批次低效片的电性参数表

从上表可以看出,经再次退火后的4、5组电池片的转换效率均提高到了18%以上,填充因子也均高于70%,且退火前后填充因子下降很低,因此,这2组电池片也满足了电池片的效率要求,可直接按照高效片包装入库,不需再进行烧结和退火步骤。

一般情况下,对于正反两面均具有减反射膜的单晶硅电池片来说,经过上述步骤,大部分低效片的转换效率均能够得到大幅度的提升,若仍由不满足要求的低效片,仍可继续进行烧结和退火步骤。

作为比较例,下面提供一组背面无减反射膜的N型单晶硅电池片的处理结果,该组电池片除背面无减反射膜外,其它参数与以上5组电池片相同,其处理结果如表五所示:

表五 背面无减反射膜的低效片退火前后的电性参数表

从上表可以看出,对于背面无减反射膜的低效片,经过一步退火后的转换效率虽有所提升,但提升效果不明显,之后可进行再次烧结-退火等步骤,虽然可将电池片的转换效率提升到高效水平,但经过的烧结-退火过程的次数,要远远多于正反两面均具有减反射膜电池片的处理次数。

经过以上处理过程中,低效片性能参数的变化过程,可以明显的看出,《太阳能电池片热处理工艺》实施例的方法进一步提高了电池片的光电转换效率,提高了经济效益。

《太阳能电池片热处理工艺》另一实施例公开了采用上述热处理工艺制作的太阳能电池片,该太阳能电池片的转换效率在18%以上,且填充因子在70%以上,该太阳能电池片的基底材料为单晶硅,优选为N型单晶硅,其正面和背面均具有富氢的减反射膜,从而使该电池片基底材料中的氧诱导堆垛层错(OSF)的环和空隙、空位团的“漩涡”缺陷等明显少于常规单晶硅太阳能电池中的缺陷。并且,该太阳能电池片上基本不存在环形或黑芯等缺陷,转换效率得到了提高。

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