一種perc太陽能電池的燒結(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PERC太陽能電池的燒結(jié)方法，包括升溫和降溫2個步驟，所述降溫步驟中，從最高溫降溫至300℃過程中的降溫速率為20~45℃/秒。本發(fā)明在降溫過程中采用較慢的降溫速率進(jìn)行緩慢降溫，實驗證明，本發(fā)明的方法可以有效地避免在應(yīng)是硅鋁合金的區(qū)域形成空洞的現(xiàn)象；與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的方法制得的太陽能電池在開路電壓、填充因子和電池效率等方面都有明顯提高，電池效率提高了0.14~0.30%左右，取得了意想不到的效果。
【專利說明】一種PERC太陽能電池的燒結(jié)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種PERC太陽能電池的燒結(jié)方法，屬于太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)的化石燃料日益消耗殆盡，在現(xiàn)有的可持續(xù)能源中，太陽能無疑是一種最清 潔、最普遍和最有潛力的替代能源。太陽能發(fā)電裝置又稱為太陽能電池或光伏電池，可以將 太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，其發(fā)電原理是基于半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。隨著科技的發(fā) 展，出現(xiàn)了局部接觸背鈍化（PERC)太陽能電池，這是新開發(fā)出來的一種高效太陽能電池，得 到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。其核心是在硅片的背光面用氧化鋁或者氧化硅薄膜（5~100納米） 覆蓋，以起到鈍化表面，提高長波響應(yīng)的作用，從而提升電池的轉(zhuǎn)換效率?，F(xiàn)有的PERC太 陽能電池結(jié)構(gòu)主要包括具有PN結(jié)的硅片層，以及依次設(shè)于硅片層背面的鈍化層、氮化硅薄 膜層和鋁金屬層。其制備方法主要包括如下步驟：制絨、擴(kuò)散、背拋光、刻蝕和去雜質(zhì)玻璃、 背面沉積氧化鋁或氧化硅薄膜、沉積氮化硅保護(hù)膜、正面沉積氮化硅減反射層、背面局部開 口、絲網(wǎng)印刷正背面金屬漿料、燒結(jié)，即可得到太陽能電池。其中，絲網(wǎng)印刷正背面金屬漿料 是指在背面印刷金屬電極（如銀漿）、鋁漿，在正面印刷金屬電極(如銀漿)，然后進(jìn)行燒結(jié)。 燒結(jié)工藝是一個重要的工藝環(huán)節(jié)，其主要目的是在正面和背面形成良好的金屬與硅的歐姆 接觸，另外還要形成鋁背場（BSF)以提升太陽電池的開路電壓。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的燒結(jié)工藝通常包括升溫和降溫2個步驟，其中，升溫步驟一般分成三 階段：第一階段，從室溫升至300°C左右，其主要功能是烘干驅(qū)趕漿料中的揮發(fā)性有機(jī)物； 第二階段，從30(TC左右升至670°C左右，其主要功能是形成鋁背場和硅鋁合金接觸；第三 階段，從670°C左右升至最高溫（80(TC左右），其主要功能是正面銀漿燒穿正面氮化硅膜， 并與硅片的發(fā)射區(qū)（pn結(jié)區(qū)）形成銀硅歐姆接觸。而降溫步驟一般都是采用自然冷卻。這種 常規(guī)的燒結(jié)工藝對于全鋁背場結(jié)構(gòu)的太陽能電池是完全適用的，因此目前也被應(yīng)用于PERC 太陽能電池。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種PERC太陽能電池的燒結(jié)方法。
[0005] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種PERC太陽能電池的燒結(jié)方 法，包括升溫和降溫2個步驟，所述降溫步驟中，從最高溫降溫至300°C過程中的降溫速率 為20?45°C /秒。
[0006] 上文中，所述最高溫是指升溫步驟的最高溫度，現(xiàn)有技術(shù)中，一般是800°C左右。
[0007] 所述升溫步驟可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
[0008] 優(yōu)選的，在整個降溫步驟中，其降溫速率為2(T45°C /秒。
[0009] 優(yōu)選的，所述降溫速率為35?40°C /秒。
[0010] 發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)：鋁漿在燒結(jié)過程中，硅和鋁的化學(xué)反應(yīng)過程大致分成以下五
[K 少： 第一步，初步升溫超過300度時，固態(tài)硅開始小量向鋁中擴(kuò)散； 第二步，繼續(xù)升溫至660度時，固態(tài)鋁開始溶解為液態(tài)，此時硅仍然為固態(tài)，固態(tài)的硅 開始溶解在液態(tài)鋁中；在硅鋁交界面上，硅鋁互相擴(kuò)散開始加劇，鋁逐漸滲入硅片體內(nèi)； 第三步，升溫至燒結(jié)最高溫時，硅鋁擴(kuò)散到達(dá)最大程度；在液態(tài)鋁中硅的濃度達(dá)到飽 和，約30%左右； 第四步，從最高溫開始降溫過程中，由于硅在液態(tài)鋁中的溶解度開始下降，不斷有硅在 硅鋁交界面上以外延生長方式凝結(jié)固化；由于濃度梯度的驅(qū)動力，已經(jīng)互相擴(kuò)散進(jìn)入彼此 的鋁和硅開始開始反方向向回擴(kuò)散；在硅凝固過程中，鋁在硅中被以摻雜的方式保留下來， 形成高濃度摻雜的背場（BSF); 第五步，當(dāng)溫度進(jìn)一步降低至577度附近時，液態(tài)鋁和溶解在其中的硅一起凝固，形成 鋁硅二元相（又稱為鋁硅合金），二元相中的硅含量在12. 6%左右；硅鋁合金有很好的導(dǎo)電 性，可以將擴(kuò)散至背場的載流子收集并傳輸?shù)浇饘黉X層中。
[0011] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)的全鋁背場相比，局部背鈍化太陽能電池（PERC太陽能電池） 最大的不同就是，受局部開口尺寸與形狀的限制，硅鋁反應(yīng)界面是局限的且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī) 全鋁背場；從反應(yīng)的五個階段來說，第三、四步中，局部背鈍化太陽能電池和常規(guī)全鋁背場 太陽電池有著巨大差異：第三步，局部背鈍化電池在垂直硅片方向上硅迅速在液態(tài)鋁中飽 和，后續(xù)的硅在鋁中橫向擴(kuò)散；而全鋁背場太陽電池中，由于硅鋁反應(yīng)界面大，硅鋁相互擴(kuò) 散以垂直方向為主；第四步，在降溫過程中，硅鋁各自向回擴(kuò)散，但是硅擴(kuò)散的速度慢于鋁 的速度，并且局部背鈍化電池硅在鋁中橫向擴(kuò)散路徑較長，要向回擴(kuò)散回硅片內(nèi)所需的時 間更長。因此，當(dāng)PERC太陽能電池采用常規(guī)的適合全鋁背場太陽電池的燒結(jié)工藝時，就出 現(xiàn)了在應(yīng)是硅鋁合金的區(qū)域形成空洞的現(xiàn)象。（發(fā)明人認(rèn)為，空洞產(chǎn)生的原因可能是：在降 溫過程中，由于自然冷卻的降溫速率很快，已經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入鋁中的大量的硅來不及由開口處 擴(kuò)散回硅片內(nèi)，從而形成了空洞結(jié)構(gòu)） 而針對上述問題，本發(fā)明開發(fā)了本發(fā)明的燒結(jié)方法。
[0012] 由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點： 1、 本發(fā)明開發(fā)了一種專門用于PERC太陽能電池的燒結(jié)方法，在降溫過程中采用較慢 的降溫速率進(jìn)行緩慢降溫，實驗證明，本發(fā)明的方法可以有效地避免在應(yīng)是硅鋁合金的區(qū) 域形成空洞的現(xiàn)象； 2、 實驗證明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的方法制得的太陽能電池在開路電壓、填充 因子和電池效率等方面都有明顯提高，電池效率提高了 0. 14、. 30%左右，取得了意想不到 的效果； 3、 本發(fā)明的方法簡單易行，易于實現(xiàn)，成本較低，適于推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實施例一中太陽能電池?zé)Y(jié)處的局部SEM圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明對比例一中太陽能電池?zé)Y(jié)處的局部SEM圖。

【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步描述。
[0016] 實施例一： 一種PERC太陽能電池，其制備方法主要包括如下步驟：制絨、擴(kuò)散、背拋光、刻蝕和去 雜質(zhì)玻璃、背面沉積氧化鋁或氧化硅薄膜、沉積氮化硅保護(hù)膜、正面沉積氮化硅減反射層、 背面局部開口、絲網(wǎng)印刷正背面金屬漿料、燒結(jié)，即可得到太陽能電池。
[0017] 其中，絲網(wǎng)印刷正背面金屬漿料是指在背面印刷金屬電極（如銀漿）、鋁漿，在正 面印刷金屬電極(如銀漿)，然后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)方法如下：包括升溫和降溫2個步驟，其中， 升溫步驟一般分成三階段：第一階段，從室溫升至30(TC左右，其主要功能是烘干驅(qū)趕漿料 中的揮發(fā)性有機(jī)物；第二階段，從300°C左右升至670°C左右，其主要功能是形成鋁背場和 硅鋁合金接觸；第三階段，從670°C左右升至最高溫（80(TC左右），其主要功能是正面銀漿 燒穿正面氮化硅膜，并與硅片的發(fā)射區(qū)（pn結(jié)區(qū)）形成銀硅歐姆接觸。
[0018] 所述降溫步驟為：從最高溫降溫至300°C過程中的降溫速率為45°C /秒，300°C至 室溫的過程中采用自然冷卻。
[0019] 圖1是本實施例中太陽能電池?zé)Y(jié)處的局部SEM圖，由圖可見，采用本發(fā)明的方法 后，鋁和硅局部接觸區(qū)域即硅鋁合金的區(qū)域沒有形成空洞。
[0020] 實施例二： 一種PERC太陽能電池，其制備方法與實施例一相同；其燒結(jié)方法與實施例一也相 同。不同之處在于，其燒結(jié)工藝中，降溫步驟為：從最高溫降溫至室溫過程中的降溫速率為 35°C/秒。即整個過程都是采用固定速率進(jìn)行降溫。
[0021] 實驗證明，鋁和硅局部接觸區(qū)域即硅鋁合金的區(qū)域沒有形成空洞。
[0022] 對比例一： 一種PERC太陽能電池，其制備方法主要包括如下步驟：制絨、擴(kuò)散、背拋光、刻蝕和去 雜質(zhì)玻璃、背面沉積氧化鋁或氧化硅薄膜、沉積氮化硅保護(hù)膜、正面沉積氮化硅減反射層、 背面局部開口、絲網(wǎng)印刷正背面金屬漿料、燒結(jié)，即可得到太陽能電池。
[0023] 其中，絲網(wǎng)印刷正背面金屬漿料是指在背面印刷金屬電極（如銀漿）、鋁漿，在正 面印刷金屬電極(如銀漿)，然后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)方法如下：包括升溫和降溫2個步驟，其中， 升溫步驟一般分成三階段：第一階段，從室溫升至30(TC左右，其主要功能是烘干驅(qū)趕漿料 中的揮發(fā)性有機(jī)物；第二階段，從300°C左右升至670°C左右，其主要功能是形成鋁背場和 硅鋁合金接觸；第三階段，從670°C左右升至最高溫（80(TC左右），其主要功能是正面銀漿 燒穿正面氮化硅膜，并與硅片的發(fā)射區(qū)（pn結(jié)區(qū)）形成銀硅歐姆接觸。
[0024] 所述降溫步驟采用自然冷卻。
[0025] 圖2是本對比例中太陽能電池?zé)Y(jié)處的局部SEM圖，由圖可見，鋁和硅局部接觸區(qū) 域即硅鋁合金的區(qū)域形成了空洞。
[0026] 然后，對實施例和對比例得到的太陽能電池進(jìn)行電性能測試，結(jié)果如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種PERC太陽能電池的燒結(jié)方法，包括升溫和降溫2個步驟，其特征在于：所述降 溫步驟中，從最高溫降溫至300°C過程中的降溫速率為2(T45°C /秒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)方法，其特征在于：在整個降溫步驟中，其降溫速率為 20?45°C / 秒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)方法，其特征在于：所述降溫速率為35~40°C /秒。
【文檔編號】H01L31/18GK104282806SQ201410582359
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】吳堅, 王栩生 申請人:蘇州阿特斯陽光電力科技有限公司, 鹽城阿特斯協(xié)鑫陽光電力科技有限公司