一种改善TOPCon电池效率的烧结设备的制作方法

一种改善topcon电池效率的烧结设备
技术领域
1.本实用新型涉及光伏组件领域，尤其涉及一种改善topcon电池效率的烧结设备。


背景技术：

2.新能源材料的发展是实现社会可持续发展的主要方向，太阳能电池因其独特的优势成为新时代的选择。太阳能电池或称为光伏电池，可以将太阳能直接转换为电能，其原理在于半导体pn结的光生伏特效应。目前的太阳能电池技术领域，高效电池技术在不断进步，例如近年出现的topcon电池，由于其优异的钝化性能备受大家的青睐。topcon(tunnel oxide passivation contact)电池全称为隧穿氧化钝化接触电池，其核心在于背面超薄的隧穿氧化层以及重掺杂的多晶硅层，可以有效改善晶硅电池的钝化，降低晶硅电池的背面金属复合；此外，可以有效降低背面接触电阻率，从而提高晶硅电池的转换效率。
3.常规topcon电池的制备方法主要包括如下步骤：制绒、硼扩散、背面刻蚀、背面隧穿氧化层以及多晶硅层生长、多晶硅层磷重掺杂、正背面钝化减反膜的沉积、丝网印刷正背面金属浆料、烧结，即可得到topcon太阳能电池。其中，丝网印刷正背面金属浆料是指背面印刷接触型以及非接触型银浆、正面印刷非接触型银浆以及接触型银铝浆，然后进行烧结。烧结工艺是topcon电池生产制造过程中至关重要的一环，其主要目的在于正背面形成优异的金属硅的欧姆接触，改善填充因子ff，降低金属复合优化开路电压uoc。由于目前的烧结设备无法形成上温区和下温区，则不会对上下温区的温度同时进行有效的调节，从而忽视了正面银铝浆与硅的接触性能以及背银浆料对多晶硅的穿刺情况，不利于n
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topcon电池背面需要低温烧结的工艺要求，导致填充因子ff以及开路电压uoc的降低，从而使得电池效率eta有一定的损失。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种改善topcon电池效率的烧结设备，所述技术方案如下：
5.本实用新型提供一种改善topcon电池效率的烧结设备，其包括烧结炉、设置在烧结炉内用于放置待烧结topcon电池的履带、设置在待烧结topcon电池上方的第一加热器、设置在待烧结topcon电池下方的第二加热器以及用于检测烧结炉内温度的温度传感器，所述烧结炉内位于topcon电池与第一加热器之间的区域为上温区，所述烧结炉内位于topcon电池与第二加热器之间的区域为下温区；所述第一加热器和第二加热器用于对topcon电池的正面和背面进行加热，所述第一加热器的加热温度与第二加热器的加热温度不同，使得所述上温区的温度与下温区的温度不同。
6.进一步地，所述第一加热器的加热温度低于第二加热器的加热温度，使得所述下温区的温度低于所述上温区的温度。
7.进一步地，所述第一加热器与topcon电池的间距等于第二加热器与topcon电池的间距。
8.进一步地，所述上温区的峰值温度范围为770
‑
830℃。
9.进一步地，所述下温区的峰值温度范围为710
‑
770℃。
10.进一步地，所述第一加热器和第二加热器均包括壳体、设置在壳体内的加热机构与控制器,所述壳体上设置有显示屏和加热调节按钮，所述加热机构和加热调节按钮均与控制器电连接，所述加热机构用于提供热量。
11.进一步地，所述加热机构包括加热丝或电阻丝。
12.进一步地，所述温度传感器包括用于检测上温区的第一温度传感器以及用于检测下温区的第二温度传感器，所述第一温度传感器用于将检测结果发送至第一加热器的控制器，所述控制器用于根据检测结果调节所述第一加热器的温度，使所述烧结炉内上温区的峰值温度达到预设的温度；
13.所述第二温度传感器用于将检测结果发送至第二加热器的控制器，所述控制器用于根据检测结果调节所述第二加热器的温度，使所述烧结炉内下温区的峰值温度达到预设的温度。
14.进一步地，所述第一加热器还包括第一数据输入装置，所述第二加热器还包括第二数据输入装置，所述第一数据输入装置与第一加热器的控制器电连接，所述第二数据输入装置与第二加热器的控制器电连接，所述第一数据输入装置与第二数据输入装置均包括数字输入按键。
15.进一步地，所述topcon电池包括n型晶体硅基底、由下向上依次设置在n型晶体硅基底上表面的p+层、氧化铝层、第一氮化硅层和第一金属层、以及由上向下依次在n型晶体硅基底下表面的超薄氧化硅层、多晶硅层、第二氮化硅层和第二金属层。
16.本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：
17.本实用新型提供的适用于topcon电池的烧结设备，通过安装第一加热器和第二加热器，可同时调节上温区的烧结峰值温度并降低下温区的烧结峰值温度，使得所述下温区的温度低于所述上温区的温度，可以有效改善正面银铝浆与硅的接触性能，从而提高填充因子ff；同时，可以有效减少背银浆料的穿刺，促使背面金属复合的降低，有利于开压uoc的提高。本实用新型提供的适用于topcon电池的烧结设备，可以发挥浆料的最优性能，改善topcon电池的效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本实用新型实施例提供的改善topcon电池效率的烧结设备的结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例提供的改善topcon电池的结构示意图。
21.其中，附图标记包括：1
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烧结炉，2
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topcon电池，3
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履带，4
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第一加热器，5
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第二加热器，6
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n型晶体硅基底，7
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p+层，8
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氧化铝层，9
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第一氮化硅层，10
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第一金属层，11
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超薄氧化硅层，12
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多晶硅层，13
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第二氮化硅层，14
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第二金属层。
具体实施方式
22.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
23.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
24.在本实用新型的一个实施例中，提供了一种改善topcon电池效率的烧结设备，具体结构参见图2，其包括烧结炉1、设置在烧结炉1内用于放置待烧结topcon电池2的履带3、设置在待烧结topcon电池2上方的第一加热器4、设置在待烧结topcon电池2下方的第二加热器5以及用于检测烧结炉1内温度的温度传感器。在烧结中履带3向前运动并带动其上的topcon电池向前运动。
25.所述烧结炉1内位于topcon电池2与第一加热器4之间的区域为上温区，所述烧结炉1内位于topcon电池2与第二加热器5之间的区域为下温区；所述第一加热器4和第二加热器5用于对topcon电池2的正面和背面进行加热，所述第一加热器4的加热温度与第二加热器5的加热温度不同，使得所述上温区的温度与下温区的温度不同。
26.优选地，所述第一加热器4与topcon电池2的间距等于第二加热器5与topcon电池2的间距。
27.现有烧结设备进行topcon电池烧结时，topcon电池正面和背面的温度相差不大，原始峰值温度(峰值温度即最高温度)大概在760℃～780℃。通过安装第一加热器4和第二加热器5，可对上温区和下温区的峰值温度同时进行调整，即同时调节上温区的烧结峰值温度并降低下温区的烧结峰值温度，调节所述第二加热器5的加热温度低于第一加热器4的加热温度，使得所述下温区的温度低于所述上温区的温度，温度调整方向为将上温区的峰值温度相对原始峰值温度增加10
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50℃，将下温区的峰值温度相对原始峰值温度降低10
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50℃。
28.具体地，所述上温区的峰值温度范围为770
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830℃。所述下温区的峰值温度范围为710
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770℃。
29.所述第一加热器4和第二加热器5的结构相同，具体结构如下：所述第一加热器4和第二加热器5均包括壳体、设置在壳体内的加热机构与控制器,所述加热机构用于提供热量，所述加热机构包括加热丝或电阻丝。所述壳体上设置有显示屏和加热调节按钮，所述加热机构和加热调节按钮均与控制器电连接，设置加热调节按钮，可方便调节加热温度，操作方便，同时显示屏上能够显示加热温度，方便观察。
30.所述温度传感器包括用于检测上温区的第一温度传感器以及用于检测下温区的
第二温度传感器，所述第一温度传感器用于将检测结果发送至第一加热器4的控制器，所述控制器用于根据检测结果调节所述第一加热器4温度，使所述烧结炉1内上温区的峰值温度达到预设的温度(预设的温度为770
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830℃)；所述第二温度传感器用于将检测结果发送至第二加热器5的控制器，所述控制器用于根据检测结果调节所述第二加热器5温度，使所述烧结炉1内下温区的峰值温度达到预设的温度(预设的温度为710
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770℃)。设置温度传感器，可随时调节烧结炉1上温区和下温区的温度，且使得上温区和下温区的温度不同，满足对电池正面和背面所需不同温度的要求。
31.所述第一加热器4还包括第一数据输入装置，所述第二加热器5还包括第二数据输入装置，所述第一数据输入装置与第一加热器4的控制器电连接，所述第二数据输入装置与第二加热器5的控制器电连接，所述第一数据输入装置与第二数据输入装置均包括数字输入按键，所述数据输入装置包括多个数字输入按键，方便键入需要设置的温度。
32.本实用新型提供的topcon电池通过以下步骤得以实现：1对n型单晶硅片进行清洗制绒，去除机械损伤层并制备绒面；2热硼扩散工艺形成pn结；3背抛光刻蚀，去除psg以及周边pn结；4低压气相沉积设备制备超薄的隧穿氧化层以及多晶硅层；5高温磷扩散工艺，对多晶硅层形成重掺杂；6背面psg清洗以及正面绕镀的多晶硅清洗；7正面氧化铝以及氮化硅膜的制备；8背面氮化硅膜的制备；9印刷金属浆料，制备金属电极；10烧结；11测试。在烧结过程中，通过调节第一加热器和第二加热器，以增加上温区的峰值温度并降低下温区的烧结温度，即将上温区的峰值温度相对原始峰值温度增加10
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50℃，将下温区的峰值温度相对原始峰值温度降低10
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50℃。
33.其中烧结步骤中，室温升温至350℃过程中的升温速率范围为5
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15℃/s；350
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600℃过程中的升温速率范围为30
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40℃/s；600℃
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峰值温度的升温速率为40
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60℃/s。当烧结完成后降温时，从峰值温度降低至室温的降温速率范围为10
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20℃/s。
34.将使用本实用新型提供的烧结设备制备的topcon电池(简称g2
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实施例)与通过常规烧结工艺制备的topcon电池(简称g1
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对比例)的性能进行对比，电池性能的试验数据对比结果参见表1。
35.表1两种烧结设备烧结后的topcon电池的性能试验数据对比表
[0036] eta(％)uoc(v)jsc(ma/cm2)ff(％)g1
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对比例22.850.690740.5781.55g2
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实施例23.050.693840.6281.79g2
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g10.200.00310.050.24
[0037]
由上表可知，相比于常规烧结工艺制备的topcon电池，通过本实用新型提供的烧结设备制备的topcon电池，可以有效改善开路电压uoc、填充因子ff，进而提升电池的效率eta。其中g2
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g1表示性能试验数据相减得到差值。
[0038]
本实用新型提供的适用于topcon电池的烧结设备，通过安装第一加热器和第二加热器，可同时调节(提高)上温区的烧结峰值温度并降低下温区的烧结峰值温度，使得所述下温区的温度低于所述上温区的温度，可以有效改善正面银铝浆与硅的接触性能，从而提高填充因子ff；同时，可以有效减少背银浆料的穿刺，促使背面金属复合的降低，有利于开压uoc的提高。本实用新型提供的适用于topcon电池的烧结设备，可以发挥浆料的最优性能，改善topcon电池的效率。
[0039]
本实用新型提供的改善topcon电池效率的烧结设备中，所述topcon电池结构参见图2，其包括n型晶体硅基底6、由下向上依次设置在n型晶体硅基底6上表面的p+层7(扩散形成)、氧化铝层8、第一氮化硅层9和第一金属层10、以及由上向下依次在n型晶体硅基底6下表面的超薄氧化硅层11、多晶硅层12(磷重掺杂形成)、第二氮化硅层13和第二金属层14，其中第一金属层10位于前表面，第二金属层14位于后表面。
[0040]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。