太阳能电池的烧结方法、制备方法、太阳能电池和烧结炉与流程

本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及太阳能电池的烧结方法、太阳能电池的制备方法、太阳能电池以及太阳能电池烧结炉。

背景技术：

太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的半导体器件，在太阳能电池领域中，掺硼p型硅片制作的太阳能电池产品是目前光伏行业的主流产品，而p型太阳能电池通常存在一个致命的缺点——光致衰减，其中，光致衰减是指晶体硅太阳能电池经过光照后电池效率下降的现象。以掺硼p型硅片制作的perc电池为例，perc电池可以有效的大幅提升太阳能电池的转化效率，但由于perc电池特有的钝化层结构，其光致衰减率可达6％-9％，由此可见，改善perc太阳能电池的光致衰减效应已刻不容缓。

针对perc硅片太阳能电池的光致衰减问题，目前已经开发出了一些改善的方法，但是，由于硅片质量的差异以及加工生产工艺的差异，perc太阳能电池的光致衰减效应仍处于不稳定状态，并且，目前的降低perc太阳能电池光致衰减效应的一些生产方法难度大、成本高，这增加了perc制作的太阳能电池的品质管控风险，削弱了光伏发电的竞争力。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以稳定降低太阳能电池光致衰减效应且生产难度小成本低的太阳能电池的烧结方法、制备方法、太阳能电池和烧结炉。

一种太阳能电池的烧结方法，所述方法包括：

对硅片正表面进行第一次升温处理；

对进行了第一次升温处理的硅片正表面进行第二次升温处理；

对进行了第二次升温处理的硅片正表面进行保温处理；

对进行了保温处理的硅片正表面进行降温处理，以形成太阳能电池；

其中，第一次升温处理中硅片正表面的升温速率大于第二次升温处理中硅片正表面的升温速率。

上述太阳能电池的烧结方法，使硅片先经过一次从低温到高温的过程，而后再经过一个保温和降温的过程，使硅片表面钝化层内已经形成一定分布的氢离子浓度形成再分布，而再分布的氢离子可以有效的钝化硅片内部的缺陷杂质，从而起到很好的抑制光致衰减的作用。另外，硅片由快速升温转变为慢速升温的过程也有助于氢离子的再分布，从而使改善光致衰减的效果更加明显。本方法对质量较差或内部缺陷较多的硅片同样适用，且易于产业化生产，不会提升生产成本。

在其中一个实施例中，对硅片正表面进行第一次升温处理，包括：将硅片正表面的温度从20℃-30℃升温至350℃-450℃，升温速率为25-40℃/s。

在其中一个实施例中，对进行了第一次升温处理的硅片正表面进行第二次升温处理，包括：将硅片正表面的温度从350℃-450℃升温至550℃-600℃，升温速率为15-20℃/s。

在其中一个实施例中，对进行了第二次升温处理的硅片正表面进行保温处理，包括：将硅片正表面的温度保持在600℃-700℃之间，保持时间为5-10s。

在其中一个实施例中，对进行了保温处理的硅片正表面进行降温处理，包括：将硅片正表面的温度从600℃-700℃降温至20℃-40℃，降温速率为60-80℃/s。

在其中一个实施例中，第一次升温处理、第二次升温处理、保温处理以及降温处理均在惰性气体氛围下完成。

一种太阳能电池的制备方法，所述方法包括：

对硅片双面依次进行清洗、抛光、碱制绒处理，以在硅片双面形成减反射绒面；

对形成减反射绒面的硅片双面进行磷扩散处理；

对进行了磷扩散后的硅片双面进行吸杂处理；

去除吸杂处理后的硅片双面的磷硅玻璃；

在去除了磷硅玻璃的硅片背表面上沉积钝化膜；

在沉积了钝化膜的硅片双面上沉积减反射膜；

对沉积了减反射膜的硅片背表面进行激光开槽处理；

对进行了激光开槽处理后的硅片进行丝网印刷处理；

对进行了丝网印刷处理后的硅片进行第一次烧结处理；

对进行了第一次烧结处理后的硅片进行第二次烧结处理，以完成太阳能电池的制备；

其中，第二次烧结处理采用如上述任一项实施例所述的太阳能电池的烧结方法完成。

上述太阳能电池的制备方法，在制备工艺的最后引入两次烧结处理，使硅片表面钝化层内已经形成一定分布的氢离子浓度形成再分布，从而有效的钝化硅片内部的缺陷杂质，起到很好的抑制光致衰减的作用，另外，上述太阳能电池的制备方法在磷扩散后又引入吸杂处理，这一步骤使硅片内部的杂质缺陷有了一定的改善，对抑制太阳能电池的光致衰减作用也起到了很好的增强作用。

在其中一个实施例中，对进行了磷扩散后的硅片双面进行吸杂处理，包括：将磷扩散后的扩散炉内的温度从750℃-850℃降温至500℃-600℃，降温速率为1-2℃/min，降温时间为2h-3h。

一种太阳能电池，采用如上述2项实施例中的任一项所述的太阳能电池的制备方法制备而成。

一种太阳能电池烧结炉，包括至少10个温区以及穿过至少10个温区的传送带，太阳能电池烧结炉还包括设置于传送带上方的至少10个加热管，每一个加热管与一个温区电连接，加热管的温度可调节。

上述太阳能电池烧结炉，通过只在传送带上方设置可以调节温度的加热管，使硅片在第二次烧结的过程中，硅片上下表面的温差可以超过150℃，从而使硅片下表面的温度可以低于铝浆的熔点，有效的防止了铝浆的再次烧结，进而防止了第二次烧结过程对电池转化效率的影响。

附图说明

图1为一个实施例中太阳能电池的烧结方法的流程示意图；

图2为一个实施例中太阳能电池的烧结方法中硅片正表面温度走势图；

图3为一个实施例中太阳能电池的制备方法的流程示意图；

图4为一个实施例中硅片进行第一次烧结处理的流程示意图；

图5为一个实施例中太阳能电池烧结炉的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例首先提供了一种太阳能电池的烧结方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤s102，对硅片正表面进行第一次升温处理。

步骤s104，对进行了第一次升温处理的硅片正表面进行第二次升温处理。

步骤s106，对进行了第二次升温处理的硅片正表面进行保温处理。

步骤s108，对进行了保温处理的硅片正表面进行降温处理，以形成太阳能电池。

具体的，硅片在经过本实施例所述的烧结方法之前，一般需要先经过一次烧结处理，也就是说，本实施例所述的烧结方法一般应用于硅片的第二次烧结处理过程中，可以理解的是，两次烧结处理的过程和作用完全不同，第一次烧结处理的作用是使硅片的正、背面电极与硅片自身形成欧姆接触，并使硅片表面钝化层内的氢离子浓度形成一定形式的分布，而本实施例中的烧结处理则可以使氢离子浓度形成再分布，以有效钝化硅片内部的杂质缺陷，从而起到抑制太阳能电池片光致衰减效应的作用。

在本实施例中，将硅片进行烧结处理的具体过程为：将硅片放入烧结炉中，并依次对硅片的正表面进行第一次升温处理、第二次升温处理、保温处理以及降温处理。进一步的，第一次升温处理中硅片正表面的升温速率是大于第二次升温处理中硅片正表面的升温速率的，其中，硅片正表面温度走势图如图2所示，从图2中可以看出，硅片的正表面在烧结炉中是随着时间的推移分别经历了快速升温、慢速升温、保温以及降温这四个过程的。大量的实验数据证明，控制硅片正表面升温斜率的改变可以有助于硅片表面钝化层内的氢离子浓度形成再分布，从而可以使太阳能电池片光致衰减的抑制作用更加明显。

需要说明的是，为了防止硅片正表面上的银浆再次融化而导致硅片自身与正电极接触不良，两次升温处理后硅片正表面的峰值温度一般不应超过银浆的融化温度，即800℃，在本实施例中，将两次升温处理后硅片正表面的温度控制在750℃以下是比较适宜的。另外，为了防止硅片背表面上的铝浆再次融化而影响到背电极与硅片的接触，一般不对硅片的背表面进行加热处理，这样可以使硅片背表面的温度低于铝浆融化的温度，从而可以在不影响太阳能电池片转化效率的同时有效抑制硅片内部的光致衰减效应。具体的，本实施例所述的烧结处理过程可以在一个特殊制作的烧结炉中进行，即可以将待处理的硅片放入只对硅片的正表面进行升降温的处理的烧结炉中进行处理，并通过控制烧结炉内加热管的温度以及传送单的速度来控制硅片正表面的升降温处理过程，整个烧结处理的过程一般少于100s。

上述太阳能电池的烧结方法，使硅片先经过一次从低温到高温的过程，而后再经过一个保温和降温的过程，使硅片表面钝化层内已经形成一定分布的氢离子浓度形成再分布，而再分布的氢离子可以有效的钝化硅片内部的缺陷杂质，从而起到很好的抑制光致衰减的作用。另外，硅片由快速升温转变为慢速升温的过程也有助于氢离子的再分布，从而使改善光致衰减的效果更加明显。本方法对质量较差或内部缺陷较多的硅片同样适用，且易于产业化生产，不会提升生产成本。

在一个实施例中，对硅片正表面进行第一次升温处理的过程可以包括以下步骤：将硅片正表面的温度从20℃-30℃升温至350℃-450℃，升温速率可以控制在25-40℃/s之间。具体的，硅片在进行第一次升温处理之前，其上表面的温度一般都是室温下的温度，即20℃-30℃之间，而经过10s-18s左右的第一次升温处理后，硅片正表面的温度一般可以达到350℃-450℃之间，优选的，第一次升温处理后硅片正表面的峰值温度最好控制在400℃左右。

在一个实施例中，对进行了第一次升温处理的硅片正表面进行第二次升温处理的过程可以包括以下步骤：将硅片正表面的温度从350℃-450℃升温至550℃-600℃，升温速率可以控制在15-20℃/s之间。具体的，第二次升温处理相对于第一次升温处理是一个相对缓慢的升温处理过程，其升温速率一般可以降至第一次升温处理时升温速率的1/2左右，升温时间约在5s-20s之间，硅片在经过第二次升温处理后，其峰值温度一般可以达到550℃-600℃之间，优选的，第二次升温处理后硅片正表面的峰值温度最好控制在600℃以下。

在一个实施例中，对进行了第二次升温处理的硅片正表面进行保温处理的过程可以包括以下步骤：将硅片正表面的温度保持在600℃-700℃之间，保持时间为5-10s。具体的，在保温处理的过程中，硅片正表面的温度并不是恒定在600℃-700℃之间的某一个温度值不变的，而是在600℃-700℃这一区间内波动的，在保温处理的过程中，硅片正表面的温度需要控制在750℃以下，优选的，这一温度可以在600℃-700℃之间波动。

在一个实施例中，对进行了保温处理的硅片正表面进行降温处理的过程可以包括以下步骤：将硅片正表面的温度从600℃-700℃降温至20℃-40℃，降温速率可以控制在60-80℃/s之间。具体的，对硅片进行降温处理时可以将降温速率调整的较快些，并且，硅片在经过降温处理后，其正表面的温度一般可以低于40℃，较为常见的是在20℃-40℃之间，降温处理后的硅片在进行电池光电转换效率的测试时测试结果会更加准确。

在一个实施例中，第一次升温处理、第二次升温处理、保温处理以及降温处理均可以在惰性气体氛围下完成。在本实施例中，惰性气体可以为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气以及氙气中的一种或多种，但是从经济和安全的角度出发，一般优选在氮气氛围下完成上述升降温处理过程。具体的，在进行上述升降温处理之前，可以先在烧结炉中通入一定流量的惰性气体，然后在该惰性气体氛围下完成第一次升温处理、第二次升温处理、保温处理以及降温处理过程，在升降温处理过程中通入惰性气体可以防止已经金属化的硅片在烧结过程中由于氧气的介入而产生氧化。

本发明实施例首先还提供了一种太阳能电池的制备方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤s202，对硅片双面依次进行清洗、抛光、碱制绒处理，以在硅片双面形成减反射绒面。

具体的，首先需要对硅片的正表面和背表面依次进行清洗、抛光和碱制绒处理，目的是去除硅片的机械损伤层，并在硅片表面形成减反射绒面。在本实施例中，可以使用槽式一体机对硅片进行抛光和碱制绒处理。一般来说，经过碱制绒处理后，单片硅片的减重范围约在0.5g～0.8g之间，硅片表面反射率约为12％～15％。

步骤s204，对形成减反射绒面的硅片双面进行磷扩散处理。

具体的，可以将形成了减反射绒面的硅片放置于扩散炉中，并在扩散炉中通入携带磷源的氮气和一定量的氧气，以使磷源沉积在硅片的正表面上形成n型层。在本实施例中，磷源具体可以是三氯氧磷。在磷扩散的过程中，扩散炉内的温度需要控制在600℃～800℃之间，扩散时间需要控制在15min～40min之间。

步骤s206，对进行了磷扩散后的硅片双面进行吸杂处理。

具体的，硅片在经过磷扩散处理后，可以继续放置在扩散炉中进行吸杂处理。吸杂处理是一个降温过程，即在吸杂处理的过程中，可以在一定时间内将扩散炉内的600℃～800℃降温至550℃左右，此时通入扩散炉内的气体为氮气氛围。在本实施例中，吸杂处理可以将硅片中的金属杂质从器件的有源区移到硅片的预设区域中，从而使硅片中的金属杂质形成再分布。

步骤s208，去除吸杂处理后的硅片双面的磷硅玻璃。

具体的，经过吸杂处理后的硅片需要去除硅片双面的磷硅玻璃。首先，可以用氢氟酸和硝酸的混合溶液去除硅片背表面上的一部分磷硅玻璃层及硅片边缘的pn结，去除重量一般在0.1-0.3g/pcs左右，这一步骤后，硅片背表面会呈现出近似抛光的效果，然后，可以用氢氟酸和盐酸混合的水溶液去除硅片正表面的磷硅玻璃，其中，去除硅片正表面和背表面磷硅玻璃的过程可以在同一个设备内完成。

步骤s210，在去除了磷硅玻璃的硅片背表面上沉积钝化膜。

具体的，在去除了硅片表面的磷硅玻璃之后，需要在硅片的背表面上沉积一层钝化膜。在本实施例中，钝化膜可以为氧化铝膜或氧化硅膜。具体的，在硅片的背表面，可以采用ald(atomiclayerdeposition原子层沉积)氧化铝形成一层氧化铝钝化膜，其中，氧化铝钝化膜的厚度优选为5nm～15nm之间。

步骤s212，在沉积了钝化膜的硅片双面上沉积减反射膜。

具体的，在沉积了钝化膜之后，需要在硅片的正表面和背表面上分别沉积一层减反射膜，在本实施例中，可以采用pecvd(plasmaenhancedchemicalvapordeposition等离子体增强化学的气相沉积法)工艺在硅片的正表面和背表面上分别沉积一层氮化硅减反射膜。其中，硅片正表面减反射膜的厚度优选为70nm～90nm，形成的减反射膜的反射率可以在3％～5％之间；硅片背表面减反射膜的厚度优选为100nm～130nm。

步骤s214，对沉积了减反射膜的硅片背表面进行激光开槽处理。

具体的，在沉积了减反射膜之后，可以通过激光设备将钝化工艺中硅片背表面上形成的绝缘保护膜划开，即将硅片背表面的氮化铝膜或氮化硅膜进行开槽并使硅基体露出，这一步骤可以保证丝网印刷后的铝浆与硅片接触并在烧结后形成背电极，一般常见的开槽图案有线段型和点型两种。

步骤s216，对进行了激光开槽处理后的硅片进行丝网印刷处理。

具体的，经过激光开槽处理后，可以在硅片的正表面和背表面上分别印刷金属栅线，具体的，可以采用银浆在硅片正表面上印刷正电极，并采用铝浆在硅片背表面上印刷背电极。

步骤s218，对进行了丝网印刷处理后的硅片进行第一次烧结处理。

具体的，硅片的正表面和背表面在经过丝网印刷后，需要放置于烧结炉中进行第一次烧结处理，这一工艺的目的主要是使硅片正表面和背表面上的金属电极与硅片基体本身形成欧姆接触，从而使电极的接触具有电阻特性，第一次烧结处理后的硅片已经可以称为是太阳能电池片，但此时的太阳能电池片的光致衰减效应比较强，会增加电池品质管控的风险。

步骤s220，对进行了第一次烧结处理后的硅片进行第二次烧结处理。

具体的，硅片在经过第一次烧结处理后，还需要经过第二次烧结处理才可完成太阳能电池的制备，第二次烧结处理的具体过程为：将硅片放入烧结炉中，并依次对硅片的正表面进行第一次升温处理、第二次升温处理、保温处理以及降温处理。其中，第一次升温处理中硅片正表面的升温速率大于第二次升温处理中硅片正表面的升温速率，并且，两次升温处理后硅片正表面的峰值温度不超过750℃。

上述太阳能电池的制备方法，在制备工艺的最后引入两次烧结处理，使硅片表面钝化层内已经形成一定分布的氢离子浓度形成再分布，从而有效的钝化硅片内部的缺陷杂质，起到很好的抑制光致衰减的作用，另外，上述太阳能电池的制备方法在磷扩散后又引入吸杂处理，这一步骤使硅片内部的杂质缺陷有了一定的改善，对抑制太阳能电池的光致衰减作用也起到了很好的增强作用。本方法对质量较差或内部缺陷较多的硅片同样适用，且易于产业化生产，不会提升生产成本。

在一个实施例中，对进行了磷扩散后的硅片双面进行吸杂处理可以包括以下步骤：在磷扩散后的扩散炉内通入一定流量的氮气，并将扩散炉内的温度从750℃-850℃降温至500℃-600℃，降温速率可以控制在1-2℃/min之间，降温时间可以控制在2h-3h之间。在本实施例中，吸杂处理可以将硅片中的金属杂质从器件的有源区移到硅片的预设区域内，从而使硅片内部的杂质缺陷有了一定的改善，对抑制太阳能电池的光致衰减作用可以起到了很好的增强作用。

在一个实施例中，如图4所示，太阳能电池的制备方法中对进行了丝网印刷处理后的硅片进行第一次烧结处理，可以包括以下步骤：

步骤s302，对进行了丝网印刷后的硅片双面进行烘干处理。

步骤s304，对进行了烘干处理后的硅片双面进行高温处理。

具体的，硅片进行第一次烧结处理的具体过程为：将硅片放置于上、下表面均可以加热的烧结炉中，并将烧结炉内的温度调整为200℃-300℃左右，这一步骤可以称为烘干处理，其目的是驱除丝网印刷的浆料中挥发性的有机物；硅片经过烘干处理后，可以将烧结炉内的温度调整为100℃左右，其后，再将烧结炉内的温度重新调高，峰值温度可达到750℃-800℃之间，这一步骤可称为高温处理，其目的是使硅片背表面的铝背场和硅铝合金接触，并使硅片正表面银浆烧穿氮化硅膜，与硅片的发射区形成银硅欧姆接触，第一次烧结处理的总用时大约在100s左右。在本实施例中，经过第一次烧结处理后的硅片已经可以称为是太阳能电池片，但此时的太阳能电池片的光致衰减效应较强，会增加电池品质管控的风险。

本发明的一个实施例还提供了一种太阳能电池，其可以采用如上述任一项实施例所述的太阳能电池的制备方法制备而成。上述太阳能电池，通过在磷扩散工艺后引入吸杂处理，并在制备工艺的最后引入两次烧结处理，使硅片内部的杂质缺陷有了一定的改善，有效的抑制了太阳能电池的光致衰减效应，从而使太阳能电池的品质得到了提升。经实验表明，本实施例提供太阳能电池，其光致衰减可以由6％-8％降至2-3％左右，有效的改善了太阳能电池的光致衰减效应，提高了太阳能电池的光电转换效率。

本发明的一个实施例还提供了一种太阳能电池烧结炉，如图5所示，该太阳能电池烧结炉包括至少10个温区以及穿过至少10个温区的传送带，在传送带的上方，还设置有至少10个加热管，其中，每一个加热管都与一个温区电连接，以使加热管的温度可以自由调节。本实施例所提供的太阳能电池烧结炉可以用于太阳能电池的烧结处理，并可以只对硅片的正表面进行热处理，在烧结过程中，可以通过控制烧结炉内加热管的温度以及传送单的速度来控制硅片正表面的升降温处理过程。在本实施例中，由于加热管的特殊设计，可以使硅片正表面和背表面的温差达到150℃以上，因此硅片的再次烧结过程不会影响到电极与硅片自身的欧姆接触，从而不会影响到太阳能电池的转换效率。

上述太阳能电池烧结炉，通过只在传送带上方设置可以调节温度的加热管，使硅片在烧结的过程中，硅片上下表面的温差可以超过150℃，从而使硅片下表面的温度可以低于铝浆的熔点，有效的防止了铝浆的再次烧结，进而防止了第烧结过程对电池转化效率的影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。