一种具有激光处理的太阳能电池制备方法

1.本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有激光处理的太阳能电池制备方法及太阳能电池。


背景技术：

2.随着经济全球化进程的不断加速和工业经济的迅猛发展，世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的重要问题，大力发展可再生无污染的能源十分迫切。而太阳能的取之不尽、用之不竭以及无污染的特性受到越来越多政府和人们的重视，光伏技术不断的发展，作为将太阳能转化为电能的半导体器件的太阳能电池产品也得到了快速的开发。
3.近年来，传统的perc技术以及新的topcon，hjt，ibc等技术迅速发展，一次又一次地突破了电池效率的上限。
4.提升太阳能电池效率一直是行业内永恒不变的话题，其中电池正面金属化区域的接触复合是决定和影响电池转换效率最主要的因素之一，如何确保在良好的欧姆接触条件下，进一步降低正面金属化区域的接触复合，提升转换效率，成为目前电池技术的难点之一。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种具有激光处理的太阳能电池制备方法及太阳能电池，通过在传统的烧结工序后增加了激光处理工艺，利用激光扫描电池片表面，能够有效降低金属电极和硅基体之间的接触电阻，并且对于表面钝化层没有任何影响，提升了电池的转换效率。
6.技术方案：本发明所述的一种具有激光处理的太阳能电池制备方法，包括如下步骤：（1）将太阳能电池完成至丝网印刷工序；（2）对于烧结温度曲线进行调整，随后对电池片进行烧结；（3）使用激光对电池表面进行扫描处理后获得所述太阳能电池。
7.在一些实施方式中，制备所述太阳能电池所需的硅片为p型或者n型硅片。
8.在一些实施方式中，所述步骤（1）工艺具体包括：制绒、扩散、激光掺杂、背面抛光、退火、正背面钝化、激光开口、丝网印刷；或者制绒、扩散、背面抛光、背面沉积隧穿氧化层和掺杂多晶硅层、化学清洗、退火、正背面钝化、丝网印刷。
9.在一些实施方式中，步骤（2）所述对于烧结温度曲线进行调整具体包括：调整烧结温度曲线，对峰值温度进行调整，调整范围为-100℃ ~ +20℃；对传输速度进行调整，调整范围为-5m/min ~ +5m/min。
10.在一些实施方式中，步骤（3）所述扫描处理包括整面扫描，或者是按照程序设定的图形进行局部扫描。
11.在一些实施方式中，步骤（3）中激光处理的激光的波长为635~914nm，激光光斑的形状为方形，光斑大小为20~200um。
12.在一些实施方式中，所述激光的电压为10~30v，功率为35~100%。
13.在一些实施方式中，步骤（3）中激光进行扫描处理时，扫描速度为30~150mm/s，激光振镜旋转速度600~2000l/s。
14.在一些实施方式中，激光扫描单片电池片的时间为1.0~3.0秒。
15.另一方面，本发明还公开了一种太阳能电池，该电池采用如上述所述的方法制备而成。
16.有益效果：由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：通过在传统的烧结工序后增加了激光处理工艺，利用激光扫描电池片表面，激光波长采用了635~914nm，可以有效地被硅基体吸收，并且不会对钝化层产生损伤，其原理如下：首先由激光发出的激光束在电池耗尽区诱导载流子并在反向偏置条件下产生局部电流，电流的优先路径是局部低电阻路径，其存在于ag栅线下方的发射极和ag电极之间。但是低电阻接触点只占了总接触界面面积的一小部分，因此，总电流将沿着具有低电阻电流路径的小面积部分流动，并导致较高的电流密度，这些路径可以在绒面金字塔的顶部或附近找到。
17.接着，在接触形成的第二阶段，高电流密度将导致大的功率损失，从而在接触界面处产生热点。由于局部产生的热量，在该热点处发生电流诱发的烧结，并且ag和si开始相互扩散。
18.最后，在烧结接触点的降温阶段，载流子的局部光学激发将在一个时间间隔内被诱导产生。随后，电流诱导的热效应将延伸到微秒至毫秒的范围内。由于在熔融接触点附近，温度会相对低得多，温度将因为周围ag和si材料的散热增强而迅速降低，最终形成了较低的ag/si欧姆接触。
19.通过这样一个后激光处理，有效降低了金属电极和硅基体之间的接触电阻，并且对于表面钝化层没有任何影响，提高了电池的开路电压和填充因子，最终提升了转换效率。
附图说明
20.图1为本发明一个实施例的制备工艺流程图；图2为本发明一个实施例的电池结构示意图；图3为本发明另一个实施例的制备工艺流程图；图4为本发明另一个实施例的电池结构示意图。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操
作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
25.本发明的原理：首先由激光发出的激光束在电池耗尽区诱导载流子并在反向偏置条件下产生局部电流，电流的优先路径是局部低电阻路径，其存在于ag栅线下方的发射极和ag电极之间。但是低电阻接触点只占了总接触界面面积的一小部分，因此，总电流将沿着具有低电阻电流路径的小面积部分流动，并导致较高的电流密度，这些路径可以在绒面金字塔的顶部或附近找到。
26.接着，在接触形成的第二阶段，高电流密度将导致大的功率损失，从而在接触界面处产生热点。由于局部产生的热量，在该热点处发生电流诱发的烧结，并且ag和si开始相互扩散。
27.最后，在烧结接触点的降温阶段，载流子的局部光学激发将在一个时间间隔内被诱导产生。随后，电流诱导的热效应将延伸到微秒至毫秒的范围内。由于在熔融接触点附近，温度会相对低得多，温度将因为周围ag和si材料的散热增强而迅速降低，最终形成了较低的ag/si欧姆接触。
28.通过这样一个后激光处理，有效降低了金属电极和硅基体之间的接触电阻，并且对于表面钝化层没有任何影响，提高了电池的开路电压和填充因子，最终提升了转换效率。
29.实施例1如图1所示，一种具有激光处理的太阳能电池制备方法，包括如下步骤：1）选取p型硅片，电阻率为0.7ω.cm，用碱溶液及制绒添加剂对硅片进行制绒；2）使用三氯氧磷为磷源进行扩散，形成磷扩散层；3）激光掺杂：制备选择发射极，用激光对硅片正表面进行重掺杂；4）背面抛光：化学清洗去除磷硅玻璃以及边缘pn结，并在背面进行抛光；5）退火：使用管式炉进行退火，形成表面氧化层，氧化层厚度4nm；6）正背面钝化：背面制备氧化铝及氮化硅膜，正面制备钝化膜层5-氮化硅膜，膜厚为78nm；7）激光开口：形成背面局部接触；8）印刷背面银浆、背面铝浆以及正面银浆，正面银浆使用常规的浆料；9）烧结：将常规的烧结温度曲线峰值温度下降30℃进行烧结，形成初步的欧姆接触；10）激光处理：使用808nm的激光整面扫描电池片正面，形成激光处理层，完成最终的欧姆接触，激光相关参数为：电压18v，功率70%，扫描速度为120mm/s，振镜旋转速度900l/s；11）电池制作完成后进行电性能测试。
30.如图2所示，基于上述制备方法制备的具有激光处理层的太阳能电池结构，所述电
池正面结构包括p型硅片1，磷扩散层2，激光处理层ⅰ3，氧化层ⅰ4，钝化膜层ⅰ5，金属电极ⅰ6，所述p型硅片1正面由内至外依次设有所述磷扩散层2，激光处理层ⅰ3，氧化层ⅰ4，钝化膜层ⅰ5，所述p型硅片1上还设有金属电极ⅰ6。
31.实施例2本实施例与实施例1的区别在于步骤8中正面银浆使用与后激光处理相匹配的浆料，步骤9中烧结峰值温度下降50℃。
32.实施例3如图3所示，另一种具有激光处理的太阳能电池制备方法，包括如下步骤：1）选取n型硅片，电阻率为1.3ω.cm，用碱溶液及制绒添加剂对硅片进行制绒；2）使用三氯化硼作为硼源进行扩散，硼扩散层；3）背面抛光：使用碱溶液在背面进行抛光；4）使用pecvd设备沉积隧穿氧化层和磷掺杂多晶硅层；5）化学清洗：使用碱溶液去除正面的多晶硅层，再用酸溶液去除隧穿氧化层和硼硅玻璃；6）退火：使用管式炉进行退火，形成表面氧化层，氧化层厚度4nm；7）正背面钝化：正面制备钝化膜层-氧化铝及氮化硅膜，膜厚为82nm，背面制备氮化硅膜；8）印刷背面银浆，正面主栅线银浆以及正面细栅线银铝浆，正面银铝浆使用常规的浆料；9）烧结：将常规的烧结温度曲线峰值温度下降20℃进行烧结，形成初步的欧姆接触；10）激光处理：使用808nm的激光整面扫描电池片正面，形成激光处理层9，完成最终的欧姆接触，激光相关参数为：电压12.5v，功率50%，扫描速度为90mm/s，振镜旋转速度1300l/s；11）电池制作完成后进行电性能测试。
33.如图4所示，基于上述制备方法制备的具有激光处理层的太阳能电池结构，所述电池正面结构包括n型硅片7，硼扩散层8，激光处理层ⅱ9，氧化层ⅱ10，钝化膜层ⅱ11，金属电极ⅱ12，所述n型硅片7正面由内至外依次设有所述硼扩散层8，激光处理层ⅱ9，氧化层ⅰ10，钝化膜层ⅰ11，所述n型硅片7上还设有金属电极ⅱ12。
34.实施例4本实施例与实施例3的区别在于步骤8中正面细栅线的银铝浆使用与后激光处理相匹配的浆料，步骤9中烧结峰值温度下降40℃。
35.对比例实施例1和2的对比例1为常规的p型perc太阳能电池，实施例3和4的对比例2为常规的n型topcon太阳能电池。
36.电池性能结果对比：表1 实施例1，2和对比例1电池的电性能测试结果分组uoc(v)isc(a)ff(%)efficiency(%)实施例10.691913.54282.1623.32
实施例20.693313.54882.2823.41对比例10.690813.54581.9623.23表2 实施例3，4和对比例2电池的电性能测试结果分组uoc(v)isc(a)ff(%)efficiency(%)实施例30.712713.34184.5224.34实施例40.714013.34984.5824.42对比例20.711513.33284.2724.21通过表1的数据对比，在perc电池上，实施例相比对比例效率分别有0.09%以及0.18%的提升，尤其是匹配了激光处理的浆料后，效率提升更加明显。主要增益来自于在uoc和ff，其主要原因是烧结峰值温度略微下降，减少了对正面pn结的损伤，再通过激光的后续处理，形成了较低的接触电阻，并在接触形成时，有效地减少了表面钝化层的损伤。
37.通过表2的数据对比，在topcon电池上，实施例相比对比例效率分别有0.13%以及0.21%的提升，同样也是匹配了激光处理的浆料后，效率提升更加明显，uoc，isc和ff都有所提升。
38.通过以上数据表明，无论是在p型perc电池，还是在n型topcon电池上，本发明的一种具有激光处理层的太阳能电池结构均具有优异的电池性能，相比于目前传统的制备工艺流程有明显的优势，可以应用于大批量生产中进一步提升电池效率。
39.本发明通过在传统的烧结工序后增加了激光处理工艺，利用激光扫描电池片表面，激光波长采用了635~914nm，可以有效地被硅基体吸收，并且不会对钝化层产生损伤，其原理如下：首先由激光发出的激光束在电池耗尽区诱导载流子并在反向偏置条件下产生局部电流，电流的优先路径是局部低电阻路径，其存在于ag栅线下方的发射极和ag电极之间。但是低电阻接触点只占了总接触界面面积的一小部分，因此，总电流将沿着具有低电阻电流路径的小面积部分流动，并导致较高的电流密度，这些路径可以在绒面金字塔的顶部或附近找到。
40.接着，在接触形成的第二阶段，高电流密度将导致大的功率损失，从而在接触界面处产生热点。由于局部产生的热量，在该热点处发生电流诱发的烧结，并且ag和si开始相互扩散。
41.最后，在烧结接触点的降温阶段，载流子的局部光学激发将在一个时间间隔内被诱导产生。随后，电流诱导的热效应将延伸到微秒至毫秒的范围内。由于在熔融接触点附近，温度会相对低得多，温度将因为周围ag和si材料的散热增强而迅速降低，最终形成了较低的ag/si欧姆接触。
42.通过这样一个后激光处理，有效降低了金属电极和硅基体之间的接触电阻，并且对于表面钝化层没有任何影响，提高了电池的开路电压和填充因子，最终提升了转换效率。
43.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。