CN112768564B - Topcon电池的光注入钝化方法 - Google Patents
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Abstract
一种Topcon电池的光注入钝化方法，属于Topcon太阳能电池技术领域。Topcon电池的光注入钝化方法包括：对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为2～10suns，光注入的时间为100～300s。加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括将Topcon电池加热至表面温度为第一温度，降温阶段包括将Topcon电池的表面温度从第一温度降至第二温度，保温阶段为Topcon电池在第二温度进行保温，第一温度为300～650℃，第二温度为200～250℃。该方法能够有效地提升Topcon电池的转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及Topcon太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种Topcon电池的光注入钝化方法。
背景技术
Topcon电池是在电池背面制作一层隧穿氧化层和掺杂多晶硅层，隧穿氧化层和掺杂多晶硅层两层共同形成钝化接触结构，该结构为硅片背面提供了良好的表面钝化。隧穿氧化层可以使电子隧穿进入掺杂多晶硅层同时阻挡空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升电池的开路电压和短路电流。
现有技术中，通常采用电注入的方式实现Topcon电池的H钝化，即将Topcon电池片置于电注入设备后在各个工位通以电流以达到电注入钝化效果。但是，申请人在研究中发现，Topcon电池在采用电注入钝化过程中容易出现效率提升不稳定的问题。
发明内容
本申请提供了一种Topcon电池的光注入钝化方法，其能够有效地提升Topcon电池的转换效率。
本申请的实施例是这样实现的：
本申请实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，包括：
对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为2～10suns，光注入的时间为100～300s；
加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括将Topcon电池加热至表面温度为第一温度，降温阶段包括将Topcon电池的表面温度从第一温度降至第二温度，保温阶段为Topcon电池在第二温度进行保温，第一温度为300～650℃，第二温度为200～250℃。
本申请实施例的Topcon电池的光注入钝化方法的有益效果包括：
在加热阶段和降温阶段，温度起主要作用，在第一温度为300～650℃的条件下，能够充分将Topcon电池中背膜中的H离子激活；在保温阶段，光注入起主要作用，在200～250℃的温度条件下，通过光注入的高能量使得激活的H离子从背膜迁移到多晶硅层中，使得晶体硅和多晶硅之间的悬挂键能够被激活的H离子饱和，完成界面钝化。经申请人研究发现，在光注入的辐射强度为2～10suns，光注入时间为100～300s时，配合本申请实施例的整个加热过程的温度调节，能够较大地提升Topcon电池的表面钝化效果，有效地提升Topcon电池的转换效率。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
Topcon电池的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层两层共同形成钝化接触结构，该结构为硅片背面提供了良好的表面钝化。现有技术中，通常采用电注入的方式实现Topcon电池的H钝化，但是，申请人在研究中发现，Topcon电池在采用电注入钝化过程中容易出现效率提升不稳定的问题。
另外，申请人在研究中发现，硅基异质结电池在进行钝化时，可采用光注入+加热的方式作用在含非晶硅膜层的硅基异质结电池上以提升钝化效果。申请人尝试将硅基异质结电池进行光注入+加热的方式以实现钝化的工艺参数应用到Topcon电池中进行钝化，但是在实验过程中Topcon电池并不能达到较好的钝化效果，不能有效地提升Topcon电池的转换效率。这可能是因为Topcon电池和硅基异质结电池的结构不同的原因造成的。
基于此，本申请实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其能够有效地提升Topcon电池的转换效率。
以下针对本申请实施例的Topcon电池的光注入钝化方法进行具体说明：
本申请实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，包括：
对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为2～10suns，光注入的时间为100～300s；
加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括将Topcon电池加热至表面温度为第一温度，降温阶段包括将Topcon电池的表面温度从第一温度降至第二温度，保温阶段为Topcon电池在第二温度进行保温，第一温度为300～650℃，第二温度为200～250℃。
其中，金属化后的Topcon电池指的是已经制作了正极和负极的Topcon电池。
在加热阶段和降温阶段，温度起主要作用，在第一温度为300～650℃的条件下，能够充分将Topcon电池背膜中H离子激活，示例性地，背膜包括背面氧化铝和氮化硅，或者背膜包括背面氧化铝和氮氧化硅，或者背膜包括背面氧化铝、氮化硅和氮氧化硅。申请人研究发现，如果第一温度过低，则不能较好地Topcon电池中H离子激活，如果温度过高，则可能变成二次烧结导致金属区过烧降低Topcon电池性能。示例性地，第一温度为300℃、320℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃和650℃中的任一者或者任意两者之间的范围。
在保温阶段，光注入起主要作用，在200～250℃的温度条件下进行保温，通过光注入的高能量将激活的H离子迁移到多晶硅层中完成界面钝化。其中，如果保温阶段的温度过高，则可能造成合金区域扩大进而使得复合区增大，从而降低Topcon电池的转换效率；如果保温阶段的温度太低，激活态的H离子则可能被变成非激活态，从而不能很好地通过光注入的方式完成H钝化。示例性地，第二温度为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃和250℃中的任意一者或者任意两者之间的范围。
经申请人研究发现，在光注入的辐射强度为2～10suns，光注入时间为100～300s时，配合本申请实施例的整个加热过程的温度调节，能够较大地提升Topcon电池的背面poly界面钝化效果，有效地提升Topcon电池的转换效率。不管是PECVD还是LPCVD工艺制作的Topcon电池均具有明显的提升效果。示例性地，光注入可采用红外光源、LED光源。
可选地，光注入的辐射强度为2suns、3suns、4suns、5suns、6suns、7suns、8suns、9suns和10suns中的任一者或者任意两者之间的范围。
可选地，光注入的时间为100s、120s、150s、180s、200s、220s、250s、280s和300s中的任一者或者任意两者之间的范围。
在一种可能的实施方案中，光注入的辐射强度为2～8suns，光注入的时间为200～300s，第一温度为300～550℃。
申请人在研究中发现，当光强度为2～8suns、光注入的时间为200～300s，第一温度为300～550℃时，Topcon电池的转换效率提升的程度更高。
在上述实施方案中的进一步优选，光注入的辐射强度为5suns，光注入的时间为250～300s，第一温度为350～400℃。申请人在研究中发现，光注入的辐射强度为5suns，光注入的时间为250～300s，第一温度为350～400℃时，Topcon电池的转换效率提升的程度更高。
在上述实施方案中的进一步地优选，光注入的辐射强度为2suns，光注入的时间为200s，第一温度为300℃。申请人在研究中发现，当光注入的辐射强度为2suns，光注入的时间为200s，第一温度为300℃时，Topcon电池的转换效率提升的程度更高。
可选地，保温阶段的时间为光注入的时间的40～60％。保温阶段的时间足够长，使得光注入时激活的H离子能够比较充分地迁移到多晶硅层中完成钝化。示例性地，保温阶段的时间为光注入时间的40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％和60％中的任一者或者任意两者之间的范围。
可选地，升温阶段的时间为光注入的时间的20～30％，将Topcon电池快速地升温至第一温度，能够快速将Topcon电池中的H离子激活，节约工艺时间。示例性地，升温阶段的时间为光注入的时间的20％、22.2％、25％、28％和30％中的任一者或者任意两者之间的范围。
在一种可能的实施方案中，Topcon电池在进行光注入的过程中采用链式传输的方式对单片Topcon电池依次进行传输。传输设备可选择链式网带、陶瓷滚轴等。采用链式传输的方式对单片Topcon电池依次进行传输，能够避免堆叠导致的上下层产生的受热不均的现象以及粘片和破片的现象，达到了提效均匀化的效果。如果采用堆叠的方式进行传输，相较于链式传输的方式，加热温度需要提高才行。采用链式传输的方式降低了整体工艺温度。
以下结合实施例对本申请的Topcon电池的光注入钝化方法作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为2suns，光注入的时间为200s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在50s的时间将Topcon电池加热至表面温度为300℃，降温阶段包括在84s的时间将Topcon电池的表面温度从300℃降至200℃，保温阶段为Topcon电池在200℃的温度下进行保温66s。
实施例2
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为5suns，光注入的时间为200s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在50s的时间将Topcon电池加热至表面温度为300℃，降温阶段包括在84s的时间将Topcon电池的表面温度从300℃降至200℃，保温阶段为Topcon电池在200℃的温度下进行保温66s。
实施例3
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为8suns，光注入的时间为200s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在50s的时间将Topcon电池加热至表面温度为300℃，降温阶段包括在84s的时间将Topcon电池的表面温度从300℃降至200℃，保温阶段为Topcon电池在200℃的温度下进行保温66s。
实施例4
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为10suns，光注入的时间为200s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在50s的时间将Topcon电池加热至表面温度为350℃，降温阶段包括在84s的时间将Topcon电池的表面温度从350℃降至210℃，保温阶段为Topcon电池在210℃的温度下进行保温66s。
实施例5
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为2suns，光注入的时间为250s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在55s的时间将Topcon电池加热至表面温度为550℃，降温阶段包括在110s的时间将Topcon电池的表面温度从550℃降至200℃，保温阶段为Topcon电池在200℃的温度下进行保温85s。
实施例6
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为5suns，光注入的时间为250s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在55s的时间将Topcon电池加热至表面温度为550℃，降温阶段包括在110s的时间将Topcon电池的表面温度从550℃降至200℃，保温阶段为Topcon电池在200℃的温度下进行保温85s。
实施例7
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为8suns，光注入的时间为250s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在55s的时间将Topcon电池加热至表面温度为550℃，降温阶段包括在110s的时间将Topcon电池的表面温度从550℃降至200℃，保温阶段为Topcon电池在200℃的温度下进行保温85s。
实施例8
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为2suns，光注入的时间为300s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在65s的时间将Topcon电池加热至表面温度为400℃，降温阶段包括在135s的时间将Topcon电池的表面温度从400℃降至230℃，保温阶段为Topcon电池在230℃的温度下进行保温100s。
实施例9
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为5suns，光注入的时间为300s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在65s的时间将Topcon电池加热至表面温度为400℃，降温阶段包括在135s的时间将Topcon电池的表面温度从400℃降至230℃，保温阶段为Topcon电池在230℃的温度下进行保温100s。
实施例10
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为8suns，光注入的时间为300s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在65s的时间将Topcon电池加热至表面温度为400℃，降温阶段包括在135s的时间将Topcon电池的表面温度从400℃降至230℃，保温阶段为Topcon电池在230℃的温度下进行保温100s。
实施例11
本实施例提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为5suns，光注入的时间为250s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在55s的时间将Topcon电池加热至表面温度为350℃，降温阶段包括在110s的时间将Topcon电池的表面温度从350℃降至240℃，保温阶段为Topcon电池在240℃的温度下进行保温85s。
对比例1
对比例1提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为1suns，光注入的时间为250s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在55s的时间将Topcon电池加热至表面温度为350℃，降温阶段包括在110s的时间将Topcon电池的表面温度从350℃降至200℃，保温阶段为Topcon电池在200℃的温度下进行保温85s。
对比例2
对比例2提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为1suns，光注入的时间为250s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在55s的时间将Topcon电池加热至表面温度为550℃，降温阶段包括在110s的时间将Topcon电池的表面温度从550℃降至250℃，保温阶段为Topcon电池在250℃的温度下进行保温85s。
对比例3
对比例3提供一种Topcon电池的光注入钝化方法，其包括：
将金属化后的Topcon电池沿传输方向一片片依次放入链式传输带进行传输，传输过程中对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，光注入的辐射强度为1suns，光注入的时间为250s。
其中，加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，加热阶段包括在55s的时间将Topcon电池加热至表面温度为250℃，降温阶段包括在110s的时间将Topcon电池的表面温度从250℃降至200℃，保温阶段为Topcon电池在200℃的温度下进行保温85s。
试验例
对实施例1～实施例11以及对比例1-对比例3的光注入钝化前的Topcon电池以及经实施例1～实施例11以及对比例1-对比例3的光注入钝化方法处理后的Topcon电池的开路电压、短路电流、串联电阻、填充因子以及转换效率进行测试，并计算出光注入钝化前和光注入钝化后的差值得到光注入提升值，其结果记录在表1中。
表1.实施例1～11以及对比例1-3的部分工艺参数及性能测试结果
从表1的结果可以看出，经本申请实施例的Topcon电池的光注入钝化方法处理后的Topcon电池，电池转换效率均有明显的提升，而经对比例的Topcon电池的光注入钝化方法处理后的Topcon电池，电池转换效率均下降，说明了本申请实例的Topcon电池的光注入钝化方法能够有效地提升Topcon电池的电池转换效率。并且，经过对比发现，实施例4比其他实施例的电池转换效率提升的程度较低，说明了当光注入的辐射强度为2～8suns，光注入的时间为200～300s，第一温度为300～550℃时，能够更好地提升Topcon电池的电池转换效率。另外，通过对比发现，实施例1、实施例9和实施例11比其他实施例的电池转换效率提升的程度较高，说明了当光注入的辐射强度为5suns，光注入的时间为250～300s，第一温度为350～400℃时，以及当光注入的辐射强度为2suns，光注入的时间为200s，第一温度为300℃时，Topcon电池的转换效率提升的程度更高。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种Topcon电池的光注入钝化方法，其特征在于，包括：
对金属化后的Topcon电池进行光注入并辅以加热以实现钝化，所述光注入的辐射强度为2~10suns，光注入的时间为100~300s；
加热过程包括加热阶段、降温阶段和保温阶段，所述加热阶段包括将所述Topcon电池加热至表面温度为第一温度，所述降温阶段包括将所述Topcon电池的表面温度从所述第一温度降至第二温度，所述保温阶段为所述Topcon电池在所述第二温度进行保温，所述第一温度为300~650℃，所述第二温度为200~250℃。
2.根据权利要求1所述的Topcon电池的光注入钝化方法，其特征在于，所述光注入的辐射强度为2~8suns，所述光注入的时间为200~300s，所述第一温度为300~550℃。
3.根据权利要求2所述的Topcon电池的光注入钝化方法，其特征在于，所述光注入的辐射强度为5suns，所述光注入的时间为250~300s，所述第一温度为350~400℃。
4.根据权利要求2所述的Topcon电池的光注入钝化方法，其特征在于，所述光注入的辐射强度为2suns，所述光注入的时间为200s，所述第一温度为300℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的Topcon电池的光注入钝化方法，其特征在于，所述保温阶段的时间为所述光注入的时间的40~60%。
6.根据权利要求1~4任一项所述Topcon电池的光注入钝化方法，其特征在于，所述Topcon电池在进行光注入的过程中采用链式传输的方式对单片Topcon电池依次进行传输。
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