CN114927599A - 一种太阳能电池及其制备方法以及激光退火装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及光伏技术领域，涉及一种太阳能电池及其制备方法以及激光退火装置。制备方法，包括：对背极印刷后的硅片进行第一次局部加热；进行背场印刷，并进行第二次局部加热；进行正电极印刷，并进行第三次局部加热；第一次局部加热、第二次局部加热和第三次局部加热均是采用激光仅照射栅线进行加热。第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热采用激光仅照射栅线进行加热，而不是对整块硅片进行加热，不仅能够形成良好的欧姆接触，而且不会对非晶硅膜层造成破坏。由于可以高温实现良好的欧姆接触，因而采用本申请方案能够降低银浆含量，降低太阳能电池生产成本。而且对于银铜浆料、电镀铜技术，可以达到降低接触电阻，提高电池效率的效果。
Description
技术领域
本申请涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种太阳能电池及其制备方法以及激光退火装置。
背景技术
太阳能电池技术作为近年来引起行业高度关注的高效技术路线，因其光电转换效率高、性能优异、降本空间大，平价上网前景好，成为行业公认的下一代商业光伏产业技术。
然而太阳能电池技术依然存在技术难点。
以高效异质结电池来说，目前的技术难点之一在于低温银浆成本较高，为保证异质结电池氢化非晶硅层的钝化效果，在生产整个流程中温度一般在200℃以下，印刷工序为了保持栅线与TCO膜层的良好接触，只能采用低温银浆料，烘干和固化温度一般也保持在200℃左右。
现有的烘干和固化的加热方式为通过电阻丝对整个炉体加热，利用热传导的方式对整个电池片进行加热处理，从而使浆料与TCO层之间形成欧姆接触，降低接触电阻。
参照图1，目前烘干采用塔式烘干炉，烘干反应处于密闭空间内进行，烘干炉内部存在加热电阻丝2，以提供银浆所需要的烘干温度。硅片1经过浆料(背极，背场，正电极)印刷后，表面存在银浆，需及时烘干塑形。塔式烘干炉内部温度保持在200℃，硅片经过托板支撑，托板通过铰链3控制进行升降。整个烘干过程需要硅片1在烘干炉腔体4内保持大约10min的200℃高温处理。通过炉内空气热传导的方式，将电阻丝的热量传导给硅片，硅片整体升温后，浆料也会随之升温，形成基本的栅线塑形过程。
经过基本塑形后还需要将硅片运输到固化炉进行固化，参照图2，固化炉仍然采用电阻丝2对硅片1整体加热。
这种方法必须对硅片整体加热，非晶硅层限制了热制程温度上限不能超过200℃，所以导致烘干固化时间长，必须先使用塔式烘干，然后再经过固化炉固化，一定程度上也使得设备结构更加复杂，增加批量生产设备宕机的风险。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种太阳能电池及其制备方法以及激光退火装置。
第一方面，本申请提供一种太阳能电池的制备方法，包括：
对背极印刷后的硅片进行第一次局部加热；
进行背场印刷，并进行第二次局部加热；
进行正电极印刷，并进行第三次局部加热；
第一次局部加热、第二次局部加热和第三次局部加热均是采用激光仅照射栅线进行加热。
通过设置第一次局部加热、第二次局部加热和第三次局部加热均是采用激光仅照射栅线进行加热；能够实现对栅线集中加热，即仅对栅线局部区域进行高温退火处理，而不是对整块硅片进行加热。本申请方法仅对栅线加热，即可获得良好的欧姆接触。本申请方法不需要分两次使用塔式烘干炉烘干、固化炉固化。烘干固化可同时进行，时间更短，设备结构更加简单，降低了批量生产设备宕机的风险。
本申请的方法尤其适用于异质结电池，不仅能够很好地形成良好的欧姆接触，而且有望降低银浆使用量，降低太阳能电池制造成本。
对于异质结电池，目前常规的对硅片整体进行烘干固化的方法，非晶硅膜层电池片中的非晶硅膜层限制了加热的温度上限，不能超过200℃，所以形成的欧姆接触的效果并不是很好。若继续提高温度，栅线与TCO之间接触电阻会更小，但是高温会使得非晶硅膜层被破坏，导致电池效率下降。本申请创造性地提出第一次局部加热、第二次局部加热和第三次局部加热均是采用激光仅照射栅线进行加热，可以提高加热温度，突破了这一限制，不仅能够形成良好的欧姆接触，而且不会对非晶硅膜层造成破坏。提高加热温度能够极大地降低栅线与TCO之间接触电阻，提高电池效率。进一步地，由于可以高温实现良好的欧姆接触，因而可以降低低温银浆使用量，因此采用本申请方案能够降低银浆含量，降低太阳能电池生产成本。
在本申请其他可选的实施例中，采用激光仅照射栅线进行加热是将激光沿着栅线长度方向相对移动进行照射。
在本申请其他可选的实施例中，采用激光仅照射栅线进行加热时，激光照射宽度大于等于栅线宽度。
在本申请其他可选的实施例中，激光照射宽度大于栅线宽度，且不大于10微米。
在本申请其他可选的实施例中，第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度均在250℃～300℃。
第二方面，本申请提供一种太阳能电池，采用前述任一项的太阳能电池的制备方法制得。
第三方面，本申请提供一种激光退火装置，应用于前述任一项的太阳能电池的制备方法；
激光退火装置包括腔体、激光器以及定位装置；
腔体内设置有传输辊，用于传输硅片；
定位装置用于固定硅片，并定位硅片上的栅线位置，传送栅线位置数据；
激光器置于传输辊上方，用于根据栅线位置数据，对经过的硅片进行第一次局部加热、第二次局部加热或者第三次局部加热。
在本申请其他可选的实施例中，定位装置包括检测组件；
检测组件为相机；
相机通过获取栅线的两个长边确定栅线的位置；或者
硅片表面设置栅线位置标记，相机通过获取标记，确定栅线的位置。
在本申请其他可选的实施例中，定位装置包括夹持组件；
夹持组件包括滚轮、连接杆、第一滑杆和第二滑杆；
滚轮通过连接杆连接于第一滑杆或者第二滑杆；滚轮用于接触硅片侧边缘；
第一滑杆和第二滑杆相对设置；第一滑杆和第二滑杆用于设置在硅片相对的两侧，第一滑杆和第二滑杆能够移动至相互靠近或者相互远离，以使滚轮接触固定硅片。
在本申请其他可选的实施例中，激光退火装置设置有排风***，排风***设置在腔体的顶部。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为现有烘干塔炉示意图；
图2为现有固化炉示意图；
图3为本申请实施例提供的激光退火装置的激光照射区域示意图；
图4为本申请实施例提供的激光退火装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的激光退火装置的相机检测示意图；
图6为本申请实施例提供的激光退火装置的夹持组件的示意图。
图标：1-硅片；2-电阻丝；3-铰链；4-腔体；10-硅片；11-栅线；12-激光照射区域；100-激光退火装置；110-腔体；111-传输装置；112-顶部；120-激光器；131-相机；132-夹持组件；1321-滚轮；1322-连接杆；1323-第一滑杆；1324-第二滑杆；140-排风***。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“左”、“右”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。
请参照图3～图6，本申请的一些实施方式提供一种太阳能电池的制备方法，包括：
对背极印刷后的硅片进行第一次局部加热；
进行背场印刷，并进行第二次局部加热；
进行正电极印刷，并进行第三次局部加热；
第一次局部加热、第二次局部加热和第三次局部加热均是采用激光仅照射栅线进行加热。
通过设置第一次局部加热、第二次局部加热和第三次局部加热均是采用激光仅照射栅线进行加热；能够实现对栅线集中加热，即仅对栅线局部区域进行高温退火处理，而不需要对整块硅片进行加热。且烘干固化可同时进行，极大地提高生产效率。
对于异质结电池，本申请方法更重要地优点在于能够降低浆料成本。
浆料在太阳能电池制造中占很大的成本。在传统的PERC电池中，浆料成本在非硅成本中的占比在30％以上。异质结电池对低温银浆消耗更大，低温银浆成本占异质结电池非硅成本的50％以上，严重限制了异质结电池的大规模扩产。这是由于异质结电池需要保持较低的接触电阻，需要银浆中更多的Ag含量才能实现(相对于常规PERC使用的浆料中Ag含量更高)。
然而，异质结电池非晶硅膜层限制了固化的温度上限，常规整片硅片加热的方法不能超过200℃(可能会有小幅波动)，所以形成的欧姆接触的效果并不是很好。若继续提高温度，栅线与TCO之间接触电阻会更小，但是高温会使得非晶硅膜层被破坏，导致电池效率下降。本申请创造性地提出第一次局部加热、第二次局部加热和第三次局部加热均是采用激光仅照射栅线进行加热，突破了这一限制，不仅能够形成良好的欧姆接触，而且不会对非晶硅膜层造成破坏。
进一步地，在本申请一些实施方式中，第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度均在250℃～300℃。
发明人发现，通过设置第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度均在250℃～300℃能够极大地降低栅线与TCO之间接触电阻，而且效率最高，对于非晶硅膜层不会造成损坏，并且可以一定程度上修复非晶硅薄膜中的缺陷。由于本申请方法能够采用较高温度对栅线局部加热，实现低接触电阻，因而有望降低浆料中Ag含量，有望降低浆料成本。
进一步可选地，第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度均在255℃～295℃。进一步可选地，第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度均在260℃～290℃。进一步可选地，第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度均在265℃～285℃。进一步可选地，第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度均在270℃～280℃。
进一步地，在本申请一些实施方式中，第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度可以相同，也可以不相同。示例性地，第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度均为258℃、268℃、275℃或者278℃。或者第一次局部加热、第二次局部加热、第三次局部加热的温度分别为256℃、266℃或者276℃。
进一步地，本申请方案，仅需要增加激光退火装置，不需要增加其他额外的工艺制程，对目前产线匹配性好，使用范围更广。
进一步地，本申请方案，激光退火装置其激光只需一种波长即可，不涉及到对TCO层或者非晶硅层的处理，也几乎不会影响到TCO层以及非晶硅。进一步地，本申请方案，只单独针对栅线进行退火，具体的波长参数可以根据不同的浆料以及前道制程来确定。
还需要说明的是，本申请提供的一种太阳能电池的制备方法，不仅仅可以应用于HIT电池生产，也可以应用于PERC电池，TOPCON电池的印刷线，且可以达到几乎一致的效果。
除了应用不同类型的电池印刷线之外，本申请方案还可以应用于降低成本，对于HIT电池方面，利用本方案，可减少浆料中Ag的含量，甚至对于Cu电镀技术，利用本方案，也可以达到降低接触电阻，提高电池效率的效果。并且对于目前较为流行的银铜浆料，以及激光转印，本方案同样可以应用，所不同的是对于激光器参数的设置，以及精度要求，可以根据实际情况进行调整。
进一步地，在本申请一些实施方式中，上述太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、对背极印刷后的硅片进行第一次局部加热。
上述背极印刷后的硅片可以采用目前的常规工艺获取。通过在硅片上印刷背极制得。
进一步地，对背极印刷后的硅片进行第一次局部加热是采用激光仅照射栅线进行加热。
进一步地，采用激光仅照射栅线进行加热是将激光沿着栅线长度方向相对移动进行照射。
进一步地，采用激光仅照射栅线进行加热时，激光照射宽度大于等于栅线宽度。
进一步地，在本申请一些实施方式中，激光照射宽度大于栅线宽度，且不大于10微米。
示例性地，参照图3，在图3示出的实施方式中，多个栅线11依次排布在硅片10上，图中虚线框示例性地展示了激光照射区域12。可以看出，激光照射方向与栅线11的长度方向保持一致。激光照射宽度略宽于栅线宽度。这种情况下，激光能够完全地照射栅线，对栅线进行加热固化和退火。通过发明人长期的研究，将激光照射宽度设置为大于栅线宽度，且不大于10微米，不仅能够有效地保证将激光加热栅线的温度提高到250℃～300℃。对栅线集中加热，可以实现对栅线局部区域进行高温退火处理，一定范围内，高温有利于栅线与TCO之间形成良好的欧姆接触，降低接触电阻，提高电池效率。而且不会对硅片上的TCO层造成损坏。
示例性地，激光照射宽度大于栅线宽度：1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米或者10微米。
进一步地，采用激光仅照射栅线进行第一次局部加热是采用激光退火装置100进行加热。
进一步地，参照图5，激光退火装置100包括腔体110、激光器120以及定位装置。
进一步地，腔体110内设置有传输装置111，用于传输硅片10。
可选地，在本申请一些实施方式中，上述的传输装置111为履带。其能够将硅片稳定、快速地传输到待加热位置，为后续激光器对硅片上的栅线进行局部加热提供有利保障。
进一步地，定位装置用于固定硅片10，并定位硅片10上的栅线位置，传送栅线位置数据。
进一步地，激光器120置于传输装置111上方，用于根据栅线位置数据，对经过的硅片10进行第一次局部加热。
进一步地，定位装置包括检测组件。
在本申请一些实施方式中，参照图5，上述的检测组件为相机131。
在本申请一些实施方式中，相机131通过获取栅线的两个长边确定栅线的位置。
相机131对硅片进行拍照，获取硅片上栅线的两个长边的位置，进而可以实现对栅线的定位。
在本申请一些实施方式中，硅片10表面设置栅线位置标记，相机131通过获取标记，确定栅线的位置。
相机131对硅片进行拍照，获取硅片上标记的位置，进而可以实现对栅线的定位。
进一步地，定位装置包括夹持组件132。
进一步地，参照图6，在本申请一些实施方式中，夹持组件132包括滚轮1321、连接杆1322、第一滑杆1323和第二滑杆1324。
进一步地，滚轮1321通过连接杆1322连接于第一滑杆1323或者第二滑杆1324；滚轮1321用于接触硅片10侧边缘。
进一步地，第一滑杆1323和第二滑杆1324相对设置；第一滑杆1323和第二滑杆1324用于设置在硅片10相对的两侧，第一滑杆1323和第二滑杆1324能够移动至相互靠近或者相互远离，以使滚轮1321接触固定硅片10。
进一步地，滚轮1321可自由转动，从而方便接触硅片并固定硅片。
夹持组件132夹持、固定硅片，相机进行拍照，确认硅片上的栅线位置后，发送数据至激光器，激光器对栅线进行局部加热。
进一步地，激光退火装置100设置有排风***140，排风***140设置在腔体110的顶部112。
通过设置排风***140能够及时地将腔体110内部的有害气体排出，保证腔体110内的工作环境。
本申请的激光退火装置100，腔体110内无任何电阻丝。避免了电阻丝加热，避免了对TCO层的损坏。
示例性地，参照图4～6，采用本申请的激光退火装置100激光局部加热时，硅片10通过履带传动，以一定的速度，经过腔体110内的激光器120，激光器120可以对栅线局部区域加热，顶部设有排风***140，排除有害气体。由于激光器120只针对硅片10表面的栅线加热，并不对硅片10整体加热，所以温度可以设置超过200℃，并且不会破坏非晶硅层。温度设置在250℃～300℃能够极大地提高栅线与TCO之间接触电阻，达到最佳电池效率。
步骤S2、进行背场印刷，并进行第二次局部加热。
进行背场印刷可以采用本领域常规方法进行，此处不再赘述。
进一步地，第二次局部加热也是采用激光仅照射栅线进行加热；第二次局部加热的温度在250℃～300℃。
进一步可选地，第二次局部加热的温度在255℃～295℃。进一步可选地，第二次局部加热的温度在260℃～290℃。进一步可选地，第二次局部加热的温度在265℃～285℃。进一步可选地，第二次局部加热的温度在270℃～280℃。示例性地，第二次局部加热的温度为258℃、268℃、275℃或者278℃。
进一步地，第二次局部加热也是将激光沿着栅线长度方向相对移动进行照射。
进一步地，第二次局部加热也是将激光沿着栅线长度方向进行照射激光照射宽度大于等于栅线宽度。
进一步地，在本申请一些实施方式中，激光照射宽度大于栅线宽度，且不大于10微米。
示例性地，激光照射宽度大于栅线宽度：1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米或者10微米。
第二次局部加热的效果可以参照图3。激光照射方向与栅线11的长度方向保持一致。激光照射宽度略宽于栅线宽度。
进一步地，第二次局部加热可以采用步骤S1中的激光退火装置100进行加热。
步骤S3、进行正电极印刷，并进行第三次局部加热；
进行正电极印刷可以采用本领域常规方法进行，此处不再赘述。
进一步地，第三次局部加热也是采用激光仅照射栅线进行加热；第三次局部加热的温度在250℃～300℃。
进一步可选地，第三次局部加热的温度在255℃～295℃。进一步可选地，第三次局部加热的温度在260℃～290℃。进一步可选地，第三次局部加热的温度在265℃～285℃。进一步可选地，第三次局部加热的温度在270℃～280℃。示例性地，第二次局部加热的温度为258℃、268℃、275℃或者278℃。
进一步地，第三次局部加热也是将激光沿着栅线长度方向相对移动进行照射。
进一步地，第三次局部加热也是将激光沿着栅线长度方向相对移动进行照射激光照射宽度大于等于栅线宽度。
进一步地，在本申请一些实施方式中，激光照射宽度大于栅线宽度，且不大于10微米。
示例性地，激光照射宽度大于栅线宽度：1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米或者10微米。
第三次局部加热的效果可以参照图3。激光照射方向与栅线11的长度方向保持一致。激光照射宽度略宽于栅线宽度。
进一步地，第三次局部加热可以采用步骤S1中的激光退火装置100进行加热。
需要说明的是，其他制备工序与常规制造太阳能电池工序相同，此处不再赘述。
本申请一些实施方式提供一种太阳能电池，采用前述任一实施方式的太阳能电池的制备方法制得。
本申请一些实施方式提供一种激光退火装置，应用于前述任一实施方式的太阳能电池的制备方法。
该激光退火装置与步骤S1中的激光退火装置100相同。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，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 (10)
1.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
对背极印刷后的硅片进行第一次局部加热；
进行背场印刷，并进行第二次局部加热；
进行正电极印刷，并进行第三次局部加热；
所述第一次局部加热、所述第二次局部加热和所述第三次局部加热均是采用激光仅照射栅线进行加热。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，
所述采用激光仅照射栅线进行加热是将激光沿着栅线长度方向相对移动进行照射。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，
所述采用激光仅照射栅线进行加热时，激光照射宽度大于等于栅线宽度。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，
激光照射宽度大于栅线宽度，且不大于10微米。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，
所述第一次局部加热、所述第二次局部加热、所述第三次局部加热的温度均在250℃～300℃。
6.一种太阳能电池，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的太阳能电池的制备方法制得。
7.一种激光退火装置，其特征在于，应用于权利要求1～5任一项所述的太阳能电池的制备方法；
所述激光退火装置包括腔体、激光器以及定位装置；
所述腔体内设置有传输辊，用于传输硅片；
所述定位装置用于固定硅片，并定位所述硅片上的栅线位置，传送栅线位置数据；
所述激光器置于所述传输辊上方，用于根据所述栅线位置数据，对经过的所述硅片进行所述第一次局部加热、所述第二次局部加热或者所述第三次局部加热。
8.根据权利要求7所述的激光退火装置，其特征在于，
所述定位装置包括检测组件；
所述检测组件为相机；
所述相机通过获取所述栅线的两个长边确定所述栅线的位置；或者
所述硅片表面设置栅线位置标记，所述相机通过获取所述标记，确定所述栅线的位置。
9.根据权利要求7所述的激光退火装置，其特征在于，
所述定位装置包括夹持组件；
所述夹持组件包括滚轮、连接杆、第一滑杆和第二滑杆；
所述滚轮通过所述连接杆连接于所述第一滑杆或者所述第二滑杆；所述滚轮用于接触所述硅片侧边缘；
所述第一滑杆和所述第二滑杆相对设置；所述第一滑杆和所述第二滑杆用于设置在所述硅片相对的两侧，所述第一滑杆和所述第二滑杆能够移动至相互靠近或者相互远离，以使所述滚轮接触固定所述硅片。
10.根据权利要求7所述的激光退火装置，其特征在于，
所述激光退火装置设置有排风***，所述排风***设置在所述腔体的顶部。
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|---|---|---|---|
| CN202210547975.0A CN114927599A (zh) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 一种太阳能电池及其制备方法以及激光退火装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202210547975.0A CN114927599A (zh) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 一种太阳能电池及其制备方法以及激光退火装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114927599A true CN114927599A (zh) | 2022-08-19 |
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ID=82808256
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210547975.0A Pending CN114927599A (zh) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 一种太阳能电池及其制备方法以及激光退火装置 |
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2022
- 2022-05-18 CN CN202210547975.0A patent/CN114927599A/zh active Pending
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