Perc太阳能电池的烧结方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种PERC太阳能电池的烧结方法，属于太阳能电池技术领域。
【背景技术】
[0002] 常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清 洁、最普遍和最有潜力的替代能源。太阳能发电装置又称为太阳能电池或光伏电池，可以将 太阳能直接转换成电能，其发电原理是基于半导体PN结的光生伏特效应。随着科技的发 展，出现了局部接触背钝化（PERC)太阳能电池，这是新开发出来的一种高效太阳能电池，得 到了业界的广泛关注。其核心是在硅片的背光面用氧化铝或者氧化硅薄膜（5~100纳米） 覆盖，以起到钝化表面，提高长波响应的作用，从而提升电池的转换效率。现有的PERC太 阳能电池结构主要包括具有PN结的硅片层，以及依次设于硅片层背面的钝化层、氮化硅薄 膜层和铝金属层。其制备方法主要包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去杂质玻璃、 背面沉积氧化铝或氧化硅薄膜、沉积氮化硅保护膜、正面沉积氮化硅减反射层、背面局部开 口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结，即可得到太阳能电池。其中，丝网印刷正背面金属浆料 是指在背面印刷金属电极（如银浆）、铝浆，在正背面印刷金属电极(如银浆)，然后进行烧 结。其中，烧结工艺是一个重要的工艺环节，其主要目的是在正面和背面形成良好的金属与 硅的欧姆接触，另外还要形成铝背场（BSF)以提升太阳电池的开路电压。
[0003] 现有的烧结工艺通常包括升温和降温2个步骤，其中，升温步骤一般分成三阶段： 第一阶段，从室温升至300°C左右，其主要功能是烘干驱赶浆料中的挥发性有机物；第二阶 段，从30(TC左右升至670°C左右，其主要功能是形成铝背场和硅铝合金接触；第三阶段，从 670°C左右升至最高温（800°C左右），其主要功能是正面银浆烧穿正面氮化硅膜，并与硅片 的发射区（pn结区）形成银硅欧姆接触。这种常规的烧结工艺对于全铝背场结构的太阳能 电池是完全适用的，因此目前也被应用于PERC太阳能电池。
[0004] 然而，发明人研宄发现：铝浆在烧结过程中，硅和铝的化学反应过程大致分成以下 五步： 第一步，初步升温超过300度时，固态硅开始小量向铝中扩散； 第二步，继续升温至660度时，固态铝开始溶解为液态，此时硅仍然为固态，固态的硅 开始溶解在液态铝中；在硅铝交界面上，硅铝互相扩散开始加剧，铝逐渐渗入硅片体内； 第三步，升温至烧结最高温时，硅铝扩散到达最大程度；在液态铝中硅的浓度达到饱 和，约30%左右； 第四步，从最高温开始降温过程中，由于硅在液态铝中的溶解度开始下降，不断有硅在 硅铝交界面上以外延生长方式凝结固化；由于浓度梯度的驱动力，已经互相扩散进入彼此 的铝和硅开始开始反方向向回扩散；在硅凝固过程中，铝在硅中被以掺杂的方式保留下来， 形成高浓度掺杂的背场（BSF); 第五步，当温度进一步降低至577度附近时，液态铝和溶解在其中的硅一起凝固，形成 铝硅二元相（又称为铝硅合金），二元相中的硅含量在12. 6%左右；硅铝合金有很好的导电 性，可以将扩散至背场的载流子收集并传输到金属铝层中。
[0005] 发明人发现，与常规的全铝背场相比，局部背钝化太阳能电池（PERC太阳能电池） 最大的不同就是，受局部开口尺寸与形状的限制，硅铝反应界面是局限的且远远小于常规 全铝背场。当PERC太阳能电池采用上述常规的适合全铝背场太阳电池的烧结工艺时，出现 了在应是硅铝合金的区域形成空洞的现象。
【发明内容】
[0006] 本发明的发明目的是提供一种PERC太阳能电池的烧结方法。
[0007] 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种PERC太阳能电池的烧结方 法，包括升温和降温2个步骤，所述升温步骤中，从300°C升温至660°C过程中的升温速率为 30~90°C / 秒。
[0008] 上文中，所述从300°C升温至660°C的过程属于现有技术中升温的第二阶段，即处 于烧铝区，本发明通过增大本过程的升温速率，以便A1尽快熔化，使得Si在二元相中基本 呈饱和状态，增大铝向硅扩散，而抑制Si向铝扩散速率。
[0009] 铝硅空洞的形成原理参见【背景技术】，因此抑制空洞主要靠两个方向：（1)升温时， 减少Si向A1的扩散量和深度；（2)降温时，增加Si从A1往回扩散的量。而本发明采用第 一种方向，即在升温阶段使铝硅尽快达到平衡，而减少Si向A1的扩散量和深度，从而降低 铝硅空洞比例。
[0010] 优选的，从300°C升温至660°C过程中的升温速率为50~90°C /秒，更优选地，升温 速率为60~80°C /秒。
[0011] 上述技术方案中，从室温升温至300°C过程中的升温速率为10~20°C /秒。
[0012] 上述技术方案中，从660°C升温至最高温度的过程中的升温速率为10~20°C /秒。
[0013] 上述技术方案中，所述最高温度为800°C。所述最高温是指升温步骤的最高温度， 现有技术中，一般是750~800 °C。
[0014] 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： 1、 本发明开发了一种专门用于PERC太阳能电池的烧结方法，在升温阶段采用较高的 升温速率，使使铝硅尽快达到平衡，而减少Si向A1的扩散量和深度，从而降低铝硅空洞 比例；实验证明：与现有方法相比，采用本发明的方法得到的太阳能电池中铝硅空洞比例 减少60%以上，且开路电压提高了 2~3 mV，短路电流提升0. 01~0. 04A，电池效率提高了 0. 09~0. 19%，取得了意想不到的技术效果； 2、 本发明的方法简单易行，易于实现，成本较低，适于推广应用。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明实施例一中太阳能电池烧结处的局部SEM图。
[0016] 图2是本发明对比例一中太阳能电池烧结处的局部SEM图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合实施例对本发明进一步描述。
[0018] 实施例一： 一种PERC太阳能电池，其制备方法主要包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去 杂质玻璃、背面沉积氧化铝或氧化硅薄膜、沉积氮化硅保护膜、正面沉积氮化硅减反射层、 背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结，即可得到太阳能电池。
[0019] 其中，丝网印刷正背面金属浆料是指在背面印刷金属电极（如银浆）、铝浆，在正 背面印刷金属电极(如银浆)，然后进行烧结，烧结方法如下：包括升温和降温2个步骤，其 中，升温步骤一般分成三阶段：第一阶段，从室温升至30(TC左右，其主要功能是烘干驱赶 浆料中的挥发性有机物；第二阶段，从300°C左右升至670°C左右，其主要功能是形成铝背 场和硅铝合金接触；第三阶段，从670°C左右升至最高温（800°C左右），其主要功能是正面 银浆烧穿正面氮化硅膜，并与硅片的发射区（pn结区）形成银硅欧姆接触；其中，第二阶段 的升温速率为30°C /秒。
[0020] 图1是本实施例中太阳能电池烧结处的局部SEM图，由图可见，采用本发明的方法 后，铝和硅局部接触区域应是硅铝合金的区域没有形成空洞。
[0021] 实施例二： 一种PERC太阳能电池，其制备方法与实施例一相同；其烧结方法与实施例一也相同。 不同之处在于，其烧结工艺中，升温步骤为： 第一阶段，从室温升至300°C过程中的升温速率为10°C /秒； 第二阶段，从300°C左右升至670°C左右的升温速率为60°C /秒； 第三阶段，从670°C左右升至最高温（800°C左右）的升温速率为10°C /秒。
[0022] 实验证明，铝和硅局部接触区域应是硅铝合金的区域没有形成空洞。
[0023] 对比例一： 一种PERC太阳能电池，其制备方法主要包括如下步骤：制绒、扩散、背抛光、刻蚀和去 杂质玻璃、背面沉积氧化铝或氧化硅薄膜、沉积氮化硅保护膜、正面沉积氮化硅减反射层、 背面局部开口、丝网印刷正背面金属浆料、烧结，即可得到太阳能电池。
[0024] 其中，丝网印刷正背面金属浆料是指在背面印刷金属电极（如银浆）、铝浆，在正 背面印刷金属电极(如银浆)，然后进行烧结，烧结方法如下：包括升温和降温2个步骤，其 中，升温步骤一般分成三阶段：第一阶段，从室温升至30(TC左右，其主要功能是烘干驱赶 浆料中的挥发性有机物；第二阶段，从300°C左右升至670°C左右，其主要功能是形成铝背 场和硅铝合金接触；第三阶段，从670°C左右升至最高温（800°C左右），其主要功能是正面 银浆烧穿正面氮化硅膜，并与硅片的发射区（pn结区）形成银硅欧姆接触；其中，第二阶段 的升温速率为15°C /秒。
[0025] 图2是本对比例中太阳能电池烧结处的局部SEM图，由图可见，铝和硅局部接触区 域应是硅铝合金的区域形成了很大的空洞。
[0026]然后，对实施例和对比例得到的太阳能电池进行电性能测试，结果如下：
由上表可见，与对比例相比，采用本发明的方法制得的太阳能电池在开路电压和电池 效率等方面都有明显提尚，开路电压提尚了 2~3 mV，短路电流提升0. 01~0. 04A，电池效率提 高了 0. 09~0. 19%，取得了意想不到的效果。
【主权项】
1. 一种PERC太阳能电池的烧结方法，包括升温和降温2个步骤，其特征在于：所述升 温步骤中，从300 °C升温至660 °C过程中的升温速率为30~90 °C /秒。2. 根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于：从300°C升温至660°C过程中的升温 速率为50~90°C /秒。3. 根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于：从300°C升温至660°C过程中的升温 速率为60~80°C /秒。4. 根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于：从室温升温至300°C过程中的升温速 率为10~20°C /秒。5. 根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于：从660°C升温至最高温度的过程中的 升温速率为10~20°C /秒。6. 根据权利要求5所述的烧结方法，其特征在于：所述最高温度为800°C。
【专利摘要】本发明公开了一种PERC太阳能电池的烧结方法，包括升温和降温2个步骤，所述升温步骤中，从300℃升温至660℃过程中的升温速率为30~90℃/秒。本发明在升温阶段采用较高的升温速率，使铝硅尽快达到平衡，而减少Si向Al的扩散量和深度，从而降低铝硅空洞比例；实验证明：与现有方法相比，采用本发明的方法得到的太阳能电池中铝硅空洞比例减少60%以上，电池效率提高了0.14~0.30%左右，取得了意想不到的技术效果。
【IPC分类】H01L31/18
【公开号】CN104882515
【申请号】CN201510246112
【发明人】吴坚, 王栩生, 邢国强
【申请人】苏州阿特斯阳光电力科技有限公司, 盐城阿特斯协鑫阳光电力科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月14日