用于生产具有稳定效率的光伏元件的方法和设备技术

提供一种用于生产具有稳定效率的光伏元件的方法以及用于执行该方法的例如特殊改造过的连续炉形式的设备。设置有发射极层和电触点的硅基板经历稳定化处理步骤。在该步骤中，例如在最高温度的区(2)中将例如来自氢化氮化硅层的氢引入到硅基板中。然后在区(3)中有目的地快速冷却硅基板，以免氢渗出。然后例如在区(4)中，将硅基板在230℃至450℃的温度范围内有目的地保持例如至少10秒。先前引入的氢由此呈现有利的结合状态。同时或者随后，通过在至少90℃，优选至少230℃的温度在该基板中产生额外的少数载流子来执行再生。总之，利用所提出的方法，可以显著加速光伏元件生产中的再生工艺，使得再生工艺可以例如在适当改造过的连续炉中进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过稳定化处理步骤使效率稳定的生产光伏元件的方法。具体来说，本专利技术涉及一种用于基于掺硼的含氧硅基板生产太阳能电池的方法。本专利技术还涉及一种用于在光伏元件的生产中处理硅基板的设备，其中该设备用于执行根据本专利技术的方法的稳定化处理步骤。
技术介绍
作为光伏元件的太阳能电池用于将光转换为电流。已经例如在发射极区和基极区之间的pn结在空间上分离的光生载流子对必须由此利用太阳能电池的电触点提供给外部电路。必须在太阳能电池的发射极和基极二者设置用于此目的的电触点结构。当今主要基于作为半导体基板材料的硅来制造太阳能电池。因此经常以单晶或多晶晶片的形式提供硅基板。已经多次观察到，在基于硅晶片生产太阳能电池的情况下，可能出现太阳能电池的效率随着时间而降低退化效应。已经观察到超过1% abs的显著效率损失。DE102006012920A1公开一种用于生产具有稳定效率的光伏元件的方法。其中公开的专利技术至少部分属于与本申请相同的专利技术人。在那时就认识到，通过在光伏元件上执行稳定化处理步骤，可以使光伏元件的效率稳定，也就是说，可以防止退化，在该稳定化处理步骤中，将光伏元件在升高的温度范围内保持足够长的时间段，并且同时例如通过照射或者通过施加电压，在硅基板中产生额外的少数载流子。然而，迄今为止人们假定，为了能够实现效率的足够稳定化，硅基板必须经历稳定化处理步骤的加工时间应当较长。特别是自动化工业生产线的情况下，这可能导致延时，并且因此导致生产瓶颈的形成。
技术实现思路
因此可能需要一种用于生产具有稳定效率的光伏元件的改进方法。具体来说，可能需要在短的加工时间内使效率稳定的方法。此外，可能需要一种用于在光伏元件的生产中处理硅基板的设备，该设备尤其允许执行上述方法的稳定化处理步骤。根据独立权利要求的方法和设备可以满足这种要求。在从属权利要求和以下说明中描述了本专利技术的实施例。根据本专利技术的第一方面，公开一种用于以提高的效率生产光伏元件的方法，该方法包括以下步骤:准备硅基板。在所述硅基板的表面形成发射极层。在所述硅基板上进一步形成电触点。所述方法的特征在于另外执行稳定化处理步骤。该步骤包括在所述硅基板中有目的地引入氢。在所述氢已经被引入到所述硅基板中时，使所述硅基板处于至少90°C，优选至少230°C的温度，在所述硅基板中产生额外的少数载流子。根据本专利技术的第二方面，公开一种用于在光伏元件的生产中处理硅基板的设备，其中所述设备配置为执行根据本专利技术的方法的稳定化处理步骤。所述设备可以例如是具有可以调节到不同温度的多个区的连续炉的形式，并且可以具有可以用来在所述硅基板中产生少数载流子的照射装置。所述多个区的温度被控制并且包括所述照射装置的所述设备被配置为使得穿过所述连续炉的硅基板首先在高温区中在高于650°C的温度被短时间加热，然后在冷却区中以在高于550°C时至少ΙΟΚ/s的冷却速度冷却到低于450°C的温度，然后在温度保持区中以230°C和450°C之间的温度可选地保持至少10秒，同时或者随后，在至少90°C的温度，优选在高于230°C的温度以大于0.3kW/m2的照射强度照射所述硅基板。在不限制本专利技术的保护范围的情况下，根据本专利技术的方法或者根据本专利技术的设备的实施例所涉及的思想可被认为部分基于下面描述的概念和发现:利用适当的稳定化处理步骤来保护或稳定光伏元件的生产中使用的硅基板以对抗会在光伏元件工作期间出现的退化，这有时也被称为再生，其可能性在相当长的时间以来已经为人所知。在DE102006012920A1中详细描述了稳定化处理步骤可以如何来执行的细节以及推测的隐藏在其后的作用机理。现在已经认识到，利用附加的加工步骤或者适当选择的参数，可以显著提高稳定化处理步骤期间的再生速度，并且为了实现最终生产出的光伏元件的足够的效率稳定化而执行稳定化处理步骤的时间段可以因此尽可能短。具体来说，已经观察到再生速度似乎显著依赖于实际再生操作期间，即，在升高的基板温度下硅基板中产生额外的少数载流子期间，硅基板中存在的氢的量。此外，氢如何在硅基板中分布以及硅基板内氢的结合状态似乎也是重要的。因此，首先提出将氢有目的地引入到硅基板中。如下文更详细地描述的，这可以用各种方式来实施。然后发现至少短时间例如至少5秒或者至少10秒地将硅基板保持在230°C至450°C的温度范围内是有利的。似乎硅基板保持的温度越高，所选择的保持时间可以越短。据推测，以这种方式将硅基板保持在升高的温度对先前引入的氢的结合状态具有有利的影响。然后可以通过在硅基板保持在至少90°C，优选至少高于230°C，但优选低于450°C的升高温度期间，在硅基板中产生额外的少数载流子来执行实际的再生操作。如上所述，在硅基板保持在230°C至450°C的温度范围内期间，在硅基板中可选地产生额外的少数载流子。已经观察到，通过有目的地引入氢并且随后在升高的温度再生，可以显著加速再生操作。不像之前认为的那样至少需要几分钟，据推测，可以在几秒内执行再生，并且可以在例如连续炉这样的单个设备内适当地执行整个稳定化处理步骤。在工业上常使用的在连续炉中烧制丝网印刷触点的生产工序中，可以修改连续炉，使得也可以同时执行该稳定化处理步骤。利用这种适当修改的连续炉，可以由此同时执行通过烧制丝网印刷金属糊料进行触点形成和硅基板的再生，并且由此实现最终生产的太阳能电池的效率稳定化。根据一个实施例，在高于650°C的温度引入氢，随后以在高于550°C时至少lOK/s，优选至少20K/s，更优选至少30K/s并且进一步优选至少60K/s的冷却速度的斜坡冷却到450°C。换句话说，可以首先将硅基板加热到高于650°C，以使氢进入，然后快速冷却到低于450°C，其中至少冷却到550°C是以至少lOK/s的冷却速度特别快速地进行的。在显著高于450°C，特别是高于550°C的高温，氢能够非常快地，也就是说，在几秒内或几分之一秒内扩散到硅基板中，并且优选地尽可能均匀地分布在其中。例如，在足够高的温度，从含氢层施加到硅基板的氢能够快速地扩散到下面的硅基板中。然而，已经认识到存在如下危险:如果高温持续太长时间，并且氢源随着时间而耗尽，则氢也可能再次扩散到硅基板之外，也就是说，可能发生氢的渗出。特别是在硅基板的表面，即，例如最终的太阳能电池中发射极层所处之处，可能存在氢的耗尽，并且太阳能电池因此对缺陷引起的退化效应特别敏感。由于氢明显表现为支持随后进行的再生，因此要尽可能避免氢渗出。因此提出，在足够高的温度引入氢之后，非常快地降低温度，S卩，以高冷却速度将硅基板冷却到低于450°C，使氢能够扩散到硅基板之外的时间段尽可能短。如果氢源接近耗尽，即，可能不再提供氢，例如，太长的高温阶段之后，或者如果例如因为温度太低而氢源不再能够释放氢，那么尤其需要这种快速冷却。随后硅基板可以在低于450°C的温度保持足够长的时间段，在这种相对低的温度氢几乎不可能渗出，但是在硅基板内氢很可能呈现再生所需的结合状态。根据一个实施例，在再生期间，通过利用波长小于1180nm的光，以大于0.3kff/m2,优选大于lkW/m2，更优选大于3kW/m2的照射强度进行照射，可以产生额外的少数载流子。已经观察到，再生进行得越快，也就是说，再生速度越大，额外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产具有稳定效率的光伏元件的方法，包括以下步骤：提供硅基板；在所述硅基板的表面形成发射极层；在所述硅基板上形成电触点；其特征在于所述方法还包括稳定化处理步骤，所述稳定化处理步骤包括：将氢引入到所述硅基板中；以及使所述硅基板处于至少90℃的温度而在所述硅基板中产生额外的少数载流子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿克塞尔·埃尔古特，斯文嘉·威尔金，
申请(专利权)人：康斯坦茨大学，
类型：发明
国别省市：德国;DE