一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池技术领域，具体公开了一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，包括：预先准备前后表面均制备有图案化的金属栅线的晶硅太阳能电池；对晶硅太阳能电池的前后表面的金属栅线进行烘干处理，将金属栅线中的有机材料挥发，以使金属栅线固化；再采用激光照射晶硅太阳能电池的前后表面的金属栅线，并在金属栅线上加载正向偏压，以对金属栅线进行烧结；晶硅太阳能电池为N型电池；正向偏压为1.0～15.0V，加载时间为0.1～2.5s。该方法可显著降低激光烧结的峰值功率，缩短烧结时间，扩大工艺窗口，降低了对激光系统稳定性的要求，提高电池的金属化性能；且兼顾了接触性能、处理效率及产能。效率及产能。效率及产能。

【技术实现步骤摘要】
一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法。

技术介绍

[0002]当前，商业化的晶硅太阳能电池的主要金属化方式为：先丝网印刷金属栅线，再进行高温烧结；高温烧结后，金属栅线与硅形成接触，实现光生载流子的收集与输出。然而，采用烧结炉进行高温烧结存在诸多的不足：1)能耗高；烧结炉需要持续的热能将峰值温度维持在800～950℃。2)导致非金属接触区域的性能降低；例如，电池片通过金属履带传输进入烧结炉后，电池片的金属接触区域和非金属接触区域都会经过高温，而非金属接触区域的钝化膜在经过高温时会有部分的氢流失，甚至出现结晶现象，导致非金属接触区域的钝化性能降低。3)导致氢致衰减；一部分钝化膜中的氢会被高温趋入到硅片中，这部分的氢与硅中的硼或磷掺杂原子形成能导致氢致衰减的前驱体，在光热过程中这些前驱体会转化成诱发衰减的缺陷，进而导致电池片性能衰减。4)需要平衡电池片前后表面的最佳烧结温度；电池片前后表面的掺杂类型及曲线均不一样，导致电池片这两面对应的最佳烧结温度也不一样，然而电池片在烧结炉中是通过一次烧结来同时完成这两面的金属化，故而烧结温度需要权衡考虑前后表面，进而无法使这两面分别达到最佳的烧结温度。
[0003]而随着激光技术的成熟，激光在商业化晶硅太阳能电池中的运用越发普及。如：激光选择性掺杂、激光退火、激光开膜、激光转印、激光烧结、激光调控氢钝化等。采用激光加热烧结金属栅线具有诸多的优势：激光仅需集中能量加热金属栅线的区域，能耗和成本较低；电池片非金属接触区域不会被加热，不存在非金属接触区域钝化性能的降低及氢致衰减；电池片前后表面可以采用不同的激光工艺，前后表面可以分别优化至最佳的烧结温度，不需要权衡考虑前后表面。然而，将激光烧结运用到晶硅太阳能电池产业化的过程中，也面临着如下挑战：1)工艺窗口窄；烧结的过程中，金属栅线的峰值温度需要达到800～950℃。而当激光的脉宽过窄时，单次脉冲能量过高，熔化金属栅线的同时会导致部分金属栅线直接气化，难以形成有效的金属栅线
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硅接触，且金属栅线的形貌也会被严重破坏；而当激光脉冲过宽时，单次脉冲能量较低，金属栅线熔化耗时较长，虽然金属栅线
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硅接触充分，但是，电池片表面的激光损伤变大，金属复合显著增加。2)对激光的系统稳定性要求较高；激光烧结电池片的过程中，需要激光器持续稳定地输出高功率光斑，快速地扫描金属栅线，要最大限度的保证不同位置的金属栅线上烧结的均匀性，激光参数的波动(如能量、扫描速度、聚焦等)均会导致烧结不良，且随着电池片尺寸的不断增加，金属栅线的长度随之增加，对激光系统稳定性的品质要求也越发严苛。
[0004]当前，最常见的晶硅太阳能电池为P型PERC电池，其前表面发射极丝网印刷银栅线后，高温烧结过程中银栅线与硅形成欧姆接触大体可以分为三个阶段：1.银浆料中的银粉与空气中的氧反应，失去电子变成银离子；2.银离子在银浆料熔融的玻璃材料中流动到达硅的接触界面；3.银离子与硅发生反应，“夺取”硅中的电子，还原成银颗粒并附着在硅的表
面，而硅失去电子被氧化形成氧化硅玻璃。而得益于高效率、零光致衰减、低LeTID衰减、低温度系数及良好的弱光响应等优点，N型电池(如PERT、TOPCon、IBC、HJT等)市场规模逐渐增加。与P型电池不同的是，N型电池的前表面的发射极为硼掺杂的发射极，多数载流子为空穴而非电子，故而，在相同的烧结温度和烧结时间下，银离子在上述步骤3中难以获取足够的电子发生还原反应形成银颗粒，导致接触电阻过大。因此，相比于P型电池发射极的金属化，N型电池发射极的金属化需要更高的烧结温度和更长的烧结时间，如此，N型电池的激光烧结将面临更大的困难与挑战。
[0005]而为了扩大激光烧结的工艺窗口，提高激光烧结工艺的稳定性，公开号CN102723267A提供的一种晶体硅太阳能电池制造方法及激光二次烧结方法，提出了激光二次烧结的技术方案：先采用高峰值能量短脉冲的激光，熔化金属电极(电极采用条栅线制成)并破坏钝化膜以形成点接触；然后采用低峰值能量长脉冲的激光，进一步熔化金属电极，在较长的烧结时间里实现金属电极和硅的充分合金接触。然而，此烧结方法存在三方面的不足：1)其激光烧结仅运用在电池片后表面的背场上形成金属电极，激光烧结工艺参数并未涉及前表面发射极的金属电极的形成；2)激光的光斑为点状光斑，且金属电极为整面电极，烧结处理速度较慢，产能低；3)其激光烧结条件难以满足N型电池前表面的硼掺杂发射极的金属化需求。
[0006]公开号CN113437178A提供的一种选择性激光烧结制备太阳能电池金属化电极的方法，具体公开了：采用与金属电极宽度大小一致的激光光斑照射到金属电极上并进行扫描，使金属电极热熔、固化及烧结。此方案虽然涉及电池片前表面发射极的金属电极的激光烧结，激光扫描区域仅在金属电极上；然而，此方案依然存在两方面的不足：1)其并未公开激光光斑的形状，且其是激光依次扫描电池片的前表面和后表面，处理速度较慢，产能较低；2)其也未提出针对N型电池前表面的硼掺杂发射极的激光烧结的技术方案。
[0007]公开号CN111742417A提供的一种改善硅太阳能电池的接触格与发射极层之间的欧姆接触特性的方法，其采用如下方案：通过外接电压源来接通电池片的正负电极，给电池片加一个反向电压，与此同时，用点光源照射电池片的受光面(即前表面)，让照射区域产生超大的电流密度。如此，通过加载反向电压，强制让点光源照射产生超大的电流密度，从硅片
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电极接触处输出，以使金属接触区域产生高温形成二次熔融烧结，降低接触电阻损失。然而，此方案存在两方面的不足：1)其激光修复接触的过程是在电池片完成金属化烧结后，故而多了一个工序，提高了成本；2)诱发激光二次烧结的过程是间接形成的，即激光点光源在电极两侧并施加反向电压，通过产生超大的光生电流在接触不良区域(也即较高接触电阻的区域)的定向流动来实现二次烧结，而不是用激光光斑直接照射至金属电极上来激光加热完成二次烧结，该激光修复接触过程的效率较低。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法。
[0009]基于此，本专利技术公开了一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，包括如下步骤：
[0010]步骤一、预先准备前表面和后表面上制备有图案化的金属栅线的晶硅太阳能电池；
[0011]步骤二、对晶硅太阳能电池的前表面和后表面的金属栅线进行烘干处理，将金属栅线中的有机材料挥发，以使金属栅线固化；
[0012]步骤三、采用激光照射晶硅太阳能电池的前表面和后表面的金属栅线，并在晶硅太阳能电池的金属栅线上加载正向偏压，以对金属栅线进行烧结；
[0013]其中，所述晶硅太阳能电池为N型电池；
[0014]步骤三中，所述正向偏压为1.0～15.0V，加载时间为0.1～2.5s。
[0015]其中，步骤三中，所述正向偏压的加载时间与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、预先准备前表面和后表面上制备有图案化的金属栅线的晶硅太阳能电池；步骤二、对晶硅太阳能电池的前表面和后表面的金属栅线进行烘干处理，将金属栅线中的有机材料挥发，以使金属栅线固化；步骤三、采用激光照射晶硅太阳能电池的前表面和后表面的金属栅线，并在晶硅太阳能电池的金属栅线上加载正向偏压，以对金属栅线进行烧结；其中，所述晶硅太阳能电池为N型电池；步骤三中，所述正向偏压为1.0～15.0V，加载时间为0.1～2.5s。2.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤三中，所述正向偏压的加载时间与激光的烧结时间相同；所述正向偏压通过外部电源加载获得。3.根据权利要求1所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，采用激光照射所述N型电池的前表面和后表面上的金属栅线，以烘干金属栅线。4.根据权利要求3所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述激光的类型为脉冲激光，激光的频率为50～500kHz，峰值能量为0.1～2.0J/cm2；步骤三中，所述激光的类型为脉冲激光，激光的频率为50～500kHz，峰值能量为2.0～10.0J/cm2；步骤二和步骤三中，所述激光的扫描速度为4～20m/s。5.根据权利要求4所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中所述脉冲激光的激光频率小于或等于步骤三中脉冲激光的激光频率，步骤二中脉冲激光的峰值能量小于步骤三中脉冲激光的峰值能量；步骤三中，前表面金属栅线的脉冲激光的峰值能量大于后表面金属栅线的脉冲激光的峰值能量。6.根据权利要求3所述的一种晶硅太阳能电池激光烧结的方法，其特征在于，步骤二中，所述激光的类型为连续激光，激光输出功率为0.1～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚勇杰，熊佛关，张菲，王秀锋，
申请(专利权)人：浙江久曜激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：