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一种PERC太阳能电池烧结炉及烧结方法与流程

作者:小编 点击: 发布时间:2025-09-30 18:10

  g22恒峰官方网站g22恒峰官方网站:目前,太阳能电池行业主流产品已经由传统的al-bsf(铝背场接触)电池升级为perc(passivatedemitterrearcell)太阳能电池,背面增加perc背钝化膜并且接触由全面接触优化为背面局域点接触,大幅降低了太阳能电池的背面复合损失,提高太阳能电池开路电压,使太阳能电池效率显著提高,目前量产的perc太阳能电池普遍效率可达到21%以上。然而人们对太阳能电池转换效率的期望并不止于此,当前perc电池转换效率的提升面临着巨大挑战。在perc太阳能电池使用的过程中,容易产生功率衰减现象,即随着使用时间延长,太阳能电池片的转换效率有所下降。经研究,其主要是载流子诱导衰减(cid)引起的。常规烧结处理后的perc太阳电池cid衰减率可达2~5%,严重影响太阳电池封装后功率水平。目前对有关载流子引起的衰减机理尚未达成共识,光伏业内目前对cid机理推测含以下几种原因:1)光致衰减(lid):电池在光照过程中引起的功率衰减,业内普遍认为lid主要受硼氧复合体和硼铁对引起;其衰减可达到3-7%,有些甚至可高达10%;2)光热衰减(letid):电池在高温以及光照条件下引起的功率衰减,其衰减可达到10%左右;3)氢致衰减(hid),钝化杂质和缺陷部位的氢键很容易被高温和/或光照破坏,进入硅片体内,诱发形成复合中心,引起衰减;4)金属溶解分散,金属沉淀在高温快烧的过程中分散形成间隙金属离子,金属原子可激活杂质,引起衰减。在现有技术中,对lid及其应对策略研究较多,但对cid的应对策略研究较少。因此,如何有效降低cid,进一步提升perc太阳能电池的转换效率,是本领域亟需解决的技术问题。技术实现要素:本发明所要解决的技术问题在于,提供一种perc太阳能电池烧结炉,其可有效降低perc太阳能电池的cid衰减,提升其转换效率。本发明还要解决的技术问题在于,提供一种perc太阳能电池烧结方法。为了解决上述技术问题,本发明提供了一种perc太阳能电池烧结炉,其包括炉体和贯穿设于所述炉体内的用于传输太阳能电池片的传送带;所述炉体包括沿传输带传输方向依次设置的烘干区、烧结区、退火区、光照区和冷却区;其中,所述退火区设有至少一个第一加热模块和至少一个第一排气模块,通过所述第一加热模块和第一模块的调节使得退火区具有第一温度范围;所述光照区设有至少一个光照模块、至少一个第一冷却模块和至少一个第二排气模块;通过所述第一冷却模块和第二排气模块的调节,使得光照区具有第二温度范围;所述第一温度范围的最低温度>所述第二温度范围的最低温度。作为上述技术方案的改进,第一温度范围为300-1000℃;所述第二温度范围为100-400℃。作为上述技术方案的改进,所述烘干区设有至少一个第三排气模块和至少一个第二加热模块,通过所述第二加热模块和所述第三排气模块的调节使得所述烘干区的温度为50-600℃;所述烧结区设有至少一个第四排气模块和至少一个第三加热模块,通过所述第三加热模块和第四排气模块的调节使得所述烧成区的温度为400-1000℃;所述冷却区设有至少一个第二冷却模块。作为上述技术方案的改进,所述第一温度范围为300-900℃;所述第二温度范围为100-400℃,第二时间为30-300s;所述烘干区的温度为200-400℃;所述烧成区的温度为500-900℃。作为上述技术方案的改进,所述烘干区对所述太阳能电池片的处理时间为10-120s;所述烧结区对所述太阳能电池片的处理时间为5-100s;所述退火区对所述太阳能电池片的处理时间为20-60s;所述光照区对所述太阳能电池片的处理时间为20-150s;所述冷却区对所述太阳能电池片的处理时间为5-90s。作为上述技术方案的改进,所述烘干区的入口、出口和所述退火区的出口均设有布风装置,通过所述布风装置在所述烘干区的入口、出口和所述退火区的出口形成惰性气体风墙。相应的,本发明还公开了一种基于上述perc太阳能电池烧结炉的perc太阳能电池烧结方法,其包括:(1)将印刷电极浆料后的太阳能电池片置于传送带上,并在传送带的传输下进入炉体;(2)通过烘干区将所述太阳能电池片烘干;(3)将烘干后的太阳能电池片在烧结区烧结;(4)将烧结后的太阳能电池片在退火区进行退火;(5)将退火后的太阳能电池片在光照区进行光照处理;(6)将光照处理后的太阳能电池片在冷却区冷却;其中,所述退火区设有至少一个第一加热模块和至少一个第一排气模块,通过所述第一加热模块和第一模块的调节使得退火区具有第一温度范围;所述光照区设有至少一个光照模块、至少一个第一冷却模块和至少一个第二排气模块;通过所述第一冷却模块和第二排气模块的调节,使得光照区具有第二温度范围;所述第一温度范围的最低温度>所述第二温度范围的最低温度。作为上述技术方案的改进,步骤(4)中,将烧结后的太阳能电池片在退火区由800-1000℃梯度降温至200-300℃。作为上述技术方案的改进,步骤(4)包括:(4.1)将烧结后的太阳能电池片从800-1000℃退火到200-300℃;(4.2)将太阳能电池片升温至500-700℃;(4.3)将太阳能电池片降温至200-300℃。作为上述技术方案的改进,步骤(5)中,太阳能电池片在光照区由300-500℃梯度降温至50-250℃。实施本发明,具有如下有益效果:本发明提供了一种perc太阳能电池烧结炉,其设有依次设有烘干区、烧结区、退火区、光照区和冷却区;将硅片在此烧结炉烧结时,在烧成后可在退火区内依次高温退火,在光照区内进行光照辅助二次退火,然后在冷却区冷却;该工艺在前期有效激活了太阳能电池中的氢、金属杂质和b-o复合体,在后期则有效促进了h和b-o复合体由不稳定态再生恢复为钝化稳定态,有效降低了perc太阳能电池的cid衰减率,提升了转换效率。通过本发明的制备方法,可将cid平均衰减率降低至1%以下,将太阳能电池的效率绝对值提升0.1~0.3%;对品质较差的太阳能电池片,cid平均衰减率可降低至1.5%以内,转换效率提升0.1-0.25%。附图说明图1是本发明一实施例之中perc太阳能电池烧结炉的结构示意图;图2是本发明烘干区的结构示意图;图3是本发明烧成区和退火区的结构示意图;图4是本发明光照区的结构示意图;图5是本发明perc太阳能电池烧结方法的流程图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明,本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词,仅以本发明的附图为基准,其并不是对本发明的具体限定。参考图1,本发明提供了一种perc太阳能电池烧结炉,其包括炉体100和贯穿设于炉体100内的用于传输太阳能电池片200的传送带300;炉体100包括沿穿戴传输方向依次设置的烘干区1、烧结区2、退火区3光照区4和冷却区5。参考图2,烘干区1设有至少一个第三排气模块11和至少一个第二加热模块12;其中,第三排气模块11包括排气口、抽风机和气体处理装置;通过抽风机抽风可将烘干区1产生的有机废气快速排出,防止其与太阳能电池片发生反应。第二加热模块12包括对称设在传送带300上方的第二上加热模块13和第二下加热模块14;其中,每个第二上加热模块13和第二下加热模块14单独控制,以方便调节烘干区的温度曲线,实现电池片的快速干燥。通过上述第三排气模块11和第二加热模块12的联合调控,可将烘干区的温度控制在50-600℃,优选的,烘干区的温度为200-400℃。进一步的,在烘干区1的入口和出口还设有布风装置6,其可在烘干区的入口和出口形成惰性气体风墙,一方面可防止有机气体扩散至烧成区或外部环境中;另一方面也可维持烘干区1的惰性气体气氛,防止更多的o进入电池片,形成更多的b-o复合体,降低太阳能电池的转换效率。具体的,惰性气体可选用ar和/或n2,但不限于此。优选的,选用n2。参考图3,烧结区2设有多个第四排气模块21和多个第三加热模块22;其中,第四排气模块21包括排气口、抽风机和气体处理装置;通过第四排气模块21可快速排出烧结过程中产生的废气,也能协助维持烧结区的温度。第三加热模块22包括对称设在传送带300上方的第三上加热模块23和第三下加热模块24;其中,每个第三上加热模块23和第三下加热模块24单独控制。通过第四排气模块21和第三加热模块22的协同调节,将烧结区2的温度控制为400-1000℃;优选的,烧结区2的温度为500-900℃。进一步的,为了提升烧结效果,在本发明中,通过单独控制第三上加热模块23和第三下加热模块24,可控制烧结过程中电池片上下表面温度不同,具体的为下表面温度大于上表面温度;更具体的,控制电池片上表面温度-上表面温度=20-40℃。这种设置可以使得成分不同的正面电极浆料(银浆)和背面电极浆料(含有部分铝)充分烧结,达到良好的烧结效果;也可有效防止硅片翘曲;此外,背面氧化铝钝化层中含有大量的h,下表面温度较高,可排出部分无效h,降低无效h造成的cid衰减。参考图3,退火区3设有多个第一排气模块31和多个第一加热模块32。其中,第一排气模块31包括排气口、抽风机和气体处理装置;通过第一排气模块31可协助调解退火区3的温度。第一加热模块32包括对称设在传送带300上方的第一上加热模块33和第一下加热模块34;其中,每个第一上加热模块33和第一下加热模块34单独控制。通过第一排气模块31和第一加热模块32的协同调节,可将退火区3的温度控制为300-1000℃;优选的,退火区3温度为300-900℃。进一步的,为了优化退火结果,在本发明中,通过单独控制第一上加热装置33和第一下加热装置34,可控制退火过程中电池片上下表面温度不同,具体的下表面温度大于上表面温度;更具体的,控制上表面温度-上表面温度=20-40℃。进一步的,为了优化烧结和退火效果,在本发明中,在烧结区2入口和退火区3出口设有布风装置6,其可在烧结区2的入口和退火区3出口形成惰性气体风墙,可维持烧结区2和退火区3的惰性气体气氛,防止更多的o进入电池片,形成更多的b-o复合体,降低太阳能电池的转换效率。具体的,惰性气体可选用ar和/或n2,但不限于此。优选的,选用n2。参考图4,光照区4包括多个光照模块41、多个第一冷却模块42和多个第二排气模块43。其中,光照模块41设置在传送带300上方,第一冷却模块42设置在传送带300下方。第二排气模块43包括排气口、抽风机和气体处理装置。通过第一冷却模块42和第二排气模块43的协同调节,将光照区4的温度维持在100-400℃,优选的,光照区4的温度维持在200-400℃。冷却区5包括多个第二冷却模块51;第二冷却模块51包括对称设置在传送带300上方和下方的第二上冷却模块52和第二下冷却模块。通过第二冷却模块51的控制,可将冷却速率维持在2-30℃/s。相应的,本发明还提供了一种基于上述烧结炉的perc太阳能电池烧结方法,参考图5,其包括以下步骤:s1:将印刷电极浆料后的太阳能电池片置于传送带上,并在传送带的传输下进入炉体;s2:通过烘干区将所述太阳能电池片烘干;烘干可使得浆料中的有机体挥发、分解,避免有机物与电池反应,使得电极与电池之间的欧姆接触变差。具体的,烘干温度为50-600℃,烘干时间为10-120s;优选的,烘干温度为200-400℃,烘干时间为10-60s。其中,烘干时间是指烘干工序的总体时间。进一步的,为了提升烘干效果,烘干过程中温度梯度设置,即温度呈现梯度上升设置。s3:将烘干后的太阳能电池片在烧结区烧结;烧结过程中电极浆料中的有机组分进一步挥发和分解,玻璃相腐蚀氮化硅膜层,使得电极浆料与硅片在高温下共熔,形成欧姆接触。具体的,烧结温度为400-1000℃,当烧结温度>1000℃时,会使得玻璃层变厚,接触电阻变大、填充因子下降,降低太阳能电池的效率。优选的,烧结温度为500-900℃。其中,烧结时间为5-100s,优选的为5-30s。具体的,烧结时间是指烧结工艺的总体时间,并非仅为保温时间。s4:将烧结后的太阳能电池片在退火区进行退火;其中,退火温度为300-1000℃,退火时间为20-600s;优选的,脱货温度为300-900℃,退火时间为50-120s。高温退火使太阳能电池内部缺陷充分修复或转化为低复合结构。退火的温度程序也影响了太阳能电池的转化效率。具体的,在本发明的一实施例之中,将烧结后的太阳能电池坯体由800-1000℃梯度降温至200-300℃,降温时间为50-120s。其中,所述梯度降温是指在一时间段内,维持一较高温度,然后在下一个时间段内,降低至一较低温度,并维持此温度。这种降温曲线有利于充分发挥高温退火的钝化作用。在本发明的另一个实施例之中,退火的温度程序如下:(1)将烧结后的太阳能电池片从800-1000℃退火到200-300℃;具体的,在20-60s内,将太阳能电池片从800-1000℃梯度降温到200-300℃。(2)将太阳能电池片升温至500-700℃;具体的,将太阳能电池片在15-60s内加热至500-700℃;(3)将太阳能电池片降温至200-300℃;具体的,将太阳能电池片在15-60s内降温至200-300℃;进一步的,控制步骤s4的总处理时间为50-120s。上述高温退火工艺可使太阳能电池内部缺陷充分修复或转化为低复合结构。需要说明的是,在常见的太阳能电池生产过程中,也进行高温退火,其主要作用是降低光致衰减(lid)。但载流子衰减(cid)与光致衰减(lid)是不同的。两者的产生机理、测试方法均不同。对于产生机理方面而言,目前学界对于lid的产生机理有明确的认识——主要是硅材料内的硼氧对和硼铁对缺陷;但对于cid的产生机理尚未有明确的结论,lid与cid之间究竟有何种关系,也未有明确的结论。对于测试方法而言,两者的测试条件也是不同的。lid的测试条件是:1)光照强度在1000±50w;2)光衰设定5kw·h或30kw·h;3)样品温度调整控制在60-70℃。cid的测试条件是:将太阳能电池放置在110℃封闭暗室中,在0.5a连续正向电流通电条件下持续处理8h。虽然两者不同之处较多,但可以肯定的是,lid和cid两者都对太阳能电池性能影响巨大,需要对两者都进行处理。然而,在现有文献中,多集中于对lid的处理,往往忽视对cid的处理。发明人经过研究发现,在lid处理以后,lid会降低至1%左右,但是cid仍然可达到2-4%。为了进一步对cid进行处理,本发明还设有下述步骤:s5:将退火后的太阳能电池片在光照区进行光照处理;具体的,光照温度为20-500℃,光照处理的光照强度范围为20-150kw/m2,光照时间为10-600s;优选的,光照温度为100-400℃,光照时间为30-300s。通过光源辐射退火,可充分激活perc电池正背表面钝化膜层结构内部氢原子转化为钝化活性较高的h-离子对硅片内部杂质缺陷进行钝化,有效提高太阳电池内少子寿命,提高太阳电池转换效率,同时钝化后的perc太阳电池具有稳定的低cid衰减特性。进一步的,在上述步骤中,控制温度在一范围内变化,以促进处理效果。具体的,在本发明的一实施例之中,太阳能电池片温度由300-500℃梯度降温至50-250℃,降温时间为30-300s。其中,所述梯度降温是指在一时间段内,维持一较高温度,然后在下一个时间段内,降低至一较低温度,并维持此温度。各个时间段是相同的。在本发明的另一实施例之中,光照处理的温度程序如下:(1)将太阳能电池片由300-500℃梯度降温至100-250℃;具体的,在15-200s内,将太阳能电池片从300-500℃梯度降温至100-250℃;优选的,在40-80s内,将太阳能电池片从300-350℃梯度降温至220-250℃。(2)维持太阳能电池片温度为100-250℃恒定;具体的,该步骤的处理时间为10-120s,优选为20-40s。s6:将光照处理后的太阳能电池片在冷却区冷却;具体的,降温速率为2-30℃/s,降温时间为5-90s;优选的,降温时间为10-60s。降温后,太阳能电池片的温度达到50℃以下,使太阳电池内部缺陷充分沉淀并达到稳定状态。下面以具体实施例进一步说明本发明:实施例1本实施例提供一种perc太阳能电池的烧结方法,其包括:(1)将印刷电极浆料后的太阳能电池片置于传送带上,并在传送带的传输下进入炉体;(2)通过烘干区将所述太阳能电池片烘干;具体的,烘干温度曲线)将烘干后的太阳能电池片在烧结区烧结;具体的,烧结过程中,温度曲线)将烧结后的太阳能电池片在退火区进行退火;具体的,退火过程中,温度曲线)将退火后的太阳能电池片在光照区进行光照处理;具体的,光照处理过程中,led光照强度为60kw/m2;温度曲线℃,处理时间80s。(6)将太阳能电池冷却;降温速率为6℃/s,处理时间30s,降至室温。实施例2本实施例提供一种perc太阳能电池的烧结方法,其包括:(1)将印刷电极浆料后的太阳能电池片置于传送带上,并在传送带的传输下进入炉体;(2)通过烘干区将所述太阳能电池片烘干;具体的,烘干温度曲线)将烘干后的太阳能电池片在烧结区烧结;具体的,烧结过程中,太阳能电池片上表面温度曲线℃;下表面的温度曲线)将烧结后的太阳能电池片在退火区进行退火;具体的,退火过程中,太阳能电池片上表面温度曲线℃;下表面的温度曲线)将退火后的太阳能电池片在光照区进行光照处理;具体的,光照处理过程中,led光照强度为60kw/m2;温度曲线℃,处理时间80s。(6)将光照处理后的太阳能电池片在冷却区冷却;降温速率为7℃/s,处理时间30s,降至室温。将实施例1-2中的太阳能电池做测试,结果如下:转换效率(%)cid(%)实施例122.424%1.05%实施例222.463%0.96%以上所述是发明的优选实施方式,应当指出,对于本

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