太陽能電池片熱處理工藝發(fā)明內(nèi)容

太陽能電池片熱處理工藝專利目的

《太陽能電池片熱處理工藝》目的是提供一種太陽能電池片熱處理工藝，進一步提高電池片光電轉(zhuǎn)換效率，提高經(jīng)濟效益。

太陽能電池片熱處理工藝技術(shù)方案

一種太陽能電池片熱處理工藝，包括：a）從經(jīng)過印刷燒結(jié)后的太陽能電池片中，篩選出轉(zhuǎn)換效率低于18%，且填充因子在70%以上的電池片；b）對篩選出的電池片進行低溫退火，以提高所述篩選出的電池片的轉(zhuǎn)換效率，所述低溫退火的溫度低于正常的燒結(jié)溫度；c）對經(jīng)低溫退火后的電池片進行分揀測試，篩選出填充因子下降的電池片；d）對步驟c）中篩選出的電池片進行重新燒結(jié)，以提高所述電池片的填充因子，所述重新燒結(jié)的溫度與正常燒結(jié)溫度相同；e）對經(jīng)重新燒結(jié)的電池片進行分揀測試，篩選出轉(zhuǎn)換效率低于18%的電池片，返回步驟b），直至篩選出的大部分或全部電池片的轉(zhuǎn)換效率均高于18%，且填充因子在70%以上。

優(yōu)選的，所述電池片的基底材料為單晶硅，所述篩選出的電池片為因單晶硅拉制過程中引入的缺陷導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換效率低的太陽能電池片。

優(yōu)選的，在印刷燒結(jié)之前還包括：電池片表面的制絨過程、擴散制結(jié)過程和周邊等離子刻蝕過程，所述擴散制結(jié)過程為，在電池片的正面進行擴散制結(jié)，在電池片的背面擴散制作背場。

優(yōu)選的，進行周邊等離子刻蝕過程后還包括，沉積減反射膜過程和印刷電極過程，所述沉積減反射膜過程為，在電池片的正面和背面先后均進行減反射膜的沉積。

優(yōu)選的，制作所述電池片的基底材料為N型單晶硅。

優(yōu)選的，所述低溫退火的時間為30秒-4分鐘。

優(yōu)選的，所述低溫退火的溫度為250攝氏度-550攝氏度。

優(yōu)選的，所述減反射膜為富氫的氮化硅薄膜、富氫的氮氧化硅薄膜和富氫的氮化鈦薄膜中的至少一種。

優(yōu)選的，所述低溫退火過程可在非氧化性氣氛下進行。

太陽能電池片熱處理工藝改善效果

《太陽能電池片熱處理工藝》實施例提供的太陽能電池片熱處理工藝，通過篩選出轉(zhuǎn)換效率偏低的太陽能電池片，并對篩選出的電池片進行低溫退火，即重新返燒過程，由于篩選出的電池片轉(zhuǎn)換效率低是由在硅基底材料制備過程中引入的缺陷引起的，這些缺陷在太陽能電池片的制備過程中是無法完全消除的，但是該實施例中以低于正常燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間進行重新返燒，可使減反射膜中具有鈍化作用的元素（主要為氫元素）進一步的鈍化基底材料中的缺陷，即可進一步的減少基底材料中的缺陷從而提高了晶體硅太陽能電池片的轉(zhuǎn)換效率。

在經(jīng)過低溫退火之后，由于低溫退火過程可能導(dǎo)致電池片柵線中的玻璃體性質(zhì)發(fā)生變化，從而可能導(dǎo)致填充因子下降，進而也會影響電池片的轉(zhuǎn)換效率，因此對填充因子下降的電池片再次以正常燒結(jié)溫度進行燒結(jié)，從而提高其填充因子。

低溫退火和重新燒結(jié)過程循環(huán)進行，低溫退火過程可以修復(fù)單晶硅和多晶硅基底材料中的缺陷，而重新進行的正常燒結(jié)過程又可以修復(fù)低溫退火過程產(chǎn)生的缺陷，兩個處理過程相互配合，在每一步驟后都會得到轉(zhuǎn)換效率高于18%，且填充因子在70%以上的電池片，之后再對剩余不滿足要求的電池片進行處理，如此往復(fù)，經(jīng)過一步步的篩選、返燒等，能夠使大部分或全部電池片的轉(zhuǎn)換效率和填充因子滿足要求，即大大減少了低效片的數(shù)量，提高了經(jīng)濟效益。

太陽能電池，也稱光伏電池，是一種將太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件。由于它是綠色環(huán)保產(chǎn)品，不會引起環(huán)境污染，而且是可再生資源，所以在能源短缺的情形下，太陽能電池是一種有廣闊發(fā)展前途的新型能源。截至2011年9月，80%以上的太陽電池是由晶體硅（單晶硅和多晶硅）材料制備而成，因此，制備高效率的晶體硅太陽電池對于大規(guī)模利用太陽能發(fā)電有著十分重要的意義。

2011年9月前，晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)過程已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，其主要步驟如下：

步驟S11、化學(xué)清洗硅片表面以及表面織構(gòu)化處理（即表面制絨），通過化學(xué)反應(yīng)在原本光滑的硅片表面形成凹凸不平的結(jié)構(gòu)，以增強光的吸收；

步驟S12、擴散制結(jié)，將P型（或N型）的硅片放入擴散爐內(nèi)，使N型（或P型）雜質(zhì)原子接觸硅片表面層，通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴散，形成PN結(jié)，使電子和空穴在流動后不再回到原處，這樣便形成電流，也就是使硅片具有光伏效應(yīng)，擴散的濃度、結(jié)深以及擴散的均勻性直接影響太陽能電池的電性能，擴散進雜質(zhì)的總量用方塊電阻來衡量，雜質(zhì)總量越小，方塊電阻越大，轉(zhuǎn)換效率越低，在常規(guī)P型晶體硅太陽能電池中，一般只在電池正面進行擴散制結(jié)，在N型晶體硅太陽能電池中，還會在電池背面采用擴散工藝形成背場，所述P型晶體硅包括P型的單晶硅和多晶硅，同理，所述N型晶體硅包括N型的單晶硅和多晶硅；

步驟S13、周邊等離子刻蝕，去除擴散過程中在硅片邊緣形成的將PN結(jié)短路的導(dǎo)電層；

步驟S14、平板PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition，等離子增強型化學(xué)氣相淀積），即沉積減反射膜，主要采用氮化硅膜、氮氧化硅和/或氮化鈦膜，利用薄膜干涉原理，減少光的反射，起到鈍化作用，增大電池的短路電流和輸出功率，提高轉(zhuǎn)換效率；

步驟S15、印刷電極，在常規(guī)P型晶體硅太陽能電池中，一般采用銀漿印刷正電極和背電極，采用鋁漿印刷背電場，以收集電流并起到導(dǎo)電的作用，在N型晶體硅太陽能電池中，一般背場是在擴散過程中形成的；

步驟S16、燒結(jié)，在高溫下使印刷的金屬電極與硅片之間形成合金，也就是使各接觸面都形成良好的歐姆接觸，減小電池的串聯(lián)電阻，增加電池的輸出電壓和輸出電流，因此能否形成良好的歐姆接觸對整個電池片的轉(zhuǎn)換效率有著至關(guān)重要的作用。

在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過上述方法生產(chǎn)出的電池片中往往會出現(xiàn)一定比例的轉(zhuǎn)換效率偏低的電池片，這里將轉(zhuǎn)換效率低于18%的太陽能電池片稱為等外低效片或低效片。已有技術(shù)中處理上述低效片的方法就是通過分揀測試后，將上述低效片篩選出來，直接按照等外低效產(chǎn)品進行入庫包裝，這種處理方式?jīng)]有充分挖掘出電池片的轉(zhuǎn)換效率，降低了經(jīng)濟效益。

圖1為相關(guān)技術(shù)中晶體硅太陽能電池?zé)崽幚砉に嚵鞒虉D；

圖2為《太陽能電池片熱處理工藝》實施例公開的太陽能電池片熱處理工藝的流程圖；

圖3為《太陽能電池片熱處理工藝》另一實施例公開的太陽能電池片熱處理工藝的流程圖。

《太陽能電池片熱處理工藝》涉及太陽能電池的生產(chǎn)加工領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種太陽能電池片熱處理工藝。

1.一種太陽能電池片熱處理工藝，其特征在于，包括：a）從經(jīng)過印刷燒結(jié)后的太陽能電池片中，篩選出轉(zhuǎn)換效率低于18%，且填充因子在70%以上的電池片；b）對篩選出的電池片進行低溫退火，以提高所述篩選出的電池片的轉(zhuǎn)換效率，所述低溫退火的溫度低于正常的燒結(jié)溫度；c）對經(jīng)低溫退火后的電池片進行分揀測試，篩選出填充因子下降的電池片；d）對步驟c）中篩選出的電池片進行重新燒結(jié)，以提高所述電池片的填充因子，所述重新燒結(jié)的溫度與正常燒結(jié)溫度相同；e）對經(jīng)重新燒結(jié)的電池片進行分揀測試，篩選出轉(zhuǎn)換效率低于18%的電池片，返回步驟b），直至篩選出的大部分或全部電池片的轉(zhuǎn)換效率均高于18%，且填充因子在70%以上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理工藝，其特征在于，所述電池片的基底材料為單晶硅，所述篩選出的電池片為因單晶硅拉制過程中引入的缺陷導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換效率低的太陽能電池片。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理工藝，在印刷燒結(jié)之前還包括：電池片表面的制絨過程、擴散制結(jié)過程和周邊等離子刻蝕過程，其特征在于，所述擴散制結(jié)過程為，在電池片的正面進行擴散制結(jié)，在電池片的背面擴散制作背場。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理工藝，進行周邊等離子刻蝕過程后還包括，沉積減反射膜過程和印刷電極過程，其特征在于，所述沉積減反射膜過程為，在電池片的正面和背面先后均進行減反射膜的沉積。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱處理工藝，其特征在于，制作所述電池片的基底材料為N型單晶硅。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱處理工藝，其特征在于，所述低溫退火的時間為30秒-4分鐘。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱處理工藝，其特征在于，所述低溫退火的溫度為250攝氏度-550攝氏度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱處理工藝，其特征在于，所述減反射膜為富氫的氮化硅薄膜、富氫的氮氧化硅薄膜和富氫的氮化鈦薄膜中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理工藝，其特征在于，所述低溫退火過程可在非氧化性氣氛下進行。

《太陽能電池片熱處理工藝》實施例提供了一種太陽能電池片熱處理工藝，該方法的流程圖如圖2所示，包括以下步驟：

步驟S21：從經(jīng)過印刷燒結(jié)后的太陽能電池片中，篩選出轉(zhuǎn)換效率低于18%，且填充因子在70%以上的電池片，這些電池片上多存在環(huán)形缺陷或黑心缺陷，主要是因基底材料本身的缺陷引起的轉(zhuǎn)換效率低的電池片，舉例來說，這些電池片若為多晶硅電池片，這些缺陷多是由多晶硅基底中的晶界和位錯引起的，若為單晶硅電池片，這些缺陷多是由單晶硅拉制過程中引入的氧誘導(dǎo)堆垛層錯（OSF）的環(huán)和空隙，或者空位團的“漩渦”缺陷引起的，這些基底材料本身的缺陷按照正常的太陽能電池片生產(chǎn)工藝是無法消除的。

其中，正常情況下填充因子在70%以上的電池片，其轉(zhuǎn)換效率不會過低，往往均在可以接受的范圍內(nèi)，但是由于硅基底材料本身存在缺陷等原因，這類電池片也會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率低的情況，因此，該實施例中篩選出的電池片主要是填充因子在70%以上，且轉(zhuǎn)換效率低于18%的電池片，并且電池片上沉積的減反射膜多為富氫的氮化硅或氮氧化硅薄膜。

步驟S22：對篩選出的電池片進行低溫退火，以提高所述篩選出的電池片的轉(zhuǎn)換效率，所述低溫退火的溫度低于正常的燒結(jié)溫度，該低溫退火過程可在非氧化性氣氛下進行，如在氮氣或氫氣氣氛下進行，該實施例對低溫退火過程的氣體氛圍不做具體限定，工藝方案可以靈活掌控；

發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在多種低效太陽能電池片中，存在填充因子較大，但轉(zhuǎn)換效率低的電池片經(jīng)過低溫退火處理之后，在一定程度上能夠提高其轉(zhuǎn)換效率，但是低溫退火的溫度須低于正常燒結(jié)溫度，這樣經(jīng)過低溫退火過程，可使減反射膜層中的氫可以進一步的深入基底材料內(nèi)部，從而可以進一步的鈍化硅基底材料中的缺陷，從而提高Voc和Isc，也就提高了轉(zhuǎn)換效率。

具體說來，在正常的電池片制作過程中，硅基底材料內(nèi)存在的缺陷可通過燒結(jié)過程進行消除，但由于某些硅基底材料在制作過程中引入的缺陷過多，僅通過一步正常的燒結(jié)過程無法完全消除基底材料中的缺陷，此時就會產(chǎn)生部分低效片，該實施例中對因基底材料本身缺陷導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換效率偏低的電池片進行低溫退火過程，可使減反射膜層（富氫的氮化硅膜或氮氧化硅膜）中的氫進一步鈍化硅基底中的缺陷，從而使Voc和Isc得到提升，進而提高轉(zhuǎn)換效率。

并且，由于是正常燒結(jié)后的退火工藝，為了保證電池片的基本性能，《太陽能電池片熱處理工藝》實施例中的低溫退火溫度低于正常燒結(jié)溫度，而且，由于該退火過程中是電池片的正反兩面同時進行的退火，對于多晶硅電池片來說，銀漿的熔點遠(yuǎn)高于鋁漿的熔點，因此，對于多晶硅電池片，優(yōu)選的，退火溫度需低于鋁的熔點，以免影響鋁背場的光滑度；對于單晶硅電池片來說，其背場是在擴散過程中形成的，為避免電池片柵線的性質(zhì)受到影響，該退火溫度也不宜過高。

基于此，該實施例中低溫退火的溫度優(yōu)選為低于600攝氏度，更優(yōu)選為250攝氏度-550攝氏度，低溫退火的時間為30秒-4分鐘，具體退火時間可根據(jù)電池片的缺陷情況確定，缺陷越多，退火時間也就相應(yīng)的較長。

步驟S23：對經(jīng)低溫退火后的電池片進行分揀測試，篩選出填充因子下降的電池片，對填充因子沒有下降且轉(zhuǎn)換效率高于18%的電池片，即可進入步驟S26，按照正常的高效片進行包裝入庫保存；

在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過低溫退火過程，大部分電池片的填充因子和轉(zhuǎn)換效率均得到了提高，不再屬于低效片，但也可能會導(dǎo)致小部分電池片的填充因子下降，因填充因子下降，這部分電池片的轉(zhuǎn)換效率也可能會有所提升，但提升水平有限，多數(shù)的轉(zhuǎn)換效率還是會較低。

發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，退火過程導(dǎo)致填充因子下降的其主要原因是低溫退火過程中，由于柵線中的導(dǎo)電性物質(zhì)揮發(fā)，使柵線中的玻璃體不具腐蝕性，且導(dǎo)電性能變差，導(dǎo)致串聯(lián)電阻變大，填充因子下降，而且低溫退火過程Voc和Isc提升明顯，在一定程度上也會使填充因子下降，而填充因子下降后也必然會影響到電池片的轉(zhuǎn)換效率，因此必須對這些電池片進行處理。

步驟S24：對步驟S23中篩選出的電池片進行重新燒結(jié)，以提高所述電池片的填充因子，所述重新燒結(jié)的溫度與正常燒結(jié)溫度相同；

該步驟將經(jīng)低溫退火過程，填充因子下降明顯且轉(zhuǎn)換效率低于18%的電池片進行重新燒結(jié)，該燒結(jié)過程的參數(shù)與正常燒結(jié)過程參數(shù)相同，經(jīng)該步驟處理后，修復(fù)了低溫退火過程出現(xiàn)的缺陷，提高了電池片的填充因子，但是經(jīng)過此步驟的重新燒結(jié)后，可能會使減反射膜中起鈍化作用的氫元素部分溢出，基底材料中的缺陷又會重新生成，因此該步驟后也可能會出現(xiàn)Voc和Isc下降，即轉(zhuǎn)換效率下降的情況，但出現(xiàn)這種問題的可能性較小，可根據(jù)存在這種缺陷電池片的數(shù)量確定是否進行下一步處理，該實施例中僅以需要處理的情況進行說明。

步驟S25：對經(jīng)重新燒結(jié)的電池片進行分揀測試，篩選出轉(zhuǎn)換效率低于18%的電池片，即篩選出Voc和Isc下降的電池片，重復(fù)步驟S22-步驟S24，直至篩選出的大部分或全部電池片的轉(zhuǎn)換效率均高于18%，且填充因子在70%以上。

每一處理步驟后，篩選出的填充因子在70%以上且轉(zhuǎn)換效率高于18%的電池片，均可進入步驟S26，按照正常的高效片進行包裝入庫保存。在實際生產(chǎn)過程中，基本上經(jīng)過一次低溫退火-再燒結(jié)-再次低溫退火過程，大部分電池片的轉(zhuǎn)換效率和填充因子即可滿足要求。

該實施例中通過篩選出轉(zhuǎn)換效率偏低的太陽能電池片，并對篩選出的電池片進行低溫退火，可改善正常燒結(jié)過程中的缺陷，但是在經(jīng)過低溫退火之后，會出現(xiàn)填充因子下降的問題，而對填充因子下降的電池片再次以正常燒結(jié)溫度進行燒結(jié)，便可提高其填充因子。

該實施例中低溫退火和重新燒結(jié)過程循環(huán)進行，低溫退火過程可以修復(fù)正常燒結(jié)過程產(chǎn)生的缺陷，而重新進行的正常燒結(jié)過程又可以修復(fù)低溫退火過程產(chǎn)生的缺陷，兩個處理過程相互配合，在每一步驟后都會得到轉(zhuǎn)換效率高于18%，且填充因子在70%以上的電池片，之后再對剩余不滿足要求的電池片進行處理，如此往復(fù)，經(jīng)過一步步的篩選、返燒等，能夠使大部分或全部電池片的轉(zhuǎn)換效率和填充因子滿足要求，即大大減少了低效片的數(shù)量，提高了經(jīng)濟效益。

需要說明的是，該實施例的太陽能電池片熱處理工藝可應(yīng)用于采用N型或P型單晶硅，以及N型或P型多晶硅為基底材料制作的太陽能電池片，均能提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。以下實施例僅以N型晶體硅，優(yōu)選為N型單晶硅太陽能電池為例，對《太陽能電池片熱處理工藝》實施例的主體思想和有益效果進行進一步的闡述。

《太陽能電池片熱處理工藝》另一實施例提供的太陽能電池片熱處理工藝的流程圖如圖3所示，與上一實施例不同的是，該實施例中以制作太陽能電池片的基底材料為N型晶體硅，優(yōu)選為N型單晶硅為例，對上述方法進行了進一步改進，具體包括以下步驟：

步驟S311：化學(xué)清洗硅片表面以及電池片表面的制絨過程，該步驟中電池片的正面和背面均需進行制絨，以增強光的吸收；

步驟S312：在電池片的正面進行擴散制結(jié)，在電池片的和背面先后均進行擴散制結(jié)擴散制作背場；

需要說明的是，常規(guī)太陽能電池生產(chǎn)工藝多采用P型硅片，之后擴散N型雜質(zhì)原子形成PN結(jié)，該實施例中正好與其相反，采用N型硅片，之后擴散P型雜質(zhì)原子形成PN結(jié)，常規(guī)P型晶體硅太陽能電池工藝中只是在電池片的正面進行擴散制結(jié)，而該實施例中由于采用的是N型單晶硅作為基底材料，因此在電池的正面進行擴散制結(jié)后，還會在電池片的背面擴散制作背場，從而進一步的降低了硅片的方塊電阻，為提高電池片的轉(zhuǎn)換效率奠定了基礎(chǔ)。

步驟S313：周邊等離子刻蝕過程，去除擴散過程中在硅片邊緣形成的將PN結(jié)短路的導(dǎo)電層；

步驟S314：沉積減反射膜過程，主要采用氮化硅膜、氮氧化硅和氮化鈦膜中的至少一種，利用薄膜干涉原理，減少光的反射，同時減少載流子復(fù)合，起到鈍化作用，增大電池的短路電流和輸出功率，提高轉(zhuǎn)換效率；

與2011年9月前有關(guān)技術(shù)不同的是，有關(guān)技術(shù)中一般只在電池片的正面沉積減反射膜，而該實施例中在電池片的正面和背面先后均進行減反射膜的沉積，相當(dāng)于增大了減反射膜的面積，增加了起到鈍化作用的氫元素的含量，可以進一步的鈍化單晶硅基底材料中的缺陷，且可以進一步的減少光的反射，同時對電池片的背面也起到了鈍化作用，進一步提高了電池片的轉(zhuǎn)換效率。

需要說明的是，該實施例中僅以Ｎ型單晶硅為例來說明正反兩面沉積減反射膜的工藝，但該工藝并不僅限于Ｎ型單晶硅或Ｎ型多晶硅，理論上，也可應(yīng)用于Ｐ型晶體硅。但是，由于N型晶體硅和Ｐ型晶體硅制作背場的方式不同，在實際生產(chǎn)過程中，正反兩面沉積減反射膜的工藝不同摻雜類型的晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的提高水平也不同，一般情況下，對Ｎ型晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提高較大，對P型晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提高較小。

另外，需要說明的是，該實施例中為了達(dá)到良好的鈍化作用，所述減反射膜為富氫的氮化硅薄膜、富氫的氮氧化硅薄膜和富氫的氮化鈦薄膜中的至少一種，該實施例中優(yōu)選為富氫的氮化硅薄膜。

步驟S315：印刷電極過程，該步驟中僅采用銀漿印刷正電極和背電極，以收集電流并起到導(dǎo)電的作用；

步驟S316：燒結(jié)過程，在高溫下使印刷的金屬電極與硅片之間形成合金；

之后，進入步驟S317-步驟S316，對燒結(jié)后的電池片進行篩選并再處理，這些過程與上一實施例中相同，這里不再贅述。

該實施例中通過在電池片的正面擴散制結(jié)，背面擴散形成背場，并且在電池片的正反兩面都進行減反射膜的沉積過程，由于增加了氫元素的含量，可使減反射膜中的氫元素的鈍化作用更明顯，即進一步減少了單晶硅基底材料中的缺陷，從而進一步提高了N型單晶硅太陽能電池片的轉(zhuǎn)換效率。在正常的單晶硅棒的拉制過程中可能引入氧誘導(dǎo)堆垛層錯（OSF）的環(huán)和空隙、空位團的“漩渦”缺陷或包含較多的氧雜質(zhì)等，經(jīng)過多次低溫退火-重新燒結(jié)-低溫退火等過程，并且由于電池片的正反兩面均具有減反射膜，可進一步的鈍化N單晶硅基底材料中的缺陷，即改善了單晶硅基底內(nèi)部各種結(jié)構(gòu)缺陷，提高N型單晶硅制作的電池片的Voc和Isc，進而提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。

下面以N型單晶硅太陽能電池在采用該實施例方法處理前后的具體實驗數(shù)據(jù)為例，來說明《太陽能電池片熱處理工藝》實施例的太陽能電池片熱處理工藝的效果。

選擇5批相同材料相同規(guī)格的N型單晶硅太陽能電池片，這些電池片的正反兩面均具有富氫的減反射膜，經(jīng)過正常生產(chǎn)工藝后，對這5批太陽能電池片進行測試分檔，在每批中篩選出200片轉(zhuǎn)換效率低于18%，填充因子在70%以上的電池片，對篩選出的電池片的各項電性參數(shù)進行測試，得出各批次電池片平均的電性參數(shù)，測試結(jié)果如表一所示：

對上述篩選出的電池片進行低溫退火，退火過程中將燒結(jié)爐溫度控制在250攝氏度-550攝氏度，退火時間控制在30秒-4分鐘，對經(jīng)低溫退火之后的電池片進行測試，測試結(jié)果如表二所示：

從上表可以看出，經(jīng)退火步驟后，1、2、3組的電池片的轉(zhuǎn)換效率均提高到了18%以上，填充因子也均高于70%，退火前后，填充因子沒有下降或下降的很低，因此，1、2、3組的電池片僅經(jīng)過一步低溫退火步驟即滿足了電池片的效率要求，就可直接按照高效片包裝入庫，不需再進行后續(xù)步驟。而第4、5組電池片的填充因子較退火前下降明顯，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率提升比例很小，甚至下降了，因此，需對4、5組電池片進行后續(xù)的再次燒結(jié)-退火過程，經(jīng)重新燒結(jié)后的4、5組電池片進行測試，測試結(jié)果如表三所示：

從表三中可以看出，經(jīng)重新燒結(jié)后的4、5組電池片的填充因子明顯提高了，但是Voc、Isc以及轉(zhuǎn)換效率反而降低了，需對這2組電池片進行再次退火過程，經(jīng)再次退火后的性能測試結(jié)果如表四所示：

從上表可以看出，經(jīng)再次退火后的4、5組電池片的轉(zhuǎn)換效率均提高到了18%以上，填充因子也均高于70%，且退火前后填充因子下降很低，因此，這2組電池片也滿足了電池片的效率要求，可直接按照高效片包裝入庫，不需再進行燒結(jié)和退火步驟。

一般情況下，對于正反兩面均具有減反射膜的單晶硅電池片來說，經(jīng)過上述步驟，大部分低效片的轉(zhuǎn)換效率均能夠得到大幅度的提升，若仍由不滿足要求的低效片，仍可繼續(xù)進行燒結(jié)和退火步驟。

作為比較例，下面提供一組背面無減反射膜的N型單晶硅電池片的處理結(jié)果，該組電池片除背面無減反射膜外，其它參數(shù)與以上5組電池片相同，其處理結(jié)果如表五所示：

從上表可以看出，對于背面無減反射膜的低效片，經(jīng)過一步退火后的轉(zhuǎn)換效率雖有所提升，但提升效果不明顯，之后可進行再次燒結(jié)-退火等步驟，雖然可將電池片的轉(zhuǎn)換效率提升到高效水平，但經(jīng)過的燒結(jié)-退火過程的次數(shù)，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于正反兩面均具有減反射膜電池片的處理次數(shù)。

經(jīng)過以上處理過程中，低效片性能參數(shù)的變化過程，可以明顯的看出，《太陽能電池片熱處理工藝》實施例的方法進一步提高了電池片的光電轉(zhuǎn)換效率，提高了經(jīng)濟效益。

《太陽能電池片熱處理工藝》另一實施例公開了采用上述熱處理工藝制作的太陽能電池片，該太陽能電池片的轉(zhuǎn)換效率在18%以上，且填充因子在70%以上，該太陽能電池片的基底材料為單晶硅，優(yōu)選為N型單晶硅，其正面和背面均具有富氫的減反射膜，從而使該電池片基底材料中的氧誘導(dǎo)堆垛層錯（OSF）的環(huán)和空隙、空位團的“漩渦”缺陷等明顯少于常規(guī)單晶硅太陽能電池中的缺陷。并且，該太陽能電池片上基本不存在環(huán)形或黑芯等缺陷，轉(zhuǎn)換效率得到了提高。

2021年6月24日，《太陽能電池片熱處理工藝》獲得第二十二屆中國專利優(yōu)秀獎。 2100433B

書 名： 熱處理工藝學(xué)

作　者：潘健生

出版社：高等教育出版社

出版時間：2009年01月

ISBN: 9787040224207

開本：16開

定價： 80元

太陽能電池片的生產(chǎn)工藝流程分為硅片檢測——表面制絨及酸洗——擴散制結(jié)——去磷硅玻璃——等離子刻蝕及酸洗——鍍減反射膜——絲網(wǎng)印刷——快速燒結(jié)等。具體介紹如下：

一、硅片檢測

硅片是太陽能電池片的載體，硅片質(zhì)量的好壞直接決定了太陽能電池片轉(zhuǎn)換效率的高低，因此需要對來料硅片進行檢測。該工序主要用來對硅片的一些技術(shù)參數(shù)進行在線測量，這些參數(shù)主要包括硅片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。該組設(shè)備分自動上下料、硅片傳輸、系統(tǒng)整合部分和四個檢測模塊。其中，光伏硅片檢測儀對硅片表面不平整度進行檢測,同時檢測硅片的尺寸和對角線等外觀參數(shù);微裂紋檢測模塊用來檢測硅片的內(nèi)部微裂紋;另外還有兩個檢測模組，其中一個在線測試模組主要測試硅片體電阻率和硅片類型，另一個模塊用于檢測硅片的少子壽命。在進行少子壽命和電阻率檢測之前，需要先對硅片的對角線、微裂紋進行檢測，并自動剔除破損硅片。硅片檢測設(shè)備能夠自動裝片和卸片，并且能夠?qū)⒉缓细衿贩诺焦潭ㄎ恢?，從而提高檢測精度和效率。

二、表面制絨

單晶硅絨面的制備是利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬個四面方錐體也即金字塔結(jié)構(gòu)。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。硅的各向異性腐蝕液通常用熱的堿性溶液，可用的堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀、氫氧化鋰和乙二胺等。大多使用廉價的濃度約為1%的氫氧化鈉稀溶液來制備絨面硅，腐蝕溫度為70-85℃。為了獲得均勻的絨面，還應(yīng)在溶液中酌量添加醇類如乙醇和異丙醇等作為絡(luò)合劑，以加快硅的腐蝕。制備絨面前，硅片須先進行初步表面腐蝕，用堿性或酸性腐蝕液蝕去約20～25μm，在腐蝕絨面后，進行一般的化學(xué)清洗。經(jīng)過表面準(zhǔn)備的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，應(yīng)盡快擴散制結(jié)。

三、擴散制結(jié)

太陽能電池需要一個大面積的PN結(jié)以實現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而擴散爐即為制造太陽能電池PN結(jié)的專用設(shè)備。管式擴散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴散源。把P型硅片放在管式擴散爐的石英容器內(nèi)，在850---900攝氏度高溫下使用氮氣將三氯氧磷帶入石英容器，通過三氯氧磷和硅片進行反應(yīng)，得到磷原子。經(jīng)過一定時間，磷原子從四周進入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴散，形成了N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的交界面，也就是PN結(jié)。這種方法制出的PN結(jié)均勻性好,方塊電阻的不均勻性小于百分之十,少子壽命可大于10ms。制造PN結(jié)是太陽電池生產(chǎn)最基本也是最關(guān)鍵的工序。因為正是PN結(jié)的形成，才使電子和空穴在流動后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導(dǎo)線將電流引出，就是直流電。

四、去磷硅玻璃

該工藝用于太陽能電池片生產(chǎn)制造過程中，通過化學(xué)腐蝕法也即把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸，以去除擴散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。在擴散過程中，POCL3與O2反應(yīng)生成P2O5淀積在硅片表面。P2O5與Si反應(yīng)又生成SiO2和磷原子，

這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，稱之為磷硅玻璃。去磷硅玻璃的設(shè)備一般由本體、清洗槽、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、機械臂、電氣控制系統(tǒng)和自動配酸系統(tǒng)等部分組成，主要動力源有氫氟酸、氮氣、壓縮空氣、純水，熱排風(fēng)和廢水。氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因為氫氟酸與二氧化硅反應(yīng)生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。若氫氟酸過量，反應(yīng)生成的四氟化硅會進一步與氫氟酸反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸。

五、等離子刻蝕

由于在擴散過程中，即使采用背靠背擴散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地擴散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路。因此，必須對太陽能電池周邊的摻雜硅進行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結(jié)。通常采用等離子刻蝕技術(shù)完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態(tài)下，反應(yīng)氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離并形成等離子體。等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應(yīng)腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉(zhuǎn)變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團。活性反應(yīng)基團由于擴散或者在電場作用下到達(dá)SiO2表面，在那里與被刻蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并形成揮發(fā)性的反應(yīng)生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面，被真空系統(tǒng)抽出腔體。

六、鍍減反射膜

拋光硅表面的反射率為35%,為了減少表面反射,提高電池的轉(zhuǎn)換效率,需要沉積一層氮化硅減反射膜。工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設(shè)備制備減反射膜。PECVD即等離子增強型化學(xué)氣相沉積。它的技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體SiH4和NH3，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下，使用這種等離子增強型化學(xué)氣相沉積的方法沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的薄膜具有光學(xué)的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，電池的短路電流和輸出就有很大增加，效率也有相當(dāng)?shù)奶岣摺?/p>

七、絲網(wǎng)印刷

太陽電池經(jīng)過制絨、擴散及PECVD等工序后，已經(jīng)制成PN結(jié)，可以在光照下產(chǎn)生電流，為了將產(chǎn)生的電流導(dǎo)出，需要在電池表面上制作正、負(fù)兩個電極。制造電極的方法很多，而絲網(wǎng)印刷是制作太陽電池電極最普遍的一種生產(chǎn)工藝。絲網(wǎng)印刷是采用壓印的方式將預(yù)定的圖形印刷在基板上，該設(shè)備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷和電池正面銀漿印刷三部分組成。其工作原理為：利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透過漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時朝絲網(wǎng)另一端移動。油墨在移動中被刮刀從圖形部分的網(wǎng)孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用使印跡固著在一定范圍內(nèi)，印刷中刮板始終與絲網(wǎng)印版和基片呈線性接觸，接觸線隨刮刀移動而移動，從而完成印刷行程。

八、快速燒結(jié)

經(jīng)過絲網(wǎng)印刷后的硅片，不能直接使用，需經(jīng)燒結(jié)爐快速燒結(jié)，將有機樹脂粘合劑燃燒掉，剩下幾乎純粹的、由于玻璃質(zhì)作用而密合在硅片上的銀電極。當(dāng)銀電極和晶體硅在溫度達(dá)到共晶溫度時，晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去，從而形成上下電極的歐姆接觸，提高電池片的開路電壓和填充因子兩個關(guān)鍵參數(shù)，使其具有電阻特性，以提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。

燒結(jié)爐分為預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)、降溫冷卻三個階段。預(yù)燒結(jié)階段目的是使?jié){料中的高分子粘合劑分解、燃燒掉，此階段溫度慢慢上升;燒結(jié)階段中燒結(jié)體內(nèi)完成各種物理化學(xué)反應(yīng)，形成電阻膜結(jié)構(gòu)，使其真正具有電阻特性，該階段溫度達(dá)到峰值;降溫冷卻階段，玻璃冷卻硬化并凝固，使電阻膜結(jié)構(gòu)固定地粘附于基片上。

九、外圍設(shè)備

在電池片生產(chǎn)過程中，還需要供電、動力、給水、排水、暖通、真空、特汽等外圍設(shè)施。消防和環(huán)保設(shè)備對于保證安全和持續(xù)發(fā)展也顯得尤為重要。一條年產(chǎn)50MW能力的太陽能電池片生產(chǎn)線，僅工藝和動力設(shè)備用電功率就在1800KW左右。工藝純水的用量在每小時15噸左右，水質(zhì)要求達(dá)到中國電子級水GB/T11446.1-1997中EW-1級技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。工藝?yán)鋮s水用量也在每小時15噸左右，水質(zhì)中微粒粒徑不宜大于10微米，供水溫度宜在15-20℃。真空排氣量在300M3/H左右。同時，還需要大約氮氣儲罐20立方米，氧氣儲罐10立方米?？紤]到特殊氣體如硅烷的安全因素，還需要單獨設(shè)置一個特氣間，以絕對保證生產(chǎn)安全。另外，硅烷燃燒塔、污水處理站等也是電池片生產(chǎn)的必備設(shè)施。

一種太陽能電池片加工工藝專利目的

《一種太陽能電池片加工工藝》所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠降低生產(chǎn)成本且能夠減少生產(chǎn)過程中廢棄物排放的太陽能電池片加工工藝。

一種太陽能電池片加工工藝技術(shù)方案

《一種太陽能電池片加工工藝》解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該太陽能電池片加工工藝，包括以下步驟：

A、對需要加工的硅片進行檢測，去除不合格硅片；

B、將經(jīng)過檢測的合格硅片放入堿性溶液中進行表面制絨處理，并將制絨處理后殘余的堿性廢液收集起來；

C、將制絨處理過的硅片放入擴散設(shè)備中進行擴散制結(jié)處理；

D、將經(jīng)過擴散制結(jié)處理的硅片放入酸性溶液中進行去磷硅玻璃處理，并將去磷硅玻璃處理后殘余的酸性廢液收集起來；

E、對擴散制結(jié)后得到的硅片進行濕法刻蝕處理；先使用氫氟酸對擴散制結(jié)后得到的硅片的各個表面進行潤洗并將潤洗后殘余的氫氟酸廢液收集起來，將步驟D中得到的去磷硅玻璃太陽能電池片清洗后；然后將硅片放入硝酸溶液中進行刻蝕并將刻蝕后殘余的硝酸廢液收集起來，接著用堿性溶液對刻蝕后的硅片進行清洗并將清洗后殘余的堿性溶液收集起來，最后利用純水對硅片進行清洗并進行干燥處理；

F、利用PECVD設(shè)備在經(jīng)過濕法刻蝕處理的硅片表面制備氮化硅反射層；

G、將鍍有減反射膜的硅片采用絲網(wǎng)印刷的方式在硅片的上下表面印制正、負(fù)電極；

H、將經(jīng)過絲網(wǎng)印刷的硅片放入燒結(jié)設(shè)備中進行燒結(jié)處理后得到太陽能電池片；

I、將不合格的太陽能電池片放入收集起來的堿性廢液中除去太陽能電池片鋁背場的部分鋁層，再將經(jīng)過堿性廢液浸泡的不合格太陽能電池片放入收集起來的酸性廢液中除去太陽能電池片的剩余鋁層得到去鋁太陽能電池片以及含鋁廢液，含鋁廢液通過化學(xué)方式轉(zhuǎn)化為氧化鋁進而用于制備電子鋁漿，所述電子鋁漿用于步驟G中絲網(wǎng)印刷的漿料；去鋁太陽能電池片經(jīng)過清洗后，浸泡在收集起來的硝酸廢液中將去鋁太陽能電池片表面的銀浸出，得到去銀太陽能電池片以及含銀酸液；將去銀太陽能電池片放入收集起來的氫氟酸廢液中除去去銀太陽能電池片表面的氮化硅反射層，得到去氮化硅太陽能電池片清洗后得到純凈的硅片，所述硅片經(jīng)過步驟A至H后被加工成合格的太陽能電池片；含銀酸液中加入銅粉制成銀包銅粉用于制備電子漿料，所述電子漿料用于步驟G中絲網(wǎng)印刷的漿料。

進一步的是，所述含銀酸液中加入銅粉制成銀包銅粉的具體方法如下所述：在含銀酸液中加入銅粉得到固液混合物，所述含銀酸液與銅粉的重量比為1.5～3，將固液混合物抽入研磨設(shè)備中循環(huán)研磨20～50分鐘即可得到銀包銅粉。

進一步的是，所述含銀酸液與銅粉的重量比為2。

進一步的是，所述銅粉的粒徑為2～3微米。

進一步的是，所述固液混合物抽入研磨設(shè)備中循環(huán)研磨的時間為30分鐘。

進一步的是，所述含銀酸液的溫度為20℃。

進一步的是，所述步驟B中收集起來的堿性廢液濃度為5％。

進一步的是，所述步驟D中收集起來的酸性廢液濃度為5％。

進一步的是，所述步驟E中收集起來的氫氟酸廢液濃度為0.5％。

進一步的是，所述步驟E中收集起來的硝酸廢液濃度為1.5％。

一種太陽能電池片加工工藝改善效果

《一種太陽能電池片加工工藝》的有益效果是:該太陽能電池片加工工藝通過將加工過程中產(chǎn)生的大量堿性廢液、酸性廢液、氫氟酸廢液、硝酸廢液收集起來，將報廢失效以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不合格太陽能電池片放入收集起來的堿性廢液中除去太陽能電池片鋁背場的部分鋁層，再將經(jīng)過堿性廢液浸泡的不合格太陽能電池片放入收集起來的酸性廢液中除去太陽能電池片的剩余鋁層得到去鋁太陽能電池片以及含鋁廢液，含鋁廢液通過化學(xué)方式轉(zhuǎn)化為氧化鋁進而用于制備電子鋁漿，所述電子鋁漿用于絲網(wǎng)印刷的漿料；去鋁太陽能電池片經(jīng)過清洗后，浸泡在收集起來的硝酸廢液中將去鋁太陽能電池片表面的銀浸出，得到去銀太陽能電池片以及含銀酸液；將去銀太陽能電池片放入收集起來的氫氟酸廢液中除去去銀太陽能電池片表的氮化硅反射層，得到去氮化硅太陽能電池片清洗后得到純凈的硅片，所述硅片可重新用于太陽能電池片的加工原料，含銀酸液中加入銅粉制成銀包銅粉用于制備電子漿料，所述電子漿料用于絲網(wǎng)印刷的漿料，該工藝?yán)锰柲茈姵仄a(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種廢液用于回收處理報廢失效以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不合格太陽能電池片，不但避免了大量廢液排放以及不合格太陽能電池片銷毀造成的環(huán)境污染，同時回收的硅片、銀包銅粉、鋁漿可直接供應(yīng)給太陽能電池片生產(chǎn)線，既做到了廢液的重復(fù)利用，同時還減少了廢棄物的產(chǎn)生，更加利用環(huán)保生產(chǎn)，可以大大降低太陽能電池片加工過程中原料的使用量，從而降低了太陽能電池片的生產(chǎn)成本。