專利名稱：一種太陽能硅片快速燒結的方法
技術領域：
本發明是一種燒結的方法，特別涉及一種太陽能硅片快速燒結的方法，通過采用快速熱處理的方式燒結絲網印刷的大面積電池片。
背景技術：
目前，作為一種取之不盡的清潔能源，太陽能的開發利用正引起人類從未有過的極大關注。盡管人們對各種類型的太陽能電池進行了多年的研究和開發，迄今為止，實現大規模商業化的太陽能電池仍然是無毒性的晶硅電池。在單晶太陽能電池片的制作過程中， “燒結”是一道很重要的工序，其制作的過程就要用到快速燒結爐。其作用就是把印刷到硅片上的電極在高溫下燒結成電池片，最終使電極和硅片本身形成歐姆接觸，從而提高電池片的開路電壓和填充因子2個關鍵參數，使電極的接觸具有電阻特性，達到生產出高轉換效率電池片的目的。故快速燒結爐的結構設計及工藝運行狀態的好壞直接影響到電池片的質量，所以好的燒結設備的設計和燒結工藝是密不可分的。大規模利用太陽電池發電的關鍵在于制備出低成本、高效率的太陽電池，這也是光伏企業競爭的核心。目前光伏產業中，晶體硅(單晶硅和澆鑄多晶硅)太陽電池是主要的太陽電池，占據整個全球市場的90%以上。現在常規的燒結工藝很容易導致正電極接觸電阻過大或者電池被燒穿，而且還存在氫鈍化效果差，降低了少子壽命，從而導致轉換效率低的問題。因此研究更加合理的燒結技術已經迫在眉睫。
發明內容
通過采用快速熱處理的方式燒結絲網印刷的大面積電池片，得到很好的氫鈍化效果，顯著提高了少子壽命，改善電池的Ag電極接觸電阻和鋁背場質量，降低熱應力，使得太陽電池的接觸電阻顯著降低從而提高對短波光譜的利用，形成均勻的優質鋁背場以改善電池的開路電壓和填充因子，同時降低電池的翹曲，最終提高電池的轉換效率和成品率。本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的 一種太陽能硅片快速燒結的方法，按以下步驟進行
(1)、傳送:
將已經印刷好的上、下電極和背場的硅片經過絲網印刷機的傳送帶運送到燒結爐的網帶上，電池片傳送到燒結爐中； O)、進行烘干排焦
步驟(1)后，經過三個烘干區和三個過渡區，總長4880mm，速率70-80mm/s，烘干漿料， 排出漿料中的有機物；第一烘干區溫度為150 180°C，長度1200mm;第二烘干區溫度為 180 220°C，長度為1200mm ；第三烘干區溫度為170 200°C，長度為1200mm ；第一過渡區的溫度為350 450°C，長度300mm ；第二過渡區的溫度為450 500°C，長度350mm ；第三過渡區的溫度為500 550°C，長度610mm ；所述的三個烘干區和三個過渡區依次連接；(3)、快速加熱燒結
步驟(2)后，以150-160mm/s速率進入總長為930mm的燒結區，燒結區前面500mm溫區的溫度為600 700°C，通過的時間為3. 1 3. 3S ；之后430謹溫區的溫度為700 760°C， 通過時間為2. 68 2. 86s,以達到快速燒結的目的； G)、高溫燒結冷卻
步驟( 后，以70-80mm/s速率進入總長為3860mm進行冷卻，通過冷卻水和風扇進行冷卻，冷卻水的進水溫度為20 22°C，出水溫度為28 30°C，風扇安裝在傳送帶的上下面，各自對齊，對著網帶，避免吹翻電池片。作為優選，按以下步驟進行 (1)、傳送
將已經印刷好的上、下電極和背場的硅片經過絲網印刷機的傳送帶運送到燒結爐的網帶上，電池片傳送到燒結爐中； O)、進行烘干排焦
步驟(1)后，經過三個烘干區和三個過渡區，總長4880mm，速率70-80mm/s，烘干漿料，排出漿料中的有機物；第一烘干區溫度為160 170°C，長度1200mm ；第二烘干區溫度為190 220°C，長度為1200mm ；第三烘干區溫度為180 200°C，長度為1200mm ；第一過渡區的溫度為360 450°C，長度300mm ；第二過渡區的溫度為470 500°C，長度:350mm ；第三過渡區的溫度為510 550°C，長度610mm ；所述的三個烘干區和三個過渡區依次連接； (3)、快速加熱燒結
步驟(2)后，以150-160mm/s速率進入總長為930mm的燒結區，燒結區前面500mm溫區的溫度為610 690°C，通過的時間為3. 1 3. 3S ；之后430mm溫區的溫度為700 760°C， 通過時間為2. 78 3. Os，以達到快速燒結的目的； G)、高溫燒結冷卻
步驟( 后，以70-80mm/s速率進入總長為3860mm進行冷卻，通過冷卻水和風扇進行冷卻，冷卻水的進水溫度為20. 5 22°C，出水溫度為28 30°C，風扇安裝在傳送帶的上下面，各自對齊，對著網帶，避免吹翻電池片。快速燒結工藝的特點
1、燒結爐采用分段式網帶，分為兩段低溫烘干(小于500°C)和高溫燒結冷卻，高溫區網帶速度可達到150-160mm/s。網帶長度大幅度減小，因此網帶運行的穩定性和精度得到有效提高，同時網帶在各溫區停留的時間更加可控。2、優異的鈍化效果、大幅度提高少子壽命
太陽能電池在經過PECVD工藝之后，在表面形成一層厚度約750納米的氮化硅薄膜，其中含有大量氫，眾所周知，氫對硅片有很好的鈍化作用，可以大幅度提高少子壽命。但由于我們采用的PECVD是低溫工藝(約4000C )，根據氫在硅中的擴散系數，可以知道，此時氫的鈍化效果是很微弱的，對提高電池的轉換效率沒有明顯幫助。當溫度在700 800°C之間， 處理時間1 3秒時，氫鈍化效果顯著，少子壽命提高一倍以上，電池的轉換效率也明顯提尚ο但當溫度超過800°C，或處理時間超過3秒時，少子壽命急聚降低，甚至低于處理前的水平。根據以上結論，我們原來的燒結工藝的高溫(700 800°C)時間是3. 8秒，超過了鈍化效果最佳時間(1 3秒)，因此我們開發了快速燒結工藝，在得到優異的電極電場的同時，對太陽能電池又起到很好的鈍化效果，有效提高電池的開路電壓、短路電流及轉換效率。3、保證了金屬電極的低電阻接觸性能，有效降低電池串聯電阻。4、隨著工藝水平的不斷提高，擴散層方塊電阻越來越高，同時對電極高溫燒結精度的要求也越來越高。快速燒結工藝大大提高了高溫區的可控精度，有效防止金屬穿透發射極造成短路，提高了電池并聯電阻，從而提高電池的轉換效率。本發明的有益效果
1、優異的鈍化效果、大幅度提高少子壽命。2、改善電池的Ag電極接觸電阻和鋁背場質量，降低熱應力。3、使得太陽電池的接觸電阻顯著降低從而提高對短波光譜的利用。4、形成均勻的優質鋁背場以改善電池的開路電壓和填充因子，同時降低電池的翹曲，最終提高電池的轉換效率和成品率。
具體實施例方式下面通過實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例1 一種太陽能硅片快速燒結的方法，按以下步驟進行 (1)、傳送
將已經印刷好的上、下電極和背場的硅片經過絲網印刷機的傳送帶運送到燒結爐的網帶上，電池片傳送到燒結爐中； O)、進行烘干排焦
步驟(1)后，經過三個烘干區和三個過渡區，總長4880mm，速率70-80mm/s，烘干漿料，排出漿料中的有機物；第一烘干區溫度為150°C，長度1200mm;第二烘干區溫度為 180°C，長度為1200mm;第三烘干區溫度為170°C，長度為1200mm ；第一過渡區的溫度為 350°C，長度300mm ；第二過渡區的溫度為450°C，長度350mm ；第三過渡區的溫度為500°C， 長度610mm ；所述的三個烘干區和三個過渡區依次連接； (3)、快速加熱燒結
步驟(2)后，以150-160mm/s速率進入總長為930mm的燒結區，燒結區前面500mm溫區的溫度為600°C，通過的時間為3. IS ；之后430mm溫區的溫度為700°C，通過時間為2. 78s, 以達到快速燒結的目的； G)、高溫燒結冷卻
步驟( 后，以70-80mm/s速率進入總長為3860mm進行冷卻，通過冷卻水和風扇進行冷卻，冷卻水的進水溫度為20°C，出水溫度為^°C，風扇安裝在傳送帶的上下面，各自對齊，對著網帶，避免吹翻電池片。實施例2 —種太陽能硅片快速燒結的方法，按以下步驟進行 (1)、傳送
將已經印刷好的上、下電極和背場的硅片經過絲網印刷機的傳送帶運送到燒結爐的網帶上，電池片傳送到燒結爐中； O)、進行烘干排焦步驟(1)后，經過三個烘干區和三個過渡區，總長4880mm，速率70-80mm/s，烘干漿料， 排出漿料中的有機物；第一烘干區溫度為170°C，長度1200mm ；第二烘干區溫度為200°C， 長度為1200mm;第三烘干區溫度為180°C，長度為1200mm ；第一過渡區的溫度為400°C， 長度300mm ；第二過渡區的溫度為470°C，長度350mm ；第三過渡區的溫度為520°C，長度 610mm ；所述的三個烘干區和三個過渡區依次連接； (3)、快速加熱燒結
步驟(2)后，以150-160mm/s速率進入總長為930mm的燒結區，燒結區前面500mm溫區的溫度為650°C，通過的時間為3. 2S ；之后430mm溫區的溫度為740°C，通過時間為2. 85s, 以達到快速燒結的目的； G)、高溫燒結冷卻
步驟(3)后，以70-80mm/s速率進入總長為3860mm進行冷卻，通過冷卻水和風扇進行冷卻，冷卻水的進水溫度為21°C，出水溫度為^TC,風扇安裝在傳送帶的上下面，各自對齊，對著網帶，避免吹翻電池片。實施例3
一種太陽能硅片快速燒結的方法，按以下步驟進行 (1)、傳送
將已經印刷好的上、下電極和背場的硅片經過絲網印刷機的傳送帶運送到燒結爐的網帶上，電池片傳送到燒結爐中； O)、進行烘干排焦
步驟(1)后，經過三個烘干區和三個過渡區，總長4880mm，速率70-80mm/s，烘干漿料， 排出漿料中的有機物；第一烘干區溫度為180°C，長度1200mm ；第二烘干區溫度為220°C， 長度為1200mm;第三烘干區溫度為200°C，長度為1200mm ；第一過渡區的溫度為450°C， 長度300mm ；第二過渡區的溫度為500°C，長度350mm ；第三過渡區的溫度為550°C，長度 610mm ；所述的三個烘干區和三個過渡區依次連接； (3)、快速加熱燒結
步驟(2)后，以150-160mm/s速率進入總長為930mm的燒結區，燒結區前面500mm 溫區的溫度為700°C，通過的時間為3. 3S;之后430mm溫區的溫度為760°C，通過時間為 2. 68-2. 86s,以達到快速燒結的目的； G)、高溫燒結冷卻
步驟(3)后，以70-80mm/s速率進入總長為3860mm進行冷卻，通過冷卻水和風扇進行冷卻，冷卻水的進水溫度為22°C，出水溫度為30°C，風扇安裝在傳送帶的上下面，各自對齊，對著網帶，避免吹翻電池片。實施例1至實施例3的實驗結果數據見下表所示
權利要求
1.一種太陽能硅片快速燒結的方法，其特征在于按以下步驟進行(1)、傳送:將已經印刷好的上、下電極和背場的硅片經過絲網印刷機的傳送帶運送到燒結爐的網帶上，電池片傳送到燒結爐中；O)、進行烘干排焦步驟(1)后，經過三個烘干區和三個過渡區，總長4880mm，速率70-80mm/s，烘干漿料， 排出漿料中的有機物；第一烘干區溫度為150 180°C，長度1200mm;第二烘干區溫度為 180 220°C，長度為1200mm ；第三烘干區溫度為170 200°C，長度為1200mm ；第一過渡區的溫度為350 450°C，長度300mm ；第二過渡區的溫度為450 500°C，長度350mm ；第三過渡區的溫度為500 550°C，長度610mm ；所述的三個烘干區和三個過渡區依次連接；(3)、快速加熱燒結步驟(2)后，以150-160mm/s速率進入總長為930mm的燒結區，燒結區前面500mm 溫區的溫度為600 700°C，通過的時間為3. 1 3. 3S ；之后430mm溫區的溫度為700 760°C，通過時間為2. 78 3. Os，以達到快速燒結的目的；G)、高溫燒結冷卻步驟C3)后，以70-80mm/s速率進入總長為3860mm進行冷卻，通過冷卻水和風扇進行冷卻，冷卻水的進水溫度為20 22°C，出水溫度為28 30°C，風扇安裝在傳送帶的上下面，各自對齊，對著網帶，避免吹翻電池片。
2.根據權利要求1所述的一種太陽能硅片快速燒結的方法，其特征在于按以下步驟進行(1)、傳送將已經印刷好的上、下電極和背場的硅片經過絲網印刷機的傳送帶運送到燒結爐的網帶上，電池片傳送到燒結爐中；O)、進行烘干排焦步驟(1)后，經過三個烘干區和三個過渡區，總長4880mm，速率70-80mm/s，烘干漿料， 排出漿料中的有機物；第一烘干區溫度為160 170°C，長度1200mm;第二烘干區溫度為 190 220°C，長度為1200mm ；第三烘干區溫度為180 200°C，長度為1200mm ；第一過渡區的溫度為360 450°C，長度300mm ；第二過渡區的溫度為470 500°C，長度350mm ；第三過渡區的溫度為510 550°C，長度610mm ；所述的三個烘干區和三個過渡區依次連接；(3)、快速加熱燒結步驟(2)后，以150-160mm/s速率進入總長為930mm的燒結區，燒結區前面500mm溫區的溫度為610 690°C，通過的時間為3. 1 3. 3S ；之后430mm溫區的溫度為700 760°C， 通過時間為2. 78 3. Os，以達到快速燒結的目的；G)、高溫燒結冷卻步驟( 后，以70-80mm/s速率進入總長為3860mm進行冷卻，通過冷卻水和風扇進行冷卻，冷卻水的進水溫度為20. 5 22°C，出水溫度為28 30°C，風扇安裝在傳送帶的上下面，各自對齊，對著網帶，避免吹翻電池片。
全文摘要
本發明是一種燒結的方法，特別涉及一種太陽能硅片快速燒結的方法，通過采用快速熱處理的方式燒結絲網印刷的大面積電池片。按以下步驟進行傳送→進行烘干排焦→快速加熱燒結→高溫燒結冷卻。本發明的有益效果優異的鈍化效果、大幅度提高少子壽命；改善電池的Ag電極接觸電阻和鋁背場質量，降低熱應力；使得太陽電池的接觸電阻顯著降低從而提高對短波光譜的利用；形成均勻的優質鋁背場以改善電池的開路電壓和填充因子，同時降低電池的翹曲，最終提高電池的轉換效率和成品率。
文檔編號H01L31/18GK102332491SQ20111025190
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者劉亮, 徐永洋, 陳磊 申請人:綠華能源科技(杭州)有限公司