阅读说明：本技术 一种烧结设备、电池的烧结退火方法及电池 (Sintering equipment, sintering annealing method of battery and battery ) 是由 庄宇峰 崔艳峰 袁声召 万义茂 林海峰 于 2020-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种烧结设备,烧结设备用于制备电池,电池为N型TOPCon电池；烧结设备内设有烘干区、烧结区和退火区；其中,烘干区用于对丝网印刷后的电池进行烘干,使得电池表面印刷的浆料中的有机物挥发；烧结区,用于对烘干后的电池进行烧结,使得电池表面形成良好的欧姆接触；退火区,用于对烧结后的电池进行退火,从而提升电池的钝化性能。通过本发明可保证不增加额外退火设备的基础上,实现电池的钝化性能提升。本发明还提供了一种电池的烧结退火方法及电池。(The invention discloses sintering equipment, which is used for preparing a battery, wherein the battery is an N-type TOPCon battery; a drying area, a sintering area and an annealing area are arranged in the sintering equipment; the drying area is used for drying the battery after screen printing, so that organic matters in the slurry printed on the surface of the battery are volatilized; the sintering area is used for sintering the dried battery so as to form good ohmic contact on the surface of the battery; and the annealing area is used for annealing the sintered battery, so that the passivation performance of the battery is improved. The invention can realize the improvement of the passivation performance of the battery on the basis of ensuring that additional annealing equipment is not added. The invention also provides a sintering annealing method of the battery and the battery.)

一种烧结设备、电池的烧结退火方法及电池

技术领域

本发明涉及电池制备工艺，尤其涉及一种烧结设备、电池的烧结退火方法及电池。

背景技术

N型TOPCon电池(Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化物钝化接触电池)是近两年来行业研究的热点。一般来说，N型TOPCon电池的正面结构与N型PERT电池(Passivated Emitter and Rear totally-diffused Cell，钝化发射极及背面全扩散电池)相同，但是N型TOPCon电池的背面结构与N型PERT电池的背面结构并不相同，而是采用由隧穿氧化层、掺杂多晶硅层以及钝化膜组成。同时，采用由隧穿氧化层、掺杂多晶硅层以及钝化膜组成的结构作为N型TOPCon电池的背面结构，可以显著降低电池背面的复合损失，同时大幅提升电池的接触性能，从而提升电池的转换效率。目前，工业化生产的N型TOPCon电池相对于N型PERT电池来说，转换效率可提高约1％。

在传统的电池制备工艺中，在电池进行烧结时，一般采用低温烘干、低温烧结和高温银浆烧结三个过程。也即是，首先通过对电池进行低温烘干，使得电池表面印刷的金属浆料中的有机物挥发；然后通过低温对金属浆料中的铝浆进行烧结同时对金属浆料的银浆进行预烧结；最后再采用高温对金属浆料银浆进行烧结，实现电池的烧结工艺。其中，对于N型PERT电池也延用了这样的烧结工艺。

但是，由于N型TOPCon电池的背面结构与N型PERT电池的背面结构不同。经过研究测试发现，采用传统的电池制备工艺对N型TOPCon电池进行烧结后，该电池表面的钝化性能会大幅衰减。例如，以双面对称结构的N型TOPCon电池采用现有的电池制备工艺进行烧结后，其少子寿命、iVoc(implied Voc)的数据变化如表1所示：

表1

其中，测试少子寿命及iVoc是本领域内检验电池钝化性能的常用手段，能够直观且准确地反应电池的钝化性能。从表1可知，双面对称结构的N型TOPCon电池经过现有的电池制备工艺进行烧结后，其少子寿命以及iVoc均有所降低，电池的钝化性能的下降，影响电池的使用。

现有技术中，为了解决电池钝化性能降低的问题，一般是在烧结工艺完成后，通过增加退火设备对烧结后的电池进行退火，实现电池的钝化性能提升。例如专利号为201810675376.0，发明名称为一种光伏双面电池的退火方法的方案中就是采用这种方式。但是，这种方式由于需要增加退火设备来实现退火工艺，大大增加了电池制备的设备成本；同时，由于不同尺寸的电池可能需要不同的退火设备，进一步增加企业成本。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种烧结设备，其能够解决现有技术中电池制备工艺在提升N型TOPCon电池的钝化性能时存在设备成本高的问题。

本发明的目的之二在于提供一种电池的烧结退火方法，其能够解决现有技术中电池制备工艺在提升N型TOPCon电池的钝化性能时存在设备成本高的问题。

本发明的目的之三在于提供一种电池，其能够解决现有技术中电池制备工艺在提升N型TOPCon电池的钝化性能时存在设备成本高的问题。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种烧结设备，所述烧结设备用于制备电池；所述电池为N型TOPCon电池；所述烧结设备内设有烘干区、烧结区和退火区；其中，烘干区，用于对丝网印刷后的所述电池进行烘干，使得所述电池表面印刷的金属浆料中的有机物挥发；烧结区，用于对烘干后的所述电池进行烧结，使得所述电池表面形成良好的欧姆接触；退火区，用于对烧结后的所述电池进行退火，从而提升所述电池的钝化性能。

进一步地，所述烧结设备包括烧结炉带；所述烧结炉带，用于在电机的带动下将所述电池依次输送到烧结炉内的烘干区、烧结区和退火区。

进一步地，所述烘干区的烘干温度为200°～500°。

进一步地，所述烧结区的烧结温度为700°～900°。

进一步地，所述退火区的退火温度为300°～650°；所述退火时间为10s～180s。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种电池的烧结退火方法，所述烧结退火方法应用于如本发明目的之一采用的一种烧结设备，所述烧结退火方法包括：

烘干步骤：将丝网印刷后的电池输送到烧结设备内的烘干区，通过设定烘干温度对电池进行烘干；

烧结步骤：将烘干后的电池输送到烧结设备内的烧结区，通过设定烧结温度对电池进行烧结；

退火步骤：将烧结后的电池输送到烧结设备内的退火区，通过设定退火温度对电池进行退火。

进一步地，所述烧结退火方法包括：在电机的作用下，通过烧结炉带将电池依次输送到烘干区、烧结区和退火区。

进一步地，所述烘干温度为200°～500°。

进一步地，所述烧结温度为700°～900°。

进一步地，所述退火温度为300°～650°；所述退火时间为10s～180s。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

一种电池，所述电池为通过如本发明目的之二采用的一种电池的烧结退火方法制备的。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明在传统的电池制备方法中的烧结工艺所用到的烧结设备的基础上，将现有的烧结炉中各个区域的温区的温度进行重新划分，使其划分为烘干区、烧结区和退火区，从而在烧结炉内实现对对N型TOPCon电池进行高温烧结以及低温退火，从而在不增加任何额外的设备即可实现N型TOPCon电池的退火工艺，提升了电池的钝化性能，提高了电池的转换效率；由于本发明不需要额外增加任何的退火设备，因此解决了现有技术中为提高电池的钝化性能需要增加额外的退火设备导致企业生产成本增加的问题。

附图说明

图1为本发明提供的一种烧结设备内的温区分布示意图；

图2为本发明提供的一种电池的烧结退火方法流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

基于N型TOPCon电池，在不改变现有的电池制备方法中的烧结工艺所用的烧结设备，来实现N型TOPCon电池的退火工艺，实现电池的钝化性能提升；同时由于不需要增加任何额外设备，因此在保证提高电池的钝化性能的同时降低了现有技术中需要增加额外的退火设备来实现退火时导致设备成本增加的问题。

如图1所示，本发明提供了一种烧结设备，该烧结设备内设有烘干区、烧结区和退火区。

其中，烘干区，用于实现电池的烘干工艺。烧结区，用于实现电池的烧结工艺。退火区，用于实现电池的退火工艺。具体地，烘干区，用于对丝网印刷后的电池进行低温烘干，使得电池表面印刷的金属浆料中的有机物挥发。烧结区，用于对电池表面的金属浆料进行高温烧结。退火区，用于对对烧结后的电池进行低温退火，提升电池的钝化性能。

一般来说，烧结设备内设有烧结炉，通过在烧结炉内设置多个温区，然后将电池输送到相应的烧结炉的对应温区，实现对电池的烧结工艺。

如表2所示，现有的烧结设备的烧结炉内设有低温烘干区、低温烧结区和高温烧结区。

表2

为了便于控制烧结炉内每个区域内的温度，烧结炉内一般设有多个温区。为了方便区分温区，一般对烧结炉内的多个温区进行编号。假设：烧结炉内设有16个温区，编号依次为1,2,3,4，…,16。每个温区内可通过设备使其处于对应温度下。其中，低温烘干区包括1～6温区，低温烧结区包括7～9温区，高温烧结区包括12～16温区。

为了保证电池能够顺利进入烧结炉的各个温区，因此，烧结设备包括烧结炉带。

传统的电池制备工艺中的烧结工艺通过烧结炉带将电池从烧结炉的入口进入，首先经过低温烘干区，通过设定低温烘干区的温度对电池的表面印刷的金属浆料进行烘干，使得金属浆料中的有机物挥发；然后经过低温烧结区，通过低温烧结区对铝浆进行低温烧结，同时对银浆进行预烧结；最后再进入高温烧结区对银浆进行烧结，最终电池随着烧结炉带从烧结炉的出口出来，从而完成电池的烧结工艺。由于印刷后的N型TOPCon电池的正面为银铝浆，背面为银浆，二者浆料的烧结温度近似，均可采用高温烧结。因此，本发明将现有的烧结炉中的高温烧结区迁移至低温烧结区，直接对印刷在N型TOPCon电池的正面以及背面的金属浆料进行高温烧结，并将原来的高温烧结区设为低温退火区，对高温烧结后的N型TOPCon电池进行低温退火，在不改变现有烧结炉的结构以及不增加任何其他的退火设备，实现电池的烧结以及退火工艺。也即是，在不改变现有电池的烧结设备的同时，提升了电池的性能，解决了现有技术中通过增加额外的退火相关设备来实现电池的退火工艺导致增加企业成本等问题。

也即是：将表2中的低温烧结区的温区的温度提高至高温烧结的温度，作为烧结区；将高温烧结区的温区的温度降低为低温退火的温度，作为退火区，具体如表3所示。

表3

从表2和表3可以看出，本发明将现有的烧结炉中的多个温区进行调整，使烧结炉内划分为烘干区、烧结区和退火区，实现N型TOPCon电池的退火工艺，进一步提高了电池的钝化性能，提高了电池的转换效率，解决了现有技术的电池制备工艺对N型TOPCon电池的烧结后其钝化性能下降等问题，同时还解决现有技术中通过在电池烧结完成通过增加退火设备来提高电池钝化性能导致电池生产设备成本增加的问题。

也即是，当电池烘干完成后，可直接将电池送到烧结区对电池进行高温烧结，无需进行低温烧结过程；当烧结完成后，再利用剩余的温区对烧结完成的电池进行退火。本发明不需要采用额外的退火设备，利用现有电池的烧结工艺中的烧结设备即可实现电池的退火，提高电池的钝化性能以及转换效率，同时节省了电池制备的设备成本。另外，本发明只是给出一个实施例来说明现有的烧结设备中温区的设置，因此本发明的烧结设备的温区数不仅仅限于本实施例给出的16个，其可以是任意的温区数，具体根据实际的生产需求进行设定。

实施例二

如图2所示，本发明提供了一种电池的烧结退火方法，该方法应用于实施例一提供的一种烧结设备，该方法包括以下步骤：

步骤S1、当电池印刷完成后，将丝网印刷后的电池置于烧结炉的烘干区，并采用预设烘干温度对电池进行烘干，使得电池的表面印刷的金属浆料中的有机物挥发。

步骤S2、将烘干完成的电池置于烧结区，并采用预设烧结温度对电池烧结，使得电池的正面、背面形成良好的欧姆接触。

步骤S3、将烧结完成后的电池置于退火区，并采用预设退火温度对电池进行退火，从而提升电池的钝化性能。

优选地，烘干温度为200°～500°。

优选地，预设烧结温度为700°～900°。

优选地，预设退火温度为300°～650°，退火时间为10s～180s。

优选地，烧结设备包括烧结炉带。烧结炉带在电机的带动下从烧结炉的入口进入，并从烧结炉的出口出，从而带动电池依次进入烧结炉内的烘干区、烧结区和退火区。

进一步地，电池的烧结退火方法包括：

步骤S4、通过将丝网印刷后的电池置于烧结炉带上，在烧结炉带的带动下将丝网印刷后的电池依次输送到烘干区、烧结区以及退火区。

另外，烧结炉还具有一定的长度。一般来说，现有的烧结炉总长为10米。每个温区具有一定的长度，每个温区的长度是指每个温区所占有的烧结炉带的长度。一般来说，每个温区的长度均相同，为烧结炉总长/烧结炉的温区总数。

优选地，为了便于说明本发明提供的电池的烧结退火方法，本发明结合具体的烧结设备来说明对于上述烧结区、退火区的温度设置以及退火时间的设置。

结合表3所示，烧结炉内设有16个温区。其中，烘干区包括1～6温区，烧结区包括7～10温区，退火区包括11～16温区。

该电池的烧结退火方法具体包括如下步骤：

(1)将丝网印刷后的电池置于烧结炉带上，并通过烧结炉带传送至烧结炉的烘干区，对电池进行烘干，使得电池表面印刷的金属浆料中的有机物挥发。

烘干区的温区为1-6温区，其温度设置如表3所示。

(2)烘干后的电池通过烧结炉带传送至烧结区，对电池进行烧结，使得电池正面和/或背面形成良好的欧姆接触。

烧结区的温区为7-10温区，其温度设置如表3所示。

(3)烧结后的电池通过烧结炉带传送至退火区，对电池进行退火，从而提升电池的钝化性能。

退火区的温区为11-16温区，其温度设置如表3所示。

如表4所示，烧结炉内设有16个温区。其中，烘干区包括1～6温区，烧结区包括7～9温区，退火区包括10～16温区。

该电池的烧结退火流程具体包括如下步骤：

(1)将丝网印刷后的电池置于烧结炉带上，通过烧结炉带传送至烧结炉的烘干区，对电池进行烘干，使得电池表面印刷的金属浆料中的有机物挥发。

烘干区的温区为1-6温区，其温度设置如表4所示。

(2)烘干后的电池通过烧结炉带传送至烧结区，对电池进行烧结，使得电池正面和/或背面形成良好的欧姆接触。

烧结区的温区为7-9温区，其温度设置如表4所示。

(3)烧结后的电池通过烧结炉带传送至退火区，对电池进行退火，从而提升电池的钝化性能。

退火区的温区为10-16温区，其温度设置如表4所示。

表4

从表3和表4可以得出，本发明中对于烧结炉内的烘干区的温区设置一般采用现有的温区设置，并不需要进行任何的改变。而对于烧结区以及退火区的温区设置，可根据设置温区的温度的不同来选择对应的温区作为烧结区或退火区。

假设烘干区的温区数为N时，烧结区和退火区的总温区数为烧结炉内的总温区数-N。其中，烧结区与退火区的温区数可根据实际的需求进行相应的调整。例如表3所示的烧结区包括7～10温区，退火区包括11～16温区；表4中所述的烧结区为7-9温区，退火区为10～16温区。从表3和表4中可以看出，尽管烧结区与退火区的温区数设置不同，但是其对应的烧结温度与退火温度也不同，因此，为了保证电池的烧结与退火效果，对于烧结区与退火区的温区数以及对应地温度等，根据具体的需求进行设置。

另外，在生产过程中，电池是通过烧结炉带传送至烧结炉中并依次经过烘干区、烧结区和退火区。烧结炉带一般是通过电机的带动，因此，烧结炉带具有一定的速度。因此，在对电池进行退火时，对于退火区的退火温度、退火时间的设置还与烧结炉带的速度、烧结炉带的长度等有关。

例如，烧结炉的总长度优选为10米：

以表3所示的退火区的温度来算的话，当烧结炉带的速度为5m/min，则退火时间为45S。

以表4所示的退火区的温度来算的话，当烧结炉带的速度为5m/min，则退火时间约52S。

优选地，本发明根据经验给出关于烧结设备中的烧结炉的总长一定、退火温度一定的情况下，烧结炉带的速度、退火区的温区数以及退火时间的关联关系。设定烧结炉的总长为10米、温区为16个、每个温区的总长为0.6725米、退火温度一定的情况下，则烧结炉带的速度、退火时间的关联关系如表5所示。

表5

因此，对于烧结区的温区数量、退火区的温区数量、温区的温度、退火时间以及烧结炉带的速度均具有一定的关联关系，具体的设置根据实际的需求进行设定。例如，为了保证钝化性能提升的效率，在对烧结区、退火区的温区设置时，只需要保证退火温度为300°～650°，退火时间为10s～180s的情况下，其他的内容可以进行相应调整。一般来说，对于同款金属浆料，当烧结炉带的速度越快，烧结区的温区长度相对增加，退火区的温区长度相对缩短，则为了保证同样的退火效果，则需要更高的退火温度。也即是，为了保证同样的烧结效果，希望在不同的烧结炉带的速度条件下，使得金属银浆料能吸收同样多的热量，保证烧结效果。比如在烧结炉带的速度过快的条件下，则需要加长烧结区的温区长度；则在烧结炉总长不变的情况下，会缩短退火区的温区长度；则为了达到同样的退火效果，则需要提高退火区的温区的温度来达到同样的退火效果。

另外，为了说明本发明相对于现有传统的电池制备方法来说，其钝化性能的提升，本发明以双面对称结构的N型TOPCon电池为例来说明其经过本发明提供的电池制备方法制备后的钝化性能，如表6所示。

表6

从表6中可以看出，采用本发明的制备工艺采用现有的烧结设备对双面对称结构的N型TOPCon电池进行烧结退火后，其少子寿命以及iVoc相对于现有的电池制备工艺来说，都有明显提升。这也说明了本发明的制备工艺能够有效改善N型TOPCon电池背面钝化效果经烧结后出现衰减的问题。

此外，本发明还给出了标准的N型TOPCon电池经过本发明提供的制备方法烧结后的钝化性能，如表7所示。其中，标准的N型TOPCon电池是指该电池的正面结构与N型PERT电池相同，背面结构采用由隧穿氧化层、掺杂多晶硅层以及钝化膜组成。

表7

从表7可知，对于标准的N型TOPCon电池，采用本发明的制备方法对其进行烧结后，电池的少子寿命以及iVoc相对于现有制备工艺都有明显提升，从而可知，标准的N型TOPCon电池经过本发明提供的制备方法后，电池的开路电压将会有明显提升，从而实现电池转换效率的提升。

也即是说，本发明在不改变现有制备工艺的烧结设备，同时不需要增加其他的设备即可实现电池的退火工艺，可有效提升烧结后的硅片的钝化性能，有利于电池转换效率的进一步提升，同时还解决了电池生产的设备成本。

实施例三

优选地，本发明还提供了一种电池的制备方法，制备方法包括如本发明实施例一提供的用于制备电池的烧结退火方法。

实施例四

一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有制备程序，所述制备程序为计算机程序，所述制备程序被处理器执行时实现如实施例二提供的电池制备方法的步骤。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。