CN101281936A - 单面指状交叉式太阳能电池片的切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单面指状交叉式太阳能电池片的切割方法，其步骤是：A.选用设备；B.调整激光机焦距；C.根据电池片切割要求编写的切割行走路径数值输入激光机，然后将电池片背面向上、电池片边缘与激光机操作台靠近原点处的X轴Y轴对齐放置并固定；D.调整激光机电流、频率、行走速度，使激光切割深度满足后工序掰片要求；E.横向切割应使切割路径与电极栅线分布方向平行并处于正负电极间的绝缘线范围内；F.纵向切割应使切割路径与电极栅线分布方向垂直；G.掰片后即得所需的电池片。本发明方法简单可靠，操作简便，确保了切割下来的电池片电性能完好，提高了电池片的利用率。

Description

单面指状交叉式太阳能电池片的切割方法

技术领域

本发明属于太阳能电池组件的半成品加工技术领域，更具体涉及一种单面指状交叉式太阳能电池片的切割方法，适用于切割单面电极太阳能电池片。

背景技术

单面指状交叉式硅太阳能电池为硅基太阳能电池，可以是单晶硅，也可以是多晶硅。高纯度硅材料自身硬度高而脆，而硅太阳能电池片是由硅锭或硅棒切割后经一系列工艺制得，厚度一般仅为150-320μm，故在运输及转运过程中电池片容易破裂，需对已破损的电池片进行再加工；另因用户对太阳能电池组件的外形及电性能参数等具体要求不一，也需采用切割设备将电池片切割成合适的尺寸及形状，以提高电池片的利用率并满足用户需求。

硅太阳能电池的光电转换效应是通过硅片内部的PN结实现的。当光子照射在硅电池上时即产生电子-空穴对，电池的PN结上将产生电位差，由光照所产生的电子和空穴分别被收集在硅电池中的N型区和P型区，经过外电路复合产生电流。常见的硅太阳能电池片结构是由减反射膜——上电极——N型层——PN结——P型层——下电极叠加组合而成，叠加方向平行于电池正面。此类电池片在切割时必须背面朝上，因切割后电池片的焊接受正面主栅线和细栅线位置的影响，所以这种切割方法不易使切割线处于合适位置；另外切割深度受截面PN结的影响，需要控制在电池片厚度的1/2-2/3范围内，以保证电池的电极不被破坏。因此此类电池片的切割受到本身结构的限制，影响加工的成品率。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种单面指状交叉式太阳能电池片的切割方法，方法简单可靠，操作简便，确保了切割下来的电池片电性能完好，提高了电池片的利用率。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术措施：

单面指状交叉式硅太阳能电池采用全背电极技术，正面无电极，提高了有效光照面积，降低阴影损失，提高光电转换效率至约20％。单面指状交叉式硅太阳能电池片的电池内部存在两种接触方式，一种为PN接触，即PN结，即图2中N型硅3与P型区4之间的接触；另一种为欧姆接触，即图2中N型硅3与N型区5之间的接触。此类电池片的PN结与电池正面垂直。在电池背面合金层上可以看见金属正电极和金属负电极呈指状交叉在一起，如图1所示。合金层是指图2中的金属正电极6与金属负电极7所在的区域，电池背面的SiO₂表面钝化层1，即绝缘区域，位于金属正电极6和金属负电极7之间，如图2所示。切割此类电池片时如果不破坏PN结和欧姆接触部分，就可以保证电池本身的电性能不受切割影响。切割时须保证切割路径与电极栅线分布方向平行并处于正负电极间的绝缘区域1内，切割深度的选择范围较其他种类的硅基太阳能电池范围宽，为电池片厚度的1/2-9/10。

一种单面指状交叉式太阳能电池片的切割方法，它包括以下步骤：

A.选用设备，根据所需电池片的切割要求选用设备，即激光切割机或其它能提供类似激光切割效果的切割类设备。推荐的激光切割机性能：激光波长≤1064nm，划片精度≤10μm，驱动系统为精度高的步进电机或更高精度的伺伏电机；

B.调整激光机焦距，此时激光束的光斑直径最小，光斑最亮，当批量连续切割同一厚度的电池片时，焦距只需调整一次即可；

C.将根据电池片切割尺寸要求编写的切割行走路径数值输入激光机，然后将电池片背面向上、电池片边缘与激光机操作台靠近原点0处的X轴Y轴对齐放置并固定，可参见图5、图7、图9。本发明所述的电池正面是指太阳能电池片接受光照的一面，背面是指太阳能电池片不接受光照的一面；

D.调整激光机电流、频率及行走速度，使激光切割深度满足后工序掰片要求(用手捏住电池片边缘轻掰即可得到所需尺寸的电池片)，推荐的切割深度为电池片厚度的1/2-9/10。不同的激光切割设备的具体参数各有不同，常用的电流范围是8-20A，频率范围5-20Hz；行走速度20-120mm/s；

E.横向切割应使切割路径与电极栅线分布方向平行并处于正负电极间的绝缘区域范围内(绝缘区域线径一般为0.25-0.45mm之间)，横向是指与绝缘区域1平行的方向，如图1所示；

F.纵向切割应使切割路径与电极栅线分布方向垂直，纵向是指与绝缘区域1垂直的方向，如图1所示；

G、掰片后即得所需的电池片。

本发明所述的单面指状交叉式太阳能电池片的切割方法的应用范围广，也适用于以上未提及材质的单面指状交叉式电池的切割。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、采用本发明涉及的方法切割单面指状交叉式太阳能电池片时，切割深度范围宽，生产操作控制简单，能有效提高成品率；

2、采用现有技术切割单面指状交叉式太阳能电池片时难以保证切割质量，成品率低。而采用本发明涉及的方法时，因仅需控制背面切割的位置而且最初的定位精度高，操作简单并可保证后续切割的质量，因此可提高成品率；

3、因单面指状交叉式太阳能电池片正面无栅线，切割时只需要控制背面切割的位置，采用本发明涉及的方法时，电池片的边角余料能够得到充分的利用，因此提高了电池片的利用率。

附图说明

图1为单面指状交叉式太阳能电池片背面电极示意图及局部细节放大图。

其中：1-绝缘区域(宽度较窄，一般呈线状，也称绝缘线)，X-纵向方向，Y-横向方向，A-局部细节放大图，+：正极，-：负极。

图2为单面指状交叉式太阳能电池片内部结构剖面示意图。

其中：1-电池背面的SiO₂表面钝化层，又称绝缘区域，2-减反射膜，3-N型硅，4-P型区，5-N型区，6-金属正电极，7-金属负电极。

图3为德国Sunpower公司单面指状交叉式太阳能电池125mm×125mm电池片背面电极及外型尺寸示意图。

图4为大小为41.66mm×6.00mm×190μm的电池片外型尺寸示意图。

图5为切割尺寸为41.66mm×6.00mm×190μm的电池片时激光机的行走路径示意图。

其中，0)为激光切割机工作台原点，1)、2)、3)、4)、5)、6)、7)、8)、9)、10)、11)、12)、13)为行走路径的先后顺序示意，图7及图9中的数值含义与此类同。

图6为大小为20.83mm×6.00mm×166μm的电池片外型尺寸示意图。

图7为切割尺寸为20.83mm×6.00mm×166μm的电池片时激光机的行走路径示意图。

图8为大小为31.25mm×3.62mm×145μm的外型尺寸示意图。

图9为切割尺寸为31.25mm×3.62mm×145μm的电池片时激光机的行走路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明的切割方法进行进一步的说明，也更加有助于理解本切割方法的实质，但实施例不能用来构成对本发明的限制。

如图2所示，在单面指状交叉式太阳能电池的内部结构剖面中可以看出，PN结垂直于电池正面(背面)，金属正电极9与绝缘区域11、金属负电极10与绝缘区域11依次排列，切割时路径必须选择在绝缘区域11的范围内，这样才能不破坏PN结及欧姆接触部分，不影响切割出来的电池片的电性能。

实施例1：

需要切割德国Sunpower公司型号为A-190的单面指状交叉式硅电池片，外型如图3所示，电池片原尺寸为125mm×125mm×190μm，需要切割成如图4所示的41.66mm×6.00mm×190μm的电池片。

A、选用武汉三工光电设备制造有限公司生产的SYS50A型YAG激光切割机。

B、调整激光机光束焦距至光斑直径最小，光斑最亮。

C、调整激光机电流为12A，频率为8HZ。

D、并将待切割的电池片放入激光机的工作台面上，保证光束焦点其位于电池片背面切割的原点位置。

E、按照激光机操作系统屏幕上的提示，依次重复输入Y、X轴的运动路径数值，激光机的运动路径如图5所示(单位为mm)：

1)105

2)3.2

3)-130

4)125

5)43.66

6)-130

7)41.66

8)130

9)44

10)89

11)-130

12)6

13)130

注：第2)及第5)步的数值须根据各激光机工作台设置的初始位置而定，同一型号设备的值也会有所不同。

F、关闭频率试运行，观察横向的切割线是否与绝缘线重合，如不重合则重新调整电池片的初始位置及Y、X轴的运动路径；如重合则打开频率，开始切割。

G、将切割后的电池片从工作台上取下，轻轻沿切割线掰开即得41.66mm×6.00mm×190μm的电池片(请见图4)。

实施例2：

需要切割德国Sunpower公司型号为A-166的单面指状交叉式硅电池片，外型如图3所示，电池片原尺寸为125mm×125mm×166μm，需要切割成如图6所示的20.83mm×6.00mm×166μm的电池片。

A、选用武汉三工光电设备制造有限公司生产的SYS50A型YAG激光切割机。

B、调整激光机光束焦距至光斑直径最小，光斑最亮。

C、调整激光机电流为12.5A，频率为8.11HZ。

D、并将待切割的电池片放入激光机的工作台面上，保证光束焦点其位于电池片背面切割的原点位置。

E、按照激光机操作系统的提示，依次重复输入Y、X轴的运动路径数值，激光机的运动路径如图7所示(单位为mm)：

1)112

2)2.05

3)-130

4)125

5)24.20

6)-130

7)20.83

8)130

9)20.83

10)-130

11)20.83

12)130

13)20.83

14)-130

15)24

16)11

17)-130

18)6

19)130

20)6

注：第2)及第5)步的数值须根据各激光机工作台设置的初始位置而定，同一型号设备的值也会有所不同。

F、关闭频率试运行，观察横向的切割线是否与绝缘线重合，如不重合则重新调整电池片的初始位置及Y、X轴的运动路径；如重合则打开频率，开始切割。

G、将切割后的电池片从工作台上取下，轻轻沿切割线掰开即得20.83mm×6.00mm×195μm的电池片(请见图6)。

实施例3：

需要切割德国Sunpower公司型号为A-145的单面指状交叉式硅电池片，外型如图3所示，电池片原尺寸为125mm×125mm×145μm，需要切割成如图8所示的31.25mm×3.62mm×145μm的电池片。

A、选用武汉三工光电设备制造有限公司生产的SYS50A型YAG激光切割机。

B、调整激光机光束焦距至光斑直径最小，光斑最亮。

C、调整激光机电流为12A，频率为8HZ。

D、并将待切割的电池片放入激光机的工作台面上，保证光束焦点其位于电池片背面切割的原点位置。

E、按照激光机操作系统的提示，依次重复输入Y、X轴的运动路径数值，激光机的运动路径如图9所示(单位为mm)：

1)105

2)1.5

3)-130

4)125

5)33.58

6)-130

7)31.25

8)130

9)31.25

10)-130

11)34.25

12)8.7

13)-130

14)3.62

15)130

16)3.62

17)-130

注：第2)及第5)步的数值须根据各激光机工作台设置的初始位置而定，同一型号设备的值也会有所不同。

F、关闭频率试运行，观察横向的切割线是否与绝缘线重合，如不重合则重新调整电池片的初始位置及Y、X轴的运动路径；如重合则打开频率，开始切割。

G、将切割后的电池片从工作台上取下，轻轻沿切割线掰开即得31.25mm×3.62mm×145μm的电池片(请见图8)。

Claims (1)

1、一种单面指状交叉式太阳能电池片的切割方法，其步骤是：

A、选用设备，激光切割机，激光波长≤1064nm，划片精度≤10μm；

B、调整激光机焦距，使激光束的光斑小，光斑亮，当批量连续切割同一规格的电池片时，焦距只需调整一次；

C、将根据电池片切割要求编写的切割行走路径数值输入激光机，然后将电池片背面向上、电池片边缘与激光机操作台靠近原点(0)处的X轴Y轴对齐放置并固定，电池正面是指太阳能电池接受光照的一面，背面是指太阳能电池不接受光照的一面；

D、调整激光机电流、频率、行走速度，使激光切割深度满足后工序掰片要求，切割深度为电池片厚度的1/2-9/10；电流范围是8-20A，频率范围5-20Hz；行走速度20-120mm/s；

E、横向切割应使切割路径与电极栅线分布方向平行并处于正负电极间的绝缘区域范围内，绝缘区域的线径为0.25-0.45mm之间，横向是指与绝缘区域(1)平行的方向；

F、纵向切割应使切割路径与电极栅线分布方向垂直，纵向是指与绝缘区域(1)垂直的方向；

G、掰片后即得所需的电池片。

Images