CN101789465A - 一种晶体硅太阳电池缺陷修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳电池缺陷修复方法，该方法通过电学和光学检测手段检测电池各种缺陷区域的漏电情况，对缺陷漏电区域精确定位，在真空、气态或液态环境中，利用激光束在缺陷漏电区域及其周围做刻蚀，切断电池缺陷漏电区域与电池其他正常工作区域的电流通道，或直接将缺陷区域刻蚀消除，从而消除漏电效应，使电池恢复正常性能。本发明的工艺可以精确消除或隔离缺陷漏电区域，对电池的损伤小，不影响电池外观，处理速度快，并可以在激光刻蚀区域设计各种装饰图案和文字，使电池更具欣赏性。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电领域，具体涉及一种晶体硅太阳电池缺陷的修复方法。
背景技术
硅太阳电池利用p-n结的光生伏特效应实现光电转换，已经成为新能源发展主流之一。2008年晶体硅太阳电池占世界太阳电池总产量的90％左右，并且在未来一段时间将继续占据市场的主流地位。晶体硅太阳电池本身是一个p-n结二极管，根据二极管的工作特性，在电池正常工作时，会存在一定的反向漏电流，正常电池的漏电流都非常小，与之相关的电池并联电阻一般在数十欧姆以上。但是在晶体硅太阳电池的生产过程中，由于硅材料本身的杂质、裂纹等缺陷，以及生产工艺过程各种原因造成的结构缺陷，会使电池的某些区域出现严重的载流子复合或反向漏电。其主要的表现是大幅降低了电池的并联电阻，同时也会减低电池的开路电压，增加电池的串联电阻，从而使电池的性能明显降低。漏电严重的区域在工作状态下，或者外加电压下漏电流远大于正常电池，发热会明显大于正常工作区域，严重的情况下甚至会造成击穿，使表面电极熔化。
晶体硅电池正常工艺包括：去损伤—表面制绒—扩散制结—刻边隔离—正面镀膜—印刷电极—烧结。漏电性能是电池生产中关注的主要性能，造成漏电的原因主要有：硅片本身的裂纹及杂质聚集区，高温过程引起的裂痕，电池刻边不完全，p-n结磨损，印刷浆料散落，烧结过度等，其中印刷烧结环节引起的缺陷漏电效应占多数。
因此在生产中各种程度缺陷造成的低效电池数量很大，如果能消除这些缺陷漏电区域的影响，将可以明显提高电池生产的成品率和平均效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶体硅太阳电池缺陷修复工艺，该工艺采用电学、光学多种方法对电池的缺陷漏电区域进行检测定位，利用激光在各种环境下对缺陷漏电区域及周围进行刻蚀，消除漏电效应，恢复电池正常性能。
本发明的目的通过采取以下技术方案予以实现：
一种晶体硅太阳电池缺陷修复方法，其特征在于，通过电学和光学检测手段检测晶体硅太阳电池由于各种缺陷造成的漏电情况，对有漏电效应的缺陷区域精确定位，在真空、气态或液态环境中，利用激光束在漏电缺陷区域周围做刻蚀，切断漏电缺陷区域与电池其他正常工作区域的电流通道，或直接将漏电缺陷区域刻蚀消除，从而消除漏电效应，使电池恢复正常性能。
作为本发明的具体实施方式，所述的电学和光学检测手段包括电池IV曲线测试，外观目测及显微观察，电致/光致发光--红外成像及热致变色成像等热像检测手段，光束诱导电流及电子束诱导电流等电流检测方法。
作为本发明的具体实施方式，所述的激光束采用功率为1～1000W、波长为1100～200nm的脉冲或连续激光束，在经过聚焦后达到微米至毫米量级直径的光斑照射到电池表面进行刻蚀。
作为本发明的具体实施方式，所述激光刻蚀可在多种环境下进行，比如，可在真空，空气、氮气或惰性气体，水及有机或无机溶剂中进行。
作为本发明的进一步改进，根据漏电缺陷区域的具体情况，可以在其周围设计各种外形轮廓做刻蚀隔离，同时可在隔离部分设计图形和文字，具有一定的装饰作用。
本发明提出的晶体硅太阳电池缺陷修复方法的主要手段是利用激光刻蚀，切断电池表面的电流通道，使漏电的缺陷区失去作用，或者直接刻蚀去除缺陷区域，两种手段都能消除漏电效应。该工艺可以提高电池的并联电阻，降低电池的串联电阻，提高填充因子、开路电压，最终提高电池的整体转换效率。
本发明方法的一种具体处理步骤是：
(1)对电池做IV测试，判断是否存在明显漏电；
(2)检查外观，根据外观异常初步确定缺陷区域；
(3)给电池外加电压(正向和反向偏压)或光照，利用红外摄像、热致色变等技术观察电池表面的发热情况，根据漏电效应集中发热较明显的原理，判断外观缺陷区域是否存在漏电，并检测其他不可见的缺陷漏点区域，对这些区域进行精确定位；
(4)将电池固定在工作区域，按照已定位的缺陷漏电区域，设计刻蚀隔离图样，然后利用激光做刻蚀隔离或清除；
(5)清洗处理完的电池，再做IV测试检测修复效果；
(6)如IV测试效果不明显可对隔离区再做热像测试及光生电流测试，判断失效原因再做处理。
本发明利用多项技术完成漏电电池的隔离修复工作，其主要的优点包括：
(1)结合多种技术对缺陷漏电区域精确定位，减少对电池正常区域的刻蚀影响，尽可能减小刻蚀区域，不会给电池造成明显的电流损失。
(2)对缺陷漏电区域的修复效果好，可以消除漏电通道，使电池性能恢复到正常水平。
(3)在精确定位的基础上，利用激光刻蚀，刻蚀线宽小(几十到几百微米)，不会对电池的外观造成太大影响。
(4)处理过程耗时短，生产效率高。
附图说明
图1为P型晶体硅太阳电池在空气中做激光刻蚀示意图；
图2为P型晶体硅太阳电池在氮气保护中做激光刻蚀示意图；
图3为P型晶体硅太阳电池表面漏电区域激光刻蚀隔离示意图；
图标说明：1.P型基区；2.N型发射极；3.金属电极；4.激光束；5.激光刻蚀线；6.空气；7.氮气流；8.缺陷漏电区域。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
采用一台波长1064nm的Nd:YAG激光器：激光脉冲频率1～30kHz，功率1～20W，振镜扫描，光束横模为低阶模式。设置激光脉冲频率为1～10kHz，扫描速度为10mm/s，激励电流为16～21A。样品为采用丝网印刷工艺的常规p型晶体硅电池成品，缺陷漏电区域为电池边缘一点。设计隔离图案为直径2mm圆形线，与电极无交点，在空气中进行刻蚀隔离。
实施例2
采用一台波长532nm的Nd:YVO4激光器：激光脉冲频率1～100kHz，功率1～10W，振镜扫描，光束横模为低阶模式。设置激光脉冲频率为1～15kHz，扫描速度为1～30mm/s，激励电流为16～25A。样品为采用丝网印刷工艺的常规p型晶体硅电池成品，缺陷漏电区域为电极细栅线上2mm长一段。设计采用3×3mm正方形刻蚀线，与电极栅线有两个交点，固定样品，在空气中用激光做刻蚀，对与电极交点处重复刻蚀保证无金属材料残余。
实施例3
采用一台波长355nm的Nd:YAG激光器：激光脉冲频率1～30kHz，功率1～5W，工作台运动扫描，光束横模为基模模式。设置激光脉冲频率为1～10kHz，扫描速度为20～200mm/s，激励电流为18～25A。样品为采用丝网印刷工艺的常规p型晶体硅电池成品，缺陷漏电区域为直径1mm一点无电极覆盖。设计采用1.5×1.5mm正方形将漏电区域覆盖，利用激光刻蚀将缺陷漏电区表层去除。
实施例4
采用一台波长355nm的Nd:YAG激光器：激光脉冲频率1～30kHz，功率1～5W，工作台运动扫描，光束横模为基模模式。设置激光脉冲频率为1～10kHz，扫描速度为20～200mm/s，激励电流为18～25A。样品为采用丝网印刷工艺的常规p型晶体硅电池成品，缺陷漏电区域为穿过多根电极细栅线，长约1cm的微裂纹。设计采用1.2×0.3cm的长方形刻蚀线，该图形与电极细栅线有多个交点。将电池固定在氮气吹除的环境下，利用激光做重复刻蚀。
实施例5
采用一台波长355nm的Nd:YAG激光器：激光脉冲频率1～30kHz，功率1～5W，工作台运动扫描，光束横模为基模模式。设置激光脉冲频率为1～10kHz，扫描速度为20～200mm/s，激励电流为18～25A。样品为采用丝网印刷工艺的常规p型晶体硅电池成品，缺陷漏电区域为直径约1.5cm的圆形浆料散落区。设计隔离图案为花瓣状，在水环境下做激光刻蚀，完成外围隔离线刻蚀后，在隔离区域内用激光刻蚀勾勒出花的内部线条，形成一个小花朵的装饰图案。
Claims (7)
1.一种晶体硅太阳电池缺陷修复方法，其特征在于，通过电学和光学检测手段检测晶体硅太阳电池由于各种缺陷造成的漏电情况，对有漏电效应的缺陷区域精确定位，在真空、气态或液态环境中，利用激光束在漏电缺陷区域周围做刻蚀，切断漏电缺陷区域与电池其他正常工作区域的电流通道，或直接将漏电缺陷区域刻蚀消除，从而消除漏电效应，使电池恢复正常性能。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池缺陷修复方法，其特征在于，所述的对于电池漏电缺陷区域的电学和光学检测手段包括电池IV曲线测试，外观目测，显微观察，电致/光致发光成像，热红外成像，热致变色成像，光束诱导电流及电子束诱导电流。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池缺陷修复方法，其特征在于，所述的对电池漏电缺陷区域的激光刻蚀的气态环境为空气、氮气或惰性气体。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池缺陷修复方法，其特征在于，所述的对电池漏电缺陷区域的激光刻蚀的液态环境为水、无机溶剂或有机溶剂。
5.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池缺陷修复方法，其特征在于，所述的刻蚀隔离所用的激光束采用功率为1～1000W、波长为1100～200nm的脉冲或连续激光束，经过聚焦后达到微米至毫米量级直径的激光光斑照射到电池表面进行刻蚀。
6.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池缺陷修复方法，其特征在于，所述的激光刻蚀包括在漏电缺陷区周围做刻蚀，使之与正常工作区隔离；或直接刻蚀漏电缺陷区表面，消除漏电源。
7.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池缺陷修复方法，其特征在于，根据漏电缺陷区域的情况设计激光刻蚀的图样，包括图案和文字，使其具有装饰效果。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100728 |