CN101834234A - 非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法及专用装置 - Google Patents

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曹剑忠
蒋宏彬
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Abstract

本发明公开了一种非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法，通过对存在细微金属残留物的电池单元施加10-30V反向直流电压，形成短路电流，使细微金属残留物熔断，从而修复刻蚀不良品。本发明还公开了上述非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法的专用装置，包括：可调节输出电压的直流电源、导电探针、操作平台、探针支架、探针座。本发明提供的非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法及专用装置，可以对非晶硅太阳能电池生产中产生的大多数刻蚀不良品进行有效修复，大幅度提高了生产合格率，具有良好的经济效益。

Description

非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法及专用装置
技术领域
本发明涉及太阳能电池生产技术领域，尤其是非晶硅太阳能电池的生产。
背景技术
随着全球环保产业的发展，太阳能光伏发电作为最为重要的一种清洁、直接的能源形式，已经越来越受到人们的重视，大量的太阳能电池也早已进入千家万户。
目前批量生产和使用的太阳能光伏电池主要是以硅为基底的硅太阳能电池，可分为单晶硅电池、多晶硅电池以及非晶硅电池。其中非晶硅电池由于生产成本低、高温性能好等优点，现在已成为太阳能电池生产中发展最迅猛的一类。
非晶硅太阳能电池结构，分为五大层：第一层是玻璃层，第二层是前电极层，第三层是PIN层，第四层背电极层，第五层铝层。太阳能电池即通过激光刻蚀，形成一个一个小电池单元的串联。整个太阳能电池工艺中需要经过四次激光刻蚀，以下分别简称为P1，P2，P3，P4，其分别对应刻蚀的膜层如下：
P1：刻蚀前电极；P2：刻蚀PIN层及背电极；P3：刻蚀PIN层、背电极及铝层；P4：刻蚀边缘，做绝缘处理。
在非晶硅太阳能电池的批量生产中，多数的不良品是在激光刻蚀时产生的，特别是P3过程中刻蚀不彻底而出现细微金属残留，这些细微金属残留会形成短路点，导致电池转换效率降低，严重的造成电池片报废；即使轻微的短路，在电池天长日久的使用中也会容易出现热斑，导致使用寿命下降。
这些刻蚀不良品通常在后道检测时挑出并报废，降低了产品合格率，提高了产品生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对上述刻蚀不良品进行修复的方法，从而提高产品合格率，降低生产成本。
我们知道太阳能电池的等效电路可以看做一个电流源与二极管、Rsh并联之后与Rs串联，然后接入负载，其中Rs为串联电阻，其产生主要由欧姆接触及本身材料阻抗产生，串联阻抗越大则对电路电压损耗越大；Rsh为并联电阻，又称旁漏电阻，顾名思义Rsh主要作用是产生漏电效果，其主要由边沿金属导通，P3金属异物导通等短路作用产生。
众所周之，太阳能电池的转换效率Eff＝VOC*ISC*FF/Pin，其中VOC为电池的开路电压，ISC为电池的短路电流，FF为填充因子，Pin为大气质量AM为1.5的条件下标准光照强度与电池板面积的乘积。
实际上开路电压可以看做实际输出的最大电压，VOC＝V理想-VS，其中V理想为理想状态下电池产生的最大电压，VS为串联电阻所消耗的电压；短路电流可以看做实际输出最大电流，Isc＝I理想-Ish，其中I理想为理想状态下电池产生的最大短路电流，Ish为并联电阻所分掉的电流。
从上述理论可知，刻蚀不良实际上是电池单元之间的细微金属残留产生短路点，从而减小了并联电阻Rsh，增大了漏电流Ish，减小了实际输出最大电流ISC，使得电池转换效率变差。
我们又对生产中出现的刻蚀不良品进行了具体分析，发现P3刻蚀不良所产生的短路点主要是金属铝残留，而金属铝的熔点较低，仅660℃，在出现短路时，很容易熔断，从而使其形成的短路点断开。
基于以上分析，我们设想通过在存在细微金属残留的两个电池单元上施加反向直流电压，在两个电池单元之间形成直流短路电流，使电池单元之间细微金属残留所形成的短路点被熔断，从而修复刻蚀不良品；当然，施加的反向直流电压应小于电池的击穿电压，否则会使电池被击穿。
为此，我们选取生产中出现的刻蚀不良品按照上述方法进行实验，通过大量实验我们发现当施加的反向直流电压在10V以上而低于电池单元的反向击穿电压时，可以对不良电池进行有效修复，特别是该电压范围在10V-30V时，既能有效修复刻蚀不良品，又能使电池单元受到的损伤最小。
为了实施该方法，我们又设计了专用装置，该装置由直流电源和两组导电的探针构成，两组探针分别与直流电源的正、负极电联接；使用时将正极探针、负极探针分别与之间存在细微金属残留的两个电池单元同时接触，正极探针与靠近电池负极的电池单元接触，负极与靠近电池正极的电池单元接触；通过反向短路电流将两个电池单元之间的金属残留熔断开，从而修复刻蚀不良的电池；为了能够输出稳定的直流电压，可以在探针与直流电源之间串联一个稳压二极管。
上述装置虽然能够有效修复刻蚀不良品，但比较粗糙，只能人工操作，修复效率不能满足生产线批量生产的要求。为此，我们又对该装置进行了改进，在上述装置基础上增加了用于摆放待修复电池的操作平台、用于安装探针的探针座以及探针座固定支架；探针座固定支架与操作平台侧面通过横向传动机构连接，所述横向传动机构可使探针座固定支架沿平行于操作平台台面的方向滑动；探针座通过纵向传动机构与探针座固定支架连接且可通过所述纵向传动机构沿垂直于操作平台台面的方向上下运动；探针尾部固定于探针座，探针头垂直向下指向操作平台台面，两组探针沿与探针座固定支架滑动方向垂直且与操作平台台面平行的方向等间距地排成两列。
上述横向传动机构和纵向传动机构根据实际情况可随意选择，例如电气传动、气压传动、机械传动或者液压传动等。
使用该装置进行刻蚀不良品修复时，先将不良电池放置于操作平台上，通过横向传动机构将探针座固定支架移动至电池上方并使每组组探针中至少一根探针分别对准之间存在短路点的两个电池单元，然后通过纵向传动机构使探针落下直至接触电池表面铝层，此时反向直流电压加至两个电池单元，在两个电池单元之间形成反向短路电流，使得不良品中的细微金属残留熔断，从而得到修复。
在上述过程中，探针落下后，可能会与电池接触不紧密而未形成电流回路；也可能下压力量过大，致使电池划伤甚至损坏；为此可以在探针与探针座之间加装弹性装置，例如细的弹簧、弯曲的弹性钢片等。
本发明可将非晶硅太阳能电池生产过程中产生的大多数刻蚀不良品修复为合格品，而这些不良品按照原先的做法是直接废弃的，因此本发明具有良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明所述方法的电路原理图；
图2为本发明所述专用装置(不包含直流电源)的结构示意图；
图3为本发明所述专用装置(不含直流电源及操作平台)结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
本发明所述非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法的电路原理如附图1所示。
本发明的非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法的专用装置，如图2、图3所示，包括可调节输出电压的直流电源、导电的探针1、操作平台2、探针座4以及探针座固定支架3；探针座固定支架3与操作平台2侧面通过横向传动机构6连接，所述横向传动机构6可使探针座固定支架3沿平行于操作平台2台面的方向滑动；探针座4通过纵向传动机构5与探针座固定支架3连接且可通过所述纵向传动机构5沿垂直于操作平台2台面的方向上下运动；探针1尾部通过一个细弹簧固定于探针座4，探针1头部垂直向下指向操作平台2的台面，两组探针1沿与探针座固定支架3滑动方向垂直且与操作平台2台面平行的方向等间距地排成两列；两组探针1通过导线分别与直流电源的正极、负极联接；
本实施方案中，所述纵向传动机构5为气动传动，包括气缸固定座、探针驱动气缸、压缩空气管路、气压调节阀及电磁阀；探针座4与探针驱动气缸连接，探针驱动气缸固定在气缸固定座上，电磁阀及气压调节阀与压缩空气管路相连接。纵向传动即通过电磁阀切换气缸气路来实现探针座4的上下移动。
本实施方案中，所述横向传动机构6为电动传动，主要包括伺服马达、马达底座、轴套、皮带、齿轮、线性导轨、卡簧、轴承、轴承座及配套小零部件；探针座固定支架3分别与皮带、安装于操作平台2两侧的线性导轨连接；马达通过齿轮与皮带相衔接；伺服控制器通过控制伺服马达带动皮带，从而驱动探针座固定支架3横向移动。
在使用上述装置对非晶硅太阳能电池刻蚀不良品进行修复时，先将直流电源的输出电压调节至10-30V的范围；然后将待修复电池铝层朝上平放在操作平台2的台面上；移动探针座固定支架3使两组探针1分别对准之间存在细微金属残留的两片电池单元，其中联接电源正极的探针组对准靠近电池负极的电池单元，联接电源负极的探针组对准靠近电池正极的电池单元；操纵探针座4落下使探针1与电池铝层表面充分接触，此时两个电池单元之间的细微金属残留物有瞬间的短路直流电流通过，使得金属残留物发热熔断，从而使刻蚀不良的电池得到修复。
在本实施方案中，也可在探针座固定支架3上安装多个探针座4以便同时对多个电池进行修复；并可进一步的增加自动控制装置，例如：加装可以使待修复电池平移的装置，在探针1与电池完成一次接触后，自动控制电池整体横向平移一个电池单元宽度的距离，然后重复上述修复动作，依次循环，使得每相邻的两组电池之间均施加了反向直流电压，同时起到了对短路点进行排查以及对存在短路点的电池进行修复的作用，从而避免了在进行修复之前查找短路点的工作，大大提升了工作效率。
经实际使用本发明的方法以及装置，生产线出现的刻蚀不良品中的60％得到了有效修复，总的产品合格率比使用本发明之前提高了3％，较大幅度地降低了非晶硅太阳能电池的生产成本，提高了生产效益。

Claims (7)

1.一种非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法，其特征在于：通过对不良品中存在细微金属残留而出现短路点的两个电池单元之间施加反向直流电压，使形成短路点的细微金属残留熔断，从而修复所述不良品；其中施加的反向直流电压为10-30V。
2.一种实施权利要求1所述非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法的专用装置，包括直流电源和两组导电的探针，两组探针分别与直流电源的正极、负极电连接。
3.如权利要求2所述非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法的专用装置，其特征在于：所述直流电源为可调节输出电压的直流电源。
4.如权利要求2所述非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法的专用装置，其特征在于：所述两组探针其中一组的每支探针均通过稳压二极管与所述直流电源连接。
5.如权利要求2所述非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法的专用装置，其特征在于：还包括探针座、探针座固定支架以及操作平台；探针座固定支架与操作平台侧面通过横向传动机构连接，所述横向传动机构可使探针座固定支架沿平行于操作平台台面的方向滑动；探针座通过纵向传动机构与探针座固定支架连接且可通过所述纵向传动机构沿垂直于操作平台台面的方向上下运动；探针尾部固定于探针座，探针头垂直向下指向操作平台台面，两组探针沿与探针座固定支架滑动方向垂直且与操作平台台面平行的方向等间距地排成两列。
6.如权利要求5所述非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法的专用装置，其特征在于：所述探针通过弹性装置固定于探针座上。
7.如权利要求6所述非晶硅太阳能电池刻蚀不良品的修复方法的专用装置，其特征在于：所述弹性装置为弹簧。
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