CN102544210A - 背接触太阳能电池的切割工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚光太阳能电池组件的制备，提供了一种背接触太阳能电池的切割工艺，步骤如下：首先将背接触太阳能电池背面向上固定在机台上；然后，通过切割装置将背接触太阳能电池切割成电池晶片；且在横向切割时，全部或部分切除各对应电极，切割形成的各电池晶片的正负极之和为奇数，各电池晶片最外侧的两电极均为正极或均为负极；最后，将切割形成的电池晶片转移至晶片托盘上。以电极对刀，对刀方便、精度高；电池晶片最外侧两电极同极，无需辨认操作，避免了对电池晶片大小、正负极数量和原料来源的限制，SMT编带组装效率高。虽然浪费了部分，但能有效提高总的良品率，总体成本控制优于现有工艺。

Description

背接触太阳能电池的切割工艺

技术领域

本发明涉及聚光太阳能电池组件的制备，尤其是一种背接触太阳能电池的切割工艺。

背景技术

聚光太阳能又称为聚光光伏，英文叫做Concentrated Photo Voltaics，简称CPV，其通过聚光透镜将一定面积上的光会聚在一个狭小的区域，也即形成焦斑，太阳能电池单元的大小仅需焦斑面积的大小；在同等条件下，聚光透镜的倍率越高，所需太阳能电池面积越小，因此大幅减少了太阳能电池的用量，能有效降低光伏发电的成本。

目前，一个完整的聚光光伏发电系统主要包括聚光太阳能电池组件、跟踪器、电能存储或逆变设备等几部分。其中，聚光太阳能电池组件作为光电转换部件，是由阵列的聚光透镜和阵列有多片太阳能电池晶片的电路板封装而成的一个箱型结构，电路板上的各太阳能电池晶片的接收面分别与对应的聚光透镜投射形成焦斑相对，通过各个太阳能电池晶片产生电流，这些电流通过电路板上的线路输出。

传统的聚光太阳能电池组件中所采用的太阳能电池晶片均为常规的太阳能电池。常规的太阳能电池的N型掺杂层和P型掺杂层在断面上呈上下分布，相应的电池的正极和负极分别位于电池正面和背面，因此在将其封装于电路板上时，需要以涂锡带的方式从一块太阳能电池晶片的正面焊接到另一块太阳能电池晶片的背面，操作难度较大，必须手工操作，生产效率不高。

为了克服上述问题，开发了采用背接触太阳能电池并采用SMT贴片封装的方式生产聚光太阳能电池组件的电路板的工艺。所谓的背接触太阳能电池，即电池的正负极均位于电池背面的太阳能电池。具体的说，背接触太阳能电池，在断面上由正面至背面依次为：减反射层、表面钝化层、第一功能层、第二功能层、背面钝化层，第一功能层为N型掺杂层或P型掺杂层，第二功能层由呈条状并间隔排列的N⁺型掺杂区域和P⁺型掺杂区域构成，电池正极同P⁺型掺杂区域相连、负极同N⁺型掺杂区域相连，条状的正极和负极间隔设置在电池背面且通常设置为梳妆电极。背接触太阳能电池的代表产品有美国Sunpower公司的背面点接触太阳能电池A-300。通过背接触太阳能电池的采用，克服了常规的太阳能电池正负极分别位于正面和背面的问题；在生产聚光太阳能电池组件的电路板时，首先将大块的背接触太阳能电池切割成与焦斑大小相适应的电池晶片，然后通过自动或人工的方法将电池晶片组装到SMT编带上，最后通过SMT机将电池晶片自动化的封装在电路板上，生产效率极高。所谓SMT即表面贴装技术的简称，为电路板印制领域的公知技术。

但背接触太阳能电池采用集成电路的生产工艺制成，基材为硅且厚度极薄，因此易碎、易折断。在采用激光切割时，由于热效应容易导致电池晶片失效，因此，目前通常采用金刚石轮切割。金刚石轮切割，冲击大，容易形成边崩、角崩，进而导致电池晶片成为残次品，且电池晶片尺寸越小，对电池晶片边缘崩裂的敏感性越高，甚至可能直接导致电池晶片报废。同时，为了降低成本，随着制备工艺的进步，背接触太阳能电池的厚度也由原来的300微米左右减小至目前的150微米左右，而随着厚度的减小，对边缘崩裂的敏感性相应增加。

为了进一步控制成本，提高背接触太阳能电池的利用率，现有的切割工艺通常沿N⁺型掺杂区域和P⁺型掺杂区域的连接处切割。但现有切割工艺存在的主要问题如下：

首先，由于掺杂区域位于电池内部，外部无法观察，因此只能间接定位，通常需要借助在制备背接触太阳能电池时在其表面形成的定位标记进行定位，然后移刀至切割位置，位置参数需多次换算，且误差大、对刀精度差，容易由于切割定位不准而导致电池晶片成为残次品；

其次，当电池晶片上的正负极成对出现时，需要辨认电池晶片两侧的正负极，而当电池晶片两侧的电极极性相同时，会出现两侧电极同为正极和同为负极两种电池晶片，需要辨认两种电电池晶片，在辨认电池晶片正极和负极及转换放置方向的过程中，极易导致电池晶片崩裂而成为残次品；

其三，为了避免带电检测电池晶片的正极和负极，通常需要采用正负极线宽差距较大的背接触太阳能电池并配合显微镜操作，限制了背接触太阳能电池的来源，限制了高集成度、小线宽背接触太阳能电池的采用，不利于成本的降低，且由于视觉疲劳等原因无法完全避免电池晶片放置方向的错误，需要避免电池晶片上的正负极过多。

为了克服上述的问题，现有的采用背接触太阳能电池和SMT贴片封装方式生产的聚光太阳能电池组件，其电池晶片倾向于设置为条状。条状的电池晶片，电极也呈条状，因此即使部分边缘存在崩裂也不会导致整片的报废，能有效控制不良品率；条状的电池晶片，能够减小电池晶片的数量，进而减少辨认操作、减少SMT贴片数量。如申请号为200710125745.0、发明名称为一种太阳能电池板及其制作方法的发明专利，就要求每一个太阳能晶片为切割成长度是30～40mm或40～50mm的太阳能小晶片。

但条状的电池晶片，无法避免电极极性辨认操作，只能减少辨认操作，且长宽比越大、厚度越薄，越易折断；相对应的，电路板上对应各电极均需设置多个焊盘，以克服崩裂导致的部分失效，但不利于SMT贴片封装；条状电池晶片，长宽比大，在SMT工序进行焊接前易滑动，需要首先通过胶粘方式实施临时固定，同样不利于SMT贴片封装；无法克服对刀精度差的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对刀方便、精度高，且切割形成的电池晶片无需辨认电极极性，进而能够避免对电池晶片大小、正负极数量和背接触太阳能电池的来源造成限制的背接触太阳能电池的切割工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：背接触太阳能电池的切割工艺，步骤如下：

A、将大块的背接触太阳能电池通过夹具固定在切割装置的机台上，背接触太阳能电池的背面向上；

B、以平行于背接触太阳能电池电极延伸方向的方向为横向，以垂直于背接触太阳能电池电极延伸方向的方向为纵向；通过切割装置沿纵向和横向将大块的背接触太阳能电池切割成方形或矩形小块的电池晶片；且在横向切割时，各切割位置均位于电极处并全部或部分切除各对应电极；切割形成的各电池晶片的正负极之和为奇数，各电池晶片最外侧的两电极均为正极或均为负极；

C、将切割形成的电池晶片转移至晶片托盘上，所述晶片托盘上阵列有与电池晶片大小相适应的用于放置电池晶片的凹槽或插槽。

进一步的，在所述步骤B中，横向切割的各切割位置的切除部分的宽度小于切割位置对应电极所对应的掺杂区域的宽度；且切割位置对应电极所对应的掺杂区域的中部对应切除部分、中部两侧的部分分别残留于两侧的电池晶片边缘。

作为一种最简单的方案，在所述步骤B中，在横向切割的各切割位置均切一刀，切割位置的对应电极部分切除，且对应电极的中部对应切除部分、中部两侧的部分分别残留于两侧的电池晶片边缘。

作为一种优选的方案，在所述步骤B中，在横向切割的各切割位置均切两刀，且两刀的下刀位置分别对应切割位置对应电极的宽度两侧边缘，切割位置对应电极全部切除。

且最好的，在所述步骤B中，首先沿纵向切割，然后沿横向切割。

作为一种优选，所述步骤B切割形成的电池晶片呈正方形，各电池晶片的正负极之和为三或五。

本发明的有益效果是：背面向上，切割位置均位于电极处，能以电极对刀，能随时校正切割位置，因此对刀方便、精度高。各电池晶片最外侧的两电极均为正极或均为负极，因此切割形成的电池晶片无需辨认电极极性，因此避免了对电池晶片大小、正负极数量和背接触太阳能电池的来源的限制，能极大的提高了组装SMT编带的效率。

虽然相对于现有切割工艺，浪费了切割位置对应电极的区域，且电池晶片越小、切除部分越多则浪费越大，似乎增加了生产成本。但实际上，由于在电极处进行切割，能极大的降低切割导致的崩裂对实际使用区域的影响，能有效提高切割工序的良品率；由于无需辨认电极极性，因此在之后的工序中对电池晶片的操作显著减少，SMT编带组装效率的提高，崩裂风险降低，因此能有效提高切割工序之后的工序的良品率，因此总的良品率高，实际的背接触太阳能电池利用率高。且由于避免了对电池晶片大小的限制，电路板设计灵活性增大，焊盘设置数量减少，能有降低电路板成本。因此总体成本控制优于现有工艺。

附图说明

图1是背接触太阳能电池的断面示意图；

图2是本发明切割工艺的切割位置示意图。

具体实施方式

本发明的背接触太阳能电池的切割工艺，步骤如下：A、将大块的背接触太阳能电池10通过夹具固定在切割装置的机台上，背接触太阳能电池10的背面向上；B、以平行于背接触太阳能电池10电极11延伸方向的方向为横向，以垂直于背接触太阳能电池10电极11延伸方向的方向为纵向；通过切割装置沿纵向和横向将大块的背接触太阳能电池10切割成方形或矩形小块的电池晶片；且在横向切割时，各切割位置均位于电极11处并全部或部分切除各对应电极11；切割形成的各电池晶片的正负极之和为奇数，各电池晶片最外侧的两电极均为正极或均为负极；C、将切割形成的电池晶片转移至晶片托盘上，所述晶片托盘上阵列有与电池晶片大小相适应的用于放置电池晶片的凹槽或插槽。上述的切割装置可以采用金刚石轮切割机、集成电路切割用线切割机等各类用于集成电路切割的切割装置。

为了进一步降低切割导致的崩裂对实际使用区域的影响，在所述步骤B中，横向切割的各切割位置的切除部分的宽度小于切割位置对应电极11所对应的掺杂区域的宽度；且切割位置对应电极所对应的掺杂区域的中部对应切除部分、中部两侧的部分分别残留于两侧的电池晶片边缘。通过残留于电池晶片边缘的掺杂区域形成缓冲区域，起到保护作用，能有效降低电池晶片对边缘部位崩裂的敏感性；且在步骤C中，电池晶片能通过缓冲区域实现固定放置，能在SMT编带组装时通过缓冲区域实现取放，能在之后的清洗等工序中极大的方便对电池晶片操作，因此能进一步提供良品率。

作为一种最简单的方案，在所述步骤B中，在横向切割的各切割位置均切一刀，切割位置的对应电极11部分切除，且对应电极11的中部对应切除部分、中部两侧的部分分别残留于两侧的电池晶片边缘，且通过电极金属的缓冲，能有效降低冲击，避免边崩、角崩的形成。但由于电极金属和基材物性的不同，在切割、SMT编带组装及生产使用过程中，容易由于残留电极金属的变形、部分脱落而导致电池晶片边缘的破损，进而在之后的过程中引起电池晶片边缘的崩裂。因此，最好的，在所述步骤B中，在横向切割的各切割位置均切两刀，且两刀的下刀位置分别对应切割位置对应电极11的宽度两侧边缘，切割位置对应电极11全部切除；该方法，虽然增加的实际的切割次数，但通过采用如多片金刚石轮同时切割等工艺，对成本影响小，但能够在利用电极11金属缓冲作用的同时避免残留电极11金属的影响。由于电极线宽小于对应掺杂区域的宽度，因此上述两个方案均能满足由残留掺杂区域形成缓冲区域的要求。

在步骤B中，先切割形成的缝隙两侧物料无支撑，之后切割至此处交汇时，容易由于受力条件的变化造成冲击、金刚石轮的振动等而导致崩裂，而崩裂的碎片会进一步导致金刚石轮的振动，进而加剧崩裂的程度。因此，进一步的，在所述步骤B中，首先沿纵向切割，然后沿横向切割，在沿横向切割时，当与纵向切割形成的缝隙交汇时，由于切割的冲击力主要沿平行于电极11延伸方向的方向传递，避免崩裂的纵向传递，能有效降低切割导致的崩裂对实际使用区域的影响，尤其是在与上述由残留掺杂区域形成的缓冲区域相配合的情况下，几乎能完全避免切割导致的崩裂对实际使用区域的影响。而能够降低甚至避免切割导致的崩裂对实际使用区域的影响，也能降低甚至避免切割工序之后的工序导致的崩裂对实际使用区域的影响，进而极大的提高利用率，显著降低成本。

采用本发明的切割工艺，除了能切割现有的长度方向平行于电极延伸方向的矩形条状电池晶片外，由于对电极数量无限制，还能切割长度方向垂直于电极延伸方向的矩形条状电池晶片；由于降低了切割工序及其之后工序导致的崩裂对实际使用区域的影响，且无需辨认电极极性，因此还能切割小尺寸电池晶片。

为了进一步优化总体的成本控制，减少单位面积的太阳能电池用量，降低光伏发电的成本，所述步骤B切割形成的电池晶片呈正方形，各电池晶片的正负极之和为三或五。当每一电池晶片含三条电极11，电池晶片的宽度在3mm左右；当每一电池晶片含五条电极11，电池晶片的宽度在5mm左右，电池晶片的尺寸小。由于尺寸小，因此能够在步骤C中及之后的SMT编带组装等对电池晶片的操作中，采用真空吸笔进行取放电池晶片，避免镊子的采用，能进一步避免崩裂的产生，进一步提高电池晶片的良品率。同时，小尺寸的电池晶片极大的方便了SMT工艺的实施，能有效提高SMT贴片封装的效率，降低成本。其三，电池晶片的尺寸小，能方便以该电池晶片作为基本的电路设计单元，通过电池晶片尺寸的统一，方便步骤C晶片托盘的统一设计，有效降低采用晶片托盘的成本；而晶片托盘的大量采用，在清洗、翻面时能以晶片托盘为单位进行整体的操作，避免分别对各电池晶片进行操作，能进一步避免崩裂的产生。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在如图所示的实例中，如图1所示，背接触太阳能电池10的第一功能层间为N型掺杂层12，第二功能层由呈条状并间隔排列的N⁺型掺杂区域14和P⁺型掺杂区域13构成；电池正极11a同P⁺型掺杂区域13相连、负极11b同N⁺型掺杂区域14相连；如图2所示，正极11a、负极11b线宽均为1mm，正极11a和负极11b的中心线间距为2mm，为表示方便，在图2中仅示出四分之一片背接触太阳能电池10。切割装置采用金刚石轮切割机，刀宽为80微米。具体切割步骤如下：

A、将大块的背接触太阳能电池10通过夹具固定在切割装置的机台上，背接触太阳能电池10的背面向上；

B、以平行于背接触太阳能电池10电极11延伸方向的方向为横向，以垂直于背接触太阳能电池10电极11延伸方向的方向为纵向；通过切割装置沿纵向和横向将大块的背接触太阳能电池10切割成正方形的小块电池晶片；且在横向切割时，各切割位置均切两刀，且两刀的下刀位置分别对应切割位置对应电极11的宽度两侧边缘，切割位置对应电极11全部切除；纵向切割和横向切割的各下刀位置的对刀线如图2中的双点划线所示；切割形成的各电池晶片的正负极之和为五，各电池晶片最外侧的两电极均为正极11a；

C、将切割形成的电池晶片转移至晶片托盘上，所述晶片托盘上阵列有与电池晶片大小相适应的用于放置电池晶片的插槽，插槽沿纵向布置，各电池晶片通过缓冲区域与插槽接触，各电池晶片间隔放置，能方便之后的清洗以及抽取。

Claims (6)

1.背接触太阳能电池的切割工艺，步骤如下：

A、将大块的背接触太阳能电池(10)通过夹具固定在切割装置的机台上，背接触太阳能电池(10)的背面向上；

B、以平行于背接触太阳能电池(10)电极(11)延伸方向的方向为横向，以垂直于背接触太阳能电池(10)电极(11)延伸方向的方向为纵向；通过切割装置沿纵向和横向将大块的背接触太阳能电池(10)切割成方形或矩形小块的电池晶片；且在横向切割时，各切割位置均位于电极(11)处并全部或部分切除各对应电极(11)，切割形成的各电池晶片的正负极之和为奇数，各电池晶片最外侧的两电极均为正极或均为负极；

C、将切割形成的电池晶片转移至晶片托盘上，所述晶片托盘上阵列有与电池晶片大小相适应的用于放置电池晶片的凹槽或插槽。

2.如权利要求1所述的背接触太阳能电池的切割工艺，其特征在于：在所述步骤B中，横向切割的各切割位置的切除部分的宽度小于切割位置对应电极(11)所对应的掺杂区域的宽度；且切割位置对应电极所对应的掺杂区域的中部对应切除部分、中部两侧的部分分别残留于两侧的电池晶片边缘。

3.如权利要求2所述的背接触太阳能电池的切割工艺，其特征在于：在所述步骤B中，在横向切割的各切割位置均切一刀，切割位置的对应电极(11)部分切除，且对应电极(11)的中部对应切除部分、中部两侧的部分分别残留于两侧的电池晶片边缘。

4.如权利要求2所述的背接触太阳能电池的切割工艺，其特征在于：在所述步骤B中，在横向切割的各切割位置均切两刀，且两刀的下刀位置分别对应切割位置对应电极(11)的宽度两侧边缘，切割位置对应电极(11)全部切除。

5.如权利要求1、2、3或4所述的背接触太阳能电池的切割工艺，其特征在于：在所述步骤B中，首先沿纵向切割，然后沿横向切割。

6.如权利要求1所述的背接触太阳能电池的切割工艺，其特征在于：所述步骤B切割形成的电池晶片呈正方形，各电池晶片的正负极之和为三或五。

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