CN109904246B - 一种适用于双面perc电池背面激光开槽的方法 - Google Patents
一种适用于双面perc电池背面激光开槽的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，所述方法为在激光开槽步骤中根据不同延展腐蚀性的铝浆来设置激光参数，使得激光图形与所述铝浆相匹配；所述激光参数包括激光速度、激光功率百分比和激光频率，所述激光图形包括激光点与激光点之间的点间距呈相离、相切或相交；延展腐蚀性强的铝浆匹配激光点与激光点之间的点间距呈相离的激光图形；延展腐蚀性中的铝浆匹配激光点与激光点之间的点间距呈相切的激光图形；延展腐蚀性弱的铝浆匹配激光点与激光点之间的点间距呈相交的激光图形。本发明的方法，其可以根据不同铝浆的延展腐蚀性能，匹配不同的激光开槽工艺，发挥浆料的最优性能，提高双面PERC电池效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种适用于晶硅太阳能双面PERC电池背面激光开槽的方法。
背景技术
随着光伏技术的不断发展，晶硅太阳能电池作为以一种将太阳能转化为电能的清洁能源产品得到了迅猛发展。
而随着光伏产业的竞争越来越激烈，提高效率和降低成本成为光伏行业发展的两大主要方向。PERC技术通过在电池的背面添加一个电介质钝化层来提高效率。PERC电池最大化跨越了PN结的电势梯度，使得电子更稳定的流动，减少电子重组，从而取得更高的电池效率。目前PERC电池以其强有力的优势已经逐步取代传统电池，成为高效电池的主流产品。而双面PERC电池在几乎不增加成本的情况下实现正面和背面双面发电，成为目前高效电池研究的重要方向之一。
双面PERC电池在生产时调整背面工艺，将铝背场改成铝栅线，使背面受光发电。但是背面不同的铝浆因含有不同含量的有机溶剂，不同比例的铝含量和玻璃体，不同颗粒大小的铝，会导致铝浆的延展性、腐蚀性有所不同，如果用同样的激光开槽工艺，会导致不同铝浆下的双面PERC电池效率存在较大差异。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，其可以根据不同铝浆的延展腐蚀性能，匹配不同的激光开槽工艺，发挥浆料的最优性能，提高双面PERC电池效率。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，所述方法为在激光开槽步骤中根据不同延展腐蚀性的铝浆来设置激光参数，使得激光图形与所述铝浆相匹配；所述激光参数包括激光速度、激光功率百分比和激光频率，所述激光图形包括激光点与激光点之间的点间距呈相离、相切、相交；延展腐蚀性强的铝浆匹配激光点与激光点之间的点间距呈相离的激光图形；延展腐蚀性中的铝浆匹配激光点与激光点之间的点间距呈相切的激光图形；延展腐蚀性弱的铝浆匹配激光点与激光点之间的点间距呈相交的激光图形。相交即为激光点与激光点之间存在部分的重叠或完全重叠。
对单晶硅片进行清洗制绒后经扩散形成PN结；将具有PN结的所述硅片背面抛光，去除磷硅玻璃及边缘刻蚀；之后先在硅片的背面沉积Al2O3钝化层，再在Al2O3钝化层上沉积SiNx钝化膜；将背钝化后的硅片的正面沉积SiNx减反射膜；对硅片的背面激光开槽，之后进行丝网印刷、烧结，得到双面PERC 电池片。通过将电池背面镀的Al2O3和SiNx薄膜用不同的激光工艺开槽，与不同延展腐蚀性能的铝浆匹配。既保证PERC电池有良好的钝化效果，又使得硅基底能够和铝浆形成良好的欧姆接触，以提高电池效率。
优选地，激光点与激光点之间的点间距＝激光速度/激光频率，当所述点间距>激光点直径时，激光图形呈相离的状态；当所述点间距＝激光点直径时，激光图形呈相切的状态；当所述点间距<激光点直径时，激光图形呈相交的状态。
优选地，铝浆的延展腐蚀性可通过初次印刷烧结后显微镜下测得，所述延展腐蚀性弱的铝浆，其烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径<1.33或者有空洞未填满；所述延展腐蚀性中的铝浆，其烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径为1.33～1.67；所述延展腐蚀性强的铝浆，其烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径>1.67，且无铝浆空洞。
优选地，所述激光开槽步骤中激光图形与背面网版图形相匹配，激光线根数与网版的栅线根数一致，激光线的线间距与栅线间距一致。
优选地，所述激光开槽步骤中激光速度为5000～35000mm/s。
优选地，所述激光开槽步骤中激光功率百分比为10～100％。
优选地，所述激光开槽步骤中激光频率为20～900KHz。
通过采用上述的技术方案，与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，针对不同的延展腐蚀性的铝浆采用不同的激光参数，使得激光图形与铝浆相匹配，既保证铝浆在激光槽中能充分填充，使铝浆与硅基底形成良好的欧姆接触，降低接触电阻，提高填充因子，又能尽可能减少钝化AlOx层的损伤面积，提高开路电压。从而优化电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为对比例中双面PERC电池激光开槽方法流程框图；
图2为实施例中双面PERC电池激光开槽方法的流程框图；
图3为实施例1中激光开槽后的显微放大图；
图4为实施例1中烧结后的显微放大图；
图5为对比例1中激光开槽后的显微放大图；
图6为对比例1中烧结后的显微放大图；
图7为实施例2中激光开槽后的显微放大图；
图8为实施例2中烧结后的显微放大图；
图9为实施例3中激光开槽后的显微放大图；
图10为实施例3中烧结后的显微放大图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以下实施例中，所采用的硅片可为单多晶硅片，购自中环股份有限公司；所采用的激光开槽设备型号为DR-Al-Y100,购自武汉帝尔激光科技有限公司；电池效率测试为Halm效率测试；激光开槽尺寸采用Olympus显微镜测量。
铝浆的延展腐蚀性可通过初次印刷烧结后显微镜下测得，若烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径<1.33或者有空洞未填满，则定义为该铝浆的延展腐蚀性弱；若烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径为1.33～1.67，则定义为铝浆的延展腐蚀性为中；若烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径>1.67，且无铝浆空洞，则定义为该铝浆的延展腐蚀性为强。
实施例1
参照图2和图3-4，本实施例的一种基于双面PERC电池的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：准备材料
准备干净且已经完成制绒、扩散、刻蚀、背钝化、减反膜等工艺的硅片。
步骤S2：背面激光开槽中的激光图形选择和设置
将步骤S1中的硅片放入激光设备中，选择激光开槽图形，打点图形尺寸154.7*154.7mm，设置激光线间距1.1907mm。
步骤S3：背面激光开槽中的激光速度设置
激光开槽步骤中激光速度为16000mm/s。
步骤S4：背面激光开槽中的激光功率百分比设置
激光开槽步骤中激光功率百分比为100％。
步骤S5：背面激光开槽中的激光频率设置
激光开槽步骤中激光频率为800KHz。用高能量的激光束轰击硅片背面膜层，形成去除膜层和熔融硅表层的背面开槽效果。激光点之间呈现相交的图形，即点间距<激光点直径，本实施例中激光点直径为39um。
步骤S6：丝印烧结
将经步骤S5激光开槽后得到的硅片与延展腐蚀性弱的A铝浆匹配丝网印刷，然后烧结，得到电池片。本实施例中烧结后铝槽直径为51um。
本实施例中的延展腐蚀性弱的A铝浆，烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径为1.3。
实施例2
参照图2和图7-8，本实施例的一种基于双面PERC电池背面激光开槽的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：准备材料
准备干净且已经完成制绒、扩散、刻蚀、背钝化、减反膜等工艺的硅片。
步骤S2：背面激光开槽中的激光图形选择和设置
将步骤S1中的硅片放入激光设备中，选择激光开槽图形，打点图形尺寸154.7*154.7mm，设置激光线间距1.1907mm。
步骤S3：背面激光开槽中的激光速度设置
激光开槽步骤中激光速度为16000mm/s。
步骤S4：背面激光开槽中的激光功率百分比设置
激光开槽步骤中激光功率百分比为100％。
步骤S5：背面激光开槽中的激光频率设置
激光开槽步骤中激光频率为520KHz。用高能量的激光束轰击硅片背面膜层，形成去除膜层和熔融硅表层的背面开槽效果。激光点之间呈现相切的图形，即点间距＝激光点直径，本实施例中激光点直径为39um。
步骤S6：丝印烧结
将经步骤S5激光开槽后得到的硅片与延展腐蚀性中的B铝浆匹配丝网印刷，然后烧结，得到电池片。本实施例中烧结后铝槽直径为57um。
本实施例中的延展腐蚀性中的B铝浆，烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径为1.5。
对比例1
参照图1和图5-6，本实施例的一种基于双面PERC电池背面激光开槽的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：准备材料
准备干净且已经完成制绒、扩散、刻蚀、背钝化、减反膜等工艺的硅片。
步骤S2：背面激光开槽中的激光图形选择和设置
将步骤S1中的硅片放入激光设备中，选择激光开槽图形，打点图形尺寸154.7*154.7mm，设置激光线间距1.1907mm。
步骤S3：背面激光开槽中的激光速度设置
激光开槽步骤中激光速度为16000mm/s。
步骤S4：背面激光开槽中的激光功率百分比设置
激光开槽步骤中激光功率百分比为100％。
步骤S5：背面激光开槽中的激光频率设置
激光开槽步骤中激光频率为800KHz。用高能量的激光束轰击硅片背面膜层，形成去除膜层和熔融硅表层的背面开槽效果。激光点之间呈现相交的图形，即点间距<激光点直径，本对比例中激光点直径为39um。
步骤S6：丝印烧结
将经步骤S5激光开槽后得到的硅片与延展腐蚀性中的B铝浆匹配丝网印刷，然后烧结，得到电池片。本对比例中烧结后铝槽直径为57um。
本对比例中的延展腐蚀性中的B铝浆，烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径为1.5。
实施例3
参照图2和图9-10，本实施例的一种基于双面PERC电池的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：准备材料
准备干净且已经完成制绒、扩散、刻蚀、背钝化、减反膜等工艺的硅片。
步骤S2：背面激光开槽中的激光图形选择和设置
将步骤S1中的硅片放入激光设备中，选择激光开槽图形，打点图形尺寸154.7*154.7mm，设置激光线间距1.1907mm。
步骤S3：背面激光开槽中的激光速度设置
激光开槽步骤中激光速度为16000mm/s。
步骤S4：背面激光开槽中的激光功率百分比设置
激光开槽步骤中激光功率百分比为100％。
步骤S5：背面激光开槽中的激光频率设置
激光开槽步骤中激光频率165KHz。用高能量的激光束轰击硅片背面膜层，形成去除膜层和熔融硅表层的背面开槽效果。激光点之间呈现相离的图形，即点间距>激光点直径，本实施例中激光点直径为39um。
步骤S6：丝印烧结
将经步骤S5激光开槽后得到的硅片与延展腐蚀性强的C铝浆匹配丝网印刷，然后烧结，得到电池片。本实施例中烧结后铝槽直径为96um。
本实施例中的延展腐蚀性强的C铝浆，烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径为2.4。
对比例2
参照图1，本实施例的一种基于双面PERC电池背面激光开槽的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：准备材料
准备干净且已经完成制绒、扩散、刻蚀、背钝化、减反膜等工艺的硅片。
步骤S2：背面激光开槽中的激光图形选择和设置
将步骤S1中的硅片放入激光设备中，选择激光开槽图形，打点图形尺寸154.7*154.7mm，设置激光线间距1.1907mm。
步骤S3：背面激光开槽中的激光速度设置
激光开槽步骤中激光速度为16000mm/s。
步骤S4：背面激光开槽中的激光功率百分比设置
激光开槽步骤中激光功率百分比为100％。
步骤S5：背面激光开槽中的激光频率设置
激光开槽步骤中激光频率为800KHz。用高能量的激光束轰击硅片背面膜层，形成去除膜层和熔融硅表层的背面开槽效果。激光点之间呈现相交的图形，即点间距<激光点直径，本对比例中激光点直径为39um。
步骤S6：丝印烧结
将经步骤S5激光开槽后得到的硅片与延展腐蚀性强的C铝浆匹配丝网印刷，然后烧结，得到电池片。本对比例中烧结后铝槽直径为96um。
本对比例中的延展腐蚀性强的C铝浆，烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径为2.4。
实施例4结果与讨论
表1为实施例1-3以及对比例1-2中的激光开槽图形、激光孔直径、烧结后铝槽直径、烧结后/激光开槽的比值以及浆料延展性的相关参数。
表1实施例和对比例的相关参数
将采用实施例1、2、3以及对比例1、2制作出的电池片制作出的电池片进行检测，其中，Eta为转化效率，Uoc为开路电压，Isc为短路电流，FF为填充因子，Rs 为串联电阻，Rsh为并联电阻，IRev2为反向电流，结果如下表：
表2测试结果
从表2的电性能测试结果可以得出：实施例1中电池光电转换效率的增益来自于高的Uoc和FF，主要原因为S5中激光点所打的激光点与激光点相重叠的图形，钝化层激打得透些，较适合延展腐蚀性相对弱些的A铝浆，A铝浆正好填满激光槽，烧结后形成良好的欧姆接触，向四周延展腐蚀较小，不额外损伤钝化层，对电池片开路电压Uoc和填充因子FF有益处。
实施例2中电池光电转换效率的增益来自于Uoc的增加和FF的增加。主要原因为S5中激光点所打得激光点与激光点相切的图形，钝化层激打得少些，与延展腐蚀性稍强的B铝浆匹配，B铝浆正好填满激光孔，同时B铝浆向四周延展腐蚀，将未完全打穿的钝化层通过腐蚀作用穿透，与硅基底烧结后形成良好的欧姆接触，FF增加。减少了钝化层损伤的面积，提高了电池片开路电压Uoc。
对比例1中电池光电转换效率的损失来自于Uoc的降低，主要原因为S5 中激光点所打得激光点与激光点相交的图形，钝化层激打得透些，与延展性稍强的B铝浆匹配，B铝浆填满激光槽，烧结后形成良好的欧姆接触，所以填充因子FF会变好，但是B铝浆向四周延展腐蚀较大，额外损伤钝化层，造成电池片的表面复合和体复合增加，使电池片开路电压Uoc降低。
实施例3中电池光电转换效率的增益来自于Uoc的增加。主要原因为C铝浆延展腐蚀性强，它向外腐蚀钝化层，在S5中激光点所打得激光点与激光点相离的图形，最大限度地减少激打面积，减少了钝化层损伤的面积，提高了电池片开路电压Uoc。
对比例2中电池光电转换效率的损失来自于Uoc的降低，主要原因为S5 中激光点所打得激光点与激光点相交的图形，钝化层激打得很透，与延展性较强的C铝浆匹配，烧结后形成良好的欧姆接触，所以填充因子FF没有降低，但是C铝浆向四周延展腐蚀非常大，额外损伤钝化层，造成电池片的表面复合和体复合增加，使电池片开路电压Uoc明显降低。
本发明的一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，针对不同的延展腐蚀性的铝浆采用不同的激光参数，使得激光图形与铝浆相匹配，既保证铝浆在激光槽中能充分填充，使铝浆与硅基底形成良好的欧姆接触，降低接触电阻，提高填充因子，又能尽可能减少钝化AlOx层的损伤面积，提高开路电压。从而优化电池效率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，其特征在于，所述方法为在激光开槽步骤中根据不同延展腐蚀性的铝浆来设置激光参数，使得激光图形与所述铝浆相匹配；所述激光参数包括激光速度、激光功率百分比和激光频率，所述激光图形包括激光点与激光点之间呈相离、相切或相交；延展腐蚀性强的铝浆匹配激光点与激光点之间呈相离的激光图形；延展腐蚀性中的铝浆匹配激光点与激光点之间呈相切的激光图形；延展腐蚀性弱的铝浆匹配激光点与激光点之间呈相交的激光图形。
2.根据权利要求1所述的一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，其特征在于，激光点与激光点之间的点间距=激光速度/激光频率，当所述点间距>激光点直径时，激光图形呈相离的状态；当所述点间距=激光点直径时，激光图形呈相切的状态；当所述点间距<激光点直径时，激光图形呈相交的状态。
3.根据权利要求1所述的一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，其特征在于，所述延展腐蚀性弱的铝浆，其烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径<1.33或者有空洞未填满；所述延展腐蚀性中的铝浆，其烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径为1.33~1.67；所述延展腐蚀性强的铝浆，其烧结后铝浆槽的开孔直径/激光点的直径>1.67，且无铝浆空洞。
4.根据权利要求1所述的一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，其特征在于，所述激光开槽步骤中激光图形与背面网版图形相匹配，激光线根数与网版的栅线根数一致，激光线的线间距与栅线间距一致。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，其特征在于，所述激光开槽步骤中的激光速度为5000~35000mm/s。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，其特征在于，所述激光开槽步骤中的激光功率百分比为10~100%。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种适用于双面PERC电池背面激光开槽的方法，其特征在于，所述激光开槽步骤中的激光频率为20~900KHz。
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