CN110137271B - 切片电池的钝化方法及装置及切片电池及光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种切片电池的钝化方法，包括对切片电池的断裂面进行臭氧化处理；臭氧化处理包括：将切片电池在常温下，对断裂面喷淋钝化气体，钝化气体中含有臭氧。还提供一种切片电池的钝化装置，包括钝化室，钝化室能够容纳至少一个切片电池，以及臭氧喷淋单元，用于将钝化气体喷淋至切片电池的断裂面上。还提供应用了钝化方法获得的电池片以及由电池片组成的光伏组件。本发明涉及的钝化方法及装置，能够使切片电池的断裂面形成的二氧化硅保护层，以避免在断裂面光生载流子的复合，进而大大改善切片电池的光电效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏切片电池技术领域，特别是涉及切片电池的钝化方法及装置及切片电池及光伏组件。
背景技术
近年来，光伏技术的发展非常迅猛，产业化高效晶硅电池片的转换效率以每年约0.5％绝对效率的幅度递增。而随着晶硅电池片效率的提升，晶硅电池片的电流密度也随着提升，目前已经突破40.3毫安/平方厘米。而随着晶硅电池片的电流密度大幅上升，整片电池的电流也大幅增加，导致传统的由整片电池电气互联而形成的光伏组件的方式会产生较高的功率损失。
随着激光技术的高速发展，激光切片成为了改善整片电池功率损失非常经济性的解决方案。利用激光切割技术将整片电池切成一半或者多个小片的切片电池，随后再将切片电池利用导电焊带进行串联，串联电流相应下降至整片电流的1/N(N为切片的数量)，切片电池的电流下降能够改善光伏组件的功率损失。
然而随着对激光切片的深入研究发现，虽然解决了光伏组件功率损失的问题，但又引入了切片电池效率损失的问题。据报道，常规钝化发射极和背面电池(PERC电池)片切半后的效率下降约0.1％，本征薄膜异质结电池(HIT电池)片切半后的效率下降则达到0.4％。较大的切割效率损失严重限制了光伏组件技术向半片以及叠瓦技术发展的进度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供切片电池的钝化方法及装置及切片电池及光伏组件。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种切片电池的钝化方法，包括以下步骤，对切片电池的断裂面进行臭氧化处理；臭氧化处理包括，将切片电池在常温下，对断裂面喷淋钝化气体，钝化气体中含有臭氧。
采用了上述技术方案，将含有臭氧的钝化气体直接喷淋至切片电池的断裂面上，臭氧在断裂面上与硅发生反应形成的二氧化硅保护层，能够避免在断裂面光生载流子的复合，进而大大改善切片电池的光电效率。而且将含有臭氧的钝化气体直接喷淋至切片电池的断裂面上，具有操作简单、可产业化的优点。
优选地，钝化气体中臭氧的体积浓度为100至200百万分率，喷淋的时间为1至10分钟。
采用了上述技术方案，能够确保在断裂面形成的二氧化硅的致密度，同时避免臭氧对其它部件的损伤；进而进一步有利于改善切片电池的光电效率。
优选地，钝化气体喷淋的流速为1至2升/分钟。
优选地，在臭氧化处理时，将多个切片电池依次层叠堆放。
采用了上述技术方案，多个切片电池依次层叠堆放，即位于下方的切片电池的正面由堆放在其上方的切片电池的背面覆盖，只有切片电池的侧面裸露在外，从而避免臭氧化处理过程中臭氧对子电池片正面和背面的不利影响。
本发明还提供一种切片电池的钝化装置，其包括：
钝化室，用于容纳至少一个切片电池；
以及臭氧喷淋单元，用于将钝化气体喷淋至所述切片电池的断裂面上；所述臭氧喷淋单元位于所述钝化室内。
采用了上述技术方案，钝化室用于承载切片电池，且为臭氧化处理的空间，臭氧喷淋单元用于产出臭氧，并将臭氧输送、喷淋至位于钝化室内的切片电池的断裂面上，以在断裂面形成二氧化硅保护层，二氧化硅保护层能够有效抑制断裂面光生载流子的复合，进而改善切片电池的效率。由钝化室和臭氧喷淋单元形成的钝化装置，能够有效地实施切片电池的钝化处理，且结构简单、易于操作。
优选地，还包括用于将切片电池固定在钝化室中的固定单元；
固定单元包括：
承载板，用于承载若干依次层叠堆放的切片电池；
盖板，用于覆盖在位于顶层的切片电池；
以及若干紧固件，用于将盖板与承载板紧固在一起；紧固件同时贯穿承载板和盖板。
采用了上述技术方案，将切片电池固定于承载板和盖板之间，一是能够实现对切片电池的固定，以避免臭氧喷淋过程中，臭氧的吹扫力对切片电池造成的晃动，进而避免或消除对切片电池品质的影响；二是由于切片电池被承载板承载且被盖板覆盖，使切片电池的非断裂面相对封闭，避免了臭氧对非断裂面的影响，进一步确保切片电池的品质。
更进一步优选地，盖板与承载板相对的一面设置有硅胶垫；
和/或，
承载板与盖板相对的一面设置有硅胶垫。
采用了上述技术方案，由于承载板和/或盖板与切片电池接触的一面均设置硅胶垫，硅胶垫能够吸收盖板和/或承载板作用在切片电池表面的夹持力，避免夹持力对切片电池表面造成伤害，进而确保切片电池的品质。
优选地，钝化室为箱体，箱体具有至少一个箱门，箱体上开设至少一个用于向臭氧喷淋单元提供钝化气体的进气口，箱体上还开设至少一个用于排出钝化气体的出气口。
采用了上述技术方案，由带有箱门、进气口和出气口的箱体作为钝化室，臭氧化处理过程中，钝化室基本呈密闭状态，有利于钝化气体在钝化室的聚集，聚集的钝化气体有利于优化对切片电池的断裂面的钝化效果。
优选地，钝化装置还包括臭氧发生器、用于将臭氧输送到臭氧喷淋单元的管路；管路能够贯穿进气口；臭氧喷淋单元包括喷头，喷头具有若干呈矩阵分布的喷气口。
采用了上述技术方案，由于喷头上的喷气口均匀分布，因此能够确保喷淋至电池切片的断裂面的臭氧分布均匀，进而确保在断裂面上形成的二氧化硅保护层的薄厚一致，以优化钝化效果。
本发明还提供一种电池片，由本发明提供的切片电池的钝化装置，利用其对应的钝化方法获得。
采用本发明提供的切片电池的钝化装置，并利用其对应的钝化方法获得的电池片具有较好的光电转换效率。
本发明还提供一种光伏组件，由本发明提供的电池片构成。
由本发明提供的电池片构成的光伏组件同样具有较好的光电转换效率。
综上所述，本发明提供的切片电池的钝化方法及装置，由于将含有臭氧的钝化气体直接喷淋至切片电池的断裂面上，能够在断裂面形成的二氧化硅保护层，以避免在断裂面光生载流子的复合，进而大大改善切片电池的光电效率。而且将含有臭氧的钝化气体直接喷淋至切片电池的断裂面上，具有操作简单、可产业化的优点。利用本发明提供的切片电池钝化方法及装置获得的电池片，以及由电池片构成的光伏组件同样具有较好的光电效率。
附图说明
图1是本发明提供的一个实施例的切片电池钝化装置的整体结构示意图；
图2是本发明提供的一个实施例中喷头的正视示意图；
图3是本发明提供的一个实施例中喷头的仰视示意图。
其中：10.钝化室，100.箱体，101.箱门，102.进气口，103.出气口，104.排气管路，105.气动阀；20.切片电池；30.臭氧喷淋单元，300.臭氧发生器，301.管路，302.喷头，303.转接头，304.喷气口；40.夹持单元，400.承载板，401.盖板，402.紧固件。
具体实施方式
下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
目前，晶硅电池片多采用激光划片、激光或机械裂片技术在整片电池片的预设位置切割，以形成独立的切片电池。独立的切片电池具有至少一个断裂面，断裂面包括P型基体(硅基层)、PN结、N型层和减反层、透明电极等。当断裂面完全暴露在空气中时，表面会自然形成一层二氧化硅氧化层，但是由于自然形成的二氧化硅氧化层较为疏松，经测量其厚度仅为几个埃，几乎起不到保护作用，因此完全暴露在空气中经自然氧化的切片电池的断裂面上的光生载流子复合速率达到107厘米/秒，较高的复合速率导致切片电池的效率降低。通过测试发现，HIT(本征薄膜异质结)电池经裂片后的绝对效率损失达到0.4％至0.5％，PERC(发射极和背面钝化)电池经裂片后的绝对效率损失达到0.15％至0.2％。
为了解决切片电池效率损失等技术问题，本发明提供一种切片电池的钝化方法及装置及切片电池及光伏组件。
本发明提供一个切片电池钝化方法的具体实施方案，包括以下步骤：
S100、对切片电池的断裂面进行臭氧化处理；臭氧化处理包括，将切片电池在常温下，对断裂面喷淋钝化气体，钝化气体中含有臭氧。
在本实施例中，对经划片和裂片形成的一个或多个独立的切片电池，上述切片电池至少具有一个断裂面，在常温下，将含有臭氧的钝化气体喷淋至断裂面，以高效地在断裂面形成致密的二氧化硅保护层。
臭氧化处理时，可以一次(一次指的是一个喷淋周期)处理一个切片电池，也可以同时处理多个切片电池。当同时处理多个切片电池时，多个切片电池可以平铺、交错或依次堆叠等任意一种方式直接放置于臭氧化区域，也可以通过能够夹持住切片电池的夹具将多个切片电池固定后放置于臭氧化区域，需要注意的是，当采用夹具夹持时，需要将断裂面暴露在臭氧化区域，以便于断裂面与臭氧的直接且充分的接触。当然，臭氧化区域是开放或者密闭的。含有臭氧的钝化气体可以对准切片电池的断裂面，将其直接喷淋至断裂面，以提高在断裂面形成二氧化硅保护层的速度。
采用了上述技术方案，在切片电池的断裂面形成的二氧化硅保护层能够避免光生载流子的复合，进而大大改善切片电池的光电效率。而且在常温下将含有臭氧的钝化气体直接喷淋至切片电池的断裂面上，具有操作简单、可产业化的优点。
优选地，钝化气体中臭氧的体积浓度为100至200百万分率，喷淋的时间为1至10分钟。
钝化气体中臭氧的体积浓度和钝化气体的喷淋时间，对断裂面上的二氧化硅保护的致密度具有直接影响，即钝化气体中臭氧的浓度低或喷淋时间短，将会导致在断裂面形成的二氧化硅保护层的致密度低。在本实施例中，钝化气体中臭氧的体积浓度优选为100至200百分率、喷淋时间优选为1至10分钟，一是能够确保在断裂面形成较为致密的二氧化硅保护层，二是不造成臭氧的浪费，三是不过度延长臭氧的喷淋时间，以缩短喷淋周期，提高喷淋效率。当然，在实际钝化处理时，根据待钝化的切片电池的厚度和切片电池的数量在上述体积浓度和喷淋时间的优选数值区间选择某一合理的特定值，以使用最低的成本和最快的速度，形成最为致密的二氧化硅保护层。
优选地，钝化气体喷淋的流速为1至2升/分钟。
钝化气体喷淋的流速直接影响流经断裂面的臭氧的速度，即喷淋的流速越快，则越能够较快地在断裂面形成二氧化硅保护层，以高速地抑制断裂面光生载流子的复合。在本实施例中，钝化气体喷淋的流速优选为1至2升/分钟，一是能够确保在断裂面较快地形成二氧化硅保护层，二是能够确保流程断裂面的臭氧被充分的利用，不会因臭氧因冗余而被浪费。
优选地，在臭氧化处理时，将多个切片电池依次层叠堆放。多个切片电池依次层叠放置，即位于下方的切片电池的正面由堆放在其上方的切片电池的背面完全覆盖，只有切片电池的侧面裸露在外，从而避免臭氧化过程中臭氧对切片电池正面和背面的不利影响。
本发明还提供一个切片电池钝化装置。具体参见图1，在一具体实施例中，其包括钝化室10，钝化室10能够容纳至少一个切片电池20；臭氧喷淋单元30，用于将含有臭氧的钝化气体喷淋至切片电池20的断裂面。
在本实施例中，钝化室10是切片电池20的臭氧化区域，一个或多个切片电池20放置于(可直接放置，也可通过夹具固定)钝化室10内，钝化室10可以是密闭的，以实现切片电池20的承载和钝化气体的聚集，也可以是具有镂空面的相对开放的空间。钝化室10的空间需要大于待放置的切片电池20所需的空间，构成钝化室10的材料可以是具有一定刚性和强度的金属或非金属材料，钝化室10的具体形状不限定为某一种，只要能够容纳切片电池20即可。臭氧喷淋单元30，产出含有臭氧的钝化气体，并将其喷淋至切片电池20的断裂面上，以使位于钝化室10内的切片电池20的断裂面上形成二氧化硅保护层。
优选地，钝化室10为箱体100，箱体100具有至少一个箱门101，切片电池20能够通过箱门101放置于箱体100内，箱体100上开设至少一个进气口102，臭氧喷淋单元30产出的臭氧通过进气口102喷淋至箱体100内。箱体100上开设至少一个出气口103，流经箱体100的臭氧经出气口103排出。
箱体100优选为中空四方体结构，也可以是底部为便于放置的平面状，其他面为曲面或不规则形状的结构。开设于箱体100上的箱门101，优选位置是箱体100的侧面，以便于开关。数量优选为1个，以确保箱体100的密闭性。进气口102优选地开设于箱体100的顶部，钝化气体从顶部喷淋至箱体100内，以确保切片电池20的断裂面上能够被均匀的喷淋。出气口103开设于侧箱体100的侧面，且尽量靠近箱体100的底部，以确保钝化气体在箱体100内形成畅通的流通渠道，且尽可能的延长钝化气体在箱体100内的流经路径。出气口103连接排气管路104，排气管路104上设置气动阀105。
由带有箱门101、进气口102和出气口103的箱体100作为钝化室10，臭氧化处理过程中，钝化室10基本呈密闭状态，有利于钝化气体在钝化室10的聚集，聚集的钝化气体有利于优化对切片电池20的断裂面的钝化效果。
优选地，钝化装置还包括一个夹持单元40，夹持单元40包括一个承载板400，承载板400用于支撑若干依次层叠堆放的切片电池20。还包括一个盖板401，盖板401用于覆盖位于顶层的切片电池20。还包括若干紧固件402，紧固件402同时贯穿承载板400和盖板401与切片电池20的非接触处。切片电池20紧固于承载板400和盖板401之间。
在本实施例中，承载板400和盖板401相互独立，优选为平板，以为固定于承载板400和盖板401提供均衡的支撑力和夹持力。承载板400和盖板401的形状优选与切片电池20的形状一致，当然，也可以与切片电池20的形状不一致，如可以为圆形、若圆形或不规则形状等，只要能够支撑或完全覆盖切片电池20即可。承载板400和盖板401的材质不限定，可以为金属，也可以为非金属，只要具备一定的刚度和强度即可。承载板400和盖板401的平面面积需要略大于承载的或夹持的切片电池20的面积，以为紧固件402预留出紧固位置。紧固件402为螺栓和螺母的组合，承载板400和盖板401与切片电池20未接触处，即靠近承载板400和盖板401的边缘处，相互对应地且优选均匀地开设若干通孔，螺栓同时贯穿承载板400和盖板401的通孔后，由螺母紧固，实现紧固。螺栓优选均布于承载板400和盖板401的目的是为切片电池20提供均衡的紧固力，当然，通孔的开设或螺栓的分布也可以选择非均匀的方式，只要能够实现切片电池20的紧固即可。
将切片电池20固定于承载板400和盖板401之间，一是能够实现对切片电池20的固定，以避免臭氧喷淋过程中，臭氧的吹扫力对切片电池20造成的晃动，进而避免或消除对切片电池20品质的影响；二是由于切片电池20被承载板承载且被盖板401覆盖，使切片电池20的非断裂面相对于封闭，避免了臭氧对非断裂面的影响，进一步确保切片电池20的品质。
优选地，与承载板400相对的盖板401的一面设置硅胶垫和/或与盖板401相对的承载板400的一面设置硅胶垫。
硅胶垫可以利用结构胶与承载板400和/或盖板401紧固，硅胶垫可以与切片电池20的面积一致，也可以与承载板400和/或盖板401的面积一致，或介于切片电池200与承载板400和/或盖板401的面积之间，即硅胶垫需要至少将切片电池20覆盖。
硅胶垫能够吸收盖板401和/或承载板400作用在切片电池20表面的夹持力，避免夹持力对切片电池20表面造成伤害，进而确保切片电池20的品质。
优选地，钝化装置还包括臭氧发生器300，与臭氧发生器300的出口连通的管路301，以及与管路301的出口连通的喷头302，管路301能够贯穿进气口102，且喷头302设置于箱体100内。
臭氧发生器300的规格，可以根据需求直接选取即可，具体的结构等不在此赘述。管路301优选具有抗氧化性能强的PVDF(聚偏氟乙烯)、PFA(全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物)、PTFE(聚四氟乙烯)等工程特种塑料制成，以抵抗臭氧对管路301的氧化。管路301的出口能够贯穿进气口102，并通过转接头303与喷头302连接，转接头303和喷头302均优选具有抗氧化性能强的PVDF(聚偏氟乙烯)、PFA(全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物)、PTFE(聚四氟乙烯)等工程特种塑料制成，以抵抗臭氧对管路301的氧化。
优选地，喷头302具有若干呈矩阵分布的喷气口304。喷气口304的形状可以为圆形、方形或不规则形。喷气口304采用N行和N列的设计，数量优选为9至400个，即N为3至20。喷气口304的形状为圆形时，其直径优选为1至5毫米。
喷头302上的喷气口304均匀分布，因此能够确保喷淋至电池切片20的断裂面的臭氧分布均匀，进而确保在断裂面上形成的二氧化硅保护层的薄厚一致，以优化钝化效果。
本发明还提供一种电池片，由本发明提供的切片电池的钝化装置，利用其对应的钝化方法获得。
采用本发明提供的切片电池的钝化装置，并利用其对应的钝化方法获得的电池片具有较好的光电转换效率。
本发明还提供一种光伏组件，由本发明提供的电池片构成。由本发明提供的电池片构成的光伏组件同样具有较好的光电转换效率。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
S100、取5主栅半片图形HIT电池片依次堆叠夹持于承载板400和盖板401之间(具体参见图1)，放置于箱体100内，关闭箱门101，关闭排气管路104上的气动阀105，设置臭氧发生器300参数，并开启臭氧发生器300，以使其产出体积浓度为150百万分率的臭氧，通过管路301、转接头303和喷头302向箱体100内以1升/分钟的流速喷淋90秒；
S101、关闭臭氧发生器300，打开气动阀105，待箱体100内的臭氧排空后，打开箱门101。
得到的切片电池，记作A1。
实施例2
S100、将5主栅半片图形PERC电池片依次堆叠夹持于承载板400和盖板401之间(具体参见图1)，放置于箱体100内，关闭箱门101，关闭排气管路104上的气动阀105，设置臭氧发生器300参数，并开启臭氧发生器300，以使其产出体积浓度为150百万分率的臭氧，通过管路301、转接头303和喷头302向箱体100内以1升/分钟的流速喷淋90秒；
S101、关闭臭氧发生器300，打开气动阀105，待箱体100内的臭氧排空后，打开箱门101。
得到的切片电池，记作A2。
对比例1
与实施例1所不同的是，不进行步骤S100和S101，将5主栅半片图形HIT电池片暴露在空气中。
得到的切片电池，记作B1。
对比例2
与实施例2所不同的是，不进行步骤S100和S101，将5主栅半片图形PERC电池片暴露在空气中。
得到的切片电池，记作B2。
性能测试：
分别将切片电池A1、B1经串焊、层叠、层压、接线盒安装、固化和测试检查后形成60双玻组件，60双玻组件的数量为5个。
对得到的60双玻组件均进行了电性能测试，测试方法参考国标(IEC60904-1-2)，以及60千瓦时的光衰测试，测试方法参考国标(IEC61215)，测试结果如下：
表1 60双玻组件的测试结果
以上测试结果可知：经过本发明的方法得到的切片电池，可以提升功率接近4瓦。另光衰减小。
分别将切片电池A2、B2经串焊、层叠、层压、接线盒安装、固化和测试检查后形成72双玻组件，72双玻组件的数量为5个。
对得到的72双玻组件均进行了电性能测试，测试方法参考国标(IEC60904-1-2)，以及60千瓦时的光衰测试，测试方法参考国标(IEC61215)，测试结果如下：
表2 72双玻组件的测试结果
以上测试结果可知：经过本发明的方法得到的切片电池，可以提升功率2瓦。另光衰减小。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种切片电池的钝化方法，其特征在于，包括以下步骤：
对切片电池的断裂面进行臭氧化处理；
所述臭氧化处理包括：
将所述切片电池在常温下，对所述断裂面喷淋钝化气体，所述钝化气体中含有臭氧；
在所述臭氧化处理时，将多个所述切片电池依次层叠堆放；
将多个所述切片电池依次层叠堆放包括：
将多个切片电池依次层叠堆放在承载板上；
将盖板盖设在位于顶层的所述切片电池上；
将紧固件同时贯穿所述承载板和盖板与所述切片电池的非接触处，此时，所述切片电池紧固于所述承载板和盖板之间。
2.根据权利要求1所述的切片电池的钝化方法，其特征在于，所述钝化气体中臭氧的体积浓度为100至200百万分率，所述喷淋的时间为1至10分钟。
3.根据权利要求1所述的切片电池的钝化方法，其特征在于，所述钝化气体的喷淋流速为1至2升/分钟。
4.一种切片电池的钝化装置，其特征在于，包括；
钝化室，用于容纳至少一个切片电池；
以及臭氧喷淋单元，用于将钝化气体喷淋至所述切片电池的断裂面上；所述臭氧喷淋单元位于所述钝化室内；
还包括用于将切片电池固定在所述钝化室中的固定单元；
所述固定单元包括：
承载板，用于承载若干依次层叠堆放的切片电池；
盖板，用于覆盖位于顶层的切片电池；
以及若干紧固件，用于将所述盖板与所述承载板紧固在一起；所述紧固件同时贯穿所述承载板和所述盖板。
5.根据权利要求4所述的切片电池的钝化装置，其特征在于，所述钝化室为箱体，所述箱体具有至少一个箱门，所述箱体上开设至少一个用于向臭氧喷淋单元提供钝化气体的进气口，所述箱体上还开设至少一个用于排出钝化气体的出气口。
6.根据权利要求5所述的切片电池的钝化装置，其特征在于，所述钝化装置还包括臭氧发生器、用于将臭氧输送到所述臭氧喷淋单元的管路；所述管路能够贯穿所述进气口；所述臭氧喷淋单元包括喷头；所述喷头具有若干呈矩阵分布的喷气口。
7.一种电池片，其特征在于：通过权利要求1至3任一项所述的方法获得。
8.一种光伏组件，其特征在于：包括权利要求7所述的电池片。
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