CN110379884A - 一种电池表面激光定位点及perc电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池表面激光定位点及PERC电池的制备方法。其中，所述激光定位点包括至少一个具有相同圆心的圆以及设于最内层圆中的网格，形成每个圆的线以及网格中的每条线均由多个激光光斑扫描而成，并且形成不同圆的激光扫描速度不同，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。该激光定位点的结构可以提高电池背电场印刷的一次通过率，并降低扎漏背电极、背电场网版的频次，从而提高网版的使用寿命。本发明还公开了一种PERC电池的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种电池表面激光定位点及PERC电池的制备方法。
背景技术
双面PERC(Passivated Emitter and Rear Cell，钝化发射极背面接触电池)技术推广以后，背面激光定位点的设计直接影响着印刷二号机(印刷背面电场浆料的印刷机)的通过率(通过率是指背面电场印刷一次通过率，如激光定位点设计不合理，则在印刷过程中印刷设备会频繁报警停机，不能一次通过，全部一次印刷通过时通过率为100％)以及网版寿命；传统电池的背面由于采用全铝背面电场，其结构如图1所示，背场2覆盖PERC电池全部背表面；因此大多数采用全边定位，可以达到100％的通过率；而双面PERC的背面电场，不是全铝背场，如图2所示，背场仅覆盖PERC电池背表面的局部区域，因此，大多数的激光定位点图形多为十字形、一字型以及单个圆环设计，但是此类图形对激光源以及印刷机摄像头的要求特别高，对于现有的纳秒激光器使用此类定位点图形在印刷二号机(即印刷铝背场浆料的印刷机)通过率非常低。为了提升二号机通过率同时考虑到设备成本，部分厂家开始使用5-20个同心圆相叠加的方式作为激光定位点，但是此设计由于激光光斑本身所具有能量高斯分布的关系，圆环之间与圆环中心位置颜色不一，故仍然存在二号机通过率偏低的现象，加大圆环重叠率之后又会出现定位点位置高度大引起背电极、背电场网版被定位点扎漏的现象。
因此，需要对现有的激光定位点的结构进行改进，以提高二号机的通过率以及降低扎漏背电极、背电场网版频次。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池表面激光定位点，该激光定位点的结构可以提高电池背电场印刷的一次通过率，并降低定位点扎漏背电极、背电场网版的频次，从而提高网版的使用寿命。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种电池表面激光定位点，所述激光定位点包括至少一个具有相同圆心的圆以及设于最内层圆中的网格，形成每个圆的线以及网格中的每条线均由多个激光光斑扫描而成，并且形成不同圆的激光扫描速度不同，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。
可选地，形成每个圆的线以及网格中的每条线的实虚比为10～80％。
可选地，所述圆的数量为1～10个。
可选地，最外层圆的直径为0.5～1mm，相邻两圆中的激光光斑的重叠率为10～30％。
可选地，形成每个圆的线以及网格中的每条线中的相邻两激光光斑相切设置或相间隔设置，光斑与光斑之间具有-5μm至5μm范围内间隔。
更佳地，形成每个圆的线以及网格中的每条线中的相邻两激光光斑相切设置。
可选地，所述激光光斑的直径大小为20～30μm。
可选地，所述激光扫描速度为100～30000mm/s，相邻两圆的激光扫描速度呈等差设置，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。
可选地，所述激光定位点的高度差在15μm以内。
可选地，所述电池为PERC电池，所述激光定位点用于印刷所述PERC电池的背面电场时的定位。
本发明还提供了一种PERC电池的制备方法，包括在电池背面形成激光定位点，并根据所述激光定位点在所述电池的背面印刷用于形成背场的浆料的步骤；所述激光定位点包括至少一个具有相同圆心的圆以及设于最内层圆中的网格，形成每个圆的线以及网格中的每条线均由多个激光光斑扫描而成，并且形成不同圆的激光扫描速度不同，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过对电池表面激光定位点采用同心圆套设网格的设计，每个同心圆由数个光斑组成，相邻两个光斑边缘相切，光斑直径缩小至20～30μm，并降低激光定位点位置激光线实虚比，对于不同的同心圆激光扫描速度不同，越靠近中心位置速度越大，这样设计，本发明中的激光定位点颜色均匀，印刷表面电场的印刷机尤其是印刷PERC背面电场的印刷机的通过率达100％；并且激光定位点位置高度均匀，可提高PERC背面电场印刷网版(二号印刷机)、PERC背面电极(一号印刷机)网版的使用寿命。
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。
图1是背景技术中全铝背面电场的结构示意图；
图2是背景技术中PERC背面电场的结构示意图、本发明具体实施方式中以及实施例1-2中激光定位点在PERC背面电场的布置图；
图3是本发明具体实施方式中以及实施例1中激光定位点的结构设计图；
图4是本发明具体实施方式中以及实施例2中激光定位点的结构设计图；
图5是本发明具体实施方式中以及实施例1中激光图形实虚比示意图；
图6是本发明具体实施方式中以及实施例1-2中激光定位点的高度差；
图7是本发明具体实施方式中以及实施例1-2中定位点整体形貌图；
图8是本发明具体实施方式中以及实施例1-2中激光定位点中由数个激光光斑形成的每个圆的线以及网格中的每条线的局部放大图；
其中：
1 为激光定位点；
11 为圆；
12 为网格；
2 为背场；
3 为背面电极；
4 是连续的激光线；
5 是断开的激光线；
6 是激光定位点的高度差。
具体实施方式
针对现有技术中为了提升二号机通过率同时考虑到设备成本，部分厂家开始使用5-20个同心圆相叠加的方式作为激光定位点，但是此设计由于激光光斑本身所具有能量高斯分布的关系，圆环之间与圆环中心位置颜色不一，故仍然存在二号机通过率偏低的现象，加大圆环重叠率之后又会出现定位点位置高度大引起背电极、背电场网版扎漏的现象。
如图2-4所示，本发明提供的电池表面激光定位点1，所述激光定位点包括至少一个具有相同圆心的圆11以及设于最内层圆中的网格12，形成每个圆的线以及网格中的每条线均由多个激光光斑扫描而成，并且形成不同圆的激光扫描速度不同，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。
由于越到内层，圆的直径越小，因此，在激光光斑相同的情况下，相邻两圆上的光斑容易重叠，造成定位点位置过高，从而引起定位点扎漏背电极、背电场网版，通过形成不同圆的激光扫描速度不同，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大的设计，可以让内层圆的光斑重叠率不会过高，从而避免定位点位置过高而引起印刷扎漏背电极、背电场网版的现象。
因此，本发明在不增加设备成本的前提下，通过定位点的结构设计以及参数的调整，可以提升电池背电场印刷(尤其是PERC电池的印刷二号机)的一次通过率以及提高网版寿命。
此外，通过在内层圆中增设网格设计，可以降低定位点圆心位置高度过高的现象，达到整个定位点最高点与电池片表面高度差即激光定位点的高度差6在15μm以内，如图6所示。
进一步的，形成每个圆的线以及网格中的每条线的实虚比为10～80％。
此处实虚比是指组成每个圆的线以及网格中的每条线中连续的激光线4长度与断开的激光线5长度的比值，其示意图如图5所示，通过实虚比的设置可以降低图形中光斑的重叠率，减少定位点高度(控制在15μm以内，更佳的是控制在14μm以内)，实现实虚比原理主要为激光光路结构中有一个Q开关结构，通过射频信号控制压电转换器来控制是否出光，当没有施加射频信号时，激光棒发射的光束可以顺利的经过石英晶体并进行反射返回激光棒，实现激光放大(激光束成倍数增加)，而施加射频信号后，压电转换器可以改变石英晶体的折射率，导致激光棒发射的光束不能顺利的经过石英晶体返回激光棒，不能实现激光放大，进而影响激光产生，实虚比的控制可以通过Q开关按设置的频率间隔规律性的进行激光开关光的控制，从而在硅片上产生一定实虚比例的激光轨迹的过程。
圆的数量根据激光定位点大小不同个数不同，激光定位点直径越大圆的数量越多。
可选地，所述圆的数量为1～10个。更佳地，所述圆的数量为4～6个，最佳地，所述圆的数量为5个。
可选地，最外层圆的直径为0.5～1mm，相邻两圆中的激光光斑的重叠率为10～30％。
本发明激光定位点的大小可以由最外层圆的直径决定，相邻两圆中的激光光斑的重叠率是指组成其中一圆的激光光斑与组成相邻一圆的激光光斑的重叠率，该重叠率通常是指相邻两激光光斑的面积重叠率，具体重叠率可以根据激光定位点的形貌来确定。
可选地，形成每个圆的线以及网格中的每条线中的相邻两激光光斑相切或相间隔设置；相邻两光斑与光斑之间具有-5μm至5μm范围内间隔。其中-5μm至0μm是指相切时相邻两光斑具有部分重叠，0μm至5μm范围内是指相邻两光斑之间具有一定的间隔。
更佳地，形成每个圆的线以及网格中的每条线中的相邻两激光光斑相切设置，如图8所示。
可选地，所述激光光斑的直径大小为20～30μm。激光光斑的直径大小可根据激光源及所选用的扩束镜倍数而定。
可选地，所述激光扫描速度为100～30000mm/s，相邻两圆的激光扫描速度呈等差设置，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。
可选地，相邻两圆的激光扫描速度呈等差设置，该等差大小为200～4000mm/s。
所述激光定位点的高度差6在15μm以内，经过上述激光定位点结构设计，在硅片表面采用上述激光定位点进行扫描之后，在硅片的定位点位置表面会出现凹凸，如图7中所示，该凹凸是由激光扫描硅片表面的物质造成的，定义凹凸中最高点至硅片表面的高度差即为所述激光定位点的高度差。
可选地，作为本发明的一种优选的实施方式，所述网格可以是等间距规格的平面网格线(网格线与水平方向的夹角可在45-90°范围)，网格线的线间距可以根据激光定位点的高度以及形貌确定，网格线的线间距可根据最内层圆的直径及实际效果确定。网格可以包括两组沿不同方向延伸的平行线(例如图4所示)、也可以包括三组或更多沿不同方向延伸的平行线(例如图3所示)，平行线的数量可以为2～100条，例如2条、5条、10条、20条、30条、40条、50条、60条、70条、80条、90条、100条等。
可选地，所述电池为PERC电池，所述激光定位点用于印刷所述PERC电池的背面电场时的定位(激光图形与背电场图形套印)。
本发明还提供了一种PERC电池的制备方法，该制备方法中包括在电池背面形成激光定位点，并根据所述激光定位点在所述电池的背面印刷用于形成背场的浆料的步骤。
其中，激光定位点包括至少一个具有相同圆心的圆以及设于最内层圆中的网格，形成每个圆的线以及网格中的每条线均由多个激光光斑扫描而成，并且形成不同圆的激光扫描速度不同，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。
本发明中，对于激光定位点中同心圆的数量、激光线的虚实比、激光光斑的重叠率、激光扫描速度等参数参照上文的描述即可，在此不再赘述。
本发明中，PERC电池的制备方法主要包括：对p型硅片进行清洗制绒，在p型硅片正面形成n型的发射极层，刻蚀去除磷硅玻璃，形成正面减反射层及背面钝化层，在背面钝化层上开槽，印刷电极浆料，电极浆料烧结等步骤。
印刷电极浆料的步骤又具体包括先印刷用于形成背面电极3(用于收集电流、电池片之间的串焊)的浆料(通常为银浆料或银铝浆料)，之后印刷用于形成背场的浆料(通常为铝浆料)，之后再印刷用于形成正面电极的浆料。对于双面PERC电池来说，用于形成背场的浆料覆盖电池背面的局部区域。
本发明中的激光定位点则用于上述印刷用于形成背场的浆料时的定位。
对于上述PERC电池的制备方法中清洗制绒，在p型硅片正面形成n型的发射极层，刻蚀去除磷硅玻璃，形成正面减反射层及背面钝化层，在背面钝化层上开槽，印刷电极浆料，电极浆料烧结等步骤的具体实现过程，按照本领域的常规手段进行即可，在此不再赘述。
以下分别以不同圆的数量以及不同的网格图形为例，来说明本发明中的激光定位点设计。
实施例1
本实施例提供的电池表面激光定位点1的结构如图3所示，圆环套网格线定位点设计，即由一组5个同心的圆11以及设于最内层圆中的网格12组成，最外边圆直径1.0mm；每相邻两个同心圆的激光光斑的重叠率为30％；同心圆上每两个相邻的光斑相切(如图8所示)，每个光斑大小为20μm；网格12包括三组沿不同方向延伸的平行线，每组平行线的数量为9条；该激光定位点位置激光线(形成圆的线以及形成网格的线)实虚比为80％(如图5所示)；最外层圆(由内向外第5个同心圆)扫描速度为200mm/s；相邻同心圆(由内向外第4个同心圆)的扫描速度为400mm/s，依此类推，最内层同心圆的扫描速度为1000mm/s，形成的激光定位点的高度差6为14μm以内(如图6-7所示)。
由上述激光定位点结构制备PERC电池的方法，包括以下步骤：
(1)选取电阻率在0.1～6Ω·cm(本实施例中为2Ω·cm)的轻掺杂的p型单晶硅片，将硅片基体置于制绒槽中进行损伤层去除和绒面制备。在重量百分含量为0.5～5％(本实施例中为4.6％)的氢氧化钠去离子水溶液中，在温度为75～90℃(本实施例中为80℃)的条件下进行表面织构化形成绒面结构；
(2)将硅片置于600～1000℃(本实施例中为850℃)的炉管中进行磷(P)扩散，在硅片表面形成n-型扩散层，扩散后硅片方块电阻为50～150Ω/sq(本实施例中为85Ω/sq)；
(3)将扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，采用化学溶液刻蚀掉周边的P/N结，同时去除磷硅玻璃，所述的化学溶液为氢氟酸、硝酸、盐酸、硫酸及其他添加剂的一种或多种混合水溶液，刻蚀时间为0.5～40分钟(本实施例中为2分钟)，温度为5～20℃(本实施例中为12℃)；
(4)将湿刻后硅片背面镀氧化铝以及氮化硅薄膜后，正面镀氧化硅以及氮化硅薄膜；
(5)在硅片背面的氧化铝薄膜和氮化硅薄膜上开槽；
(6)在背面氮化硅薄膜上印刷用于形成背面电极3的银浆料及用于形成背场2的铝浆料，在正面氧化硅薄膜上印刷正面电极浆料；
其中，印刷用于形成背场的铝浆料时采用的激光定位点图形具体为：圆环套网格线定位点设计，即由一组5个同心圆以及设于最内层圆中的网格组成，最外边圆直径1.0mm；每相邻两个同心圆的激光光斑的重叠率为30％；同心圆上每两个相邻的光斑相切(如图8所示)，每个光斑大小为20μm；网格12包括三组沿不同方向延伸的平行线，每组平行线的数量为9条；该激光定位点位置激光线(形成圆的线以及形成网格的线)实虚比为80％；最外层圆(由内向外第5个同心圆)扫描速度为200mm/s；相邻同心圆(由内向外第4个同心圆)的扫描速度为400mm/s，依此类推，最内层同心圆的扫描速度为1000mm/s，形成的激光定位点的高度差为14μm以内(如图6-7所示)。
(7)对上述银浆料、铝浆料及正面电极浆料进行烧结，烧结后经过光衰处理设备进行光衰减处理。
按照此案例方案设计的定位点图形，二号机(印刷背面电场的印刷机)通过率高达100％；定位点位置高度差缩小至14μm以内无激光定位点扎漏背电极、背电场网版的现象。
实施例2
本实施例提供的电池表面激光定位点结构如图4所示，圆环套网格线定位点设计，即由一组4个同心的圆11以及设于最内层圆中的网格12组成，最外边圆直径0.5mm；每相邻两个同心圆的激光光斑的重叠率为10％；同心圆上每两个相邻的光斑相切(如图8所示)，每个光斑大小为30μm；网格12包括两组沿不同方向延伸的平行线，每组平行线的数量为9条；该激光定位点位置激光线(形成圆的线以及形成网格的线)实虚比为30％；最外层圆(由内向外第4个同心圆)扫描速度为400mm/s；相邻同心圆(由内向外第3个同心圆)的扫描速度为800mm/s，依此类推，最内层同心圆的扫描速度为1600mm/s，形成的激光定位点的高度差为14μm以内(如图6-7所示)。
由上述激光定位点结构制备PERC电池的方法，包括以下步骤：
(1)选取电阻率在0.1～6Ω·cm(本实施例中为2Ω·cm)的轻掺杂的p型单晶硅片，将硅片基体置于制绒槽中进行损伤层去除和绒面制备。在重量百分含量为0.5～5％(本实施例中为4.6％)的氢氧化钠去离子水溶液中，在温度为75～90℃(本实施例中为80℃)的条件下进行表面织构化形成绒面结构；
(2)将硅片置于600～1000℃(本实施例中为850℃)的炉管中进行磷(P)扩散，在硅片表面形成n-型扩散层，扩散后硅片方块电阻为50-150Ω/sq(本实施例中为85Ω/sq)；
(3)将扩散后的硅片置于湿法刻蚀机中，采用化学溶液刻蚀掉周边的P/N结，同时去除磷硅玻璃，所述的化学溶液为氢氟酸、硝酸、盐酸、硫酸及其他添加剂的一种或多种混合水溶液。刻蚀时间为0.5～40分钟(本实施例中为2分钟)，温度为5～20℃(本实施例中为12℃)；
(4)将湿刻后硅片背面镀氧化铝以及氮化硅薄膜后，正面镀氧化硅以及氮化硅薄膜；
(5)在硅片背面的氧化铝薄膜和氮化硅薄膜上开槽；
(6)在背面氮化硅薄膜上印刷用于形成背面电极的银浆料及用于形成背场的铝浆料，在正面氧化硅薄膜上印刷正面电极浆料；
其中，印刷用于形成背场的铝浆料时采用的激光定位点图形具体为：圆环套网格线定位点设计，即由一组4个同心圆以及设于最内层圆中的网格组成，最外边圆直径0.5mm；每相邻两个同心圆的激光光斑的重叠率为10％；同心圆上每两个相邻的光斑相切，如图8所示，每个光斑大小为30μm；网格12包括两组沿不同方向延伸的平行线，每组平行线的数量为9条；该激光定位点位置激光线(形成圆的线以及形成网格的线)实虚比为30％；最外层圆(由内向外第4个同心圆)扫描速度为400mm/s；相邻同心圆(由内向外第3个同心圆)的扫描速度为800mm/s，依此类推，最内层同心圆的扫描速度为1600mm/s，形成的激光定位点的高度差为14μm以内，如图6-7所示。
(6)对上述银浆料、铝浆料及正面电极浆料进行烧结，烧结后经过光衰处理设备进行光衰减处理。
按照此案例方案设计的定位点图形，二号机(印刷背面电场的印刷机)通过率高达100％；定位点位置高度差缩小至14μm以内无激光定位点扎漏背电极、背电场网版的现象。
Claims (10)
1.一种电池表面激光定位点，其特征是：所述激光定位点包括至少一个具有相同圆心的圆以及设于最内层圆中的网格，形成每个圆的线以及网格中的每条线均由多个激光光斑扫描而成，并且形成不同圆的激光扫描速度不同，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。
2.根据权利要求1所述的电池表面激光定位点，其特征是：形成每个圆的线以及网格中的每条线的实虚比为10～80％。
3.根据权利要求1所述的电池表面激光定位点，其特征是：所述圆的数量为1～10个。
4.根据权利要求1所述的电池表面激光定位点，其特征是：最外层圆的直径为0.5～1mm，相邻两圆中的激光光斑的重叠率为10～30％。
5.根据权利要求1所述的电池表面激光定位点，其特征是：形成每个圆的线以及网格中的每条线中的相邻两激光光斑相切设置或相间隔设置，光斑与光斑之间具有-5μm至5μm范围内间隔。
6.根据权利要求1所述的电池表面激光定位点，其特征是：所述激光光斑的直径大小为20～30μm。
7.根据权利要求1所述的电池表面激光定位点，其特征是：所述激光扫描速度为100～30000mm/s，相邻两圆的激光扫描速度呈等差设置，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。
8.根据权利要求1所述的电池表面激光定位点，其特征是：所述激光定位点的高度差在15μm以内。
9.根据权利要求1所述的电池表面激光定位点，其特征是：所述电池为PERC电池，所述激光定位点用于印刷所述PERC电池的背面电场时的定位。
10.一种PERC电池的制备方法，其特征是：包括在电池背面形成激光定位点，并根据所述激光定位点在所述电池的背面印刷用于形成背场的浆料；
所述激光定位点包括至少一个具有相同圆心的圆以及设于最内层圆中的网格，形成每个圆的线以及网格中的每条线均由多个激光光斑扫描而成，并且形成不同圆的激光扫描速度不同，越靠近圆心位置的圆的激光扫描速度越大。
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