CN110791807B - 适用于太阳能晶硅片的硅锭及其制备方法、太阳能电池片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于太阳能晶硅片的硅锭，所述硅锭包括硅锭本体以及开设在所述硅锭本体侧面上的穿槽和/或开设在所述硅锭本体内部的穿孔，所述穿槽和穿孔呈直线延伸，所述穿槽和穿孔对应太阳能电池片的栅线开设。本发明的硅锭，采用预先在硅锭上开设出穿槽或穿孔，之后将该硅锭直接切割成带有贯通槽的晶硅片，无需在形成电池片之后再增加设备进行贯通槽的制作，也无需对每块电池片进行开槽，不仅简化了流程，也降低了能耗、成本。穿槽和穿孔的开设通过先采用激光对预设的切割路径进行加热，之后采用水对切割路径进行冷却，通过冷热交替实现硅锭沿着切割路径的断开从而形成穿槽或穿孔，由此得到的断面整齐、无裂纹，降低了电池片的隐裂风险。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池片制造技术领域，具体涉及一种适用于太阳能晶硅片的硅锭、该硅锭的制备方法、以及采用该硅锭制备太阳能电池片的制备方法及制备得到的太阳能电池片。
背景技术
太阳能光伏发电产业，由于其清洁、安全、便利及高效等特点，已成为全世界普遍关注和重点发展的新兴产业。
随着太阳能技术不断进步，大型系统电站高速增长，由于可利用光伏发电土地资源不断减少，高效晶硅电池组件的需求不断上升，未来太阳能市场发展，光伏发电将主要集中在高效晶硅电池组件的开发与应用上。
为了缩小电池片间距，实现“高密度”的组件封装，现有技术中如申请号201820891980.2、名称为“太阳能电池片及光伏组件”的实用新型专利，其公开了一种在电池片主栅的端部开设有贯通槽以及该贯通槽的开设方法，其直接在电池片上开设贯通槽，不仅需要在电池片的后端产线上增加切割设备，且对每片电池片都需要进行贯通槽的切割操作，增加了工艺的流程和成本。
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改进的适用于太阳能晶硅片的硅锭。
为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种适用于太阳能晶硅片的硅锭，所述硅锭至少能够用于切割形成两个太阳能晶硅片，太阳能晶硅片后续通过常规的电池片制备工艺制备成太阳能电池片，所述硅锭包括硅锭本体以及开设在所述硅锭本体侧面上的穿槽和/或开设在所述硅锭本体内部的穿孔，所述穿槽和穿孔呈直线延伸，太阳能电池片上具有栅线，所述穿槽和穿孔对应太阳能电池片的栅线开设。当所述穿槽位于所述硅锭本体的侧面时，所述穿槽的槽口朝向硅锭本体的外侧。采用预先在硅锭上开设出穿槽或穿孔，之后将该硅锭直接切割成带有贯通槽的电池片，无需再形成电池片之后再增加设备进行贯通槽的制作，也无需对每块电池片进行开槽，不仅简化了流程，也降低了能耗、成本。
优选地，所述穿槽和/或穿孔贯穿所述硅锭本体的长度方向。
优选地，所述硅锭本体上开设有多个穿槽和/或穿孔，相邻所述穿槽之间的距离相同，相邻所述穿孔之间的距离相同。
在本发明的一些实施例中，所述穿槽和/或穿孔的截面为矩形、圆形或不规则图形，所述穿槽和穿孔的宽度为大于或等于太阳能电池片栅线的宽度，且所述穿槽之间的距离、所述穿孔之间的距离对应所述栅线之间的距离。
优选地，所述穿槽开设在所述硅锭本体其中两个相对的侧面上，侧面上两个相对的穿槽之间形成与硅锭长度方向平行的竖直面，所述穿孔位于竖直面内。所述穿槽对应电池片的主栅线的端部开设，穿槽的宽度大于或等于所述主栅线的宽度，即后续由该硅锭切割形成的电池片的主栅线的端部具有贯通槽。
本发明还提供了一种如上所述的硅锭的制作方法，所述制作方法利用激光和水对硅锭本体进行交替切割使硅锭本体沿着切割路径断开以形成所述的穿槽或穿孔，其中起始时利用激光进行切割并确保在该激光切割后硅锭本体不断开，所述激光的发射方向、水的喷射方向与所述硅锭的长度方向保持一致。
现有技术中的电池片的贯通槽的开设方法为采用激光切割方法进行切割后形成该贯通槽，但是采取该方法开槽后的贯通槽断面不规整、对电池片的损伤大，存在裂纹，增大了电池片出现隐裂的风险。本发明预先在硅锭上开设出穿槽或穿孔，且通过先采用激光对预设的切割路径进行加热，之后采用水对切割路径进行冷却，通过冷热交替实现硅锭沿着切割路径的断开从而形成穿槽或穿孔，由此制备的穿槽或穿孔的断面整齐、无裂纹，电池片损伤少，降低了电池片的隐裂风险。
优选地，所述交替切割的次数为1次、2次、3次或更多次，在最后一次交替切割的水切作用下，硅锭本体沿着切割路径完全断开形成所述的穿槽或穿孔。最优选的交替切割次数为一次，能耗低、效率高，也更加有利于穿槽或穿孔断面处的规整。
优选地，在每一次的交替切割中，激光切割的路径和水切割的路径保持一致，以保证穿槽和穿孔处断面的整齐。
优选地，在每一次的交替切割中，激光切割后的1-2s之内进行水切割，间隔时间不宜过长，防止硅锭过度冷却造成切割效果差、断面不规整，间隔时间短也有利于提高产能。
优选地，所述激光切割的参数如下：激光功率为15-20W，激光频率为500-600kHz，激光运行速度为18000-22000cm/min；所述激光切割的时间为1-2s。
优选地，所述水切割的参数如下：常温下采用去离子水进行切割，去离子水在切割时的喷射初速度为15000-20000cm/min；所述水切割的时间为1-2s。
在具体的实施例中，先采用激光对预设的切割路径进行加热，之后采用水或其他的冷却液体或气体对切割路径进行冷却，通过冷热交替实现硅锭沿着切割路径的断开从而形成穿槽或穿孔，由此制备的穿槽和穿孔的断面整齐、无裂纹，后续制备得到电池片损伤少，降低了电池片的隐裂风险。且上述的切割方法能够用于在硅锭的任意位置进行穿槽或穿孔的开设。
本发明还提供了一种太阳能电池片的制备方法，包括如下步骤：将上述的硅锭进行切割即可得到具有贯通槽的太阳能晶硅片，再将该太阳能晶硅片通过传统的电池片制备工艺制备得到太阳能电池片，所述太阳能电池片上具有栅线以及沿太阳能电池片厚度方向贯通的贯通槽，所述硅锭的切割方向垂直于所述穿槽或穿孔的延伸方向，所述穿槽之间的距离、所述穿孔之间的距离对应所述栅线之间的距离，相邻所述穿槽之间的距离、相邻所述穿孔之间的距离等于所述栅线之间的距离或为所述栅线之间的距离的整数倍。所述贯通槽由穿槽或穿孔被切割后形成。该电池片可以采用和上述开设穿槽或穿孔一样的方法进行切割，即上述采用激光和水进行交替切割的方法能够用于槽的开设以及将硅锭切割成电池片，也能够用于将一块电池片分割成两片或多片的分片电池片。
具体的，在一些实施例中，电池片具有多根数量如5-14根的主栅线，在部分或全部的主栅线长度延伸方向的至少一个端部具有由穿槽被切割后形成的贯通槽，贯通槽的槽口朝向电池片的外侧，贯通槽的宽度大于或等于主栅线的宽度。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明的适用于太阳能晶硅片的硅锭，其上具有穿槽和/穿孔，后续能够直接将其切割成具有贯通槽的太阳能晶硅片，不仅减少了工艺流程、易于控制，且降低了能耗和成本。
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为现有技术中的太阳能电池片在贯通槽处的断面SEM图一；
图2为现有技术中的太阳能电池片在贯通槽处的断面SEM图二；
图3为现有技术中的太阳能电池片在贯通槽处的断面SEM图三；
图4为本发明优选实施例1中制备得到的太阳能电池片在贯通槽处的断面SEM图一；
图5为本发明优选实施例1中制备得到的太阳能电池片在贯通槽处的断面SEM图二；
图6为本发明优选实施例1中适用于太阳能晶硅片的硅锭的示意图；
图7为本发明优选实施例1中制备的太阳能电池片的示意图；
图8为本发明优选实施例2中制备的整片太阳能电池片的示意图；
图9为本发明优选实施例2中制备的分片太阳能电池片的示意图。
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。
实施例1
如图7所示，本实施例中的电池片具有5根主栅线，在所有主栅线长度延伸方向的两端均开设有贯通槽，贯通槽的槽口朝向电池片的外侧，贯通槽的宽度大于主栅线的宽度。
本实施例的具有贯通槽的电池片由具有贯通槽的太阳能晶硅片通过传统的电池片制备工艺形成。具有贯通槽的太阳能晶硅片由硅锭被切割后形成。
如图6所示，图中为了更加清楚的显示穿槽与硅锭之间的位置关系，每个侧面上只画出了3条穿槽，实际对应本实施例中的具有5根主栅线的电池片，应为5条穿槽。本实施例中的硅锭包括硅锭本体以及开设在硅锭本体侧面上的穿槽，穿槽对应太阳能电池片的栅线开设，穿槽沿硅锭的长度方向延伸开设，穿槽被切割后形成晶硅片的贯通槽。硅锭的切割面垂直于穿槽的延伸方向，切割方法可以采用传统的硅锭切割或采用和下述开设穿槽一样的方法进行切割。
如图6所示，本实施例的硅锭，穿槽沿硅锭的长度方向延伸，穿槽位于硅锭本体的侧面，穿槽的槽口朝向硅锭的外侧。采用预先在硅锭上开设出穿槽，之后将该硅锭直接切割成带有贯通槽的晶硅片，无需在形成电池片之后再增加设备进行贯通槽的制作，也无需对每块电池片进行开槽，不仅简化了流程，也降低了能耗、成本。
由于本实施了中穿槽对应电池片的主栅线的端部开设，同一侧面的相邻的穿槽之间的距离与相邻主栅线之间的距离相同。穿槽的宽度大于或等于主栅线的宽度，即后续由该硅锭切割形成的电池片的主栅线的端部具有贯通槽，所以穿槽开设于硅锭的侧面。
本实施例中穿槽的制作方法为利用激光和水对硅锭进行交替切割使硅锭本体沿着切割路径断开以形成穿槽，其中起始时利用激光进行切割并确保在该激光切割后硅锭本体不断开。在其他的一些实施例中，也可以采用如金刚石打磨的方式进行开槽，但是不能达到本实施例中的制作方法的优势。
本实施例中的激光切割的参数如下：激光功率为20W，激光频率为600kHz，激光运行速度即激光器的移动速度为22000cm/min，单个硅锭的激光切割的时间为1s。水切割的参数如下：温度为常温，采用的水为去离子水，其在切割时候的喷射初速度为20000cm/min，单个硅锭的水切割的时间为1s。此处喷射初速度为水离开切割机的切割喷头时的速度。
本实施例中交替切割的次数为一次，一次交替切割能耗小、效率高，且更加有利于穿槽处断面的整齐。在其他的一些实施例中，交替切割的次数为2次、3次或更多次，且在最后一次交替切割的水切作用下，硅锭沿着切割路径完全断开形成的穿槽。
在每一次的交替切割中，激光切割的路径和水切割的路径保持一致，以保证穿槽处断面的整齐。且在每一次的交替切割中，激光切割后的2s之内进行水切割，间隔时间不宜过长，防止硅锭过度冷却造成切割效果差，间隔时间短也有利于提高产能。
具体的，将硅锭进行固定，激光器开启，红外纳秒激光束对硅锭的预设部位进行划线加热，激光光斑直径大小为110μm，单个硅锭的激光加热时间为1-2s，结束后激光器关闭。接着，水刀束开启，重复对硅锭的预设部位进行划线冷却，单个硅锭的冷却时间为1-2s，且激光的划线路径与水刀束的划线路径保持一致，使得硅锭本体的开槽部位经过冷热交替迅速断开，断面整齐损伤较小。对开槽后的硅锭进行吹扫，完成整个开槽过程。
由此制备的穿槽的断面整齐、无裂纹，后续由此硅锭制备得到的具有贯通槽的电池片损伤少，降低了电池片的隐裂风险。且上述的切割方法能够用于在硅锭的任意位置进行切割，如在硅锭的边缘处或内部进行开槽，也可以将硅锭切割成电池片，以及能够用于将一块电池片分割成两片或多片的分片电池片。
本实施例中提供的光伏组件，包括由上至下依次设置的前板、前封装层、电池层、后封装层以及后板，电池层包括多个电池串以及电性连接电池串内电池片的互联条，同一个电池串上相邻两个电池片之间中的至少一个为上述的制备的具有贯通槽的太阳能电池片，互联条从贯通槽内穿过，贯通槽沿电池片的厚度方向贯穿。通过这样的设置，使得相邻电池片之间的间距缩小甚至没有间距，相同尺寸的光伏组件中能够容纳更多的电池片。
实施例2
本实施例中的光伏组件、太阳能电池片以及贯通槽的制作方法与实施例1基本类似，区别点在于：本实施例中电池片的主栅线为12根，且本实施例中的激光切割的参数如下：激光功率为15W，激光频率为500kHz，激光运行速度即激光器的移动速度为18000cm/min，单个硅锭的激光切割的时间为2s。水切割的参数如下：温度为常温，采用的水为去离子水，其在切割时候的喷射初速度为15000cm/min，单个硅锭的水切割的时间为2s；且在激光切割后的1s之内进行水切割。此处喷射初速度为水离开切割机的切割喷头时的速度。
本实施例不仅在硅锭本体的侧面开设有穿槽，在硅锭本体的内部也开设有穿孔，且穿孔设置在两个相对的穿槽之间，使得由切割成的晶硅片制备的电池片不仅在主栅线的两端部具有穿槽形成贯通槽，在每根主栅线的中间位置对应具有由穿孔形成的两个贯通槽，如图8所示。之后，沿着主栅线中间两个贯通槽之间对电池片进行切割，切割方法与开设贯通槽的方法一致，切割后得到如图9所示的分片电池片，分片电池片的也具有12根主栅，且主栅的两端部具有贯通槽。
实施例3结果与讨论
采用扫描电镜对实施例1中制备得到电池片以及背景技术中介绍的方法制备得到的电池片的贯通槽处的断面进行扫描，得到的扫描电镜图像如附图1-5所示。
从附图中可以看出，采用背景技术中的制备方法开设的贯通槽的断面不规整、损伤大，存在裂纹，如图1-3所示；而采用本发明实施例1中的方法开设的贯通槽的断面整齐、无裂纹，电池片损伤少，降低了电池片的隐裂风险。
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 (10)
1.一种适用于太阳能晶硅片的硅锭，所述硅锭至少能够用于切割形成两个太阳能晶硅片，其特征在于，所述硅锭包括硅锭本体以及开设在所述硅锭本体侧面上的穿槽和/或开设在所述硅锭本体内部的穿孔，所述穿槽和穿孔呈直线延伸；
所述穿槽和穿孔通过如下方法开设得到：利用激光和水对硅锭本体进行交替切割使硅锭本体沿着切割路径断开以形成所述的穿槽或穿孔，其中起始时利用激光进行切割并确保在该激光切割后硅锭本体不断开。
2.根据权利要求1所述的适用于太阳能晶硅片的硅锭，其特征在于：所述穿槽和/或穿孔贯穿所述硅锭本体的长度方向。
3.根据权利要求1所述的适用于太阳能晶硅片的硅锭，其特征在于：所述硅锭本体上开设有多个穿槽和/或穿孔，相邻所述穿槽之间的距离相同，相邻所述穿孔之间的距离相同。
4.根据权利要求1所述的适用于太阳能晶硅片的硅锭，其特征在于：所述穿槽开设在所述硅锭本体其中两个相对的侧面上；侧面上两个相对的穿槽之间形成与硅锭长度方向平行的竖直面，所述穿孔位于竖直面内。
5.一种如权利要求1所述的硅锭的制作方法，其特征在于，所述制作方法利用激光和水对硅锭本体进行交替切割使硅锭本体沿着切割路径断开以形成所述的穿槽或穿孔，其中起始时利用激光进行切割并确保在该激光切割后硅锭本体不断开，所述激光的发射方向、水的喷射方向与所述硅锭本体的长度方向保持一致。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于：所述交替切割的次数为1次、2次、3次或更多次，在最后一次交替切割的水切作用下，硅锭本体沿着切割路径完全断开形成所述的穿槽或穿孔。
7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于：在每一次的交替切割中，激光切割的路径和水切割的路径保持一致；激光切割后的1-2s之内进行水切割。
8.根据权利要求6至7中任一项权利要求所述的制作方法，其特征在于，所述激光切割的参数如下：激光功率为15-20W，激光频率为500-600kHz，激光运行速度为18000-22000cm/min；所述激光切割的时间为1-2s；水切割的参数如下：常温下采用去离子水进行切割，去离子水在切割时的喷射初速度为15000-20000cm/min；所述水切割的时间为1-2s。
9.一种太阳能电池片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将权利要求1-4任意一项中所述的硅锭进行切割后得到太阳能晶硅片，所述太阳能晶硅片制备形成所述太阳能电池片，所述太阳能电池片上具有栅线以及沿太阳能电池片厚度方向贯通的贯通槽，切割所述硅锭的方向垂直于所述穿槽或穿孔的延伸方向，所述贯通槽由穿槽或穿孔被切割后形成，相邻所述穿槽之间的距离、相邻所述穿孔之间的距离对应相邻所述栅线之间的距离。
10.一种如权利要求9所述的制备方法制备得到的太阳能电池片。
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