CN111223949A - 单晶电池片切割方法、单晶电池片、光伏组件及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于单晶电池片的切割方法，所述单晶电池片通过以下方式制备：提供晶向为<100>的晶圆棒(1)作为原料；使所述晶圆棒(1)的生长棱线(2)与开方机晶托(3)的相邻的晶托棱线(4)沿周向间隔45度角，然后将所述晶圆棒(1)开方、切片，获得单晶硅片，所述单晶硅片的四个边缘的晶向为<110>；将所述单晶硅片制成为单晶电池片(5)，其特征在于，所述切割方法包括如下步骤：垂直于所述单晶电池片的边缘切割出削弱部分；施加机械应力，所述单晶电池片能沿着垂直于所述边缘的削弱部分方向裂开。此外，本发明还涉及一种单晶电池片、一种用于光伏组件的制备方法和通过这种制备方法制成的光伏组件。

Description

单晶电池片切割方法、单晶电池片、光伏组件及制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于单晶电池片的切割方法。此外，本发明还涉及一种单晶电池片、一种光伏组件的制备方法和一种通过这种制备方法制成的光伏组件。
背景技术
随着全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展已经受到严重威胁。世界各国纷纷制定各自的能源发展战略，以应对常规化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、长寿性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，有望成为未来全球电力供应的主要支柱。
在大力推广和使用太阳能绿色能源的背景下，半片光伏组件技术和叠瓦光伏组件技术都能提升组件功率，半片光伏组件及叠瓦光伏组件制作时都需要对太阳能电池片整片进行切割。
目前对于太阳能电池单晶硅片的切割方式，主要是将作为原料的直拉法生长<100>晶向的单晶硅圆棒的生长棱线与开方机晶托上的晶托棱线对齐后进行开方，所获得的单晶硅方棒再经过滚圆机滚圆，由此获得均一尺寸方棒，再将这种方棒进行线切割切片，从而获得生产电池用的单晶硅片。按照关于太阳能电池用硅单晶切割片的国家标准GB/T26071-2010，切割好的单晶硅片的四个边缘晶向为<100>±2°。
目前对于电池片的切割方法则常采用机械切割或者激光切割的方法进行，但采用这些方法切割都会不同程度对电池片转化效率造成一定损失。
特别是，当前太阳能电池片的激光切割方法，主要是利用聚焦的高功率激光束照射到电池片，光束被吸收，当激光超过阀值功率密度后引起照射点材料温度急剧上升，当温度达到沸点后，材料开始气化，并形成空隙，随着激光束与太阳电池片的相对移动，先形成预切痕，然后按照切痕的方向进行裂片。由于激光切割具有切割缝窄、切割速度快、切割缝边缘垂直度好、无刀具磨损等优点，被广泛应用于光伏组件的太阳能电池切片，但随着太阳能电池片技术的进步，各种高效电池采取不同钝化工艺减小界面载流子复合，如PERC(钝化发射极背面接触电池)/TopCon(隧穿氧化层钝化接触电池)采用氮化物或者氧化薄膜，SHJ(硅基异质结太阳能电池)电池片采用低温非晶硅薄膜钝化工艺，高温切割对电池片钝化膜造成损害，效率损失变大。
鉴于此，亟需改进用于单晶电池片的切割方法。
发明内容
本发明的目的是，提供一种改进的用于单晶电池片的切割方法、一种光伏组件的制备方法和一种通过这种制备方法制成的光伏组件，通过该切割方法可减少切割电池片时的效率损失，提升组件的整体功率。
上述目的通过根据本发明的用于单晶电池片的切割方法实现，其中，所述单晶电池片通过以下步骤制备：
提供原料步骤：提供晶向为<100>的晶圆棒作为原料；
角度调整步骤：使所述晶圆棒的生长棱线与开方机晶托的相邻的晶托棱线沿周向间隔45度角；
开方切片步骤：将所述晶圆棒开方、切片，获得单晶硅片，所述单晶硅片的四个边缘的晶向为<110>；
制电池片步骤：将所述单晶硅片制成为单晶电池片。
所述切割方法包括如下步骤：
切割出削弱部分的步骤：垂直于所述单晶电池片的边缘切割出削弱部分；
裂片步骤：施加机械应力，所述单晶电池片在所述削弱部分处沿着垂直于所述边缘的削弱部分方向裂开。
本发明根据硅晶体<110>晶向自然裂片的特性，在单晶电池片的边缘处垂直于所述边缘切割出削弱部分，再略施加机械应力就可以使电池片沿着一条直线自然裂开，且电池片的裂开方向、也即切割形成的两个小片电池片之间的切割缝的方向垂直于所述边缘。这样可以减少太阳电池在高温切割过程的效率损失，提升组件的整体功率。
根据本发明的一种优选实施方式，所述削弱部分可以为开口或者切痕。
根据本发明的一种优选实施方式，所述切痕可以为连续的或分段的刻痕。
根据本发明的一种优选实施方式，可以在所述切割出削弱部分的步骤，还在与所述边缘平行的另一边缘上与所述削弱部分相对地切割出另一削弱部分。也就是，在切割缝的两端各切割出一个削弱部分，然后再施加机械应力，使所述单晶电池片裂开。
根据本发明的一种优选实施方式，可以重复上述切割出削弱部分和施加机械应力使单晶电池片裂开的步骤，直至获得所需尺寸的小片电池片。
根据本发明的一种优选实施方式，在所述角度调整步骤中，在开方之前，可以将所述晶圆棒放置在所述开方机晶托上，使所述晶圆棒的生长棱线与所述开方机晶托的晶托棱线重合，然后使所述晶圆棒顺时针或逆时针旋转45度。
根据本发明的一种优选实施方式，在所述制电池片步骤中，所述单晶硅片可以经过表面制绒、扩散制结、去除磷硅玻璃、沉积减反射膜和丝网印刷等步骤制成为AlBSF(铝背场)电池片。
在根据本发明的一种优选实施方式中，在所述制电池片步骤中，所述单晶硅片经过制绒、扩散、刻蚀、背钝化、镀膜、激光刻槽、印刷烧结等步骤制成为PERC电池片。
在根据本发明的一种优选实施方式中，在所述制电池片步骤中，所述单晶硅片经过制绒、扩散制结、刻蚀去硼硅玻璃、隧道结制备、离子注入、退火、清洗、镀膜、丝网印刷烧结等步骤制成为TopCon电池片。
在根据本发明的一种优选实施方式中，在所述制电池片步骤中，所述单晶硅片经过制绒、非晶硅薄膜层积、透明导电膜层积、印刷电极制等步骤成为异质结电池片。
根据本发明的另一方面，还提出了一种用于光伏组件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：提供晶向为<100>的晶圆棒作为原料；使所述晶圆棒的生长棱线与开方机晶托的相邻的晶托棱线沿周向间隔45度角，然后将所述晶圆棒开方、切片，获得单晶硅片，所述单晶硅片的四个边缘的晶向为<110>；将所述单晶硅片制成为单晶电池片；垂直于所述单晶电池片的边缘切割出削弱部分，再施加机械应力，则所述单晶电池片在所述削弱部分处沿着垂直于所述边缘的方向裂开成小片电池片；由多个所述小片电池片组成光伏组件。
根据本发明的另一方面，还提出了一种单晶电池片，其中，所述单晶电池片的四个边缘的晶向为<110>，并且在垂直于所述单晶电池片的边缘处具有一定长度的削弱部分。
根据本发明的一种优选实施方式，所述削弱部分可以为开口或者切痕。
根据本发明的一种优选实施方式，所述切痕可以为连续的或分段的刻痕。
根据本发明的一种优选实施方式，在与所述边缘平行的另一边缘上可以具有与所述削弱部分相对且与所述削弱部分处于同一直线上的另一削弱部分。
根据本发明的另一方面，还提出了一种光伏组件，所述光伏组件通过上述用于光伏组件的制备方法制成。
根据本发明的一种优选实施方式，所述光伏组件可为半片光伏组件或叠瓦光伏组件。
如上所述，本发明根据硅晶体<110>晶向自然裂片的特性，通过调整硅片制作过程中，特别是开方的边缘晶向，使制作的太阳电池预定的切割缝的方向与晶体<110>晶向平行，然后通过例如机械切割或者激光切割在切割缝的一端或者两端切割出一定深度及长度的削弱部分，然后通过施加机械应力，使电池片沿着预定的切割缝裂开，从而达到了低温切片目的，减少了高温对电池片的损伤，提高了切割后小片电池片的效率，由此提升了组件的功率。
附图说明
下面结合附图详细阐述本发明的优选实施方式。附图中：
图1示意性示出了光伏组件的制备流程，其中电池片通过根据本发明的优选实施方式的切割方法进行切割；
图2以示意性立体图示出了作为原料的晶圆棒；
图3以示意性立体图示出了用于图2所示的晶圆棒的开方机晶托；
图4以示意性立体图示出了经过开方、切片后获得的单晶硅片，单晶硅片的四个边缘的晶向为<110>；
图5以示意性立体图示出了由图4所示的单晶硅片制作而成的单晶电池片，所述单晶电池片的四个边缘的晶向为<110>；
图6a以示意性俯视图示出了等待根据本发明一种优选实施方式的切割方法切割的单晶电池片；
图6b以示意性俯视图示出了根据本发明一种优选实施方式的切割方法切割的单晶电池片。
具体实施方式
为了克服现有技术的缺陷，发明人改进了光伏组件的制备。图1示出了光伏组件的制备流程，其中用来组成光伏组件的电池片通过根据本发明的优选实施方式的切割方法进行切割。
在提供原料步骤S1中，例如采用直拉法，生长<100>晶向的晶圆棒1，作为原料。如图2所示，晶圆棒1具有沿着其中央轴线方向的多条生长棱线2。
如图3所示，大致圆柱形的开方机晶托3具有沿着其中央轴线方向的多条晶托棱线4。在角度调整步骤S2中，使所述晶圆棒1的生长棱线2与图3所示的开方机晶托3的晶托棱线4重合，然后使所述晶圆棒1顺时针或逆时针旋转45度，由此使所述晶圆棒1的生长棱线2与开方机晶托3的与该生长棱线相邻的晶托棱线4沿周向间隔45度角。
在开方切片步骤S3中，对所述晶圆棒1进行开方和打磨，从而获得方棒，再对开方和打磨后获得的方棒进行切片，这样制得的单晶硅片的四个边缘的晶向为<110>。
在制电池片步骤S4中，对单晶硅片进行表面制绒、清洗、扩散制结、去除磷硅玻璃、沉积减反射膜和丝网印刷，制成为单晶电池片5，具体如下：
对单晶硅片进行表面制绒，由此单晶硅片可获得良好的绒面结构，从而可增大比表面积以接受更多光子(能量)，同时减少入射光的反射；
清洗制绒时残留的液体，减少酸性和碱性物质对电池制结的影响；
通过三氯氧磷和单晶硅片进行反应，得到磷原子，经过一定时间，磷原子进入单晶硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向单晶硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，由此完成扩散制结工序，实现光能到电能的转换；
由于扩散制结在单晶硅片边缘形成了短路通道，PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路，经过等离子刻蚀将边缘PN结刻蚀去除，避免边缘造成短路；
由于扩散制结工序会使单晶硅片表面形成一层磷硅玻璃，通过去磷硅玻璃工序可减少对叠瓦电池效率的影响，此外为了减少高温对扩散及对晶格的损伤，可以增加退火工艺步骤；
为了减少单晶硅片表面反射，提高电池的转换效率，需要沉积一层或多层结构的氮化硅减反射膜，可通过如PECVD(等离子体增强化学的气相沉积法)的化学气相沉积工序完成减反射膜制备；
丝网印刷太阳能电池的背电极、背电场及正面栅线，通过烧结工序完成单晶电池片的制作过程，获得AlBSF电池片。
替代地，在制电池片步骤S4中，所述单晶硅片也可以制成为其他类型的单晶电池片，例如可以经过制绒、扩散、刻蚀、背钝化、镀膜、激光刻槽、印刷烧结等步骤制成为PERC电池片，或者可以经过制绒、扩散制结、刻蚀去硼硅玻璃、隧道结制备、离子注入、退火、清洗、镀膜、丝网印刷烧结等步骤制成为TopCon电池片，或者可以经过制绒、非晶硅薄膜层积、透明导电膜层积、印刷电极等步骤制成为异质结电池片。
在电池片切割步骤S5中，单晶电池片通过机械切割或者激光切割在预定切割线6的一端或者两端产生削弱部分，例如开口或切痕，诸如切割一定深度及长度的切痕7(如图6a所示，切痕7具有长度l)，切痕7在此可以为连续的刻痕或不连续的刻痕，然后略施加机械应力，根据晶体硅<110>晶向自然裂片的结构特性，单晶电池片会沿着预定切割线6容易地且整齐地裂开(如图6b所示)。
在制备组件步骤S6中，由切割而成的小片电池片组成光伏组件。
在图4中，示意性示出了经过开方、切片后获得的单晶硅片，单晶硅片的四个边缘的晶向为<110>。在图5中，示意性示出了由图4所示的单晶硅片经过制绒、清洗、扩散制结、去除磷硅玻璃、沉积减反射膜和丝网印刷等工序制作而成的单晶电池片，所述单晶电池片的四个边缘的晶向也为<110>。
在图6a中，示意性示出了等待切割的单晶电池片，所述单晶电池片由上述方法制成，电池片的正反面为大致正方形，其四个边缘的晶向为<110>，正面形成有图样，并且在正面或者反面具有多条平行于其中两个边缘、例如左右边缘的预定切割线6。在预定切割线6的一端或两端形成削弱部分，例如开有切痕7，该预定切割线垂直于单晶电池片的上下边缘。图6b示意性示出了沿着预定切割线6切割了的单晶电池片。由于利用了晶体硅<110>晶向自然裂片的结构特性，仅仅借助沿着预定切割线6的一定长度的削弱部分、例如切痕7就可以使得单晶电池片沿着预定切割线6容易地且整齐地裂开，大大减少了碎片，提高了切片效率。
本发明的保护范围仅由权利要求限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员容易认识到可将本发明所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本发明所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，或者将本发明应用于其他类似的领域，它们同样落入所附权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种用于单晶电池片的切割方法，所述单晶电池片通过以下步骤制备：
提供原料步骤：提供晶向为<100>的晶圆棒(1)作为原料；
角度调整步骤：使所述晶圆棒(1)的生长棱线(2)与开方机晶托(3)的相邻的晶托棱线(4)沿周向间隔45度角；
开方切片步骤：将所述晶圆棒(1)开方、切片，获得单晶硅片，所述单晶硅片的四个边缘的晶向为<110>；
制电池片步骤：将所述单晶硅片制成为单晶电池片(5)；
其特征在于，所述切割方法包括如下步骤：
切割出削弱部分的步骤：垂直于所述单晶电池片的边缘切割出削弱部分；
裂片步骤：施加机械应力，则所述单晶电池片在所述削弱部分处沿着垂直于所述边缘的削弱部分方向裂开。
2.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，所述削弱部分为开口或者切痕(7)。
3.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，所述切痕(7)为连续的或分段的刻痕。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的切割方法，其特征在于，在所述切割出削弱部分的步骤中，还在与所述边缘平行的另一边缘上与所述削弱部分相对地切割出另一削弱部分。
5.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，在所述角度调整步骤中，将所述晶圆棒(1)放置在所述开方机晶托(3)上，使所述晶圆棒(1)的生长棱线(2)与所述开方机晶托(3)的晶托棱线(4)重合，然后使所述晶圆棒(1)顺时针或逆时针旋转45度。
6.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，在所述制电池片步骤中，所述单晶硅片经过的处理步骤包括表面制绒、清洗、扩散制结、去除磷硅玻璃、沉积减反射膜和丝网印刷，制成为AlBSF电池片。
7.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，在所述制电池片步骤中，所述单晶硅片经过的处理步骤包括制绒、扩散、刻蚀、背钝化、镀膜、激光刻槽、印刷烧结，制成为PERC电池片。
8.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，在所述制电池片步骤中，所述单晶硅片经过的处理步骤包括制绒、扩散制结、刻蚀去硼硅玻璃、隧道结制备、离子注入、退火、清洗、镀膜、丝网印刷烧结，制成为TopCon电池片。
9.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，在所述制电池片步骤中，所述单晶硅片经过的处理步骤包括制绒、非晶硅薄膜层积、透明导电膜层积、印刷电极，制成为异质结电池片。
10.一种用于光伏组件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
提供晶向为<100>的晶圆棒(1)作为原料；
使所述晶圆棒(1)的生长棱线(2)与开方机晶托(3)的相邻的晶托棱线(4)沿周向间隔45度角；
将所述晶圆棒(1)开方、切片，获得单晶硅片，所述单晶硅片的四个边缘的晶向为<110>；
将所述单晶硅片制成为单晶电池片(5)；
垂直于所述单晶电池片的边缘切割出削弱部分，再施加机械应力，则所述单晶电池片在所述削弱部分处沿着垂直于所述边缘的方向裂开成小片电池片；
由多个所述小片电池片组成光伏组件。
11.一种单晶电池片(5)，其特征在于，所述单晶电池片的四个边缘的晶向为<110>，并且在垂直于所述单晶电池片的边缘处具有一定长度的削弱部分。
12.根据权利要求11所述的单晶电池片(5)，其特征在于，所述削弱部分为开口或者切痕(7)。
13.根据权利要求12所述的单晶电池片(5)，其特征在于，所述切痕(7)为连续的或分段的刻痕。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的单晶电池片(5)，其特征在于，在与所述边缘平行的另一边缘上具有与所述削弱部分相对且与所述削弱部分处于同一直线上的另一削弱部分。
15.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件通过根据权利要求10所述的制备方法制成。
16.根据权利要求15所述的光伏组件，其特征在于，所述光伏组件为半片光伏组件或叠瓦光伏组件。
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