CN111916533B - 切片电池的制备方法、切片电池及光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种切片电池的制备方法、切片电池及光伏组件，包括：提供硅片；切割硅片，得到多个分离的具有预设尺寸的子硅片；以子硅片为基底制作切片电池。上述切片电池的制备方法，提前将硅衬底切割成多个分离的子硅片，并分别以各子硅片为基底来制备切片电池，可避免后续“掰”片或裂片对切片电池造成的二次损伤，从而提升切片电池的良品率，并提高电池的光电转换效率。除此之外，通过上述方法可在降低电池损伤的同时，降低高主栅切片电池的制备难度和制备成本，实现高主栅切片电池的批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种切片电池的制备方法、切片电池及光伏组件。
背景技术
近年来，随着太阳能电池技术瓶颈的不断突破，太阳能电池的效率越来越高，各种新型太阳能电池也随之成为人们关注的重点。
半片电池，又称半切电池，是将完整的太阳能电池切成两小块而制备成的。由于电流减小了一半，再结合先串联后并联的排布方式形成光伏组件，因此，可以显著地降低光伏组件的内阻消耗，增加组件的输出功率。半片、叠片光伏组件近两年发展迅速，而激光切片是半片、叠片组件制作中不可或缺的一道工序。
传统的晶体硅衬底电池通常在电池芯片制作完成后进行切割，目前主流有两种切割方式：(1)采用纳米激光，在铝背场面入射，切割整个电池芯片厚度约2/3后，使用“掰”片的方式进行裂片；(2)先刻槽，然后再使用激光通过热应力的方式裂片。
然而，若采用第(1)种方法，“掰”片时碎片效率较高，电池的良品率较低；若采用第(2)种方法，则对于目前市面上主流的PERC(钝化发射区背面电池)经过两道激光划刻后，在断面处容易产生缺陷，半片切割的电池效率损失在0.1-0.2％左右，易影响后续组件功率的提升。对于SHJ(晶体硅异质结太阳电池)这种更高效率的电池，断面缺陷的产生对电池效率的影响更为明显，目前公认的半片切割的电池效率损失在0.2-0.4％之间。如果切割成3分片、4分片，则产生的切割损失会更多。
发明内容
基于此，有必要针对传统的切割方式使得SHJ太阳能电池的效率损失较大、良品率不高的问题，提供一种改进的切片电池的制备方法。
一种切片电池的制备方法，包括：
提供硅片；
切割所述硅片，得到多个分离的具有预设尺寸的子硅片；
以所述子硅片为基底制作所述切片电池。
上述切片电池的制备方法，通过提前将硅衬底切割成多个分离的子硅片，并分别以各子硅片为基底来制备切片电池，可避免后续“掰”片或裂片对切片电池造成的二次损伤，从而提升切片电池的良品率，并提高电池的光电转换效率。除此之外，通过上述方法可在降低电池损伤的同时，有利于实现大尺寸硅片的切片电池批量化生产，满足产业化需求。
在其中一个实施例中，所述子硅片的其中一条边的边长大于与之相邻的另一边的边长。
在其中一个实施例中，所述以所述子硅片为基底制作所述切片电池之前，包括：对所述子硅片进行制绒；以及，清洗所述子硅片。
在其中一个实施例中，所述以所述子硅片为基底制作所述切片电池，包括：在所述清洗后的子硅片的第一表面沉积第一本征硅基薄膜层；在所述第一本征硅基薄膜层上形成n型掺杂膜层；在所述子硅片的与所述第一表面相对的第二表面沉积第二本征硅基薄膜层；在所述第二本征硅基薄膜层上形成p型掺杂膜层；分别在所述n型掺杂膜层和所述p型掺杂膜层上制备透明导电氧化物层；在所述透明导电氧化物层表面通过丝印形成正负电极，得到所述切片电池。
在其中一个实施例中，所述子硅片的切割断面覆盖有膜，所述膜包括所述本征硅基薄膜层和所述掺杂膜层。
在其中一个实施例中，所述膜覆盖所述子硅片的切割断面的全部表面。
在其中一个实施例中，所述以所述子硅片为基底制作所述切片电池之后，还包括：检测所述切片电池的电性能参数，并对所述切片电池分档。
本申请还提供一种切片电池。
一种切片电池，利用如上所述的制备方法制得，所述切片电池的主栅数量大于或等于5。
上述切片电池，相比于传统的切片电池，仅需一次切割即可制得，降低了电池碎片率，且切割后制绒清洗过程即可去除切割面的切割缺陷层(一般制绒清洗过程可去除硅片表面和侧面约5-15um的厚度)，本征硅基薄膜层和掺杂膜层沉积的过程中亦可钝化切割面，从而使制备的切片电池效率损失降到最低。
在其中一个实施例中，所述切片电池的主栅数量大于或等于9。
本申请还提供一种光伏组件。
一种光伏组件，包括如上所述的切片电池。
上述光伏组件，采用了如前文所述的切片电池，从而既可减少组件的内阻消耗，也能保证组件的光电转换效率，同时由于提高了切片电池的良品率，因此一定程度上还可以降低光伏组件的制备成本。
附图说明
图1为本申请一实施例制备方法的流程示意图；
图2为本申请另一实施例以子硅片为基底制备切片电池的流程示意图；
图3为图2所示实施例对应的双面切片电池的结构示意图。
图中各元件的符号表示如下：
100、切片电池，10、子硅片，11、第一表面，12、第二表面，13、切割断面，20、第一本征硅基薄膜层，30、n型掺杂膜层，40、透明导电氧化物层，50、膜，20’、第二本征硅基薄膜层，30’、p型掺杂膜层，40’、透明导电氧化物层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
传统技术中通常以大尺寸的硅片为基底来批量化地制备太阳能切片电池，因此往往需要对制得的整块电池进行切割。然而，传统的切割方式均不可避免地需要对电池进行两次切割操作，容易造成电池碎片或断面损伤，极大地影响了切片电池的良品率和光电转换效率。
针对上述缺陷，本申请提供一种既可保证良品率，又能保证光电转换效率的切片电池的制备方法。请参考图1，该制备方法包括如下步骤：
S100、提供硅片。
具体的，硅片为单晶硅片，如N型单晶硅片或P型单晶硅片。
S200、切割硅片，得到多个分离的具有预设尺寸的子硅片。
具体的，有别于传统的切片电池制备方式，可以在制备整块大尺寸的太阳能电池之前，使用激光沿预设的切线对硅片进行切割，从而形成多个分离的具有预设尺寸的子硅片。例如，对于矩形硅片，使用激光沿硅片长度或宽度方向的轴线切割，便得到两个分离的子硅片，即两个分离的半片；而若是沿硅片长度和宽度方向的两条轴线同时切割，便得到四个分离的子硅片。可以理解的是，技术人员可以根据实际需求来控制激光切割，以得到满足尺寸要求的子硅片。
进一步的，由于需要将硅片彻底切断，因此优选采用红外连续激光进行切割，其中和红外激光的波长为1064nm，功率为200W。
S300、以子硅片为基底制作切片电池。
具体的，可以以子硅片为基底独立制作单面或双面的太阳能切片电池。此时，制得的切片电池无需进行如“掰”片、裂片等二次切割，简化工艺步骤。上述切片电池的制备方法，通过提前将硅衬底切割成多个分离的具有预设尺寸的子硅片，并分别以各子硅片为基底来独立地制备切片电池，可避免后续“掰”片或裂片对切片电池造成的二次损伤，从而提升切片电池的良品率，并提高电池的光电转换效率。
除此之外，通过上述方法可在降低电池损伤的同时，有利于实现大尺寸硅片的切片电池批量化生产，满足产业化需求。具体的，SHJ(晶体硅异质结太阳电池)电池的优势之一就是薄片化。随着硅片厚度的降低，电池开路电压Voc 上升，短路电流Isc下降，电池效率可维持不变。未来大规模量产的SHJ电池的硅片厚度预设在130-150微米之间。但是随着硅片尺寸的不断增加，对于M10 尺寸以上的硅片，整片硅片的自然形变会对生产造成一定的难度，特别是在制绒清洗、磁控溅射和自动化等方面，从而导致制备成本上升。因此，先通过切割以获得半片或多片子硅片可降低待处理硅片的尺寸，从而避免上述问题。
在示例性实施方式中，子硅片的其中一条边的边长大于与之相邻的另一边的边长。例如，原硅片的轮廓呈正方形时，沿其长度方向或宽度方向切割后可得到两片轮廓呈矩形的子硅片。使用矩形子硅片制备的切片电池在光伏器件中具有更为广泛的应用。可以理解的是，若沿原硅片的对角方向切割则可得到两片轮廓呈三角形的子硅片，这些特殊形状的子硅片技术人员可根据实际需求选择性地获取，本申请对此不做限制。
在示例性实施方式中，如图2所示，步骤S300具体包括步骤：
S301、对子硅片制绒；以及清洗子硅片。
具体的，硅片制绒是利用硅材料在低浓度碱液中各项异性腐蚀特性，在硅片表面形成金字塔结构，降低反射，增加光的吸收，提高电池光电转换效率。清洗步骤是为了消除硅片表面缺陷、金属杂质、可动离子和有机物，以获得洁净的硅片表面。并且，切割后的制绒清洗过程即可去除切割面的切割缺陷层，从而减少由于切割面缺陷带来的效率损耗。
S302、在清洗后的子硅片的第一表面依次沉积第一本征硅基薄膜层和n型掺杂膜层。
具体的，如图3所示，第一本征硅基薄膜层20可以为本征非晶硅基薄膜层或本征非晶硅氧层。例如，可采用本征氢化非晶硅基薄膜层，以有效钝化硅表面悬挂键，降低表面缺陷态密度，减少表面复合，提高少子寿命，提升电池性能。进一步的，可以利用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)技术在子硅片 10的第一表面11沉积第一本征硅基薄膜层20。具体的，第一表面11可以是电池的入光面。在本征硅基薄膜层20上还制备有n型掺杂膜层30。
S303、在子硅片的与第一表面相对的第二表面依次沉积第二本征硅基薄膜层和p型掺杂膜层。
继续参考图3，子硅片10的第二表面12与第一表面11相对，第二表面12 上沉积第二本征硅基薄膜层20’，并继续在第二本征硅基薄膜层上制备p型掺杂膜层30’。第二本征硅基薄膜层20’与前述第一本征硅基薄膜层20的设置相同，此处不再赘述。
S304、在n型掺杂膜层和p型掺杂膜层上制备透明导电氧化物层。
具体的，如图3所示，在n型掺杂膜层30上制备有透明导电氧化物层40，在p型掺杂膜层30’上制备有透明导电氧化物层40’，本申请的透明导电氧化物层40和40’具有高的迁移率和低的电阻率，能够有效地收集光生载流子；同时还具有高的透光率和理想的折射率，可与子硅片10形成减反射层，降低子硅片10表面的反射，增加硅基切片电池100对太阳光的吸收，提升电池性能。进一步的，透明导电氧化物层40和40’可以是ITO(掺锡氧化铟)半导体透明导电膜。
S305、在透明导电氧化物层表面通过丝印形成正负电极，得到切片电池。
请继续参考图3，利用印刷的方式可在透明导电氧化物层40和40’表面形成正负电极，得到切片电池100。其中，细栅线可用于收集电流，主栅线可用于汇总电流。
进一步的，子硅的切割断面覆盖有膜，膜包括本征硅基薄膜层和掺杂膜层。具体的，以图3所示为例，在子硅片10的第一表面11和第二表面12之间还形成有切割断面13。由于子硅片的厚度很薄(处于微米量级)，且子硅片10的切割断面13完全裸露于环境，因此在沉积成膜的过程中，本征硅基薄膜层和掺杂膜层的边缘可以在切割断面13处形成覆盖以使切割断面13钝化。利用前述工艺制备硅基薄膜太阳能电池，可以在切割断面13处形成膜层，从而使子硅片10 的切割断面13钝化，降低切割断面13的化学活性，从而进一步降低电池的效率损耗，提升电池的光电转换效率。请继续参考图3，该膜层可以包括第一本征硅基薄膜层20、第二本征硅基薄膜层20’、n型掺杂膜层、p型掺杂膜层中的至少两个，从而可更好地降低切割断面13处的损伤。
更进一步的，上述切割断面13处的膜50覆盖切割断面13的全部表面，有利于对切片电池100的切割断面13形成全面保护，减少电池的效率损耗。
在示例性实施方式中，步骤S305之后，还包括：
S306、检测切片电池的电性能参数，并对切片电池分档。
具体的，在该检测工序中，可利用太阳光模拟器检测切片电池的电性能参数，并根据光电转换效率及电流对切片电池分档；以便后续光伏组件封装的时候，对同一档位的切片电池进行串联。
本申请还提供一种切片电池，利用如前文所述的制备方法制得，该切片电池的主栅数量大于或等于5。
另一些实施方式中，切片电池的主栅数量大于或等于9。更进一步的，切片电池的主栅数量大于或等于12。
为了进一步降低太阳能电池的生产制造成本，目前生产的硅片尺寸越来越大，短短几年内，从125mm尺寸已经发展至210mm尺寸。随着硅片尺寸的不断增加，电池短路电流增加，高主栅的电池将会成为主要发展趋势。然而，对于 M10(182mm)尺寸以上的硅片，整片硅片的自然形变会对生产造成一定的难度，特别是在制绒清洗、磁控溅射和自动化等方面。因此，先通过切割获得半片子硅片，再来进行上述切片电池的制备可避免上述问题，同时还能保证电池的光电转换效率，并降低光伏组件的内阻损耗，增加输出功率。
本申请还提供一种光伏组件，包括如前文所述的切片电池。
上述光伏组件，采用如前文所述的切片电池串联或层叠得到，从而既可减少组件的内阻消耗，也能保证组件的光电转换效率，提升组件的发电性能；同时由于提高了切片电池的良品率，因此一定程度上还可以降低光伏组件的制备成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种切片电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供硅片；
切割所述硅片，得到多个分离的具有预设尺寸的子硅片；
以所述子硅片为基底制作所述切片电池；
所述以所述子硅片为基底制作所述切片电池之前，包括：
对所述子硅片进行制绒；以及，清洗所述子硅片；
所述以所述子硅片为基底制作所述切片电池，包括：
在所述清洗后的子硅片的第一表面以及所述子硅片的完全裸露于环境的切割断面处沉积第一本征硅基薄膜层；
在所述第一本征硅基薄膜层上形成n型掺杂膜层；
在所述子硅片的与所述第一表面相对的第二表面以及所述切割断面处沉积第二本征硅基薄膜层；
在所述第二本征硅基薄膜层上形成p型掺杂膜层；
所述子硅片的切割断面覆盖有膜，所述膜覆盖所述子硅片的切割断面的全部表面，且包括依次形成的第一本征硅基薄膜层、n型掺杂膜层、第二本征硅基薄膜和p型掺杂膜层。
2.根据权利要求1所述的切片电池的制备方法，其特征在于，所述子硅片的其中一条边的边长大于与之相邻的另一边的边长。
3.根据权利要求1所述的切片电池的制备方法，其特征在于，所述以所述子硅片为基底制作所述切片电池，还包括：
分别在所述n型掺杂膜层和所述p型掺杂膜层上制备透明导电氧化物层；
在所述透明导电氧化物层表面通过丝印形成正负电极，得到所述切片电池。
4.根据权利要求1所述的切片电池的制备方法，其特征在于，所述以所述子硅片为基底制作所述切片电池之后，还包括：
检测所述切片电池的电性能参数，并对所述切片电池分档。
5.一种切片电池，利用如权利要求1-4任一项所述的制备方法制得，其特征在于，所述切片电池的主栅数量大于或等于5。
6.根据权利要求5所述的切片电池，其特征在于，所述切片电池的主栅数量大于或等于9。
7.一种光伏组件，其特征在于，包括如权利要求5-6任一项所述的切片电池。
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