CN112599637A - 制造太阳能电池片的方法和太阳能电池小片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造太阳能电池片的方法和太阳能电池小片。制造方法包括：设置电池片大片；在电池片大片上沿交界线施加第一激光束进行刻槽；将第二激光束沿交界线施加在电池片大片上的限定槽隙的两个侧壁和/或电池片大片的表面的熔渣上；使电池片大片沿交界线裂片，裂片后的每一个单元区域形成一个太阳能电池小片。在本发明中，第二激光束为消融激光束，其能够改善槽隙处的毛刺、熔渣、微裂纹等问题。在消融毛刺、熔渣、微裂纹之后再进行裂片，能够减少制成的太阳能电池小片的性能损失并减小碎片率，能够改善电池片边缘成像分辨率和电池片整体抗弯曲强度，使得制成的太阳能电池小片具有较好的平整度及电流收集率。

Description

制造太阳能电池片的方法和太阳能电池小片
技术领域
本发明涉及能源领域，尤其涉及一种制造太阳能电池片的方法和太阳能电池小片。
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。
在新一轮能源变革过程中，我国光伏产业已成长为具有国际竞争优势的战略新兴产业。然而，光伏产业发展仍面临诸多问题与挑战，转换效率与可靠性是制约光伏产业发展的最大技术障碍，而成本控制与规模化又在经济上形成制约。光伏组件作为光伏发电的核心部件，提高其转换效率发展高效组件是必然趋势。目前市场上涌现各种各样的高效组件，如叠瓦、半片、多主栅、双面组件等。随着光伏组件的应用场所和应用地区越来越广泛，对其可靠性要求越来越高，尤其是在一些恶劣或极端天气多发地区需要采用高效、高可靠性的光伏组件。
在制造太阳能电池片以及叠瓦组件时，需要将电池片大片裂解成所需尺寸的太阳能电池片。当前的生产工艺中通常采用激光辐射的方式进行裂片，激光斑点照射到电池片大片的顶表面和底表面上，电池片大片的材料强烈地吸收激光功率并在热聚集足够后被熔融烧蚀，最后借助机械外力使电池片大片裂解开，形成所需尺寸的太阳能电池片。但是此类方法在实际工艺中具有如下缺点：例如激光斑点在电池片大片的顶表面或底表面辐射时，顶表面和/或底表面的金属浆料、各类介电层材料在熔融过程中形成颗粒杂质，使裂片边缘存在大量的杂质污染，严重影响制造出的太阳能电池片的性能和生产良率。
除此之外，对于硅基电池片大片的激光切割裂片还特别地存在一些其他问题。例如，激光束对硅基电池片切割刻槽过程中，会产生熔渣、毛刺、微裂纹现象，在切割面表面存在热熔渣和从切割面延伸的微裂纹区，进而影响电池片边缘成像分辨率和电池片整体抗弯曲强度，造成太阳能电池片的平整度降低及电流收集损失。目前，硅基电池片在激光切割刻槽过程的熔渣、毛刺、微裂纹问题无法有效改善。
因而需要提供一种制造太阳能电池片的方法和太阳能电池小片，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种制造太阳能电池片的方法和太阳能电池小片。在制造太阳能电池片的方法中，使用第一激光束刻槽，将不同于第一激光束的第二激光束施加在刻槽形成的槽隙的侧壁上。第二激光束为消融激光束，其能够改善槽隙处的毛刺、熔渣、微裂纹等问题。在消融毛刺、熔渣、微裂纹之后再进行裂片，能够减少制成的太阳能电池小片的性能损失并减小碎片率，能够改善电池片边缘成像分辨率和电池片整体抗弯曲强度，使得制成的太阳能电池小片具有较好的平整度及电流收集率。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造太阳能电池片的方法，所述方法包括如下步骤：
设置电池片大片，所述电池片大片包括多个单元区域，相邻的所述单元区域之间具有交界线；
在所述电池片大片上沿所述交界线施加第一激光束进行刻槽，以在所述电池片大片的表面形成沿所述交界线延伸的槽隙，刻槽后的所述电池片大片上具有限定所述槽隙的底壁和两个侧壁，并且，至少在所述电池片大片的所述表面上的所述槽隙的两侧处具有熔渣；
将第二激光束沿所述交界线施加在所述电池片大片上的所述两个侧壁中的至少一个侧壁上和/或位于所述槽隙的两侧的至少一侧处的熔渣上；
使所述电池片大片沿所述交界线裂片，裂片后的每一个所述单元区域形成一个太阳能电池小片。
在一种实施方式中，施加所述第一激光束的步骤和施加所述第二激光束的步骤同步进行，或者施加所述第二激光束的步骤在施加所述第一激光束的步骤之后实施。
在一种实施方式中，在所述方法中，所述第二激光束的能量密度小于所述第一激光束的能量密度。
在一种实施方式中，所述第一激光束和所述第二激光束的光斑在垂直于所述交界线的延伸方向的方向上的距离为0μm-80μm。
在一种实施方式中，所述方法包括：调整施加所述第一激光束的参数以使得所述第一激光束的光斑直径为5μm-50μm、形成的所述槽隙的宽度为10μm-100μm。
在一种实施方式中，在所述方法中，所述第一激光束和所述第二激光束使用同一激光发射器发出，其中所述方法还包括采用分光器将激光分束形成第一激光束和第二激光束；或者
所述第一激光束和所述第二激光束使用不同的激光发射器发出。
在一种实施方式中，在施加所述第一激光束的步骤中：沿相同的路径多次施加所述第一激光束，每一次施加所述第一激光束时的操作参数相同或不同。
在一种实施方式中，在施加所述第二激光束的步骤中：沿相同的路径多次施加所述第二激光束，每一次施加所述第二激光束时的操作参数相同或不同。
在一种实施方式中，施加第一激光束的次数为4-5次；施加第二激光束的次数为1-2次。
在一种实施方式中，所述第二激光束被施加在所述电池片大片的所述表面上的熔渣上，并且，施加所述第二激光束的步骤包括：将第二激光束以和所述电池片大片的所述表面呈角度的方式入射，使得所述第二激光束和所述熔渣的侧面接触。
在一种实施方式中，所述方法还包括：在施加所述第二激光束时沿所述交界线使用负压抽滤的方式除尘。
根据本发明的另一个方面，提供了一种由根据上述方案中任意一项所述的方法制造而成的太阳能电池小片。
在一种实施方式中，所述太阳能电池小片为硅基太阳能电池片。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1为根据本发明的一个优选实施方式中的制造太阳能电池片的方法的流程图；
图2为图1中的方法中设置的电池片大片的顶表面示意图；
图3为在对图2中所示的电池片大片施加第一激光束之后的A部分的局部放大示意图，其中为清楚起见，未示出熔渣；
图4为沿图3中的B-B线截取的截面图，该视图示出了施加第二激光束之前电池片大片的状态；
图5为沿图3中的B-B线截取的截面图，该视图示出了施加第二激光束之后电池片大片的状态。
附图标记：
100电池片大片
1单元区域
2交界线
3槽隙
31槽隙的侧壁32槽隙的底壁
33熔渣
4连接段
具体实施方式
现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
本发明提供了一种制造太阳能电池片的方法和太阳能电池小片。下面结合图1-图5，对根据本发明的一个优选实施方式进行描述。
参考图1，本发明的一个优选实施方式中，制造太阳能电池片的方法包括设置电池片大片100的步骤，电池片大片100可以例如为图2中所示的电池片大片100。电池片大片100包括多个单元区域1，相邻的单元区域1之间具有交界线2。在本实施方式中，各个单元区域1沿第二方向D2排列，各个交界线2沿第一方向D1延伸，第二方向D2为每一个单元区域1的长度方向。但在其他未示出的实施方式中，电池片大片100可以被构造为使得各个单元区域1可以沿各个单元区域1的宽度方向排列，或者，电池片大片100可以被构造为使得各个单元区域1呈阵列式排列，并且交界线2存在于每一对相邻的单元区域1之间。
继续参考图1，制造太阳能电池片的方法还包括在电池片大片100上的表面沿交界线2的延伸方向(即沿第一方向D1)施加第一激光束以进行刻槽的步骤，电池片大片100的表面既包括了其顶表面，又包括了其底表面，在本实施方式中第一激光束和后文所述的第二激光束都是施加在电池片大片100的顶表面上的。刻槽之后在电池片大片100上能够形成沿交界线2延伸的槽隙3。
刻槽之后的电池片大片100的局部放大示意图在图3中示出(其中为清楚起见，未示出熔渣)，在图3中能够清晰地看到在两个相邻的单元区域1之间的沿交界线2的延伸方向延伸的槽隙3。需要说明的是，槽隙3和交界线2均为沿第一方向D1延伸的长条状结构，交界线2为一个较为宏观的概念，在未刻槽前，可能交界线2并不存在实体结构，仅为相邻的单元区域1之间的概念性的交界位置；在刻槽之后，槽隙3的整体轮廓可能构成了交界线2的大致结构。
图4和图5均为沿图3中的B-B线截取的截面图，图4为施加第二激光束之前的状态，图5为施加第二激光束之后的状态。从图4和图5中可以看到，刻槽后的电池片大片100上具有限定槽隙3的底壁32和两个侧壁31。在槽隙3的底部还有一段连接两个相邻的单元区域1的连接段4，由于连接段4非常薄，在后续的裂片步骤中能够方便地使用机械手操作等方式使得连接段4断裂，从而使得每一个单元区域1形成为一个独立的太阳能电池小片。
从图4中还能看到，在施加第一激光束之后、施加第二激光束之前，电池片大片的顶表面上在位于槽隙3的两侧处还具有熔渣33。在一些实际生产中，不仅电池片大片的表面上的槽隙3的两侧会具有熔渣33，在限定槽隙3的侧壁31上也会有少量熔渣33，如图4中所示。熔渣33是在施加第一激光束时产生的。具体地，例如电池片大片100包括硅基材料和镀膜层材料时，在施加第一激光束的过程中激光照射的部位处硅基材料和镀膜层材料会处于熔化或气化状态，熔融的硅材料叠加高温瞬间溅射/熔融溢出至切割槽两侧，形成熔渣、毛刺、裂纹。所以，在施加第一激光束刻槽之后，若通过显微镜观察，会发现在槽隙3的侧壁31处及侧壁31周围分布有熔渣、毛刺和裂纹。由第一激光束在电池片大片100上刻槽而产生的熔渣、毛刺和裂纹会影响电池片边缘成像分辨率和电池片整体抗弯曲强度，造成太阳能电池小片的平整度降低及电流收集损失。
为了解决上述问题，本实施方式中的制造太阳能电池片的方法还包括施加第二激光束的步骤。具体地，在该步骤中，将第二激光束沿交界线2的延伸方向(即沿第一方向D1)施加在电池片大片100的限定槽隙3的两个侧壁31中的至少一个上。第二激光束为消融激光束，施加第二激光束能够有效地解决侧壁31处的熔渣、毛刺和裂纹。施加第二激光束之后的槽隙3处的形态在图5中示出，从图5中可以看到，用第二激光束消融之后，已有效地去除了电池片大片的表面以及槽隙3的侧壁上的熔渣等缺陷，使得电池片大片在槽隙处具有光滑、规整的表面。
需要说明的是，第二激光束不止可以用于消除熔渣，也可以消除裂纹、毛刺等缺陷，例如，限定槽隙3的侧壁31上也许不具有熔渣33但具有裂纹和毛刺等缺陷，那么依然可以将第二激光束施加在侧壁31上以消除裂纹和毛刺。
需要说明的是，虽然在图1中，施加第二激光束的步骤在施加第一激光束的步骤之后实施，然而在其他未示出的实施方式中，施加第一激光束的步骤和施加第二激光束的步骤同步进行。
继续参考图1，制造方法还包括：在施加第一激光束和第二激光束之后，使电池片大片100沿各个交界线2裂片，裂片时相邻的单元区域1之间的连接段4断裂，每一个单元区域1形成独立的太阳能电池小片。
上述施加第一激光束的步骤和施加第二激光束的步骤可以有一些优选设置。例如，由于用于消融熔渣、毛刺和裂纹的激光束所需总激光能量小于刻槽激光束所需总激光能量，所以可以将第二激光束的能量密度设置为小于第一激光束的能量密度。这样既能够实现消融熔渣、毛刺和裂纹的目的，又不会造成能源浪费或者由于能量过大而损伤电池片大片100。当然，第二激光束的能量密度也可以大于或等于第一激光束的能量密度。
优选地，第一激光束的光斑和第二激光束的光斑在垂直于交界线2的方向上的距离为0μm-80μm。并且，第一激光束和第二激光束可以既不平行也不垂直。
同样优选地，为了获得较优形态的槽隙3，可以调整施加第一激光束的参数以使得第一激光束的光斑直径为5-50μm，通常这样的激光束能够产生1000℃以上的高温，使得由第一激光束形成的槽隙3的宽度W(见图3)为10μm-100μm。
第一激光束和第二激光束使用同一激光发射器发出，或者第一激光束和第二激光束使用不同的激光发射器发出。在第一激光束和第二激光束使用同一激光发射器发出的实施方式中，还可以具体地采用分光器将激光分束以形成第一激光束和第二激光束。
其中，在施加第一激光束的步骤中可以沿相同的路径多次施加第一激光束，每一次施加第一激光束时的操作参数相同或不同。同样地，在施加第二激光束的步骤中可以沿相同的路径多次施加第二激光束，每一次施加第二激光束时的操作参数相同或不同。例如，可以施加两次第一激光束，第一次施加时的第一激光束的起始坐标参数例如为20μm，第二次施加时的第一激光束的起始坐标参数例如为20.1μm，这样两次切割的实际效果不会有明显差异，当然两次切割之后的叠加效果会明显不同于单次切割。同样地，可以施加两次第二激光束，第一次施加时的第二激光束的起始坐标参数和第二次施加时的第二激光束的起始坐标参数有轻微差异，这样两次消融的实际效果不会有明显差异，当然两次消融之后的叠加效果会明显不同于单次消融。
优选地，在对熔渣33施加第二激光束时，可以将第二激光束以和电池片大片100的表面呈角度的方式入射，即，第二激光束是不垂直于电池片大片100的，使得第二激光束和熔渣33的侧面接触。事实上，使第二束激光垂直于电池片大片100入射和使第二激光束与电池片大片100成角度入射，在熔渣33的波峰波谷理论上这两种方式的赋能是无差别。然而，若是使第二束激光垂直于电池片大片100入射，虽然能够把熔渣33消熔掉，但波谷更低了，表面不平整度依然存在。而将第二激光束以和电池片大片100的表面呈角度的方式入射以使得第二激光束和熔渣33的侧面接触，那么对波谷的消融伤害要更小一些。
同样优选地，可以在激光束切割、消融环节配置除尘系统，例如，可以在施加第二激光束时沿槽隙3的延伸方向使用负压抽滤的方式除尘。或者，除尘步骤可以与施加第一激光束和/或施加第二激光束的步骤同步进行。
本实施方式还提供了一种由根据上述方法所制造的太阳能电池小片。图2中的每一个单元区域1在裂片之后能够形成一个独立的太阳能电池小片。
在本发明中，使用第一激光束刻槽，将不同于第一激光束的第二激光束施加在刻槽形成的槽隙的侧壁上。第二激光束为消融激光束，其能够改善槽隙处的毛刺、熔渣、微裂纹等问题。在消融毛刺、熔渣、微裂纹之后再进行裂片，能够减少制成的太阳能电池小片的性能损失并减小碎片率，能够改善电池片边缘成像分辨率和电池片整体抗弯曲强度，使得制成的太阳能电池小片具有较好的平整度及电流收集率。并且，能够完成该工艺的设备成本几乎无增加，甚至现有设备参数软件直接优化之后也能够完成切割后的消融工艺。
本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。

Claims (13)

1.一种制造太阳能电池片的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
设置电池片大片，所述电池片大片包括多个单元区域，相邻的所述单元区域之间具有交界线；
在所述电池片大片上沿所述交界线施加第一激光束进行刻槽，以在所述电池片大片的表面形成沿所述交界线延伸的槽隙，刻槽后的所述电池片大片上具有限定所述槽隙的底壁和两个侧壁，并且，至少在所述电池片大片的所述表面上的所述槽隙的两侧处具有熔渣；
将第二激光束沿所述交界线施加在所述电池片大片上的所述两个侧壁中的至少一个侧壁上和/或位于所述槽隙的两侧的至少一侧处的熔渣上；
使所述电池片大片沿所述交界线裂片，裂片后的每一个所述单元区域形成一个太阳能电池小片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施加所述第一激光束的步骤和施加所述第二激光束的步骤同步进行，或者施加所述第二激光束的步骤在施加所述第一激光束的步骤之后实施。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方法中，所述第二激光束的能量密度小于所述第一激光束的能量密度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一激光束和所述第二激光束的光斑在垂直于所述交界线的延伸方向的方向上的距离为0μm-80μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：调整施加所述第一激光束的参数以使得所述第一激光束的光斑直径为5μm-50μm、形成的所述槽隙的宽度为10μm-100μm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方法中，所述第一激光束和所述第二激光束使用同一激光发射器发出，其中所述方法还包括采用分光器将激光分束以形成所述第一激光束和所述第二激光束；或者
所述第一激光束和所述第二激光束使用不同的激光发射器发出。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施加所述第一激光束的步骤包括：沿相同的路径多次施加所述第一激光束，每一次施加所述第一激光束时的操作参数相同或不同。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施加所述第二激光束的步骤包括：沿相同的路径多次施加所述第二激光束，每一次施加所述第二激光束时的操作参数相同或不同。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施加所述第一激光束的次数为4-5次；施加所述第二激光束的次数为1-2次。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二激光束被施加在所述电池片大片的所述表面上的熔渣上，并且，施加所述第二激光束的步骤包括：将所述第二激光束以和所述电池片大片的所述表面呈角度的方式入射，使得所述第二激光束和所述熔渣的侧面接触。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在施加所述第二激光束时沿所述交界线使用负压抽滤的方式除尘。
12.一种由根据权利要求1-11中任意一项所述的方法制造而成的太阳能电池小片。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池小片，其特征在于，所述太阳能电池小片为硅基太阳能电池片。
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