CN112701187A - 一种切片电池边缘钝化方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种切片电池边缘钝化方法及设备，其中方法可包括采用激光对太阳电池划片并裂片，得到多个电池切片；对每一个电池切片，通过腐蚀溶液对所述电池切片的切割边缘进行刻蚀；对所述切割边缘进行清洗；以及对所述电池切片进行烘干，并在所述切割边缘生成一层氧化层。

Description

一种切片电池边缘钝化方法及设备
技术领域
本发明涉及太阳电池领域，更具体地，涉及一种切片电池边缘钝化方法及设备。
背景技术
目前，由于切片电池组件、叠瓦技术、并片和拼片技术的普及，采用激光对整片电池切割逐渐成为行业的主流趋势。特别是大硅片的推广应用，将整片电池切成1/2、1/3、……、1/n以降低组件的串联电阻，是提高太阳能电池组件的输出功率的必经之路。然而，目前行业在实践中发现，当采用激光将电池片沿对称轴局部融化，并采用热应力或者机械应力将电池分离的划片及裂片来对电池片进行切割时，由于在两片电池的断面处造成了非常严重的激光损伤，表面存在大量的悬挂键及缺陷态，成为载流子有效的复合中心。大量的载流子通过界面缺陷进行复合，严重的损失了太阳电池的转换效率。目前，对于常规PERC电池(Passivated Emitter and Rear Cell，即钝化发射极和背面电池)，激光划片及裂片相对于未切片之前光电转换效率损失达到0.1－0.2％。对于本征薄膜异质结电池片或者N型双面电池，切片后的效率下降则达到0.3－0.5％。
目前对于激光划片导致的边缘损失，行业中并无很好的解决方案。因此，为了提高电池的效率，必须尽量地抑制边缘缺陷态对太阳电池转换效率的影响。
发明内容
提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
为解决上述问题，本发明提供了一种对切片电池的切割边缘进行钝化的方法及装置，通过腐蚀溶液刻蚀切割边缘，去除了太阳电池在进行激光划片及裂片之后在切割边缘上形成的切割损伤区域，改善了电子和空穴通过缺陷态形成大量的复合而降低电池的转换效率的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于对切片电池的边缘进行钝化的方法，其中所述方法可包括：
采用激光对太阳电池划片并裂片，得到多个电池切片；
对每一个电池切片，通过腐蚀溶液对所述电池切片的切割边缘进行刻蚀；
对所述切割边缘进行清洗；以及
对所述电池切片进行烘干，并在所述切割边缘生成一层氧化层。
根据本发明的进一步实施例，所述腐蚀溶液是碱性腐蚀溶液。
根据本发明的进一步实施例，所述碱性腐蚀溶液是KOH溶液或者TMAH溶液。
根据本发明的进一步实施例，所述腐蚀溶液的浓度为5％－50％，温度为25－80℃。
根据本发明的进一步实施例，所述切割边缘与所述腐蚀溶液接触的时间为2－5分钟，并且腐蚀深度为2－4μm。
根据本发明的进一步实施例，对所述电池切片进行烘干包括使用200－300℃的热空气对所述电池切片烘干5－10分钟。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于对切片电池的边缘进行钝化的设备，其中所述设备包括：
容纳腐蚀溶液的腐蚀槽；
夹具，所述夹具被配置成夹持电池切片，并使所述电池切片的切割边缘接触所述腐蚀溶液；
两个或更多个排吹气管，用于沿着被所述夹具夹持的电池切片的正反两面向着所述切割边缘吹气，以抑制腐蚀容液向上漫延；
清洗装置，用于对经腐蚀的切割边缘进行清洗；以及
热氧化装置，用于对所述电池切片进行烘干并在所述切割边缘生成一层氧化层。
根据本发明的进一步实施例，所述夹具被配置成：
将所述电池切片的切割边缘浸没在所述腐蚀溶液中，其中浸入深度不超过切割边缘第一根金属栅线到切割边缘的距离。
根据本发明的进一步实施例，所述设备还包括：
设置在所述腐蚀槽中的平行于所述腐蚀溶液的液面的一排多个滚轮，其中每一个滚轮具有5－20μm深度的沟槽，并且一部分浸入所述腐蚀溶液中，一部分外露，所述多个滚轮同向地以相同转动速度转动，并且
所述夹具被配置成：
将所述电池切片的切割边缘接触所述滚轮的外露部分的上沿并与所述滚轮垂直，并且所述夹具平行于所述腐蚀溶液的液面，与所述滚轮转动方向同向地运动，并且与所述滚轮的转动速度相匹配。
根据本发明的进一步实施例，所述夹具被配置成：
使所述电池切片的切割边缘与所述腐蚀溶液接触的时间为2－5分钟，并且腐蚀深度为2－4μm。
通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。
附图说明
为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。
图1是晶体硅太阳电池的结构剖面图。
图2是经激光切割后的晶体硅太阳电池的结构剖面图。
图3为示出图2的晶体硅太阳电池的激光切割边缘界面的局部放大图。
图4是图3的界面的示意能带图。
图5是根据本发明的实施例的用于对切片电池的切割边缘进行钝化的方法的示意流程图。
图6是根据本发明的一个实施例的用于对切片电池的切割边缘进行钝化的装置的示意结构图。
图7是根据本发明的另一实施例的用于对切片电池的切割边缘进行钝化的装置的示意结构图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。
图1是晶体硅太阳电池的结构剖面图。作为一个示例，图1中所示的晶体硅太阳电池可以是P型PERC电池，其典型的电池结构的剖面图如图1所示，包含硅片1、发射极2、正面钝化膜3、正面电极4、背面场5、第一背面钝化膜6、第二背面钝化膜7、以及背面电极8。
假设对该电池进行激光切割，将其且为半片电池，则其剖面图如图2所示。如背景技术部分中提到的，由于传统的激光切割导致的损伤，将在图2中硅片1和发射极2的边缘界面形成含有大量缺陷的激光切割边缘界面1-2，如图3所示。本领域技术人员可以理解，如果将一块太阳电池激光切割成比半片更小的单位，则切割后的电池可能具有不止一个激光切割边缘界面。为方便解说，以下将以仅具有一个激光切割边缘界面的电池(例如切半)为例来详细描述，如果电池具有不止一个激光切割边缘界面，则以下描述的方法可被同样地应用于每一个激光切割边缘界面。
根据半导体物理，图3的激光切割边缘界面1-2的能带图如图4所示。在图4中，1为硅片衬底，2为发射极，1-2为含缺陷的边缘界面，1-2-0为费米能级，1-2-1为导带，而1-2-2为价带。需要注意，本例中为p型电池，因此，在硅片衬底1中存在多数载流子1-0空穴，在发射极2中存在多数载流子2-0电子。从图中可以看到，含有大量缺陷的激光切割边缘界面1-2刚好处于在p-n结界面，电子2-0和空穴1-0通过缺陷态1-2形成大量的复合，严重降低了电池的转换效率。
为此，本发明在对太阳电池进行激光划片及裂片之后，先用腐蚀液刻蚀切割边缘，去除激光切割损伤部分，然后再使用钝化膜钝化，从而提高边缘钝化效果，进而改善上述在激光切割边缘界面形成的复合而导致电池转换效率降低的问题。
图5是根据本发明的实施例的用于对切片电池的切割边缘进行钝化的方法500的示意流程图。方法500开始于步骤502，采用激光对太阳电池划片并裂片，得到多个电池切片。这一过程可采用任何合适的现有技术中的激光划片及裂片手段及工序来完成。
随后，在步骤504，对每一个电池切片，通过腐蚀溶液对电池切片的切割边缘进行刻蚀。作为一个示例，腐蚀溶液可采用KOH溶液、TMAH溶液或其他合适的碱性腐蚀溶液，腐蚀溶液浓度可为5％－50％，温度可为25－80℃。腐蚀可通过将切割边缘与腐蚀溶液接触来进行，这一过程在后文结合图6和图7将进一步详细描述。切割边缘与腐蚀液接触的时间可以为2－5分钟，边缘腐蚀深度可为约2－4μm，以消除前述激光切割损伤区域。
在步骤506，对切割边缘进行清洗。例如，可使用洁净水或去离子水来清洗切割边缘，去除前一刻蚀步骤中残留在电池切割表面上的腐蚀溶液。
在步骤508，对电池切片进行烘干，并在切割边缘生成一层氧化层。例如，可使用200－300℃的热空气对电池切片进行烘干，烘干时间可以为5－10分钟，也可以根据实际情况和需要设置其他合适的烘干时间。在热烘干的过程中，切割边缘的硅会与空气中的氧发生热氧化，生成一层氧化层(SiO2)，从而达到对切割边缘钝化的效果。
通过上述方法，去除了太阳电池在进行激光划片及裂片之后在切割边缘上形成的切割损伤区域，改善了电子和空穴通过缺陷态形成大量的复合而降低电池的转换效率的问题。
图6是根据本发明的一个实施例的用于对切片电池的切割边缘进行钝化的设备600的示意结构图。
如图6中所示，设备600具有夹具1，使得经激光划片及裂片后的电池切片10由夹具1垂直地固定于腐蚀槽2的上方，其中夹具1夹持在电池切片的非切割边缘一侧，而将切割边缘朝下，浸没在腐蚀槽2中的腐蚀溶液3中，其中浸入深度不超过切割边缘第一根金属栅线到切割边缘的距离。如上文中提到的，腐蚀溶液3可以是KOH溶液、TMAH溶液或其他合适的碱性腐蚀溶液，腐蚀溶液浓度可为5％－50％，并且温度可为25－80℃。设备600还具有两个或更多个排吹气管4，用于沿着电池切片的正反两面向着切割边缘吹气，从而抑制腐蚀容液向上漫延。切割边缘浸没在腐蚀溶液中的时间可为2－5分钟，边缘腐蚀深度为大约2－4μm。随后，可控制夹具1将电池切片由腐蚀溶液中取出，并通过清洗装置5对切割边缘进行清洗。在清洗之后，通过热氧化装置6来对电池切片进行烘干并在切割边缘生长一层氧化层。
图7是根据本发明的一个实施例的用于对切片电池的切割边缘进行钝化的设备700的示意结构图。
如图7中所示，设备700具有夹具1，使得经激光划片及裂片后的电池切片10由夹具1垂直地固定于腐蚀槽2的上方，其中夹具1夹持在电池切片的非切割边缘一侧，而将切割边缘朝下。腐蚀槽2中同样具有腐蚀溶液3，该腐蚀溶液3可以是KOH溶液、TMAH溶液或其他合适的碱性腐蚀溶液，腐蚀溶液浓度可为5％－50％，并且温度可为25－80℃。腐蚀槽2中设置有平行于腐蚀溶液3的液面的一排多个滚轮7，其中每一个滚轮7可具有5－20μm深度的沟槽，并且一部分浸入腐蚀溶液3中，一部分外露。每一个滚轮7同向地以相同速度转动，从而将腐蚀溶液3带起。与图6中将切割边缘浸没在腐蚀槽2中的腐蚀溶液3中不同，电池切片的边缘与滚轮7的外露部分的上沿接触并与滚轮垂直。随后，夹具1平行于腐蚀溶液3的液面，与滚轮7转动方向同向地运动，并且与滚轮7的转动速度相匹配，使得切割边缘与经由滚轮7带起的腐蚀溶液3接触。
如图6类似，设备700也具有两个或更多个排吹气管4(图7中仅示出位于电池切片一侧的排吹气管)，用于沿着电池切片面向着切割边缘吹气，从而抑制腐蚀容液向上漫延。切割边缘与腐蚀溶液的接触时间可为2－5分钟，边缘腐蚀深度为大约2－4μm。随后，可控制夹具1将电池切片由腐蚀溶液中取出，并通过清洗装置5对切割边缘进行清洗。在清洗之后，通过热氧化装置6来对电池切片进行烘干并在切割边缘生长一层氧化层。
以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或方法的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。

Claims (10)

1.一种用于对切片电池的切割边缘进行钝化的方法，其特征在于，所述方法包括：
采用激光对太阳电池划片并裂片，得到多个电池切片；
对每一个电池切片，通过腐蚀溶液对所述电池切片的切割边缘进行刻蚀；
对所述切割边缘进行清洗；以及
对所述电池切片进行烘干，并在所述切割边缘生成一层氧化层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蚀溶液是碱性腐蚀溶液。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱性腐蚀溶液是KOH溶液或者TMAH溶液。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蚀溶液的浓度为5％－50％，温度为25－80℃。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切割边缘与所述腐蚀溶液接触的时间为2－5分钟，并且腐蚀深度为2－4μm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述电池切片进行烘干包括使用200－300℃的热空气对所述电池切片烘干5－10分钟。
7.一种用于对切片电池的切割边缘进行钝化的设备，其特征在于，所述设备包括：
容纳腐蚀溶液的腐蚀槽；
夹具，所述夹具被配置成夹持电池切片，并使所述电池切片的切割边缘接触所述腐蚀溶液；
两个或更多个排吹气管，用于沿着被所述夹具夹持的电池切片的正反两面向着所述切割边缘吹气，以抑制腐蚀容液向上漫延；
清洗装置，用于对经腐蚀的切割边缘进行清洗；以及
热氧化装置，用于对所述电池切片进行烘干并在所述切割边缘生成一层氧化层。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述夹具被配置成：
将所述电池切片的切割边缘浸没在所述腐蚀溶液中，其中浸入深度不超过切割边缘第一根金属栅线到切割边缘的距离。
9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：
设置在所述腐蚀槽中的平行于所述腐蚀溶液的液面的一排多个滚轮，其中每一个滚轮具有5－20μm深度的沟槽，并且一部分浸入所述腐蚀溶液中，一部分外露，所述多个滚轮同向地以相同转动速度转动，并且
所述夹具被配置成：
将所述电池切片的切割边缘接触所述滚轮的外露部分的上沿并与所述滚轮垂直，并且所述夹具平行于所述腐蚀溶液的液面，与所述滚轮转动方向同向地运动，并且与所述滚轮的转动速度相匹配。
10.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述夹具被配置成：
使所述电池切片的切割边缘与所述腐蚀溶液接触的时间为2－5分钟，并且腐蚀深度为2－4μm。
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