CN113903827B - 一种太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了太阳能电池切割加工领域的一种太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置，抛光装置由太阳能电池、夹具、挡板、粗抛光轮、精抛光轮、转换器和喷嘴组成，所述粗抛光轮的外侧壁套接有粗抛光垫，所述精抛光轮的外侧壁套接有精抛光垫；将切割后的电池通过抛光装置分别进行两次化学机械抛光，在此过程中，该太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置，大幅度降低损伤区的微裂纹源，降低电池在后续焊接和层压过程中的隐裂风险，减少裸露硅基底表面的悬空键，减少载流子的复合，提高切割面的强度，从而提高电池的转换效率，适用于常规太阳能电池以及异质结等不耐高温的太阳能电池。

Description

一种太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置
技术领域
本发明涉及太阳能电池切割加工领域，具体为一种太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置。
背景技术
随着太阳能电池及组件技术的不断发展，光伏发电的成本不断下降，发电效率不断攀升。近年来，电池片切割技术已经成为新型高效组件技术的一项基本环节。半片组件，叠片组件等多分片组件都利用了电池片切割分流原理，降低了组件电阻损耗以及电流失配损失，从而提高了光伏组件的发电功率和效率。此外，电池片切割带来的低电流效应也可以减少组件产生热斑的风险以及组件的功率温度系数，在提高组件发电量的同时，更大程度地将降低组件的安全系数。
太阳能晶硅电池主要通过激光切割，原理是高能量密度的激光束照射到电池表面，在表面形成聚焦光斑，光斑处的高能量是电池表面温度瞬间升高，超过材料的气化临界值，使电池表面蒸发产生孔洞，并随着激光的移动形成缝隙。随后，通过机械断裂的方法使电池沿着缝隙脆性断裂。但是，激光切割过程中的机械和热应力会对电池的切割表面带来较大的损伤，切割区域会产生凹凸不平的热损伤表面，表面存在微小的裂纹，这些微裂纹在电池后续的焊接和层压工艺中很容易扩展，从而导致电池裂片，降低组件良率。此外，裸露的硅基底表面会产生大量的缺陷和悬挂键作为复合中心，降低了载流子的寿命，减少了电池的转换效率。
专利“一种提高半片太阳能电池组件光电转换效率的方法”(申请号：CN201910932765.1，申请日：2019年09月29日)公开了一种提高半片太阳能电池组件光电转换效率的方法，利用氧气氛围下的高温退火，氧化反应形成二氧化硅钝化膜，减少了载流子的复合。但是，这种650～750℃的高温退火可能会对电池非切割面的膜层带来影响，且不适用于不耐高温的异质结电池。
专利“一种切片电池边缘钝化方法及设备”(申请号：CN202011579262.X，申请日：2020年12月28日)公开了一种切片电池边缘钝化方法及设备，通过强碱腐蚀液(KOH溶液或TMAH溶液)刻蚀电池的切割边缘，碱金属离子进入硅衬底和膜层时，可能会引起局部漏电流增大等的不良效果。此外，后续清洗烘干步骤耗时较长，烘干过程中，硅氧化生成的二氧化硅均匀度和致密度欠佳。
除以上不足之外，现有技术在对切割面进行表面钝化时，并未针对热损伤粗糙缺陷区域进行处理，形成的氧化膜在切割热损伤区凹凸不平的表面的不均匀分布会降低钝化质量，而且切割面的微裂纹等缺陷仍然存在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置，以解决上述背景技术中提出的太阳能电池在激光切割时出现的热损伤缺陷区以及载流子复合加剧现象的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种太阳能电池切割面抛光装置，抛光装置由太阳能电池、夹具、挡板、粗抛光轮、精抛光轮、转换器和喷嘴组成，所述粗抛光轮的外侧壁套接有粗抛光垫，所述精抛光轮的外侧壁套接有精抛光垫；
将切割后的电池通过抛光装置分别进行两次化学机械抛光，在此过程中，抛光剂中的氧化剂与损伤区硅在催化下反应生成质地较软，易溶于水的氢氧化物，随后，抛光垫与二氧化硅溶胶磨粒对损伤区进行机械抛光将氢氧化物去除，露出光洁的新的硅表面，如此反复后，将激光切割后的硅片热损伤区域抛光，消除微裂纹等缺陷，抛光结束后，热损伤区消除，但是裸露的硅表面容易成为载流子复合中心，对此将清洗烘干后的电池切割面浸入调配好的钝化液中，最后将涂有钝化液的切割面局部烘干，最终得到抛光钝化后的切片电池，具体包括如下步骤：
(1)将激光切割后的太阳能电池吸附在夹具上，将挡板紧贴太阳能电池前后表面，将切割面露出挡板，露出挡板距离0.1～0.2mm；
(2)打开粗抛抛光液喷嘴，以一定流速将抛光液注入粗抛光垫500；
(3)启动粗抛光轮做高速旋转运动，使粗抛光轮外层粗抛光垫与切割面接触，移动粗抛光轮对太阳能电池切割面进行抛光，粗抛光完成后，关闭粗抛抛光液喷嘴；
(4)转动转轮，将精抛光轮转动到粗抛光轮位置并打开精抛抛光液喷嘴，使精抛光轮外层精抛光垫与太阳能电池100切割面接触，移动精抛光轮对太阳能电池切割面进行抛光；
(5)太阳能电池抛光结束后，挡板内部出水口喷出去离子水，将抛光液以及杂质冲洗干净，洗净后的太阳能电池在热风中烘干；
(6)将抛光后的太阳能电池切割面浸入调配好的钝化液中1min取出；
(7)将涂有钝化液烘干后的太阳能电池放置在烘干架上，80℃烘干5min。
优选的，所述抛光液的主要成分是5～55wt％的氧化物微球磨粒胶体溶液粗抛粒径50～100nm，精抛粒径10～30nm、1～10wt％的有机碱溶液、0～0.15wt％的表面活性剂和10～15wt％氧化剂，其余为去离子水，溶液的PH值控制在8～12。
优选的，粗抛选用50wt％的SiO2微球磨粒胶体溶液、10wt％的有机碱溶液、15wt％氧化剂、0.1wt％的表面活性剂，80nm粒径的SiO2微球磨粒；精抛选用50wt％的SiO2微球磨粒胶体溶液、10wt％的有机碱溶液、15wt％氧化剂、0.1wt％的表面活性剂，15nm粒径的SiO2微球磨粒。
优选的，所述喷嘴外接抛光液注入机构和动力机构，控制其移动和抛光液的注入，所述喷嘴的前端分别开有粗抛光液注入口和精抛光液注入口，分别控制粗抛液和精抛液的流入。
优选的，通过粗抛光液注入口和精抛光液注入口注入抛光液，所述粗抛光液注入流速为150～350ml/min，所述精抛光液注入流速为100～300ml/min，所述粗抛光的转速为50～70r/min，所述精抛光的转速为20～40r/min，所述粗抛光压力为10～30kPa，所述精抛光压力为1～10kPa，所述粗抛光轮移动速度为2～10mm/s，所述精抛光移动速度为2～10mm/s。
优选的，所述钝化液为SiO2溶胶或SiO2/TiO2混合溶胶，所述溶胶中SiO2溶胶为酸催化制备的溶胶，SiO2/TiO2混合溶胶比例为4:1。
优选的，所述夹具的内侧壁固定连接有吸盘，所述挡板内部开有注水口，所述粗抛光轮和所述精抛光轮安装在所述转换器上。
优选的，所述挡板的内壁与所述太阳能电池之间设有1～2mm间隙，所述注水口与外部注水机构连接。
优选的，所述粗抛光轮与所述精抛光轮、所述转换器均外接电机，控制抛光轮的转动、转换、移动与抛光压力，所述粗抛光垫为聚酯类无纺布，所述精抛光垫为聚酯类人造革。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置，通过化学机械抛光将激光切割后太阳能电池的热损伤区抛光成光洁的表面，大幅度降低损伤区的微裂纹源，降低电池在后续焊接和层压过程中的隐裂风险。
2、该太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置，通过抛光后使用钝化液在太阳能电池切割面形成一层致密的，且具有一定机械强度的表面钝化膜，减少裸露硅基底表面的悬空键，减少载流子的复合，提高切割面的强度，从而提高电池的转换效率。
3、该太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置，在整体抛光钝化过程温度较低，不仅适用于常规太阳能电池，也适用于异质结等不耐高温的太阳能电池。
附图说明
图1为本发明太阳能电池切割面抛光钝化装置整体结构示意图。
图中：太阳能电池100、夹具200、吸盘210、挡板300、注水口310、粗抛光轮400、粗抛光垫410、精抛光轮500、精抛光垫510、转换器600、喷嘴700、粗抛光液注入口710、精抛光液注入口720。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种太阳能电池切割面抛光钝化方法和装置，具体实施例如下：
实施例1
(1)将激光切割后的太阳能电池100吸附在夹具200上，将挡板300紧贴太阳能电池100前后表面，将切割面露出挡板300，露出挡板300距离0.1～0.2mm；
(2)打开粗抛抛光液喷嘴700，以一定流速将抛光液注入粗抛光垫500；
(3)启动粗抛光轮400做高速旋转运动，使粗抛光轮400外层粗抛光垫410与切割面接触，移动粗抛光轮400对太阳能电池100切割面进行抛光，粗抛光完成后，关闭粗抛抛光液喷嘴700；
(4)转动转轮，将精抛光轮500转动到粗抛光轮400位置并打开精抛抛光液喷嘴700，使精抛光轮500外层精抛光垫510与太阳能电池100切割面接触，移动精抛光轮500对太阳能电池100切割面进行抛光；
(5)太阳能电池100抛光结束后，挡板300内部出水口喷出去离子水，将抛光液以及杂质冲洗干净，洗净后的太阳能电池100在热风中烘干；
(6)将抛光后的太阳能电池100切割面浸入调配好的钝化液中1min取出；
(7)将涂有钝化液烘干后的太阳能电池100放置在烘干架上，80℃烘干5min。
进一步的，粗抛选用50wt％的SiO2微球磨粒胶体溶液、10wt％的有机碱溶液、15wt％氧化剂、0.1wt％的表面活性剂，80nm粒径的SiO2微球磨粒；精抛选用50wt％的SiO2微球磨粒胶体溶液、10wt％的有机碱溶液、15wt％氧化剂、0.1wt％的表面活性剂，15nm粒径的SiO2微球磨粒；
进一步的，所述粗抛光液注入流速为250ml/min，精抛光液注入流速为200ml/min；
进一步的，所述粗抛光转速为60r/min，精抛光转速为30r/min；
进一步的，所述粗抛光轮移动速度为5mm/s，精抛光移动速度为5mm/s；
进一步的，所述粗抛光压力为20kPa，精抛光压力为5kPa；
进一步的，所述溶胶中SiO2溶胶为酸催化制备的溶胶。SiO2/TiO2混合溶胶比例为4:1；
损伤层去除率：较高(显微镜检测)
表面光洁度：较高(显微镜检测)
钝化质量：较高(漏电流测试较低)。
实施例2
按照实施例1的方法对太阳能电池切割面进行抛光钝化，不同的是，将粗抛光液注入流速更改为100ml/min，精抛光液注入流速更改为80ml/min，抛光钝化情况如下：
损伤层去除率：较低，部分激光凹槽未去除(显微镜检测)
表面光洁度：不均匀(显微镜检测)
钝化质量：中等(漏电流测试较低)
降低抛光液流速会降低抛光质量，造成激光切割表面部分高损伤区未抛光完全，形成复合中心，影响钝化效果。
实施例3
按照实施例1的方法对太阳能电池切割面进行抛光钝化，不同的是，将粗抛光转速更改为40r/min，精抛光转速更改为15r/min，抛光钝化情况如下：
损伤层去除率：较低，部分激光凹槽未去除(显微镜检测)
表面光洁度：不均匀(显微镜检测)
钝化质量：中等(有微漏电流)
降低抛光转速会使机械抛光速率小于化学抛光，降低抛光质量，造成激光切割表面部分高损伤区未抛光完全，形成复合中心，影响钝化效果。
实施例4
按照实施例1的方法对太阳能电池切割面进行抛光钝化，不同的是，将粗抛光转速更改为90r/min，精抛光转速更改为60r/min，抛光钝化情况如下：
损伤层去除率：较高(显微镜检测)
表面光洁度：不均匀(显微镜检测)
钝化质量：较高(漏电流测试较低)
虽然增加抛光速度对表面质量影响相对较小，但是抛光深度增加造成电池片损耗，转速过快造成较薄的电池片轻微晃动不稳定性增加，大规模生产过程中将会降低良率。
实施例5
按照实施例1的方法对太阳能电池切割面进行抛光钝化，不同的是，粗抛光轮移动速度更改为12mm/s，精抛光移动速度更改为12mm/s,抛光钝化情况如下：
损伤层去除率：较低(显微镜检测)
表面光洁度：较低(显微镜检测)
钝化质量：中等(有微漏电流)
过快的抛光轮移动速率会造成切割面抛光不完全，降低抛光质量和钝化效果。
实施例6
按照实施例1的方法对太阳能电池切割面进行抛光钝化，不同的是，将粗抛光压力更改为10kPa，精抛光压力更改为2kPa,抛光钝化情况如下：
损伤层去除率：较低(显微镜检测)
表面光洁度：较低(显微镜检测)
钝化质量：中等(有微漏电流)
降低抛光轮压力会造成切割面抛光不完全，降低抛光质量和钝化效果。
实施例7
按照实施例1的方法对太阳能电池切割面进行抛光钝化，不同的是，将粗抛光压力更改为40kPa，精抛光压力更改为15kPa,抛光钝化情况如下：
损伤层去除率：较高(显微镜检测)
表面光洁度：较高(显微镜检测)
钝化质量：较高(漏电流测试较低)
虽然增加抛光压力对表面质量影响相对较小，但是抛光深度增加造成电池片损耗，增加抛光压力造成较薄的电池片局部应力过大，大规模生产过程中将会降低良率，导致裂片、碎片。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种太阳能电池切割面抛光钝化方法，其特征在于：抛光装置由太阳能电池(100)、夹具(200)、挡板(300)、粗抛光轮(400)、精抛光轮(500)、转换器(600)和喷嘴(700)组成，所述粗抛光轮(400)的外侧壁套接有粗抛光垫(410)，所述精抛光轮(500)的外侧壁套接有精抛光垫(510)，所述夹具(200)的内侧壁固定连接有吸盘(210)，所述挡板(300)内部开有注水口(310)，所述粗抛光轮(400)和所述精抛光轮(500)安装在所述转换器(600)上，所述挡板(300)的内壁与所述太阳能电池(100)之间设有1～2mm间隙，所述注水口(310)与外部注水机构连接，所述粗抛光轮(400)与所述精抛光轮(500)、所述转换器(600)均外接电机，控制抛光轮的转动、转换、移动与抛光压力，所述粗抛光垫(410)为聚酯类无纺布，所述精抛光垫(510)为聚酯类人造革；
将切割后的电池通过抛光装置分别进行两次化学机械抛光，在此过程中，抛光剂中的氧化剂与损伤区硅在催化下反应生成质地较软，易溶于水的氢氧化物，随后，抛光垫与二氧化硅溶胶磨粒对损伤区进行机械抛光将氢氧化物去除，露出光洁的新的硅表面，如此反复后，将激光切割后的硅片热损伤区域抛光，消除微裂纹缺陷，抛光结束后，热损伤区消除，但是裸露的硅表面容易成为载流子复合中心，对此将清洗烘干后的电池切割面浸入调配好的钝化液中，最后将涂有钝化液的切割面局部烘干，最终得到抛光钝化后的切片电池，具体包括如下步骤：
(1)将激光切割后的太阳能电池(100)吸附在夹具(200)上，将挡板(300)紧贴太阳能电池(100)前后表面，将切割面露出挡板(300)，露出挡板(300)距离0.1～0.2mm；
(2)打开粗抛抛光液喷嘴，以一定流速将抛光液注入粗抛光垫(410)；
(3)启动粗抛光轮(400)做高速旋转运动，使粗抛光轮(400)外层粗抛光垫(410)与切割面接触，移动粗抛光轮(400)对太阳能电池(100)切割面进行抛光，粗抛光完成后，关闭粗抛抛光液喷嘴；
(4)转动转轮，将精抛光轮(500)转动到粗抛光轮(400)位置并打开精抛抛光液喷嘴，使精抛光轮(500)外层精抛光垫(510)与太阳能电池(100)切割面接触，移动精抛光轮(500)对太阳能电池(100)切割面进行抛光；
(5)太阳能电池(100)抛光结束后，挡板(300)内部出水口喷出去离子水，将抛光液以及杂质冲洗干净，洗净后的太阳能电池(100)在热风中烘干；
(6)将抛光后的太阳能电池(100)切割面浸入调配好的钝化液中1min取出；
(7)将涂有钝化液烘干后的太阳能电池(100)放置在烘干架上，80℃烘干5min。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池切割面抛光钝化方法，其特征在于：所述抛光液的主要成分是5～55wt％的氧化物微球磨粒胶体溶液粗抛粒径50～100nm，精抛粒径10～30nm、1～10wt％的有机碱溶液、0～0.15wt％的表面活性剂和10～15wt％氧化剂，其余为去离子水，溶液的pH值控制在8～12。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池切割面抛光钝化方法，其特征在于：粗抛选用50wt％的SiO2微球磨粒胶体溶液、10wt％的有机碱溶液、15wt％氧化剂、0.1wt％的表面活性剂，80nm粒径的SiO2微球磨粒；精抛选用50wt％的SiO2微球磨粒胶体溶液、10wt％的有机碱溶液、15wt％氧化剂、0.1wt％的表面活性剂，15nm粒径的SiO2微球磨粒。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池切割面抛光钝化方法，其特征在于：所述喷嘴(700)外接抛光液注入机构和动力机构，控制其移动和抛光液的注入，所述喷嘴(700)的前端分别开有粗抛光液注入口(710)和精抛光液注入口(720)，分别控制粗抛液和精抛液的流入。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能电池切割面抛光钝化方法，其特征在于：通过粗抛光液注入口(710)和精抛光液注入口(720)注入抛光液，所述粗抛光液注入流速为150～350ml/min，所述精抛光液注入流速为100～300ml/min，所述粗抛光的转速为50～70r/min，所述精抛光的转速为20～40r/min，所述粗抛光压力为10～30kPa，所述精抛光压力为1～10kPa，所述粗抛光轮移动速度为2～10mm/s，所述精抛光移动速度为2～10mm/s。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池切割面抛光钝化方法，其特征在于：所述钝化液为SiO2溶胶或SiO2/TiO2混合溶胶，所述溶胶中SiO2溶胶为酸催化制备的溶胶，SiO2/TiO2混合溶胶比例为4:1。
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