CN113972289A - 一种正多边形太阳能电池片的切片方法 - Google Patents
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Abstract
一种正多边形太阳能电池片的切片方法，将圆柱形单晶硅棒切割为正n边形单晶硅片，制备成正n边形单晶硅太阳能电池。然后将正n边形单晶硅太阳能电池整片采用激光切割的方式切割成2n个形状相同，大小相等的直角梯形切片电池，并通过叠瓦技术拼接成矩形电池串，再通过串并联排列将矩形电池串制备成叠瓦组件。本发明大幅度提高了单晶硅棒的硅材料利用率，降低了材料成本，同时降低了组件的电学损耗，使得组件有较高的输出效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体是涉及一种正多边形太阳能电池片的切片方法。
背景技术
目前，太阳能电池行业首要解决的问题就是降低太阳能电池成本，提升单位面积发电量。制备单晶硅太阳能电池需要将圆柱状太阳能电池单晶硅棒切割成硅片使用。为了提高太阳能电池组件单位面积的发电量，尽可能减少电池片或组件串并联时产生的空白区域的面积，因此现在太阳能电池片都是正方形，组件都是矩形。然而，当单晶硅棒被切割成正方形硅片时，即使不计算切割损耗，也会浪费29％的单晶硅材料。如果将单晶硅硅棒切割成多边形，则可以大幅度降低材料浪费率。例如切割成正六边形，则硅材料的浪费降低到19％；如果切割成正八边形，则硅材料的浪费降低到14％，从而降低硅材料的成本。随着太阳能单晶硅棒直径的增大，硅料的浪费量将大幅度提升。以200微米厚的太阳能电池硅片为例，M6(166×166)的硅片浪费7.33g，M10(182×182)的硅片浪费8.81g。
利用正多边形电池整片制作组件时，串并联后无法直接拼接成矩形组件，这使得制作的组件中存在较大的空白区域，导致组件的有效面积占比大幅度降低，这导致正多边形电池的发展受到阻碍。
发明内容
为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种正多边形太阳能电池片的切片方法，提高有效面积占比，从而提高硅材料的利用率。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种正多边形太阳能电池片的切片方法，包括以下步骤：将圆柱形单晶硅棒切割为正n边形单晶硅片，然后制备成正n边形单晶硅太阳能电池，将正n边形单晶硅太阳能电池整片采用激光切割的方式切割成2n个形状相同，大小相等的直角梯形切片电池，然后通过叠瓦技术，将直角梯形切片电池拼接成矩形电池串，再通过串并联将矩形电池串拼接成直角梯形切片叠瓦组件。
进一步的，正多边形电池的边数n通过圆柱形单晶硅棒直径的大小确定。
进一步的，正n边形单晶硅太阳能电池正面电极细栅和主栅分布，根据电池切片形状和大小确定。
进一步的，将正n边形单晶硅太阳能电池整片采用激光切割的方式切割成2n个形状相同，大小相等的直角梯形切片电池，包括以下步骤：
将制备好的正n边形单晶硅太阳能电池沿正多边形的n条中心对称线采用激光切割的方式切割，将正多边形中心处对应直角三角形锐角尖端沿对应正多边形边长平行方向切割，得到2n个形状相同，大小相等的直角梯形切片电池。
进一步的，直角梯形切片电池的上底长度为s，10mm≥s≥3mm，下底长度为S，60mm≥S≥45mm，直角梯形切片电池的高H为(S-s)×tanα；其中α为正多边形内角的一半。
进一步的，直角梯形切片电池的正面电极为梳状电极结构，栅线平行于直角梯形切片电池底边并且等梯度排列。
进一步的，等梯度t满足t＝2×H/(da)2，其中，H为直角梯形切片电池T的高，da为平均细栅间距。
进一步的，平均细栅间距da满足1.6mm≥da≥0.85mm。
进一步的，正n边形单晶硅片边长L满足120mm≥L≥90mm。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明通过将单晶硅棒切割成正多边形硅片制造太阳能电池，通过激光切割技术将正多边形太阳能电池切割成直角梯形切片电池T，大幅度降低了硅棒切割成硅片时的材料损耗，使得硅材料的利用率得到提高，降低了材料成本；本发明得到的正多边形太阳能电池叠瓦组件，不仅在节约硅材料方面有巨大优势，而且降低组件的电学损耗，有利于制备高效的电池组件。
进一步的，直角梯形切片电池的正面电极为梳状电极结构，栅线平行于梯形电池底边并且等梯度排列，降低了栅线电阻损耗；直角梯形切片电池面积小，但电池串的电流小，使得叠瓦组件的电学损耗降低。
附图说明
图1是从圆柱状单晶硅棒切割为直角梯形切片电池的流程示意图。
图2是直角梯形切片电池拼接的最小矩形电池单元及其连接示意图。
图3是梯形切片电池栅线分布示意图。
图4是实施例1和对比例1的示意图，其中，(a)是实施例1中M6T组件示意图，(b)是对比例1中M6常规切片组件示意图。
图5是实施例2和对比例2的示意图，其中，(a)是实施例2中M10T组件示意图，(b)是对比例2中M10常规切片组件示意图。
图6是实施例3和对比例3的示意图，其中，(a)是实施例3中M12T组件示意图，(b)是对比例3中M12常规切片组件示意图。
图中，T为直角梯形切片电池，C1为直角梯形切片电池斜腰重叠区域，C2为直角梯形切片电池直腰重叠区域。
具体实施方式
为进一步阐明本发明，通过结合附图以及具体的方式来实施。在阅读本发明之后，其他技术人员对本发明的各种等价形式的修改均属于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明的一种正多边形太阳能电池片的切片方法中将太阳能电池单晶硅棒切割成正多边形硅片制备电池，根据电池及组件效率计算结果选择多边形的边数n并同时设计了直角梯形电池切片的正面电极栅线结构，大幅度提高了单晶硅棒的硅材料利用率，降低了材料成本，同时降低了组件的电学损耗，使得组件有较高的输出效率。
具体的，一种正多边形太阳能电池片的切片方法的具体过程为：首先通过圆柱单晶硅直径D的大小来确定正多边形电池的边数n,将圆柱单晶硅切割为正n边形单晶硅片，然后制备成正n边形单晶硅太阳能电池。正n边形单晶硅太阳能电池正面电极细栅和主栅分布，根据电池切片形状和大小设计。将正n边形单晶硅太阳能电池整片采用激光切割的方式切割成2n个形状相同，大小相等的直角梯形切片电池T，然后通过叠瓦技术，将直角梯形切片电池T拼接成矩形电池串，再通过串并联将矩形电池串拼接成组件。最后计算组件效率。
参见图1，根据圆柱单晶硅的直径D确定正多边形的边数n，由于正多边形不能直接拼接成组件，需要将其切割成形状大小相同的切片，切片拼接成矩形后才能使用。针对现有的高效单晶硅太阳能电池产品的效率，n的选择确保正多边形边长L满足120mm≥L≥90mm，将制备好的正n边形单晶硅太阳能电池沿正多边形的n条中心对称线11'、22’、33’……nn’切割，同时将正多边形中心O处对应直角三角形锐角尖端沿对应正多边形边长平行方向cc’切割，得到2n个形状相同，大小相等的直角梯形切片电池T。直角梯形切片电池T的上底长度为s，10mm≥s≥3mm，s优选3.5mm。下底长度为S，60mm≥S≥45mm。直角梯形切片电池T的高H为(S-s)×tanα；其中α为正多边形内角的一半。
最终得到的直角梯形切片电池T的正面电极为梳状电极结构，栅线平行于梯形电池底并且等梯度排列。如图3所示，细栅电极间距d从直角梯形切片电池T上底到下底方向等梯度t减小，梯度t＝2×H/(da)2，平均细栅间距da满足1.6mm≥da≥0.85mm。
将直角梯形切片电池T通过叠瓦技术制备成正多边形太阳能电池叠瓦组件。
具体的，参见图2，将直角梯形切片电池T拼接成矩形电池串时，一个直角梯形切片电池T的斜腰Y1同相邻的直角梯形切片电池T的斜腰Y1采用叠瓦方式串联，形成最小矩形电池串单元；将最小的矩形电池串单元通过直角梯形切片电池T的直角腰Y2采用叠瓦方式串联成矩形长电池串。然后根据设计的组件串并联结构，将梯形切片叠瓦连接而成的矩形电池串通过串并联拼接成任意功率的正多边形太阳能电池叠瓦组件。
下面为3个具体实施例。
实施例1
首先，将市面M6切片对应的直径为234.8mm(6英寸)的单晶硅棒切割成边长为117.4mm的正六边形单晶硅片，并制备成常规的PERC高效太阳能电池；然后采用激光切割技术将正六边形沿正多边形的6条中心对称线11'，22’，33’……66’切割，同时将正六边形中心O处对应直角三角形锐角，沿对应正六边形边长方向平行切割cc’，得到12个面积和形状完全相同的直角梯形切片。
直角梯形切片T电池的上底s为3.5mm，下底S为57.9mm，高H为93.7mm,面积为2879mm2。直角梯形切片电池T的正面电极由收集电流的细栅电极以及叠片时涂覆导电胶用的主栅电极构成，背面电极由铝电极和叠片时涂覆导电胶的背银电极构成，将此切片记为M6T。
然后，将切片M6T通过叠瓦技术按照图2所示的拼接方式进行串联，直角梯形切片电池斜腰Y1和直角梯形切片电池直腰Y2的重叠宽度均为1.5mm。直角梯形切片电池的正面细栅电极和直角梯形切片电池T的底边平行，栅线宽度为40微米，细栅电极间距d从直角梯形上底到下底方向等梯度t减小，梯度t为10微米，da＝1.23毫米。最后，将直角梯形切片电池T采用叠瓦技术串联成电池串，每个电池串连接电池数目均为34，每个电池串组由10个电池串并联构成，叠瓦组件由两个电池串组串联构成，得到425瓦等级的组件。
对比例1
参见图4中(a)，本发明将尺寸规格为166mm*166mm的M6常规单晶PERC高效太阳能电池切割成166mm*32.4mm的五等分常规矩形电池切片，并采用叠瓦技术将30片电池切片连接得到电池串，将6串电池串并联得到电池串组，叠瓦组件由两个电池串组串联构成，得到的425瓦等级组件，用于同本发明实施例1对比。实施例1中的正六边形太阳能电池硅片和对比例1中M6单晶硅片是从同样直径的单晶硅棒上切片得到的。表1给出了实施例1和对比例1的叠瓦组件的转换效率以及单位面积发电量等数据，其中，硅片厚度为170微米，硅材料密度为2.33g/cm3,单位硅材料利用率是以单晶硅棒切割前为基准。
参见图4中(a)和(b)，将实施例1中M6T制备成功率为425瓦等级的组件和对比例1中M6矩形切片制备成功率为425瓦等级组件的电性能对比，对比结果参见表1，图4中(a)是M6T的425瓦等级的组件结构图，(b)是M6矩形切片的425瓦等级组件结构图。
表1对比结果
由表1可知，采用本发明的切片方法得到的M6T组件效率比M6矩形切片电池组件效率低0.3％；在硅材料利用方面，制作相同等级功率的组件，利用本发明的切片方式，得到的M6T组件的硅材料利用率比M6矩形切片组件的硅材料利用率高0.095W/g。虽然M6T组件效率比M6矩形切片电池组件效率低0.3％，但M6T组件的硅材料利用率比M6矩形切片组件的硅材料利用率高27.5％，大幅度节省了硅料。
实施例2
首先，将市面M10切片对应的直径为257.4mm(10英寸)的单晶硅棒切割成边长为99mm的正八边形单晶硅片，并制备成常规PERC高效太阳能电池；然后采用激光切割技术将正八边形沿正多边形的8条中心对称线11'，22’，33’……88’切割，同时将正八边形中心O处对应直角三角形锐角，沿对应正八边形边长方向平行切割cc’，得到16个面积和形状完全相同的直角梯形。
直角梯形切片1电池的上底s为3.5mm，下底S为48.8mm，高H为108.9mm,面积为2846mm2。直角梯形切片电池T的正面电极由收集电流的细栅电极以及叠片时涂覆导电胶用的主栅电极构成，背面电极由铝电极和叠片时涂覆导电胶的背银电极构成，将次切片记为M10T。
然后，将M10T通过叠瓦技术按照图所示的拼接方式进行串联，直角梯形切片电池斜腰Y1和直角梯形切片电池直腰Y2的重叠宽度均为1.5mm。直角梯形切片电池的正面细栅电极和直角梯形切片电池T的底边平行，栅线宽度为40微米，细栅电极间距d从直角梯形上底到下底方向等梯度t减小，梯度t为7.28微米，da＝1.3，最后，将直角梯形切片电池T采用叠瓦技术串联成电池串，每个电池串连接电池数目均为34，每个电池串组由10个电池串并联构成，叠瓦组件由两个电池串组串联构成，得到425瓦等级的组件。
对比例2
本发明将尺寸规格为182mm*182mm的M10常规PERC高效单晶太阳能电池切割成182mm*34.2mm的六等分常规矩形电池切片，并采用叠瓦技术将30片电池切片连接得到电池串，将6串电池串并联得到电池串组，叠瓦组件由两个电池串组串联构成，得到的425瓦等级组件，用于同本发明实施例2对比。实施例2中的正八边形太阳能电池硅片和对比例2中M10单晶硅片是从同样直径的单晶硅棒上切片得到的。表2给出了实施例2和对比例2叠瓦组件的转换效率以及单位面积发电量等数据，其中，硅片厚度为170微米，硅材料密度为2.33g/cm3,单位硅材料利用率是以单晶硅棒切割前为基准。
参见图5中(a)和(b)，将实施例2中M10T制备成功率为425瓦等级的组件和对比例2中M10矩形切片制备成功率为425瓦等级组件的电性能对比，对比结果参见表2，图5中(a)是M10T的425瓦等级的组件结构图，(b)是M10矩形切片的425瓦等级组件结构图。
表2对比结果
由表2可知，采用本发明的切片方法以得到的M10T组件效率比M10矩形切片电池组件效率低0.05％；在硅材料利用方面，制作相同等级功率的组件，利用本发明的切片方式，得到的M10T组件的硅材料利用率比M10矩形切片组件的硅材料利用率高0.142W/g。虽然M10T组件效率比M10矩形切片电池组件效率低0.05％，但M10T组件的硅材料利用率比M10矩形切片组件的硅材料利用率高41.5％，大幅度节省了硅料。
实施例3
首先，将市面M12切片对应的直径为297mm(12英寸)的单晶硅棒切割成边长为113.65mm的正八边形单晶硅片，并制备成常规PERC高效太阳能电池；然后采用激光切割技术将正八边形沿正多边形的8条中心对称线11'，22’，33’……88’切割，同时将正八边形中心O处对应直角三角形锐角，沿对应正八边形边长方向平行切割cc’，得到16个面积和形状完全相同的直角梯形。
直角梯形切片电池的上底s为3.5mm，下底S为56.3mm，高H为126.5mm,面积为3769mm2。直角梯形切片电池T的正面电极由收集电流的细栅电极以及叠片时涂覆导电胶用的主栅电极构成，背面电极由铝电极和叠片时涂覆导电胶的背银电极构成，将次切片记为M12T。
然后，将M12T通过叠瓦技术按照图所示的拼接方式进行串联，直角梯形切片电池斜腰Y1和直角梯形切片直腰Y2的重叠宽度均为1.5mm。直角梯形切片电池的正面细栅电极和直角梯形切片电池T的底边平行，栅线宽度为40微米，细栅电极间距d从直角梯形上底到下底方向等梯度t减小，梯度t为6.78微米，da＝1.23毫米,最后，将直角梯形切片电池T采用叠瓦技术串联成电池串，每个电池串连接电池数目均为34，每个电池串组由8个电池串并联构成，叠瓦组件由两个电池串组串联构成，得到445瓦等级的组件。
对比例3
本发明将尺寸规格为210mm*210mm的M12常规PERC高效单晶太阳能电池切割成210mm*35.8mm的六等分常规矩形电池切片，并采用叠瓦技术将28片电池切片连接得到电池串，将5串电池串并联得到电池串组，叠瓦组件由两个电池串组串联构成，得到的445瓦等级组件，用于同本发明实施例3对比。实施例3中的正八边形太阳能电池硅片和M12单晶硅片是从同样直径的单晶硅棒上切片得到的。表3给出了实施例3和对比例3叠瓦组件的转换效率以及单位面积发电量等数据，其中，硅片厚度为170微米，硅材料密度为2.33g/cm3,单位硅材料利用率是以单晶硅棒切割前为基准。
参见图6中(a)和(b)，将实施例3中M12T制备成功率为445瓦等级的组件和对比例3中M12矩形切片制备成功率为445瓦等级组件的电性能对比，对比结果参见表3，图6中(a)是M12T的445瓦等级的组件结构图，(b)是M12矩形切片445瓦等级组件结构图。
表3对比结果
由表3可知，采用本发明的切片方法以得到的M12T组件效率比M12矩形切片电池组件效率低0.11％；在硅材料利用方面，制作相同等级功率的组件，利用本发明的切割方式，得到的M12T组件的硅材料利用率比M12矩形组件的硅材料利用率高0.137W/g。虽然M12T组件效率比M12矩形切片电池组件效率低0.11％，但M12T组件的硅材料利用率比M12矩形切片组件的硅材料利用率高39.8％，大幅度节省了硅料。
本发明实施例中的设定参数是针对目前现有的常规PERC高效单晶硅电池产品，如果电池的效率发生较大变化，最优的正多边的边长也会发生变化，从而导致正多边形边数n发生变化。
本发明提出的基于正多边形太阳能电池片的叠瓦组件方案大幅度提高了硅材料的利用率，节省了硅材料。特别是随着单晶硅棒直径的增加，如果仍然采用正方形的传统硅片，将会浪费大量的硅材料，如果采用正多边形的硅片制备太阳能电池，并将其切割为直角梯形，制备成叠瓦组件，同时采用了正面栅线等梯度分布，则可以在保证组件在低损耗和高CTM的基础上，大幅度提高单位硅材料的发电量，降低了太阳能电池成本，是一种非常具有实用价值的光伏发电技术相关的方法。
Claims (9)
1.一种正多边形太阳能电池片的切片方法，其特征在于，包括以下步骤：将圆柱形单晶硅棒切割为正n边形单晶硅片，然后制备成正n边形单晶硅太阳能电池，将正n边形单晶硅太阳能电池整片采用激光切割的方式切割成2n个形状相同，大小相等的直角梯形切片电池，然后通过叠瓦技术，将直角梯形切片电池拼接成矩形电池串，再通过串并联将矩形电池串拼接成直角梯形切片叠瓦组件。
2.根据权利要求1所述的一种正多边形太阳能电池片的切片方法，其特征在于，正多边形电池的边数n通过圆柱形单晶硅棒直径的大小确定。
3.根据权利要求1所述的一种正多边形太阳能电池片的切片方法，其特征在于，正n边形单晶硅太阳能电池正面电极细栅和主栅分布，根据电池切片形状和大小确定。
4.根据权利要求1所述的一种正多边形太阳能电池片的切片方法，其特征在于，将正n边形单晶硅太阳能电池整片采用激光切割的方式切割成2n个形状相同，大小相等的直角梯形切片电池，包括以下步骤：
将制备好的正n边形单晶硅太阳能电池沿正多边形的n条中心对称线采用激光切割的方式切割，将正多边形中心处对应直角三角形锐角尖端沿对应正多边形边长平行方向切割，得到2n个形状相同，大小相等的直角梯形切片电池。
5.根据权利要求1或4所述的一种正多边形太阳能电池片的切片方法，其特征在于，直角梯形切片电池的上底长度为s，10mm≥s≥3mm，下底长度为S，60mm≥S≥45mm，直角梯形切片电池的高H为(S-s)×tanα；其中α为正多边形内角的一半。
6.根据权利要求1所述的一种正多边形太阳能电池片的切片方法，其特征在于，直角梯形切片电池的正面电极为梳状电极结构，栅线平行于直角梯形切片电池底边并且等梯度排列。
7.根据权利要求6所述的一种正多边形太阳能电池片的切片方法，其特征在于，等梯度t满足t＝2×H/(da)2，其中，H为直角梯形切片电池T的高，da为平均细栅间距。
8.根据权利要求7所述的一种正多边形太阳能电池片的切片方法，其特征在于，平均细栅间距da满足1.6mm≥da≥0.85mm。
9.根据权利要求1所述的一种正多边形太阳能电池片的切片方法，其特征在于，正n边形单晶硅片边长L满足120mm≥L≥90mm。
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