CN215118834U - 切片太阳能电池光注入退火装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于太阳能电池技术领域，具体涉及切片太阳能电池光注入退火装置。该切片太阳能电池光注入退火装置，包括退火腔以及设置于所述退火腔内的光源，还包括电池盒和规划路径，所述电池盒至少具有固定板、相对于所述固定板能活动拼搭的移动板，所述移动板与所述固定板共同构成不闭合空间；所述规划路径包括固定设置于所述退火腔的支撑平台的矩径以及能使得所述电池盒相对于所述矩径沿所述光源的排列方向移动的规径。该切片太阳能电池光注入退火装置能够实现较佳的电池侧表面光注入退火效果，且极大地提高退火片均速率，从而实现高效、高质量对切片太阳能电池进行加热和辐照。

Description

切片太阳能电池光注入退火装置

技术领域

本实用新型属于太阳能电池技术领域，具体涉及切片太阳能电池光注入退火装置。

背景技术

太阳能电池具有清洁无污染、可再生、工作性能稳定等优点。太阳能电池也称光伏电池，其利用半导体的光生伏特效应，将太阳光的能量直接转换为电能。在转换过程中，通过吸收光产生电子空穴对，电子空穴对分离，实现发电电流的传输。根据结构和制备工艺的不同，太阳能电池划分为不同的类型，包括非晶硅/晶体硅异质结太阳电池及其他类型硅太阳能。以晶硅为基底的异质结太阳能电池，在基底的一侧或两侧制备半导体层、电极形成电池片，接着将多个电池片进行焊接以进行串联或并联，然后封装形成组件，组件发电后通过逆变器回馈电网。

随着电站投资商平价上网的压力的增大，对度电成本的诉求越来越高。实践证明，半片技术是降低电池组件封装损失、提高电池组件功率的有效途径。半片技术，即采用激光切割法沿着垂直于电池主栅线的方向将标准规格电池片切成相同的两个半片电池片后再进行焊接串联。半片组件与常规组件相比，由于内部的短路电流减半，因此在同样的内部电子情况下内部损耗有效降低，外部输出功率得到提升。

在激光切割过程中，激光将电池片沿设定路径局部融化，再通过机械力量将电池片沿设定路径裂解实现切片。从而，在电池片的切割边缘形成激光损伤区和机械断裂区，导致电池片中硅原子无法保持原本的有序排列状态，形成悬挂键，降低电池片的效率，使得半片组件的外部输出功率有所折损。

如何保持切割后的硅异质结电池的效率，或减小因切割造成的效率降低，成为目前异质结太阳能电池领域亟待解决的技术问题之一。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种切片太阳能电池光注入退火装置，通过一面镂空的电池盒和规划路径，实现保持切割后的太阳能电池的效率，或减小因切割造成的电池效率降低。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该切片太阳能电池光注入退火装置，包括退火腔以及设置于所述退火腔内的光源，用于对切片太阳能电池的侧表面进行光注入退火，其特征在于，还包括电池盒和规划路径，所述电池盒至少具有固定板、相对于所述固定板能活动拼搭的移动板，所述移动板与所述固定板共同构成不闭合空间；所述规划路径包括固定设置于所述退火腔的支撑平台的矩径以及能使得所述电池盒相对于所述矩径沿所述光源的排列方向移动的规径。

优选的是，所述固定板包括两两垂直并具有共同交点的底板、第一侧板和第二侧板，所述移动板包括与所述底板的一侧边活动连接的第一移动板、与所述第一移动板相对所述底板的一侧边连接的第二移动板，所述第一移动板与所述第一侧板形状尺寸相同，所述第二移动板与所述底板形状尺寸相同，所述底板、所述第一侧板、所述第二侧板、所述第一移动板和所述第二移动板构成所述不闭合空间，所述切片太阳能电池通过与所述第二侧板相对的窗口装载于所述不闭合空间内。

作为一种实施方案，优选的是，所述规径为设置于所述底板的下表面的轨道或凹槽，所述轨道或所述凹槽的高度不大于所述底板的厚度；相应的，所述矩径为设置于所述支撑平台上的凹槽或轨道，所述凹槽或所述轨道平行于所述光源的排列方向。

优选的是，所述轨道或所述凹槽成对设置，且沿所述光源的排列方向至少平行、间隔设置两对。

作为一种实施方案，优选的是，还包括盒支撑台，所述规径为设置于所述盒支撑台的下表面的轨道或凹槽；相应的，所述矩径为设置于所述支撑平台上的凹槽或轨道，所述凹槽或所述轨道平行于所述光源的排列方向。

优选的是，所述盒支撑台包括底盘以及与所述底盘垂直设置的支撑板，所述底盘设置于所述支撑平台上方，所述轨道或所述凹槽的高度不大于所述底盘的厚度；所述支撑板的高度不大于所述电池盒的高度，所述电池盒设置于所述底盘上方并与所述支撑板固定。

优选的是，所述光源包括激光、卤素灯或LED灯；所述光源与所述电池盒的所述窗口之间的距离范围为3cm－100cm。

优选的是，还包括供气单元，所述供气单元包括与所述退火炉连通的多个进气管和排气管，用于为所述退火炉设置不同状态、不同介质的气体氛围。

优选的是，所述电池盒的所述底面的尺寸大于所述待光注入退火电池的尺寸。

优选的是，所述电池盒采用石墨材料或不锈钢形成。

本实用新型的有益效果是：

该切片太阳能电池光注入退火装置，能够实现较佳的电池侧表面光注入退火效果，即在一定的温度下使用某种波长范围的光子照射切割侧表面，可以钝化切割侧表面的缺陷，降低载流子的复合，提高电池的放电效率；将现有技术中因激光切片技术导致切割侧面出现损伤造成的0.3％的电池效率降低，修复为使得电池效率的仅降低0.15％左右；并且，极大地提高退火片均速率，从而实现高效、高质量对切片太阳能电池进行加热和辐照。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中切片太阳能电池光注入退火装置的前视图；

图2为本实用新型实施例1中电池盒的拆分结构示意图；

图3为本实用新型实施例1中规划路径的拆分结构示意图；

图4为本实用新型实施例2中规划路径的拆分结构示意图；

图5为本实用新型实施例2中电池盒与盒支撑台的组装示意图；

11－N型单晶硅片；21－第一本征非晶硅层；22－第二本征非晶硅层；31－N型非晶硅层；32－P型非晶硅层；41－第一透明导电层；42－第二透明导电层；51－第一电极；52－第二电极；

61－电池盒；611－底板；612－第一侧板；613－第二侧板；614－第一移动板；615－第二移动板；616－卡扣；62－盒支撑台；621－底盘；622－支撑板；71－凹槽；72－轨道；81－光源；811－第一光源；812－第二光源；91－上柜；92－下柜。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型切片太阳能电池光注入退火装置作进一步详细描述。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型的技术方案，并不用于限制本实用新型。

显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1：

太阳能电池由激光切割造成的侧断面附近存在较多缺陷，与体内的硅原子不同，位于表面的硅原子有悬挂键，不作处理会引起大量的载流子复合。本实施例提供一种切片太阳能电池光注入退火装置，专用于切片太阳能电池，例如切片硅异质结电池的制备方法的光注入退火工艺，对切片太阳能电池的侧表面进行高效地光注入退火，避免侧断面大量的载流子复合。

一种切片太阳能电池光注入退火装置，包括退火腔以及设置于退火腔内的光源，还包括电池盒和规划路径，电池盒至少具有固定板、相对于固定板能活动拼搭的移动板，移动板与固定板共同构成不闭合空间；规划路径包括固定设置于退火腔的支撑平台的矩径以及能使得电池盒相对于矩径沿光源的排列方向移动的规径。利用该切片太阳能电池光注入退火装置，将经激光切割或无损切割处理后得到的切片太阳能电池主体，置于特殊氛围环境，在设定温度范围内，采用光注入退火方式对切片太阳能电池主体的切割表面进行处理。其中，切片太阳能电池主体至少包括晶硅基底、本征非晶硅层、掺杂非晶硅层、透明导电层和栅电极。

参考图1－图3所示，在电池盒61中，固定板包括两两垂直并具有共同交点的底板611、第一侧板612和第二侧板613，移动板包括与底板611的一侧边活动连接的第一移动板614、与第一移动板614相对底板611的一侧边连接的第二移动板615，第一移动板614与第一侧板612形状尺寸相同，第二移动板与底板611形状尺寸相同，底板611、第一侧板612、第二侧板613、第一移动板614和第二移动板615构成不闭合空间，切片太阳能电池通过与第二侧板613相对的窗口装载于不闭合空间内。第二移动板615远离第一移动板的一侧设置有卡扣616，通过卡扣616使得第二移动板与第二侧板613结合在一起。

也就是说，图2中的电池盒共有五个板面，其中三个板面是相互垂直和固定的，另一个侧板面与底板面虽然连接，但可以绕连接线相互转动，平行且远离连接线的边缘固定有卡扣，用来搭在两个移动板与固定板的拼搭界线上。

在图3的规划路径中，规径为设置于底板611的下表面的轨道72或凹槽71，轨道72或凹槽71的高度不大于底板611的厚度；相应的，矩径为设置于支撑平台上的凹槽71或轨道72，凹槽71或轨道72平行于光源81的排列方向。

为保证电池盒的稳定性，轨道或凹槽成对设置，且沿光源的排列方向至少平行、间隔设置两对。通过两对规划路径，从而将电池盒61稳定地固定在退火腔内。

优选的是，光源包括激光、卤素灯或LED灯。光源的光子的波长范围可以是白光、红外光、可见光及单色光(例如绿光或红光)，光强范围为20sun－100sun，优选光强范围为30sun－80sun。其中，白光是全波长，红外光的波长900nm左右，单色光为其他单个颜色的光。优选采用光注入退火效果较好的红光和白光。

光源81按组分别设置为第一光源811和第二光源812，通过控制第一光源811或第二光源812，可以选择特定的光源照射切片太阳能电池被切割的侧表面，实现切片太阳能电池的侧表面光注入。

图1中，该切片太阳能电池光注入退火装置包括上柜91和下柜92。上柜91设置置物台，置物台之上为切片太阳能电池光注入退火装置的主体，置物台之下为光源的电源和控制电路。上柜91用于放置电池盒，在上柜91的左侧和右侧分别镶嵌着不同的光源，比如卤素灯和LED，可以根据需要或针对电池盒的敞开侧打开左侧光源或右侧光源。其中，光源81与电池盒61的窗口之间的距离范围为3－100cm。

在实际操作时，可以在置物台的中间镶嵌平行于前后两条边的滑轨，电池盒的底板中间开设一条平行于前后两条边的凹槽，滑轨的尺寸与凹槽的尺寸相适配，将电池盒放置于置物台上时，将镂空的那一面朝向光源侧，电池盒沿置物台往返滑动时保持镂空面始终朝向光源侧。

该切片太阳能电池光注入退火装置还包括供气单元，供气单元包括与退火炉连通的多个进气管和排气管，例如：连接氮气充气/放气的管道、连接氧气充气/放气的管道，从而为退火炉设置不同状态、不同介质的气体氛围，实现更好的光注入退火。本实用新型在特殊氛围中通过光注入退火处理，使位错等缺陷滑移到表面，从而减少载流子的体复合，当氛围含有氧气或水蒸气时，可以在表面形成氧化膜，减小表面态密度，起到钝化作用。除了对激光切割侧表面的优化作用，光注入退火对电池本身质量的提高也有促进效果，如改善非晶硅/晶体硅界面非晶硅的钝化效果，提高非晶硅薄膜质量，改善切片异质结电池透明导电层薄膜质量。

容易理解的是，电池盒61的底面的尺寸大于待光注入退火电池的尺寸。优选的是，电池盒61采用石墨材料或不锈钢形成。

例如，对长方形的切片太阳能电池，放置电池的电池盒61的形状为长方体，底面和顶面(即底板611和第二移动板615的面积)的尺寸大于等于切片太阳能电池的尺寸，右边的面为镂空的。光注入退火时，将堆叠整齐的50－500片切片太阳能电池装入电池盒中，被切割的侧表面设置为朝向镂空的一侧，例如右边，切片太阳能电池的其他侧边不应超过电池盒可以转动的侧表面与底面的连接线。光源采用单独的卤素灯，光注入退火时光源从右边照射切片太阳能电池，调节光源的功率，实现光注入退火，减小表面态密度，起到钝化作用。

在本实施例的切片太阳能电池光注入退火装置中，对且仅对切片太阳能电池的切割表面进行处理。采用光注入退火方式处理切割后的非晶硅/晶体硅异质结电池的侧表面，光注入退火的环境条件如下：

设置退火炉内的氛围为空气，或氮气(N₂)，或氧气(O₂)和氮气的混合气体，或氧气、氮气和纯水蒸汽的混合气体；

光源垂直于被切割的侧表面照射，照射方式可以连续性照射或者间歇性照射，连续性照射时间范围在20s－2min；间歇性照射总时间范围为20s－5min，间歇性单次照射时间范围为2ms－20s；

侧表面的温度范围为180℃－220℃；

对被切割的切割表面的时间范围为30s－600h。

光注入退火对切片太阳能电池的效果与时间、光强和温度都有关系。光注入退火对切片硅异质结太阳能电池的效果随时间、光强和温度的变化而变化，当光强和温度一定时，光注入退火效果随时间的延长先变好后趋于饱和不变；当时间和温度一定时，光注入退火效果随光强的增强先变好后趋于饱和不变；当时间和光强一定时，光注入退火效果随温度的升高先变好后趋于饱和不变。优选的，光注入退火对切片硅异质结太阳能电池的效果较好的时间、光强和温度分别为40s、80sun和120℃。

经测试，在一定的温度下使用某种波长范围的光子照射切割侧表面，可以钝化切割侧表面的缺陷，降低载流子的复合，提高电池的放电效率。将现有技术中因激光切片技术导致切割侧面出现损伤造成的0.3％的电池效率降低，修复为使得电池效率的仅降低0.15％左右，而切片太阳能电池组件的功率比同版型的组件可提升2W－3W，甚至更高。这是由于，采用光注入退火方式处理被切割的切片太阳能电池的侧表面后，由于光注入退火的原子和电子具有较高的能量，原子与原子、原子或原子核与电子、电子与电子会发生相对位移，从而减少被切割侧表面的缺陷，侧表面的硅原子与氧气反应生成氧化硅，钝化或部分钝化侧表面的缺陷和悬挂键，降低少数载流子的复合，保持切割后的电池效率或部分降低切割后的电池效率损失。

本实施例的切片太阳能电池光注入退火装置，其中的光注入退火方式与现有的常规太阳能电池用辐照退火炉的不同之处在于：常规辐照退火炉将电池片一片一片地水平放在退火炉链式结构上经过辐照退火炉进行光注入退火，而本实施例可以将一摞切片太阳能电池，例如切片太阳能电池放进一面镂空的电池盒里，再将电池盒放在退火炉内进行光注入退火，能够实现较佳的电池侧表面光注入退火效果，且极大地提高退火片均速率，从而实现高效、高质量对切片太阳能电池进行加热和辐照。

实施例2：

本实施例的切片太阳能电池光注入退火装置与实施例1的切片太阳能电池光注入退火装置在规划路径有所不同。

如图4所示，本实施例的切片太阳能电池光注入退火装置还包括盒支撑台62，规径为设置于盒支撑台62的下表面的轨道72或凹槽71；相应的，矩径为设置于支撑平台上的凹槽71或轨道72，凹槽71或轨道72平行于光源的排列方向。

其中，盒支撑台62包括底盘621以及与底盘垂直设置的支撑板622，底盘621设置于支撑平台上方，轨道72或凹槽71的高度不大于底盘621的厚度；支撑板622的高度不大于电池盒61的高度。如图5所示，电池盒61设置于底盘621上方并与支撑板622固定，从而将电池盒61固定在退火腔内。支撑板622与底盘621可以一体设置，或焊接连接固定在一起。

在使用时，将切片太阳能电池放进一面镂空的电池盒里，再将电池盒放在盒支撑台62上方进行固定，并通过规划路径调节电池盒在退火炉内的位置进行光注入退火，能够极大地提高退火片均速率，从而实现高效、高质量对切片太阳能电池进行加热和辐照。

需要理解的是，本实用新型中使用的术语仅仅处于描述特定实施例的目的，而非旨在限定本实用新型。具体实施方式是实施实用新型技术方案的具体实例。同时，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件或组件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、整件或组件的存在或附加。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种切片太阳能电池光注入退火装置，包括退火腔以及设置于所述退火腔内的光源，用于对切片太阳能电池的侧表面进行光注入退火，其特征在于，还包括电池盒和规划路径，所述电池盒至少具有固定板、相对于所述固定板能活动拼搭的移动板，所述移动板与所述固定板共同构成不闭合空间；所述规划路径包括固定设置于所述退火腔的支撑平台的矩径以及能使得所述电池盒相对于所述矩径沿所述光源的排列方向移动的规径。

2.根据权利要求1所述的切片太阳能电池光注入退火装置，其特征在于，所述固定板包括两两垂直并具有共同交点的底板、第一侧板和第二侧板，所述移动板包括与所述底板的一侧边活动连接的第一移动板、与所述第一移动板相对所述底板的一侧边连接的第二移动板，所述第一移动板与所述第一侧板形状尺寸相同，所述第二移动板与所述底板形状尺寸相同，所述底板、所述第一侧板、所述第二侧板、所述第一移动板和所述第二移动板构成所述不闭合空间，所述切片太阳能电池通过与所述第二侧板相对的窗口装载于所述不闭合空间内。

3.根据权利要求2所述的切片太阳能电池光注入退火装置，其特征在于，所述规径为设置于所述底板的下表面的轨道或凹槽，所述轨道或所述凹槽的高度不大于所述底板的厚度；相应的，所述矩径为设置于所述支撑平台上的凹槽或轨道，所述凹槽或所述轨道平行于所述光源的排列方向。

4.根据权利要求3所述的切片太阳能电池光注入退火装置，其特征在于，所述轨道或所述凹槽成对设置，且沿所述光源的排列方向至少平行、间隔设置两对。

5.根据权利要求1所述的切片太阳能电池光注入退火装置，其特征在于，还包括盒支撑台，所述规径为设置于所述盒支撑台的下表面的轨道或凹槽；相应的，所述矩径为设置于所述支撑平台上的凹槽或轨道，所述凹槽或所述轨道平行于所述光源的排列方向。

6.根据权利要求5所述的切片太阳能电池光注入退火装置，其特征在于，所述盒支撑台包括底盘以及与所述底盘垂直设置的支撑板，所述底盘设置于所述支撑平台上方，所述轨道或所述凹槽的高度不大于所述底盘的厚度；所述支撑板的高度不大于所述电池盒的高度，所述电池盒设置于所述底盘上方并与所述支撑板固定。

7.根据权利要求2所述的切片太阳能电池光注入退火装置，其特征在于，所述光源包括激光、卤素灯或LED灯；所述光源与所述电池盒的所述窗口之间的距离范围为3cm－100cm。

8.根据权利要求1－7任一项所述的切片太阳能电池光注入退火装置，其特征在于，还包括供气单元和退火炉，所述供气单元包括与所述退火炉连通的多个进气管和排气管，用于为所述退火炉设置不同状态、不同介质的气体氛围。

9.根据权利要求1－7任一项所述的切片太阳能电池光注入退火装置，其特征在于，所述电池盒的底面的尺寸大于所述切片太阳能电池的尺寸。

10.根据权利要求1－7任一项所述的切片太阳能电池光注入退火装置，其特征在于，所述电池盒采用石墨材料或不锈钢形成。

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