一种太阳能电池切割方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池切割领域，尤其涉及一种太阳能电池切割方法。

背景技术

随着HJT、Topcon等钝化接触高效电池逐渐量产，加之半片和多分片技术已成为组件端的标配，且随着太阳电池转换效率越来越高，其切割效率损失越来越大，降低高效电池切割效率损失已经成为关注点。

目前太阳电池普遍采用激光一次或多次烧蚀配合机械掰片技术，或者激光加工诱导槽后冷热应力直接裂片(无损划片)技术等方式进行切割分片。一次或者多次激光烧蚀的处理方式，会导致电池表面出现一定面积的热影响区，且表面切割损伤层达到40～45％(相对深度)；而对于激光加工诱导槽后冷热应力裂片处理方式可以在一定程度上解决上述问题，但是对于HJT类温度敏感电池而言，其200℃左右的热裂温度，对于电池电性能损伤仍造成一定负面影响。

发明内容

本发明主要目的在于：提供一种太阳能电池切割方法，能够降低现有技术切割导致的边缘损伤和效率损失。

本发明所采用的技术方案是：一种太阳能电池切割方法，电池包括表面钝化层和晶硅层；本方法包括：第一激光进行激光消融电池的表面钝化层，形成开槽；紧接着，第二激光在开槽中进行晶硅层切割。

按上述方法，所述的电池为N型太阳能电池或P型太阳能电池。

按上述方法，所述的切割为激光划线加掰片方式，或激光加工诱导槽后冷热应力裂片方式。

按上述方法，所述开槽的深度不小于表面钝化层的厚度。

按上述方法，所述的第一激光的波长范围为266-1064nm，激光脉宽为飞秒、皮秒或纳秒；所述的第二激光的波长范围为266-1064nm，激光脉宽为皮秒、纳秒或准连续、连续。

按上述方法，切割为激光划线加掰片方式时，所述第二激光划线的线宽小于开槽的宽度；切割为激光加工诱导槽后冷热应力裂片方式时，所述诱导槽的宽度小于开槽的宽度。

按上述方法，所述的第一激光形成的开槽，深度为60-75nm，宽度为30-100μm；

切割为激光划线加掰片方式时，第二激光划线的线宽为20～90μm；

切割为激光加工诱导槽后冷热应力裂片方式时，第二激光划线使得首尾诱导槽切割宽度为20-50μm，诱导槽长度为1-3mm。

按上述方法，所述的第一激光能量密度为0.05-0.4j/cm

按上述方法，切割为激光划线加掰片方式时，诱导激光器的能量密度为70-250j/cm

按上述方法，所述的第一激光形成的开槽，深度为60-100nm，宽度为30-100μm；

切割为激光划线加掰片方式时，第二激光能量密度为0.1-1j/cm

本发明产生的有益效果是：

1、先采用第一激光对电池表面钝化层进行消融处理，得到开槽，然后再在开槽区中进行激光切割操作，该切割操作可以是激光划线加掰片方式，或激光加工诱导槽后冷热应力裂片(无损切割)方式；采用本发明的切割方法，能够降低在钝化层切割过程中对硅本体表面损伤和热损失，进而降低效率损失。

2、激光光路可采用分离式，即两个激光分设在两个工位加工；也可采用直线式光路，即两个激光一前一后，设置在同一个工位上方，光路更为紧凑。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是分离式光路的结构示意图；

图2是直线式光路的结构示意图；

图3为本发明一实施例的切割流程图。

图4为本发明实施例1与现有技术的切割效果对比图，其中(a)为本发明实施例1的切割效果，(b)为现有技术的切割效果。

图中：1-第一激光，2-第二激光，3-电池片承载装置，4-第一激光加工装置，5-第二激光加工装置，6-电池，6-1-表面钝化层，6-2-晶硅层，7-开槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种太阳能电池切割方法，所述的电池6包括表面钝化层6-1和晶硅层6-2；如图3所示，本方法包括：

S1、第一激光进行激光消融电池的表面钝化层6-1，形成开槽7。

所述的电池为N型太阳能电池或P型太阳能电池。具体的，对于PERC或IBC等电池来说，所述的表面钝化层6-1为电池背面的单层或叠层钝化层，例如SiNx、AlOx、SiOx。而对于HJT或HBC等电池来说，所述的表面钝化层为电池背面的TCO层、非晶硅或微晶硅层等组合层。所述的组合层可以是以下形式：

组合1：本征非晶硅层/掺杂非晶硅层/TCO；

组合2：本征非晶硅层/第一掺杂非晶硅层/第二掺杂非晶硅层/TCO；

组合3：本征非晶硅层/第一掺杂非晶硅层/第二掺杂非晶硅层/第一TCO/第二TCO；

其中掺杂非晶硅层根据掺杂浓度不同，理论上可设置N层；TCO层根据折射率需求亦可设置N层。

优选的，第一激光的波长范围为266-1064nm，激光脉宽为飞秒、皮秒或纳秒。第一激光消融的方式可以是单次激光扫描消融去膜或多次往复激光扫描消融去膜；消融线宽及开槽宽度在30-100μm。第一激光通过振镜扫描或者聚焦镜切割方式，去除表面钝化层的同时，最大限度降低对衬底的损伤。

S2、紧接着，第二激光在开槽7区中进行晶硅层6-2(即硅衬底)切割。

优选的，第二激光的波长范围为266-1064nm，激光脉宽为皮秒、纳秒或准连续、连续。

所述的切割不限于激光划线加掰片方式，或激光加工诱导槽后冷热应力裂片方式；激光划线时，可以单次划线切割，也可多次往复划线切割。所述的第二激光划线的位置处于所述的开槽的线宽正中间。同样的，激光加工诱导槽后冷热应力裂片时，诱导槽和热应力激光的位置也为所述的开槽的线宽的正中间。

进一步的，若为激光划线加掰片方式，第二激光划线的线宽为20～90μm。

进一步的，若为激光开槽后冷热应力裂片方式，其中首尾诱导槽切割宽度为20-50μm，诱导槽长度为1-3mm。

本发明还提供一种用于完成所述的高效电池切割方法的设备，本设备包括：电池片承载装置，用于承载电池；第一激光加工装置，用于输出第一激光，并进行激光消融电池的表面钝化层，形成开槽；第二激光加工装置，用于输出第二激光，并在开槽区中进行晶硅层切割。

本实施例中，第一激光加工装置和第二激光加工装置均为现有技术的激光加工模组，至少包括激光发生装置和激光聚焦装置，还可以包括反射镜、扩束镜等优化光路的装置。

本申请中，当切割采用激光开槽后冷热应力切割即无损切割时，所述的第二激光加工装置包括诱导槽激光加工装置和热应力激光加工装置。具体的，可以为专利CN202011347323.X设置的激光加工装置。

第一激光加工装置和第二激光加工装置的布局可以为图1所示的分离式布局，所述的电池片承载装置3上至少设有2个工位3-1；所述的第一激光加工装置和第二激光加工装置分设在两个工位的上方。其中第一激光1用作无损伤消融去除高效太阳能电池表面镀膜层，即减反射钝化层，形成开槽7。激光波长为266-1064nm不限，优选的为266-532nm，脉宽为fs、ps。第二激光2主要用作晶硅层6-2即硅衬底材料切割；方式1：激光划线切割，激光波长为266-1064nm不限，脉宽为ps、ns，切割深度可根据工艺效果调整(0-100％)，然后机械掰片；方式2：采用激光加工诱导槽后冷热应力切割即为无损切割。

所述的电池片承载装置可以为转盘式加工台(转台)，所述的工位沿周向设置在转盘式加工台上。第一激光加工模组和第二激光加工模组设置在不同的台面上方(第一加工工位和第二加工工位)。当然，第一激光加工模组和第二激光加工模组也可同时设置在同一台面上方(加工工位)，在同一工位进行第一步和第二步的操作。转台的工作方式及上下料方式为现有技术，此处不再赘述，不同台面在不同的工位旋转，并进行相应的加工。

第一激光加工装置和第二激光加工装置的布局也可以为图2所示的直线式光路，所述的电池片承载装置上至少设有1个工位；所述的第一激光加工装置4和第二激光加工装置5采用直线式光路，沿加工路径一前一后设置，并位于同一工位的上方，对电池6加工。直线式布局的优势在于光路更为紧凑；其中第一激光用作钝化层消融，无损伤去除表层钝化膜，形成开槽7；第二激光跟随在其后，进行晶硅层6-2即衬底材料切割，方式1：激光划线切割，激光波长为266-1064nm不限，脉宽为ps、ns，切割深度可根据工艺效果调整(0-100％)，然后机械掰片；方式2：采用激光加工诱导槽后冷热应力切割即为无损切割。

所述的电池片承载装置也可以为直线送料装置，例如传送带、交互式台面等。所述的工位沿送料方向设置在直线送料装置上。同样的，第一激光加工模组和第二激光加工模组设置在不同的台面上方(第一加工工位和第二加工工位)，在不同的工位进行不同的加工操作；或者第一激光加工模组和第二激光加工模组同时设置在同一台面上方(加工工位)，在同一工位进行第一步和第二步的操作。

以下是以HJT电池和PERC电池为例，优选的实施例。

具体实例

实施例1：

对HJT电池进行切割

首先采用紫外激光器对表面钝化层进行消融处理，消融深度为60-75nm，宽度为30-100μm。

其中，上述深度为介质层的厚度，上述消融深度为目前HJT的介质层的厚度，当介质层厚度改变时，消融深度相应改变即可。

优选的，上述激光器为紫外皮秒激光器，优选为10ps，能量密度为0.05-0.4j/cm

然后，用绿光或者红外激光器进行激光划线切割，具体的，对硅衬底进行多次扫描划线切割，其中切割深度为硅衬底总厚度的40-50％，小于前述消融宽度，且宽度为20-90μm，然后再进行机械掰片。

优选的，上述能量密度为10-30j/cm

或者另外优选的，上述能量密度为70-250j/cm

实施例2：

消融激光与硅衬底切割激光前后设置排列，两者置于同一工位。

实施例3：

对HJT电池进行切割

本实施例与实施例1类似，区别在于硅衬底切割的方法为无损方式。

首先采用紫外激光器对表面钝化层进行消融处理，消融深度为60-75nm，宽度为30-100μm。

其中，上述深度为介质层的厚度，上述消融深度为目前HJT的介质层的厚度，当介质层厚度改变时，消融深度相应改变即可。

优选的，上述激光器为紫外皮秒激光器，优选为10ps，能量密度为0.05-0.4j/cm

然后，再用无损切割的方式进行切割，分别采用诱导激光器在硅衬底上切割首尾诱导槽，其中首尾诱导槽切割宽度为20-50μm，切割长度为1-3mm，然后再用裂片激光器沿首尾切割槽方向从前到后扫描，完成裂片。

优选的，诱导激光器的能量密度为70-250j/cm

实施例4

对PERC电池进行切割

与实施例1类似，区别在于第一次切割使用激光参数和消融深度差异。

首先采用紫外激光器对表面钝化层进行消融处理，消融深度为60-100nm，宽度为30-100μm。

其中，上述深度为介质层的厚度，上述消融深度为目前PERC电池的介质层的厚度，当介质层厚度改变时，消融深度相应改变即可。

优选的，上述激光器为紫外皮秒激光器，优选为10ps，能量密度为0.1-1j/cm

对比例1

其他和实施例1相同，区别在于不实施步骤一。

如图4所示，SEM下看，实施例1的效果如图4(a)，表面金字塔几乎无损伤；对比例1的效果如图4(b)，损伤明显。

电性能对比表

从电性能对比看，本申请的分步切割在一定程度上降低了太阳电池的效率损失。

对于高效太阳电池，尤其是HJT、IBC、HBC、Topcon等，切割过程中涉及钝化层、硅本体两部分，普通切割为单一激光多次扫描切割，经过申请人的研发发现，通过两步切割的方案，并针对钝化层采用合适的激光参数，在一定程度上可以降低在钝化层切割过程中对硅本体表面损伤和热损失，进而降低效率损失。

对于其他类的高效太阳能电池，例如PERC电池，消融去除背面AlOx/SiNx钝化层，亦有降低效率损伤程度效果。

综上，与目前行业中普遍应用的单激光头一次或多次切割相比较，本发明针对不同叠层钝化介质层各自特点，匹配合适的激光波长、脉宽、激光能量等工艺参数，最大限度降低激光对各个介质层的损伤，进而降低激光整体切割过程中对样品造成的电性能损伤。

例如：HJT电池，其切割层分别为TCO层、非晶硅层、硅本体三层；Topcon电池，其切割层分别为SiNx层、非晶硅层、硅本体三层；PERC电池：其切割层分别为SiNx层、AlOx层、硅本体三层。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。