背接觸太陽能電池的切割工藝的製作方法

2023-09-21 22:22:50 1

專利名稱：背接觸太陽能電池的切割工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及聚光太陽能電池組件的製備，尤其是一種背接觸太陽能電池的切割工藝。
背景技術：
聚光太陽能又稱為聚光光伏，英文叫做Concentrated Photo Voltaics，簡稱CPV， 其通過聚光透鏡將一定面積上的光會聚在一個狹小的區域，也即形成焦斑，太陽能電池單元的大小僅需焦斑面積的大小；在同等條件下，聚光透鏡的倍率越高，所需太陽能電池面積越小，因此大幅減少了太陽能電池的用量，能有效降低光伏發電的成本。目前，一個完整的聚光光伏發電系統主要包括聚光太陽能電池組件、跟蹤器、電能存儲或逆變設備等幾部分。其中，聚光太陽能電池組件作為光電轉換部件，是由陣列的聚光透鏡和陣列有多片太陽能電池晶片的電路板封裝而成的一個箱型結構，電路板上的各太陽能電池晶片的接收面分別與對應的聚光透鏡投射形成焦斑相對，通過各個太陽能電池晶片產生電流，這些電流通過電路板上的線路輸出。傳統的聚光太陽能電池組件中所採用的太陽能電池晶片均為常規的太陽能電池。 常規的太陽能電池的N型摻雜層和P型摻雜層在斷面上呈上下分布，相應的電池的正極和負極分別位於電池正面和背面，因此在將其封裝於電路板上時，需要以塗錫帶的方式從一塊太陽能電池晶片的正面焊接到另一塊太陽能電池晶片的背面，操作難度較大，必須手工操作，生產效率不高。為了克服上述問題，開發了採用背接觸太陽能電池並採用SMT貼片封裝的方式生產聚光太陽能電池組件的電路板的工藝。所謂的背接觸太陽能電池，即電池的正負極均位於電池背面的太陽能電池。具體的說，背接觸太陽能電池，在斷面上由正面至背面依次為 減反射層、表面鈍化層、第一功能層、第二功能層、背面鈍化層，第一功能層為N型摻雜層或 P型摻雜層，第二功能層由呈條狀並間隔排列的N+型摻雜區域和P+型摻雜區域構成，電池正極同P+型摻雜區域相連、負極同N+型摻雜區域相連，條狀的正極和負極間隔設置在電池背面且通常設置為梳妝電極。背接觸太陽能電池的代表產品有美國Simpower公司的背面點接觸太陽能電池A-300。通過背接觸太陽能電池的採用，克服了常規的太陽能電池正負極分別位於正面和背面的問題；在生產聚光太陽能電池組件的電路板時，首先將大塊的背接觸太陽能電池切割成與焦斑大小相適應的電池晶片，然後通過自動或人工的方法將電池晶片組裝到SMT編帶上，最後通過SMT機將電池晶片自動化的封裝在電路板上，生產效率極高。所謂SMT即表面貼裝技術的簡稱，為電路板印製領域的公知技術。但背接觸太陽能電池採用集成電路的生產工藝製成，基材為矽且厚度極薄，因此易碎、易折斷。在採用雷射切割時，由於熱效應容易導致電池晶片失效，因此，目前通常採用金剛石輪切割。金剛石輪切割，衝擊大，容易形成邊崩、角崩，進而導致電池晶片成為殘次品，且電池晶片尺寸越小，對電池晶片邊緣崩裂的敏感性越高，甚至可能直接導致電池晶片報廢。同時，為了降低成本，隨著製備工藝的進步，背接觸太陽能電池的厚度也由原來的300微米左右減小至目前的150微米左右，而隨著厚度的減小，對邊緣崩裂的敏感性相應增加。為了進一步控制成本，提高背接觸太陽能電池的利用率，現有的切割工藝通常沿 N+型摻雜區域和P+型摻雜區域的連接處切割。但現有切割工藝存在的主要問題如下首先，由於摻雜區域位於電池內部，外部無法觀察，因此只能間接定位，通常需要藉助在製備背接觸太陽能電池時在其表面形成的定位標記進行定位，然後移刀至切割位置，位置參數需多次換算，且誤差大、對刀精度差，容易由於切割定位不準而導致電池晶片成為殘次品；其次，當電池晶片上的正負極成對出現時，需要辨認電池晶片兩側的正負極，而當電池晶片兩側的電極極性相同時，會出現兩側電極同為正極和同為負極兩種電池晶片，需要辨認兩種電電池晶片，在辨認電池晶片正極和負極及轉換放置方向的過程中，極易導致電池晶片崩裂而成為殘次品；其三，為了避免帶電檢測電池晶片的正極和負極，通常需要採用正負極線寬差距較大的背接觸太陽能電池並配合顯微鏡操作，限制了背接觸太陽能電池的來源，限制了高集成度、小線寬背接觸太陽能電池的採用，不利於成本的降低，且由於視覺疲勞等原因無法完全避免電池晶片放置方向的錯誤，需要避免電池晶片上的正負極過多。為了克服上述的問題，現有的採用背接觸太陽能電池和SMT貼片封裝方式生產的聚光太陽能電池組件，其電池晶片傾向於設置為條狀。條狀的電池晶片，電極也呈條狀，因此即使部分邊緣存在崩裂也不會導致整片的報廢，能有效控制不良品率；條狀的電池晶片，能夠減小電池晶片的數量，進而減少辨認操作、減少SMT貼片數量。如申請號為 200710125745.0、發明名稱為一種太陽能電池板及其製作方法的發明專利，就要求每一個太陽能晶片為切割成長度是30 40mm或40 50mm的太陽能小晶片。但條狀的電池晶片，無法避免電極極性辨認操作，只能減少辨認操作，且長寬比越大、厚度越薄，越易折斷；相對應的，電路板上對應各電極均需設置多個焊盤，以克服崩裂導致的部分失效，但不利於SMT貼片封裝；條狀電池晶片，長寬比大，在SMT工序進行焊接前易滑動，需要首先通過膠粘方式實施臨時固定，同樣不利於SMT貼片封裝；無法克服對刀精度差的問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種對刀方便、精度高，且切割形成的電池晶片無需辨認電極極性，進而能夠避免對電池晶片大小、正負極數量和背接觸太陽能電池的來源造成限制的背接觸太陽能電池的切割工藝。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是背接觸太陽能電池的切割工藝，步驟如下A、將大塊的背接觸太陽能電池通過夾具固定在切割裝置的機臺上，背接觸太陽能電池的背面向上；B、以平行於背接觸太陽能電池電極延伸方向的方向為橫向，以垂直於背接觸太陽能電池電極延伸方向的方向為縱向；通過切割裝置沿縱向和橫向將大塊的背接觸太陽能電池切割成方形或矩形小塊的電池晶片；且在橫向切割時，各切割位置均位於電極處並全部或部分切除各對應電極；切割形成的各電池晶片的正負極之和為奇數，各電池晶片最外側的兩電極均為正極或均為負極；C、將切割形成的電池晶片轉移至晶片託盤上，所述晶片託盤上陣列有與電池晶片大小相適應的用於放置電池晶片的凹槽或插槽。進一步的，在所述步驟B中，橫向切割的各切割位置的切除部分的寬度小於切割位置對應電極所對應的摻雜區域的寬度；且切割位置對應電極所對應的摻雜區域的中部對應切除部分、中部兩側的部分分別殘留於兩側的電池晶片邊緣。作為一種最簡單的方案，在所述步驟B中，在橫向切割的各切割位置均切一刀，切割位置的對應電極部分切除，且對應電極的中部對應切除部分、中部兩側的部分分別殘留於兩側的電池晶片邊緣。作為一種優選的方案，在所述步驟B中，在橫向切割的各切割位置均切兩刀，且兩刀的下刀位置分別對應切割位置對應電極的寬度兩側邊緣，切割位置對應電極全部切除。且最好的，在所述步驟B中，首先沿縱向切割，然後沿橫向切割。作為一種優選，所述步驟B切割形成的電池晶片呈正方形，各電池晶片的正負極之和為三或五。本發明的有益效果是背面向上，切割位置均位於電極處，能以電極對刀，能隨時校正切割位置，因此對刀方便、精度高。各電池晶片最外側的兩電極均為正極或均為負極， 因此切割形成的電池晶片無需辨認電極極性，因此避免了對電池晶片大小、正負極數量和背接觸太陽能電池的來源的限制，能極大的提高了組裝SMT編帶的效率。雖然相對於現有切割工藝，浪費了切割位置對應電極的區域，且電池晶片越小、切除部分越多則浪費越大，似乎增加了生產成本。但實際上，由於在電極處進行切割，能極大的降低切割導致的崩裂對實際使用區域的影響，能有效提高切割工序的良品率；由於無需辨認電極極性，因此在之後的工序中對電池晶片的操作顯著減少，SMT編帶組裝效率的提高，崩裂風險降低，因此能有效提高切割工序之後的工序的良品率，因此總的良品率高，實際的背接觸太陽能電池利用率高。且由於避免了對電池晶片大小的限制，電路板設計靈活性增大，焊盤設置數量減少，能有降低電路板成本。因此總體成本控制優於現有工藝。


圖1是背接觸太陽能電池的斷面示意圖；圖2是本發明切割工藝的切割位置示意圖。
具體實施例方式本發明的背接觸太陽能電池的切割工藝，步驟如下A、將大塊的背接觸太陽能電池10通過夾具固定在切割裝置的機臺上，背接觸太陽能電池10的背面向上；B、以平行於背接觸太陽能電池10電極11延伸方向的方向為橫向，以垂直於背接觸太陽能電池10電極 11延伸方向的方向為縱向；通過切割裝置沿縱向和橫向將大塊的背接觸太陽能電池10切割成方形或矩形小塊的電池晶片；且在橫向切割時，各切割位置均位於電極11處並全部或部分切除各對應電極11 ；切割形成的各電池晶片的正負極之和為奇數，各電池晶片最外側的兩電極均為正極或均為負極；C、將切割形成的電池晶片轉移至晶片託盤上，所述晶片託盤上陣列有與電池晶片大小相適應的用於放置電池晶片的凹槽或插槽。上述的切割裝置可以採用金剛石輪切割機、集成電路切割用線切割機等各類用於集成電路切割的切割裝置。為了進一步降低切割導致的崩裂對實際使用區域的影響，在所述步驟B中，橫向切割的各切割位置的切除部分的寬度小於切割位置對應電極11所對應的摻雜區域的寬度；且切割位置對應電極所對應的摻雜區域的中部對應切除部分、中部兩側的部分分別殘留於兩側的電池晶片邊緣。通過殘留於電池晶片邊緣的摻雜區域形成緩衝區域，起到保護作用，能有效降低電池晶片對邊緣部位崩裂的敏感性；且在步驟C中，電池晶片能通過緩衝區域實現固定放置，能在SMT編帶組裝時通過緩衝區域實現取放，能在之後的清洗等工序中極大的方便對電池晶片操作，因此能進一步提供良品率。作為一種最簡單的方案，在所述步驟B中，在橫向切割的各切割位置均切一刀，切割位置的對應電極11部分切除，且對應電極11的中部對應切除部分、中部兩側的部分分別殘留於兩側的電池晶片邊緣，且通過電極金屬的緩衝，能有效降低衝擊，避免邊崩、角崩的形成。但由於電極金屬和基材物性的不同，在切割、SMT編帶組裝及生產使用過程中，容易由於殘留電極金屬的變形、部分脫落而導致電池晶片邊緣的破損，進而在之後的過程中引起電池晶片邊緣的崩裂。因此，最好的，在所述步驟B中，在橫向切割的各切割位置均切兩刀，且兩刀的下刀位置分別對應切割位置對應電極11的寬度兩側邊緣，切割位置對應電極 11全部切除；該方法，雖然增加的實際的切割次數，但通過採用如多片金剛石輪同時切割等工藝，對成本影響小，但能夠在利用電極11金屬緩衝作用的同時避免殘留電極11金屬的影響。由於電極線寬小於對應摻雜區域的寬度，因此上述兩個方案均能滿足由殘留摻雜區域形成緩衝區域的要求。在步驟B中，先切割形成的縫隙兩側物料無支撐，之後切割至此處交匯時，容易由於受力條件的變化造成衝擊、金剛石輪的振動等而導致崩裂，而崩裂的碎片會進一步導致金剛石輪的振動，進而加劇崩裂的程度。因此，進一步的，在所述步驟B中，首先沿縱向切害IJ，然後沿橫向切割，在沿橫向切割時，當與縱向切割形成的縫隙交匯時，由於切割的衝擊力主要沿平行於電極11延伸方向的方向傳遞，避免崩裂的縱向傳遞，能有效降低切割導致的崩裂對實際使用區域的影響，尤其是在與上述由殘留摻雜區域形成的緩衝區域相配合的情況下，幾乎能完全避免切割導致的崩裂對實際使用區域的影響。而能夠降低甚至避免切割導致的崩裂對實際使用區域的影響，也能降低甚至避免切割工序之後的工序導致的崩裂對實際使用區域的影響，進而極大的提高利用率，顯著降低成本。採用本發明的切割工藝，除了能切割現有的長度方向平行於電極延伸方向的矩形條狀電池晶片外，由於對電極數量無限制，還能切割長度方向垂直於電極延伸方向的矩形條狀電池晶片；由於降低了切割工序及其之後工序導致的崩裂對實際使用區域的影響，且無需辨認電極極性，因此還能切割小尺寸電池晶片。為了進一步優化總體的成本控制，減少單位面積的太陽能電池用量，降低光伏發電的成本，所述步驟B切割形成的電池晶片呈正方形，各電池晶片的正負極之和為三或五。 當每一電池晶片含三條電極11，電池晶片的寬度在3mm左右；當每一電池晶片含五條電極 11，電池晶片的寬度在5mm左右，電池晶片的尺寸小。由於尺寸小，因此能夠在步驟C中及之後的SMT編帶組裝等對電池晶片的操作中，採用真空吸筆進行取放電池晶片，避免鑷子的採用，能進一步避免崩裂的產生，進一步提高電池晶片的良品率。同時，小尺寸的電池晶片極大的方便了 SMT工藝的實施，能有效提高SMT貼片封裝的效率，降低成本。其三，電池晶片的尺寸小，能方便以該電池晶片作為基本的電路設計單元，通過電池晶片尺寸的統一， 方便步驟C晶片託盤的統一設計，有效降低採用晶片託盤的成本；而晶片託盤的大量採用， 在清洗、翻面時能以晶片託盤為單位進行整體的操作，避免分別對各電池晶片進行操作，能進一步避免崩裂的產生。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。在如圖所示的實例中，如圖1所示，背接觸太陽能電池10的第一功能層間為N型摻雜層12，第二功能層由呈條狀並間隔排列的N+型摻雜區域14和P+型摻雜區域13構成； 電池正極Ila同P+型摻雜區域13相連、負極lib同N+型摻雜區域14相連；如圖2所示，正極11a、負極lib線寬均為1mm，正極Ila和負極lib的中心線間距為2mm，為表示方便，在圖 2中僅示出四分之一片背接觸太陽能電池10。切割裝置採用金剛石輪切割機，刀寬為80微米。具體切割步驟如下A、將大塊的背接觸太陽能電池10通過夾具固定在切割裝置的機臺上，背接觸太陽能電池10的背面向上；B、以平行於背接觸太陽能電池10電極11延伸方向的方向為橫向，以垂直於背接觸太陽能電池10電極11延伸方向的方向為縱向；通過切割裝置沿縱向和橫向將大塊的背接觸太陽能電池10切割成正方形的小塊電池晶片；且在橫向切割時，各切割位置均切兩刀，且兩刀的下刀位置分別對應切割位置對應電極11的寬度兩側邊緣，切割位置對應電極 11全部切除；縱向切割和橫向切割的各下刀位置的對刀線如圖2中的雙點劃線所示；切割形成的各電池晶片的正負極之和為五，各電池晶片最外側的兩電極均為正極Ila ；C、將切割形成的電池晶片轉移至晶片託盤上，所述晶片託盤上陣列有與電池晶片大小相適應的用於放置電池晶片的插槽，插槽沿縱向布置，各電池晶片通過緩衝區域與插槽接觸，各電池晶片間隔放置，能方便之後的清洗以及抽取。
權利要求
1.背接觸太陽能電池的切割工藝，步驟如下A、將大塊的背接觸太陽能電池(10)通過夾具固定在切割裝置的機臺上，背接觸太陽能電池(10)的背面向上；B、以平行於背接觸太陽能電池(10)電極(11)延伸方向的方向為橫向，以垂直於背接觸太陽能電池(10)電極(11)延伸方向的方向為縱向；通過切割裝置沿縱向和橫向將大塊的背接觸太陽能電池(10)切割成方形或矩形小塊的電池晶片；且在橫向切割時，各切割位置均位於電極(11)處並全部或部分切除各對應電極(11)，切割形成的各電池晶片的正負極之和為奇數，各電池晶片最外側的兩電極均為正極或均為負極；C、將切割形成的電池晶片轉移至晶片託盤上，所述晶片託盤上陣列有與電池晶片大小相適應的用於放置電池晶片的凹槽或插槽。
2.如權利要求1所述的背接觸太陽能電池的切割工藝，其特徵在於在所述步驟B中， 橫向切割的各切割位置的切除部分的寬度小於切割位置對應電極(11)所對應的摻雜區域的寬度；且切割位置對應電極所對應的摻雜區域的中部對應切除部分、中部兩側的部分分別殘留於兩側的電池晶片邊緣。
3.如權利要求2所述的背接觸太陽能電池的切割工藝，其特徵在於在所述步驟B中， 在橫向切割的各切割位置均切一刀，切割位置的對應電極(11)部分切除，且對應電極(11) 的中部對應切除部分、中部兩側的部分分別殘留於兩側的電池晶片邊緣。
4.如權利要求2所述的背接觸太陽能電池的切割工藝，其特徵在於在所述步驟B中， 在橫向切割的各切割位置均切兩刀，且兩刀的下刀位置分別對應切割位置對應電極(11) 的寬度兩側邊緣，切割位置對應電極(11)全部切除。
5.如權利要求1、2、3或4所述的背接觸太陽能電池的切割工藝，其特徵在於在所述步驟B中，首先沿縱向切割，然後沿橫向切割。
6.如權利要求1所述的背接觸太陽能電池的切割工藝，其特徵在於所述步驟B切割形成的電池晶片呈正方形，各電池晶片的正負極之和為三或五。
全文摘要
本發明涉及聚光太陽能電池組件的製備，提供了一種背接觸太陽能電池的切割工藝，步驟如下首先將背接觸太陽能電池背面向上固定在機臺上；然後，通過切割裝置將背接觸太陽能電池切割成電池晶片；且在橫向切割時，全部或部分切除各對應電極，切割形成的各電池晶片的正負極之和為奇數，各電池晶片最外側的兩電極均為正極或均為負極；最後，將切割形成的電池晶片轉移至晶片託盤上。以電極對刀，對刀方便、精度高；電池晶片最外側兩電極同極，無需辨認操作，避免了對電池晶片大小、正負極數量和原料來源的限制，SMT編帶組裝效率高。雖然浪費了部分，但能有效提高總的良品率，總體成本控制優於現有工藝。
文檔編號H01L31/18GK102544210SQ201110455429
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者黃忠 申請人:四川鍾順太陽能開發有限公司