[发明专利]背接触太阳能电池的切割工艺

说明书

技术领域

本发明涉及聚光太阳能电池组件的制备，尤其是一种背接触太阳能电池的切割工艺。

背景技术

聚光太阳能又称为聚光光伏，英文叫做Concentrated Photo Voltaics，简称CPV，其通过聚光透镜将一定面积上的光会聚在一个狭小的区域，也即形成焦斑，太阳能电池单元的大小仅需焦斑面积的大小；在同等条件下，聚光透镜的倍率越高，所需太阳能电池面积越小，因此大幅减少了太阳能电池的用量，能有效降低光伏发电的成本。

目前，一个完整的聚光光伏发电系统主要包括聚光太阳能电池组件、跟踪器、电能存储或逆变设备等几部分。其中，聚光太阳能电池组件作为光电转换部件，是由阵列的聚光透镜和阵列有多片太阳能电池晶片的电路板封装而成的一个箱型结构，电路板上的各太阳能电池晶片的接收面分别与对应的聚光透镜投射形成焦斑相对，通过各个太阳能电池晶片产生电流，这些电流通过电路板上的线路输出。

传统的聚光太阳能电池组件中所采用的太阳能电池晶片均为常规的太阳能电池。常规的太阳能电池的N型掺杂层和P型掺杂层在断面上呈上下分布，相应的电池的正极和负极分别位于电池正面和背面，因此在将其封装于电路板上时，需要以涂锡带的方式从一块太阳能电池晶片的正面焊接到另一块太阳能电池晶片的背面，操作难度较大，必须手工操作，生产效率不高。

为了克服上述问题，开发了采用背接触太阳能电池并采用SMT贴片封装的方式生产聚光太阳能电池组件的电路板的工艺。所谓的背接触太阳能电池，即电池的正负极均位于电池背面的太阳能电池。具体的说，背接触太阳能电池，在断面上由正面至背面依次为：减反射层、表面钝化层、第一功能层、第二功能层、背面钝化层，第一功能层为N型掺杂层或P型掺杂层，第二功能层由呈条状并间隔排列的N⁺型掺杂区域和P⁺型掺杂区域构成，电池正极同P⁺型掺杂区域相连、负极同N⁺型掺杂区域相连，条状的正极和负极间隔设置在电池背面且通常设置为梳妆电极。背接触太阳能电池的代表产品有美国Sunpower公司的背面点接触太阳能电池A-300。通过背接触太阳能电池的采用，克服了常规的太阳能电池正负极分别位于正面和背面的问题；在生产聚光太阳能电池组件的电路板时，首先将大块的背接触太阳能电池切割成与焦斑大小相适应的电池晶片，然后通过自动或人工的方法将电池晶片组装到SMT编带上，最后通过SMT机将电池晶片自动化的封装在电路板上，生产效率极高。所谓SMT即表面贴装技术的简称，为电路板印制领域的公知技术。

但背接触太阳能电池采用集成电路的生产工艺制成，基材为硅且厚度极薄，因此易碎、易折断。在采用激光切割时，由于热效应容易导致电池晶片失效，因此，目前通常采用金刚石轮切割。金刚石轮切割，冲击大，容易形成边崩、角崩，进而导致电池晶片成为残次品，且电池晶片尺寸越小，对电池晶片边缘崩裂的敏感性越高，甚至可能直接导致电池晶片报废。同时，为了降低成本，随着制备工艺的进步，背接触太阳能电池的厚度也由原来的300微米左右减小至目前的150微米左右，而随着厚度的减小，对边缘崩裂的敏感性相应增加。

为了进一步控制成本，提高背接触太阳能电池的利用率，现有的切割工艺通常沿N⁺型掺杂区域和P⁺型掺杂区域的连接处切割。但现有切割工艺存在的主要问题如下：

首先，由于掺杂区域位于电池内部，外部无法观察，因此只能间接定位，通常需要借助在制备背接触太阳能电池时在其表面形成的定位标记进行定位，然后移刀至切割位置，位置参数需多次换算，且误差大、对刀精度差，容易由于切割定位不准而导致电池晶片成为残次品；

其次，当电池晶片上的正负极成对出现时，需要辨认电池晶片两侧的正负极，而当电池晶片两侧的电极极性相同时，会出现两侧电极同为正极和同为负极两种电池晶片，需要辨认两种电电池晶片，在辨认电池晶片正极和负极及转换放置方向的过程中，极易导致电池晶片崩裂而成为残次品；

其三，为了避免带电检测电池晶片的正极和负极，通常需要采用正负极线宽差距较大的背接触太阳能电池并配合显微镜操作，限制了背接触太阳能电池的来源，限制了高集成度、小线宽背接触太阳能电池的采用，不利于成本的降低，且由于视觉疲劳等原因无法完全避免电池晶片放置方向的错误，需要避免电池晶片上的正负极过多。