叠瓦电池片的制造系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能晶硅叠瓦电池组件封装制造及应用领域，具体地，涉及用于制造叠瓦电池片的系统。

背景技术：

随着全球技术和经济的迅速发展，全球煤炭、石油、天然气等常规化石能源消耗速度加快，生态环境不断恶化，日益需要更多的清洁能源来满足需求。太阳能凭借其可靠性、安全性、广泛性、环保性、资源充足性的特点已成为最重要的可再生能源之一，许多国家和地区都在大力发展太阳能(光伏)电池产业。

光伏电池是利用光电效应将光能转化为电能的器件，最常见的是晶体硅电池。光伏组件作为光伏发电的核心部件，提高其转换效率发展高效组件是必然趋势。叠瓦光伏组件是基于叠片技术的高性能、高密度光伏电池组件，与传统的光伏电池组件相比，叠瓦光伏组件通过将光伏电池片以更紧密的方式互相连接，使一个电池片的正面主栅线与另一个电池片背面的背面主栅线重叠，令电池间的缝隙降到最低，有效地减少了由于电池间隔造成的非有效发电空间，因此在同样的单位面积中可以铺设更多电池，增加吸光面积，提高光伏组件的转换效率。

叠瓦光伏组件一般是通过将整片电池切割并裂片成小片然后利用导电胶粘剂互联封装成型。当前叠瓦光伏组件的生产沿用常规光伏电池与组件的工艺流程，即，在太阳能电池厂的电池生产环节生产整片电池产品，在光伏组件封装厂的组件生产环节将整片电池划片切割并裂片成所需的小片电池并通过叠瓦工序封装成叠瓦光伏组件。这种生产工艺不能满足有效分档的要求，亦带来了重复测试的弊端。其主要原因在于，由于整片电池在制作过程中存在片内差异，导致切割后的电池小片不一致。因此除了在电池生产环节对电池整片进行测试分选，组件生产环节还需要增加额外的电池小片分档流程。这种重复的测试和分选不仅会造成工时浪费、成本增加，还会使裂片风险大大提高。

因此，亟需改进的用于制造叠瓦电池片的系统。

技术实现要素：

本实用新型针对以上现有技术中存在的问题，提供一种用于制造叠瓦电池片的系统。

本实用新型提供一种用于制造叠瓦电池片的系统，其特征在于包括：

预处理设备，用于对硅片进行预处理；

丝网印刷设备，其接收预处理设备输出的硅片，并通过丝网印刷将贵金属浆料印刷在经预处理的硅片的表面；

烧结固化设备，其接收丝网印刷设备输出的硅片，并对硅片进行高温烧结固化以形成叠瓦电池片；

在线切割裂片设备，其接收烧结固化设备输出的叠瓦电池片，并对叠瓦电池片进行在线切割裂片以形成多个叠瓦电池小片；以及

后处理设备，其接收在线切割裂片设备输出的多个叠瓦电池小片，并对多个叠瓦电池小片分别进行后处理。

根据本实用新型的一种优选实施方式，预处理设备包括以下设备：

制绒设备，用于对硅片进行表面制绒；

扩散制结设备，其接收制绒设备输出的硅片，并对硅片进行扩散制结以在硅片内形成PN结；

刻蚀设备，其接收扩散制结设备输出的硅片，并通过刻蚀去除硅片边缘的PN结；

镀膜设备，其接收刻蚀设备输出的硅片，并在硅片正面沉积一层或多层减反射膜，在硅片背面沉积背钝化膜。

根据本实用新型的一种优选实施方式，预处理设备包括以下设备：

制绒设备，用于对硅片进行表面制绒；

镀膜设备，其接收制绒设备输出的硅片，并在硅片表面沉积非晶硅，在非晶硅表面沉积透明导电氧化物薄膜。

根据本实用新型的一种优选实施方式，预处理设备包括以下设备：

制绒设备，对硅片进行表面制绒；

扩散制结设备，其接收制绒设备输出的硅片，并在硅片正面扩散P型层以在硅片内形成PN结；

刻蚀设备，其接收扩散制结设备输出的硅片，通过刻蚀去除硅片背面和边缘的P型层以及扩散制结设备中硅片表面形成的杂质；

隧道氧化层及多晶硅层制备设备，其接收刻蚀设备输出的硅片，在硅片背面形成二氧化硅层并在二氧化硅层上形成多晶硅层；

离子注入设备，其接收隧道氧化层及多晶硅层制备设备输出的硅片，并以离子注入方式在多晶硅层中注入磷原子；

退火设备，其接收离子注入设备输出的硅片，并通过退火来激活注入的磷原子；

镀膜设备，其接收退火设备输出的硅片，并在硅片正面沉积第一层膜，然后在硅片的正面和背面沉积第二层膜。

根据本实用新型的一种优选实施方式，后处理设备包括对多个叠瓦电池小片进行测试分选的设备和进行外观检验的设备。

根据本实用新型的一种优选实施方式，在线切割裂片设备包括物理切割设备和化学切割设备。

根据本实用新型的一种优选实施方式，在线切割裂片设备包括激光切割设备。

根据本实用新型的一种优选实施方式，在线切割裂片设备包括线切割设备。

根据本实用新型的一种优选实施方式，在线切割裂片设备在叠瓦电池片的远离PN结的表面一侧进行激光切割。

根据本实用新型的一种优选实施方式，刻蚀设备包括等离子刻蚀设备。

根据本实用新型的一种优选实施方式，减反射膜包括氮化硅减反射膜。

根据本实用新型的一种优选实施方式，刻蚀设备包括酸刻蚀设备。

根据本实用新型的一种优选实施方式，隧道氧化层及多晶硅层制备设备包括低压化学气相层积设备，其在硅片背面形成厚度为1nm-2nm的二氧化硅层并在二氧化硅层上形成厚度为100nm-200nm多晶硅层。

根据本实用新型的一种优选实施方式，镀膜设备在硅片正面沉积三氧化二铝膜，然后在硅片的正面和背面沉积氮化硅膜。

根据本实用新型的一种优选实施方式，所述对多个叠瓦电池小片进行测试分选的设备包括电性能测试设备和电致发光测试设备。

根据本实用新型的一种优选实施方式，对多个叠瓦电池小片进行外观检验的设备包括外观视觉测试设备和颜色分选设备。

本实用新型所提供的制造叠瓦电池片的系统，通过在电池生产环节在线切割裂片并进行小片分选完成电池小片包装，组件生产环节在收到电池小片拆解包装后可直接进行叠片组装，能够实现叠瓦电池片和叠瓦光伏组件生产加工工艺流程的无缝对接，减少了重复加工动作，降低了裂片风险和成本，并能够最优化叠瓦光伏组件中电池小片电流匹配和外观颜色的一致性。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的一种优选实施方式的用于制造叠瓦电池片的方法。

图2A示出了根据本实用新型的一种优选实施方式的用于制造叠瓦电池片的预处理步骤。

图2B示出了根据本实用新型的另一种优选实施方式的用于制造叠瓦电池片的预处理步骤。

图2C示出了根据本实用新型的又一种优选实施方式的用于制造叠瓦电池片的预处理步骤。

图3示出了根据本实用新型的一种优选实施方式的用于制造叠瓦光伏组件的方法。

图4示出了根据本实用新型的一种优选实施方式的用于制造叠瓦电池片的系统。

具体实施方式

下面，参照附图详细描述本实用新型的用于制造叠瓦电池片和叠瓦光伏组件的方法和系统。这里所描述的仅仅是根据本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本实用新型的其他方式，所述其他方式同样落入本实用新型的范围。

图1示出了根据本实用新型的一种优选实施方式的用于制造叠瓦电池片的方法，如图所示，其主要包括预处理步骤、丝网印刷步骤、烧结固化步骤、在线切割裂片步骤和后处理步骤。其中，对于不同类型的电池片可以有不同的预处理步骤，对于常规电池片来说，预处理步骤如图2A所示，其主要包括：

制绒步骤。对单/多晶硅片进行表面制绒以获得良好的绒面结构，从而增大硅片的表面积以接收更多的光子(能量)，同时减少入射光的反射。

可选地，在制绒步骤之后可以清洗制绒时残留的液体，以减少酸性和碱性物质对电池制结的影响。

扩散制结步骤。通过例如三氯氧磷等和硅片进行反应，得到磷原子。经过一段时间，磷原子进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散或通过离子注入方式，形成N型半导体和P型半导体的交界面，完成扩散制结工序，实现光能到电能的转换。可以理解，其他类型的电池片制结技术可替代本步骤。

由于扩散制结工序会使硅片表面形成一层磷硅玻璃，因此可选地可以通过去磷硅玻璃工序减少对叠瓦电池效率的影响。

刻蚀步骤。由于扩散制结在硅片边缘形成了短路通道，PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面而造成短路，因此需要通过例如等离子刻蚀将边缘PN结刻蚀去除，避免边缘造成短路。

镀膜步骤。为了减少硅片的表面反射，提高电池的转换效率，需要在硅片一侧表面上沉积一层或多层的氮化硅减反射膜，可以通过例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工序完成减反射膜制备。另外，为了实现良好的钝化效果，可以在电池片的相反的另一侧表面沉积背钝化膜以降低载流子的复合。

以上所述预处理步骤是针对常规叠瓦电池片的生产过程进行描述的。可以理解，对于其它P型、N型以及各类技术的电池，例如普通单多晶电池、钝化发射极背面接触电池(PERC)、异质结电池(HJT)、穿隧氧化层钝化接触电池(TopCon)等可替换为相应的制备过程。例如，如图2B所示，在异质结电池的制造过程中预处理步骤主要包括：

制绒步骤。对单/多晶硅片进行表面制绒以获得良好的绒面结构，从而增大硅片的表面积以接收更多的光子，同时减少入射光的反射。

可选地，在制绒步骤之后可以清洗制绒时残留的液体，以减少酸性和碱性物质对电池制结的影响。

镀膜步骤。在硅片的两个表面上沉积非晶硅，并在非晶硅表面上沉积透明导电氧化物薄膜(TCO)。

穿隧氧化层钝化接触电池(TopCon)的制备过程如图2C所示，主要包括：

制绒步骤，对硅片进行表面制绒以获得良好的绒面结构，从而增大硅片的表面积以接收更多的光子(能量)，同时减少入射光的反射。

扩散制结步骤，在高温条件下，将三溴化硼扩散到硅片表面形成P型层，并进而在硅片中形成PN结。

刻蚀步骤，利用一定浓度的酸来刻蚀掉扩散制结步骤在硅片背面及硅片边缘形成的P型层，同时去除扩散制结过程中在硅片表面形成的杂质，例如硼硅玻璃。

隧道氧化层及多晶硅层制备步骤，在例如低压化学气相层积设备中，通过热氧化在硅片的背面形成一层超薄的二氧化硅层，其厚度约为1nm-2nm(例如1.5nm)，然后在二氧化硅层上层积一层混有非晶硅相和微晶硅相的多晶硅层，其厚度约为100nm-200nm(例如150nm)。

离子注入步骤，以离子注入的方式在多晶硅层中注入磷原子。

退火步骤，通过高温退火过程来激活注入的磷原子，同时将多晶硅层中的非晶相和微晶相转变为多晶相。

可选的清洗步骤，可以可选地利用化学溶液将硅片表面清洗干净。

镀膜步骤，采用原子层沉积(ALD)方法在硅片表面层积一层起钝化作用的膜，例如三氧化二铝膜，然后通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方式在硅片正面和背面分别层积另一层膜，以在硅片正面起到减反射作用并保护起钝化作用的膜，同时在硅片背面起钝化作用，所述另一层膜可以是氮化硅膜。

如上对本实用新型的方法的预处理步骤进行了说明，现在对本实用新型的方法的其他步骤进行解释。

丝网印刷步骤。在上述工艺步骤完成后即可产生光生正负载流子，接下来需要完成光生载流子的收集。可以通过例如丝网印刷等方式将贵金属浆料(例如，银浆料、铝浆料等)按照特定的叠瓦电池片金属化图案印刷在经预处理的硅片上。

烧结固化步骤。将经丝网印刷的硅片在高温下进行烧结固化，以实现有效的欧姆接触，形成叠瓦电池片。

在线切割裂片步骤。将烧结好的叠瓦电池整片进行在线激光切割并裂片。当然，本实用新型的切割方式可以是任何合适的物理或化学的切割方式，例如激光切割。具体地，使烧结完成的叠瓦电池片进入划片检测位进行外观检查，并对外观检测良好的OK片进行视觉定位，外观检测不良的会自动分流至NG(不良)位。可以根据在线生产节拍自由设置多轨划片机或预设缓存堆栈区，以实现在线连续作业。另外，还可以按照切割裂片的最优效果设定激光器的相关参数，以实现较快的切割速度、较窄的切割热影响区和切割线宽、更优的均匀性以及预定的切割深度等。完成自动切割后通过在线激光划片机自动掰片机构完成切割位置处的裂片从而实现叠瓦电池小片自然分离。需要注意的是，为避免在切割过程中PN结受损出现漏电流，优选选取远离PN结侧的表面作为激光切割面，因此，为了调整电池片的正反面方向，可以增加单独的180度换向装置。

后处理步骤。所述后处理步骤可以包括：

在线测试分选步骤。经切割分离后的叠瓦电池小片可以按照先后顺序进入在线测试单元，例如，可以包括电性能(IV)测试单元、电致发光(EL)测试单元、外观视觉(VI)测试单元等，完成单独电池小片的测试分选。

可选地，可以对测试分选后的叠瓦电池小片进行颜色分选。

在以上步骤完成后，可以将测试分选后的叠瓦小电池片按照不同的档位进行包装入库。在通过本实用新型的方法制造完成叠瓦电池小片后，可以通过叠瓦工艺将其组装制作成叠瓦光伏组件。图3示出了根据本实用新型的优选实施方式的用于制造叠瓦光伏组件的方法，其主要包括以下步骤：

接收通过如上所述实施方式的方法制造而成的叠瓦电池小片。

通过叠瓦工艺将叠瓦电池小片制作成叠瓦光伏组件。

具体地，如图3所示，叠瓦光伏组件封装厂在接收到经切割裂片并有效测试分选的叠瓦电池小片后，取片并按照档位投料即可进行叠瓦光伏组件的制作封装。以单玻金属边框组件为例，包括例如叠片焊接(焊接引出线和汇流条等)、胶膜和背板敷设(EVA/TPT铺设)、层压前检查(包括例如EL检查和VI检查等)、层压、安装固化(包括例如装框、装接线盒、固化等)、测试检验(包括例如IV测试、EL测试和外观检验等环节)。应该理解，以上仅仅是以常规的叠瓦光伏组件制作过程为例，本实用新型提供的方法也可以适用于其他的叠瓦光伏组件制作过程。

图4示出了根据本实用新型的一种优选实施方式的用于制造叠瓦电池片的系统。如图所示，其主要包括预处理设备、丝网印刷设备、烧结固化设备、在线切割裂片设备和后处理设备。其中，对于不同类型的电池片可以有不同的预处理设备，对于常规电池片来说，预处理设备主要包括：

制绒设备，其用于对单/多晶硅片进行表面制绒以获得良好的绒面结构，从而增大硅片的表面积以接收更多的光子(能量)，同时减少入射光的反射。

扩散制结设备，其接收制绒设备输出的硅片，并利用例如三氯氧磷等和硅片进行反应，得到磷原子。经过一段时间，磷原子进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散或通过离子注入方式，形成N型半导体和P型半导体的交界面，完成扩散制结工序，实现光能到电能的转换。

由于扩散制结在硅片边缘形成了短路通道，PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面而造成短路，因此需要刻蚀设备接收扩散制结设备输出的硅片，并通过例如等离子刻蚀等将边缘PN结刻蚀去除，避免边缘造成短路。

镀膜设备，为了减少硅片的表面反射，提高电池的转换效率，需要在硅片一侧表面上沉积一层或多层的氮化硅减反射膜，镀膜设备可以通过例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工序完成减反射膜制备。另外，为了实现良好的钝化效果，可以通过镀膜设备在电池片的相反的另一侧表面沉积背钝化膜以降低载流子的复合。

以上所述预处理设备是针对常规叠瓦电池片的生产过程进行描述的。可以理解，对于其它P型、N型以及各类技术的电池，例如普通单多晶电池、钝化发射极背面接触电池(PERC)、异质结电池(HJT)、穿隧氧化层钝化接触电池(TopCon)等可替换为相应的预处理设备。例如，如图2B所示，在异质结电池的制造中需要的预处理主要包括：

制绒设备，其对单/多晶硅片进行表面制绒以获得良好的绒面结构，从而增大硅片的表面积以接收更多的光子，同时减少入射光的反射。

镀膜设备，其接收制绒设备输出的硅片，并在硅片的两个表面上沉积非晶硅，并在非晶硅表面上沉积透明导电氧化物薄膜(TCO)。

在穿隧氧化层钝化接触电池的制造过程中需要的预处理设备如图2C所示，主要包括：

制绒设备，其对硅片进行表面制绒以获得良好的绒面结构，从而增大硅片的表面积以接收更多的光子(能量)，同时减少入射光的反射。

扩散制结设备，其接收制绒设备输出的硅片，在高温条件下将三溴化硼扩散到硅片表面形成P型层，并进而在硅片中形成PN结。

刻蚀设备，其接收扩散制结设备输出的硅片，利用一定浓度的酸来刻蚀掉扩散制结步骤在硅片背面及硅片边缘形成的P型层，同时去除扩散制结过程中在硅片表面形成的杂质，例如硼硅玻璃。

隧道氧化层及多晶硅层制备设备，其接收刻蚀设备输出的硅片，通过热氧化在硅片的背面形成一层超薄的二氧化硅层，其厚度约为1nm-2nm(例如1.5nm)，然后在二氧化硅层上层积一层混有非晶硅相和微晶硅相的多晶硅层，其厚度约为100nm-200nm(例如150nm)。所述隧道氧化层及多晶硅层制备设备可以是低压化学气相层积设备。

离子注入设备，其接收隧道氧化层及多晶硅层制备设备输出的硅片，并以离子注入的方式在多晶硅层中注入磷原子。

退火设备，其接收离子注入设备输出的硅片，通过高温退火来激活注入的磷原子，同时将多晶硅层中的非晶相和微晶相转变为多晶相。

镀膜设备，其接收退火设备输出的硅片，采用原子层沉积(ALD)方法在硅片表面层积一层起钝化作用的膜，例如三氧化二铝膜，然后通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方式在硅片正面和背面分别层积另一层膜，以在硅片正面起到减反射作用并保护起钝化作用的膜，同时在硅片背面起钝化作用，所述另一层膜可以是氮化硅膜。

如上对本实用新型的方法的预处理设备进行了说明，现在对本实用新型的其他设备进行解释。

丝网印刷设备，用于接收预处理设备输出的硅片。在经上述设备制造加工后硅片即可产生光生正负载流子，接下来需要完成光生载流子的收集。可以通过例如丝网印刷等设备将贵金属浆料(例如，银浆料、铝浆料等)按照特定的叠瓦电池片金属化图案印刷在经预处理的硅片上。

烧结固化设备，其接收丝网印刷设备输出的硅片，并将经丝网印刷的硅片在高温下进行烧结固化，以实现有效的欧姆接触，形成叠瓦电池片。

在线切割裂片设备，其接收烧结固化设备输出的硅片并将烧结好的叠瓦电池整片进行在线激光切割并裂片。当然，本实用新型中切割裂片设备采用的切割方式可以是任何合适的物理或化学的切割方式，例如激光切割。具体地，使烧结完成的叠瓦电池片进入划片检测位进行外观检查，并对外观检测良好的OK片进行视觉定位，外观检测不良的会自动分流至NG(不良)位。可以根据在线生产节拍自由设置多轨划片机或预设缓存堆栈区，以实现在线连续作业。另外，还可以按照切割裂片的最优效果设定激光器的相关参数，以实现较快的切割速度、较窄的切割热影响区和切割线宽、更优的均匀性以及预定的切割深度等。完成自动切割后通过在线激光划片机自动掰片机构完成切割位置处的裂片从而实现叠瓦电池小片自然分离。需要注意的是，为避免在切割过程中PN结受损出现漏电流，优选选取远离PN结侧的表面作为激光切割面，因此，为了调整电池片的正反面方向，可以增加单独的180度换向装置。

后处理设备，其可以包括：

在线测试分选设备。经切割分离后的叠瓦电池小片可以按照先后顺序进入在线测试分选设备，例如，可以包括电性能(IV)测试设备、电致发光(EL)测试设备和外观检验设备等，完成单独电池小片的测试分选。

可选地，外观检验设备可以包括外观视觉(VI)测试设备和颜色分选设备。通过以上所述实施方式可知，本实用新型所提供的制造叠瓦电池片和叠瓦光伏组件的方法以及制造叠瓦电池片的设备将切割裂片步骤提前到电池生产环节，并对切割后的电池小片进行测试分选，光伏组件生产环节在收到电池小片拆解包装后可直接进行叠片组装，能够实现叠瓦电池片和叠瓦光伏组件生产加工工艺流程的无缝对接，减少了重复加工动作。

本实用新型的保护范围仅由权利要求限定。得益于本实用新型的教导，本领域技术人员容易认识到可将本实用新型所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本实用新型所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。