如何分开单晶硅（怎样分别单晶硅和多晶硅）

长三角G60激光联盟导读

采用激光切片有着破片率低、产能大、兼容性好以及对电池片损伤较小的优点,因此广泛受到各家组件企业应用。

背景

近年来,面对化石能源的过度开采现状与环境污染危机,绿色能源经济越来越受到重视,正在逐步成为世界共识。晶体硅太阳能电池能将太阳光辐射转换成直流电,其作为清洁能源受到人们的青睐,目前中国市场快速发展,占据全球太阳能组件产能的绝大部分份额,自2013年开始迎来爆发式增长,截止2021年6月,中国光伏发电累计装机2.68亿 kW ,因此越来越多的科研人员投入到晶硅电池组件的研究中,为实现光伏平价用电,对光伏电池和组件的提效、降本成为各大光伏企业的重中之重。

目前光伏行业内主流产品为半片组件,是采用激光将全片电池片进行半切或多切,半切后流经电池片主栅的电流降为原来整片的1/2 ,整体电阻不变,降低了组件的内损耗.采用激光切片有着破片率低、产能大、兼容性好以及对电池片损伤较小的优点,因此广泛受到各家组件企业应用。方彩平等人研究了熔融法下激光切割晶硅电池片的激光切割速度、激光输出功率等参数对晶硅电池片的影响,当切割深度在60%时,半片电池片电性能与破片率效果最好,但在实际应用中,由于熔融切割法会对切割边缘造成损伤以及形成熔渣凸起,半片电池片在生产过程中仍有一定破片率及隐裂率,汪旭煌等人研究了激光热裂法对于液晶玻璃的切割技术,研究指出激光热裂法相对于机械切割能够基本消除切割边缘的碎屑与微裂纹,得到较好的切割面质量,以及赵春洋等研究了裂纹控制法激光切割的原理。

液晶玻璃与晶体硅同属于脆性材料,因此晶硅使用热裂法切割也存在理论可能性,目前市面已出现初代热裂法切割晶体硅电池片,探讨激光熔融法与热裂法在晶硅电池片对比切割的良率及切半后的电池片做成组件的可靠性、功率对比。

2.实验部分

2.1 S实验材料与设备

P 型单晶硅电池片 (9主栅) 158.75 mm ×158.75mm×170μm ,熔融法激光划片机ATW-S40A (波长1064nm ),激光功率50W ,热裂法激光划片机ATW-LTS100C (开槽激光波长1064nm ,加热激光直径2mm ),开槽激光功率50W ,加热激光功率 400W ,IEC61215-2016静态机械载荷机( HIPV-08-S ,220V50HZ ), I-V 测试仪( Pasan ), EL 测试仪( ASICCNEV-J12 ),倍特嘉显微镜( XDC-10A-550HS )。

2.2 实验过程

使用两种划片机对同一批次、同一功率电池片进行半片划片,以72 版型组件各划约500块共计72000片,其中熔融法划片采取深度60%方式,热裂法划片采取两端开槽1.5mm ,加热部分采用水冷方式。分别使用同一产线进行生产,进行EL图像检测、机械载荷静态测试以及组件功率对比。

其中熔融切割,直接在电池片背面进行垂直于主栅方向的整体切割,热裂法采用如下方式,首先在电池片中间垂直于主栅两侧进行熔融法切缝长度为1.5mm 的缝隙,两个缝隙之间使用加热激光进行加热,水雾喷嘴在加热激光后沿同一轨迹进行冷却,如图1。

两种方式分别生产后投入同一产线,使用同一工艺进行组件制作。

图1 熔融法与热裂法激光轨迹

3.结果与讨论

3.1熔融法与热裂法切割电池片断裂面形貌对比

熔融法激光切割单晶硅电池片断裂面的上部为激光切割,存在激光烧蚀后留下的痕迹,主要以硅渣、粉形式,下部为机械掰断痕迹,中间连接部形成机械断裂的“贝壳纹”区域,主要是因为激光熔融切割时,切缝成“V”或“U”型,切缝宽度约40μm,热损伤宽度约100-150μm。

热裂法激光切割只在电池片两侧进行长度约1.5mm的熔融切割裂缝,中间剩余区域使用加热激光进行加热,不进行烧融切割,加热激光后跟随高压喷头柱状水雾冷却,使得单晶硅电池片切割位置产生一个不均匀的温度场,最高温度小于 200℃ ,产生温度梯度，诱发热应力的产生,当热应力大于单晶硅电池片的断裂强度后,会产生沿着两条熔融法切割的缝隙产生裂纹,从而达到分离单晶硅电池片的目的。

热裂法切割单晶硅电池片断裂面较熔融法切割形貌更为平整,无机械断裂纹路产生,没有贝壳纹区域,无熔渣凸起,切割质量较好。

两种方法切割完毕后的批量断裂面形貌对比,热裂法切割形貌较熔融法切割,整体更为光滑、平整。

3.2 半成品单晶硅电池片制程碎片率对比

两种方法，先后投产于同一产线，在层压前，需要进行缺陷返修,主要是针对隐裂,表1为碎片率对比,可见热裂法在碎片率和返修率上存在优势。