專利名稱：一種晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種晶體硅太陽電池缺陷的修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
硅太陽電池利用p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，已經(jīng)成為新能源發(fā)展主流 之一。2008年晶體硅太陽電池占世界太陽電池總產(chǎn)量的90%左右，并且在未來一段時(shí)間將 繼續(xù)占據(jù)市場的主流地位。晶體硅太陽電池本身是一個(gè)p-n結(jié)二極管，根據(jù)二極管的工作 特性，在電池正常工作時(shí)，會(huì)存在一定的反向漏電流，正常電池的漏電流都非常小，與之相 關(guān)的電池并聯(lián)電阻一般在數(shù)十歐姆以上。但是在晶體硅太陽電池的生產(chǎn)過程中，由于硅材 料本身的雜質(zhì)、裂紋等缺陷，以及生產(chǎn)工藝過程各種原因造成的結(jié)構(gòu)缺陷，會(huì)使電池的某些 區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重的載流子復(fù)合或反向漏電。其主要的表現(xiàn)是大幅降低了電池的并聯(lián)電阻，同 時(shí)也會(huì)減低電池的開路電壓，增加電池的串聯(lián)電阻，從而使電池的性能明顯降低。漏電嚴(yán)重 的區(qū)域在工作狀態(tài)下，或者外加電壓下漏電流遠(yuǎn)大于正常電池，發(fā)熱會(huì)明顯大于正常工作 區(qū)域，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)斐蓳舸?，使表面電極熔化。 晶體硅電池正常工藝包括去損傷一表面制絨一擴(kuò)散制結(jié)一刻邊隔離一正面鍍 膜一印刷電極一燒結(jié)。漏電性能是電池生產(chǎn)中關(guān)注的主要性能，造成漏電的原因主要有硅 片本身的裂紋及雜質(zhì)聚集區(qū)，高溫過程引起的裂痕，電池刻邊不完全，p-n結(jié)磨損，印刷漿料 散落，燒結(jié)過度等，其中印刷燒結(jié)環(huán)節(jié)引起的缺陷漏電效應(yīng)占多數(shù)。 因此在生產(chǎn)中各種程度缺陷造成的低效電池?cái)?shù)量很大，如果能消除這些缺陷漏電 區(qū)域的影響，將可以明顯提高電池生產(chǎn)的成品率和平均效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)工藝，該工藝采用電學(xué)、光學(xué)
多種方法對電池的缺陷漏電區(qū)域進(jìn)行檢測定位，利用激光在各種環(huán)境下對缺陷漏電區(qū)域及
周圍進(jìn)行刻蝕，消除漏電效應(yīng)，恢復(fù)電池正常性能。 本發(fā)明的目的通過采取以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) —種晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法，其特征在于，通過電學(xué)和光學(xué)檢測手段檢測 晶體硅太陽電池由于各種缺陷造成的漏電情況，對有漏電效應(yīng)的缺陷區(qū)域精確定位，在真 空、氣態(tài)或液態(tài)環(huán)境中，利用激光束在漏電缺陷區(qū)域周圍做刻蝕，切斷漏電缺陷區(qū)域與電池 其他正常工作區(qū)域的電流通道，或直接將漏電缺陷區(qū)域刻蝕消除，從而消除漏電效應(yīng)，使電 池恢復(fù)正常性能。 作為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，所述的電學(xué)和光學(xué)檢測手段包括電池IV曲線測試， 外觀目測及顯微觀察，電致/光致發(fā)光 一 紅外成像及熱致變色成像等熱像檢測手段，光束 誘導(dǎo)電流及電子束誘導(dǎo)電流等電流檢測方法。 作為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，所述的激光束采用功率為1 1000W、波長為1100 200nm的脈沖或連續(xù)激光束，在經(jīng)過聚焦后達(dá)到微米至毫米量級直徑的光斑照射到電池表 面進(jìn)行刻蝕。 作為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，所述激光刻蝕可在多種環(huán)境下進(jìn)行，比如，可在真 空，空氣、氮?dú)饣蚨栊詺怏w，水及有機(jī)或無機(jī)溶劑中進(jìn)行。 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)漏電缺陷區(qū)域的具體情況，可以在其周圍設(shè)計(jì)各
種外形輪廓做刻蝕隔離，同時(shí)可在隔離部分設(shè)計(jì)圖形和文字，具有一定的裝飾作用。 本發(fā)明提出的晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法的主要手段是利用激光刻蝕，切斷電
池表面的電流通道，使漏電的缺陷區(qū)失去作用，或者直接刻蝕去除缺陷區(qū)域，兩種手段都能
消除漏電效應(yīng)。該工藝可以提高電池的并聯(lián)電阻，降低電池的串聯(lián)電阻，提高填充因子、開
路電壓，最終提高電池的整體轉(zhuǎn)換效率。 本發(fā)明方法的一種具體處理步驟是 (1)對電池做IV測試，判斷是否存在明顯漏電； (2)檢查外觀，根據(jù)外觀異常初步確定缺陷區(qū)域； (3)給電池外加電壓(正向和反向偏壓)或光照，利用紅外攝像、熱致色變等技術(shù)
觀察電池表面的發(fā)熱情況，根據(jù)漏電效應(yīng)集中發(fā)熱較明顯的原理，判斷外觀缺陷區(qū)域是否
存在漏電，并檢測其他不可見的缺陷漏點(diǎn)區(qū)域，對這些區(qū)域進(jìn)行精確定位； (4)將電池固定在工作區(qū)域，按照已定位的缺陷漏電區(qū)域，設(shè)計(jì)刻蝕隔離圖樣，然
后利用激光做刻蝕隔離或清除； (5)清洗處理完的電池，再做IV測試檢測修復(fù)效果； (6)如IV測試效果不明顯可對隔離區(qū)再做熱像測試及光生電流測試，判斷失效原 因再做處理。 本發(fā)明利用多項(xiàng)技術(shù)完成漏電電池的隔離修復(fù)工作，其主要的優(yōu)點(diǎn)包括 (1)結(jié)合多種技術(shù)對缺陷漏電區(qū)域精確定位，減少對電池正常區(qū)域的刻蝕影響，盡
可能減小刻蝕區(qū)域，不會(huì)給電池造成明顯的電流損失。 (2)對缺陷漏電區(qū)域的修復(fù)效果好，可以消除漏電通道，使電池性能恢復(fù)到正常水 平。
(3)在精確定位的基礎(chǔ)上，利用激光刻蝕，刻蝕線寬小(幾十到幾百微米)，不會(huì)對
電池的外觀造成太大影響。
(4)處理過程耗時(shí)短，生產(chǎn)效率高。


圖1為P型晶體硅太陽電池在空氣中做激光刻蝕示意圖；
圖2為P型晶體硅太陽電池在氮?dú)獗Ｗo(hù)中做激光刻蝕示意圖；
圖3為P型晶體硅太陽電池表面漏電區(qū)域激光刻蝕隔離示意圖； 圖標(biāo)說明1. P型基區(qū)；2. N型發(fā)射極；3.金屬電極；4.激光束；5.激光刻蝕線； 6.空氣；7.氮?dú)饬鳎?.缺陷漏電區(qū)域。
具體實(shí)施例方式以下列舉具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明。需要指出的是，實(shí)施例只用于對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不代表本發(fā)明的保護(hù)范圍，其他人根據(jù)本發(fā)明的提示做出的非本質(zhì)的修改
和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。 實(shí)施例1采用一臺(tái)波長1064nm的Nd:YAG激光器激光脈沖頻率1 30kHz，功率1 20W， 振鏡掃描，光束橫模為低階模式。設(shè)置激光脈沖頻率為1 lOkHz，掃描速度為10mm/s，激勵(lì) 電流為16 21A。樣品為采用絲網(wǎng)印刷工藝的常規(guī)p型晶體硅電池成品，缺陷漏電區(qū)域?yàn)?電池邊緣一點(diǎn)。設(shè)計(jì)隔離圖案為直徑2mm圓形線，與電極無交點(diǎn)，在空氣中進(jìn)行刻蝕隔離。
實(shí)施例2 采用一臺(tái)波長532nm的Nd:YV04激光器激光脈沖頻率1 100kHz，功率1 IOW， 振鏡掃描，光束橫模為低階模式。設(shè)置激光脈沖頻率為1 15kHz，掃描速度為1 30mm/ s，激勵(lì)電流為16 25A。樣品為采用絲網(wǎng)印刷工藝的常規(guī)p型晶體硅電池成品，缺陷漏電 區(qū)域?yàn)殡姌O細(xì)柵線上2mm長一段。設(shè)計(jì)采用3 X 3mm正方形刻蝕線，與電極柵線有兩個(gè)交點(diǎn)， 固定樣品，在空氣中用激光做刻蝕，對與電極交點(diǎn)處重復(fù)刻蝕保證無金屬材料殘余。
實(shí)施例3 采用一臺(tái)波長355nm的Nd: YAG激光器激光脈沖頻率1 30kHz，功率1 5W，工 作臺(tái)運(yùn)動(dòng)掃描，光束橫模為基模模式。設(shè)置激光脈沖頻率為1 10kHz，掃描速度為20 200mm/s，激勵(lì)電流為18 25A。樣品為采用絲網(wǎng)印刷工藝的常規(guī)p型晶體硅電池成品，缺 陷漏電區(qū)域?yàn)橹睆絣mm—點(diǎn)無電極覆蓋。設(shè)計(jì)采用1. 5X1. 5mm正方形將漏電區(qū)域覆蓋，利 用激光刻蝕將缺陷漏電區(qū)表層去除。
實(shí)施例4 采用一臺(tái)波長355nm的Nd: YAG激光器激光脈沖頻率1 30kHz，功率1 5W，工 作臺(tái)運(yùn)動(dòng)掃描，光束橫模為基模模式。設(shè)置激光脈沖頻率為1 10kHz，掃描速度為20 200mm/s，激勵(lì)電流為18 25A。樣品為采用絲網(wǎng)印刷工藝的常規(guī)p型晶體硅電池成品，缺 陷漏電區(qū)域?yàn)榇┻^多根電極細(xì)柵線，長約lcm的微裂紋。設(shè)計(jì)采用1. 2X0. 3cm的長方形刻 蝕線，該圖形與電極細(xì)柵線有多個(gè)交點(diǎn)。將電池固定在氮?dú)獯党沫h(huán)境下，利用激光做重復(fù) 刻蝕。 實(shí)施例5 采用一臺(tái)波長355nm的Nd: YAG激光器激光脈沖頻率1 30kHz，功率1 5W，工 作臺(tái)運(yùn)動(dòng)掃描，光束橫模為基模模式。設(shè)置激光脈沖頻率為1 10kHz，掃描速度為20 200mm/s，激勵(lì)電流為18 25A。樣品為采用絲網(wǎng)印刷工藝的常規(guī)p型晶體硅電池成品，缺 陷漏電區(qū)域?yàn)橹睆郊s1.5cm的圓形漿料散落區(qū)。設(shè)計(jì)隔離圖案為花瓣?duì)?，在水環(huán)境下做激 光刻蝕，完成外圍隔離線刻蝕后，在隔離區(qū)域內(nèi)用激光刻蝕勾勒出花的內(nèi)部線條，形成一個(gè) 小花朵的裝飾圖案。
權(quán)利要求
一種晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法，其特征在于，通過電學(xué)和光學(xué)檢測手段檢測晶體硅太陽電池由于各種缺陷造成的漏電情況，對有漏電效應(yīng)的缺陷區(qū)域精確定位，在真空、氣態(tài)或液態(tài)環(huán)境中，利用激光束在漏電缺陷區(qū)域周圍做刻蝕，切斷漏電缺陷區(qū)域與電池其他正常工作區(qū)域的電流通道，或直接將漏電缺陷區(qū)域刻蝕消除，從而消除漏電效應(yīng)，使電池恢復(fù)正常性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法，其特征在于，所述的對于電 池漏電缺陷區(qū)域的電學(xué)和光學(xué)檢測手段包括電池IV曲線測試，外觀目測，顯微觀察，電致/ 光致發(fā)光成像，熱紅外成像，熱致變色成像，光束誘導(dǎo)電流及電子束誘導(dǎo)電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法，其特征在于，所述的對電池 漏電缺陷區(qū)域的激光刻蝕的氣態(tài)環(huán)境為空氣、氮?dú)饣蚨栊詺怏w。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法，其特征在于，所述的對電池 漏電缺陷區(qū)域的激光刻蝕的液態(tài)環(huán)境為水、無機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法，其特征在于，所述的刻蝕隔 離所用的激光束采用功率為1 1000W、波長為1100 200nm的脈沖或連續(xù)激光束，經(jīng)過聚 焦后達(dá)到微米至毫米量級直徑的激光光斑照射到電池表面進(jìn)行刻蝕。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法，其特征在于，所述的激光刻 蝕包括在漏電缺陷區(qū)周圍做刻蝕，使之與正常工作區(qū)隔離；或直接刻蝕漏 電缺陷區(qū)表面，消 除漏電源。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 述的晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法，其特征在于，根據(jù)漏電缺陷 區(qū)域的情況設(shè)計(jì)激光刻蝕的圖樣，包括圖案和文字，使其具有裝飾效果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶體硅太陽電池缺陷修復(fù)方法，該方法通過電學(xué)和光學(xué)檢測手段檢測電池各種缺陷區(qū)域的漏電情況，對缺陷漏電區(qū)域精確定位，在真空、氣態(tài)或液態(tài)環(huán)境中，利用激光束在缺陷漏電區(qū)域及其周圍做刻蝕，切斷電池缺陷漏電區(qū)域與電池其他正常工作區(qū)域的電流通道，或直接將缺陷區(qū)域刻蝕消除，從而消除漏電效應(yīng)，使電池恢復(fù)正常性能。本發(fā)明的工藝可以精確消除或隔離缺陷漏電區(qū)域，對電池的損傷小，不影響電池外觀，處理速度快，并可以在激光刻蝕區(qū)域設(shè)計(jì)各種裝飾圖案和文字，使電池更具欣賞性。
文檔編號H01L31/18GK101789465SQ20101001930
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者梁齊兵, 沈輝, 王學(xué)孟, 舒碧芬 申請人:中山大學(xué)