一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备的制作方法

1.本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备。


背景技术：

2.目前，在晶硅太阳能发电系统中，实现光电转换的最核心的步骤之一是将晶体硅加工成实现光电转换的电池片，因而电池片的光电转换效率也成为了体现晶体硅太阳能发电系统水平的关系指标。现有的太阳能电池，无论是perc还是topcon还是hjt，做成电池成品后有选择进行退火工艺，用于提升电池转化效率。退火工艺有光注入也有电注入，其中光注入是指在印刷银线工序之后，增加光注入工序，即在一定的温度下使用高强度可见光(2～60倍太阳光)照射电池，经过一段时间后，电池转化效率提升。光注入效率提升可能的机理是调整电池费米能级变化，控制氢总量及价态，提高氢钝化与缺陷修复效率，达到降低电池衰减效应从而提升效率的效果，对于hjt技术而言也可能是来自于温度对透明导电氧化物(transparent conducting oxide，tco)/ag的接触改善，从而来带来了效率的提升。
3.电池成品需要经过切片、串焊、层压、封装等工段才能变成组件，其中串焊工段，电池在组件焊接时所需温度是190℃～250℃之间，组件焊接采用的热源有电热加热，也有光热加热，目前行业内光热加热采用的光源是中远红外光源，红外使晶格震动，使物体内部分子和原子产生“共振”并产生强烈的振动、旋转，从而使物体温度升高，带来焊接的热量，达到加热的目的来完成焊接。
4.现有技术公开了一种p型晶体硅电池，其将perc电池进行高温化学气相沉积和烧结，然后通过电注入或光注入进行衰减钝化处理，并在施加反偏电压的同时进行热退火，能够减小电池串联的电阻，提升电池效率；另一现有技术公开了一种太阳能电池串焊接装置，其可以实现光伏电池组件在叠焊机内部高精度、高效率地焊接，且保证焊接牢固性和美观性；还有一现有技术公开了一种太阳能电池串焊设备，其包含电池片供给部、电池片传送部、焊带供给部、红外焊接部、电池串搬送部和电池串出料部，实现了切割串焊自动化，提高了生产效率，降低能耗。
5.但是，上述方案中光注入退火和串焊独立进行，设备投入大，延长了制程周期，降低了生产效率，影响了太阳能极片的进一步工业化生产与发展。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备，通过将太阳能电池的光注入退火和串焊两道工序集成在一台设备中，并在串焊的同时进行光注入，工序整合度高，降低了设备投入，缩短了制程周期，提升了生产效率和产品良率，还能连续化生产，随之降低了太阳能电池的制造成本。
7.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.本实用新型提供了一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备，所述集成设备
包括机架，所述机架的一端设置有输入装置，所述机架的另一端设置有输出装置，所述输入装置和输出装置之间设置有恒温箱体，所述集成装置还包括传送装置，用于传送电池片从输入装置一侧向输出装置一侧运动，所述恒温箱体沿电池片运动的方向依次分为预热室、光注入室和串焊室，所述光注入室和串焊室设置有光源。
9.本实用新型通过在恒温箱体内设置预热室、光注入室和串焊室，将太阳能电池的光注入退火和串焊两道工序集成在一台设备中，并在串焊的同时进行光注入，降低了设备投入，工序整合度高，同时能够调控光注入和串焊的温度，在达到光注入和串焊效果的同时降低成本，提高产能。
10.本实用新型的恒温箱体内设置预热室，其能够加热电池片，使电池片在进入光注入室前达到一个合适的温度，从而提高产能。
11.本实用新型中，由于光注入室和串焊室各自独立，在实际生产过程中可以通过独立的控温装置对光注入室和串焊室进行分别控温，例如光注入可以采用变温行进方式，保证了电池效率提升的效果。相比于在一个腔室内仅通过光照的方式进行光注入和串焊，本实用新型的优势为：变温的光注入和恒温的串焊方式可以最大限度的发挥电池效率提升的空间和灵活性。
12.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述传送装置上设置有用于承载电池片的载板。
13.本实用新型中载板可以采用耐超高温材料，例如可以是陶瓷材料、金属材料或碳纤维材料。
14.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述载板按照m行n列的方式排布于传送装置上；该排列可以最大限度的在有限空间提升光注入光源的有效使用率以及提升产能。
15.其中，m为1～10，例如可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9或10，n为1～10，例如可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。
16.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述恒温箱体通过隔板分隔为独立的预热室、光注入室和串焊室，所述隔板上设置有狭缝，用于使电池片依次穿过。
17.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述预热室、光注入室和串焊室分别通过各自的控温装置进行温度控制；
18.所述控温装置包括加热装置和冷却装置。
19.本实用新型中预热室、光注入室和串焊室的温度可单独控制，单独控制温度能够缩短进行光注入和串焊的时间，提高产能，三室的温度独立地控制在100℃～300℃之间，三室也可根据行进方向做变温设定。
20.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述光注入室和串焊室中光源独立地设置在所述电池片的上方和/或下方。
21.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述光注入室中光源设置在所述电池片的上方，所述电池片的下方设置有铝板；
22.所述串焊室中光源设置在所述电池片的上方，所述电池片的下方设置有铝板。
23.本实用新型中光注入室和串焊室的光源可以设置在电池片的上方，也可设置在电池片的下方，也可以部分设置在电池片上方而另一部分设置在电池片下方，均能达到照射效果。
24.当光源设置在电池片上方时，电池片的下方设置有铝板，能够有效控温电池片的温度，提升加热和散热的速率，通过加热或者冷却的方式将温度控制在设定温度的
±
20℃内。
25.需要说明的是，本实用新型中电池片的下方设置有铝板，铝板在电池片的下方为物理位置关系，在一个具体实施方式中，铝板可以设置在电池片的下方，也可以设置在载板的下方。
26.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述光注入室的光源的辐照波段为10nm～1400nm，例如可以是10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm、1000nm、1200nm或1400nm等，辐照强度为0.1～100个太阳光强，例如可以是0.1个太阳光强、0.5个太阳光强、1个太阳光强、2个太阳光强、5个太阳光强、10个太阳光强、20个太阳光强、50个太阳光强或100个太阳光强，本实用新型光注入室的光源为已知光源，例如可以是为平板可见光源、日光灯或led阵列灯泡组，led阵列灯泡组中灯珠的连续光谱可调；
27.所述光注入室的光源沿载板前进方向的长度为10cm～500cm，例如可以是10cm、20cm、50cm、80cm、100cm、200cm、300cm、400cm或500cm等；
28.所述光注入室的光源的宽度与载板宽度一致，并垂直于载板运动方向。
29.本实用新型中光注入室的光源的沿载板前进方向的长度由退火所需时间和载板的运行速度决定，宽度与载板宽度一致，能够覆盖整个载板上的电池片。
30.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述串焊室的光源的辐照波段为10nm～1400nm，例如可以是10nm、20nm、50nm、100nm、200nm、500nm、1000nm、1200nm或1400nm等，辐照强度为0.1～100个太阳光强，例如可以是0.1个太阳光强、0.5个太阳光强、1个太阳光强、2个太阳光强、5个太阳光强、10个太阳光强、20个太阳光强、50个太阳光强或100个太阳光强，本实用新型串焊室的光源为已知光源，例如可以是为平板可见光源、日光灯或led阵列灯泡组，led阵列灯泡组中灯珠的连续光谱可调。
31.现有技术中串焊主要使用中远红外光源进行加热串焊，中远红外光源会使电池钝化时的氢键断开，从而使氢溢出的更快，导致在光注入退火工序中产生的效率增益下降，甚至低于光注入退火前的效率。
32.本实用新型中串焊室的光源的辐照波段为10nm～1400nm，辐照强度为0.1～100个太阳光强，可选用平板可见光源、日光灯或led灯组，同时配合控温装置进行控温，不仅达到了串焊的目的，也得到了光注入提效的效果。
33.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述串焊室的光源沿载板前进方向的长度为10cm～500cm，例如可以是10cm、20cm、50cm、80cm、100cm、200cm、300cm、400cm或500cm等；
34.所述串焊室的光源的宽度与载板宽度一致，并垂直于载板运动方向，覆盖整个载板上的电池片。
35.示例性地，提供一种上述集成设备的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
36.(1)将电池片切割后采用输入装置将切割好的电池片按照m行n列的方式平铺在载板上，进行上料；
37.(2)上料后进入预热室使用控温装置将电池片预热至100℃～300℃；
38.(3)电池片预热后进入光注入室进行退火处理，光注入室的温度为100℃～300℃，光源的强度为0.1～100个太阳强度；
39.(4)电池片退火后进入串焊室进行串焊，串焊室温度为100℃～300℃，光源的强度为0.1～100个太阳强度。
40.与现有技术方案相比，本实用新型的有益效果为：
41.本实用新型通过将太阳能电池的光注入退火和串焊两道工序集成在一台设备中，并在串焊的同时进行光注入，工序整合度高，降低了设备投入，缩短了制程周期，提升了生产效率和产品良率，随之降低了太阳能电池的制造成本，同时解决了现有串焊工序使用红外或者远红外加热的串焊方式带来电池片效率下降的问题。
附图说明
42.图1是本实用新型一个具体实施方式中提供的用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备的结构示意图；
43.图中：1-机架；2-输入装置；3-输出装置；401-预热室；402-光注入室；403-串焊室；501-第一光源；502-第二光源；601-第一控温装置；602-第二控温装置；603-第三控温装置；7-电池片。
具体实施方式
44.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
45.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
46.下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
47.在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备，如图1所示，所述集成设备包括机架1，所述机架1的一端设置有输入装置2，所述机架1的另一端设置有输出装置3，所述输入装置2和输出装置3之间设置有恒温箱体，所述集成装置还包括传送装置，用于传送电池片7从输入装置一侧向输出装置一侧运动，所述恒温箱体沿电池片7运动的方向依次分为预热室401、光注入室402和串焊室403，所述光注入室402内设置有光源，该光注入室402的光源为第一光源501，所述串焊室403内设置有光源，该串焊室403的光源为第二光源502。
48.本实用新型通过在恒温箱体内设置预热室401、光注入室402和串焊室403，将太阳能电池的光注入退火和串焊两道工序集成在一台设备中，并在串焊的同时进行光注入，降
低了设备投入，工序整合度高，同时能够调控光注入和串焊的温度，在达到光注入和串焊效果的同时降低成本，提高产能，解决了现有串焊工序导致的电池片7的效率下降的问题。
49.本实用新型的恒温箱体内设置预热室401能够加热电池片7，使电池片7在进入光注入室402前达到一个合适的温度，降低能耗。
50.进一步地，所述传送装置上设置有用于承载电池片7的载板。
51.本实用新型中载板可以采用陶瓷材料、金属材料或碳纤维材料材料。
52.进一步地，所述载板按照m行n列的方式排布于传送装置上，其中，m为1～10，n为1～10。
53.进一步地，所述恒温箱体通过隔板分隔为独立的预热室401、光注入室402和串焊室403，所述隔板上设置有狭缝，用于使电池片7依次穿过。
54.进一步地，所述预热室401、光注入室402和串焊室403分别通过各自的控温装置进行温度控制，预热室401的控温装置为第一控温装置601，光注入室402的控温装置为第二控温装置602，串焊室403的控温装置为第三控温装置603；
55.所述第一控温装置601、第二控温装置602和第三控温装置603均包括加热装置和冷却装置。
56.本实用新型对加热装置和冷却装置的具体形式不作限定，例如加热装置可以采用电阻丝加热，冷却装置可以采用通入冷却水的方式冷却降温。
57.本实用新型中，预热室401、光注入室402和串焊室403的温度可单独控制，单独控制温度能够缩短进行光注入和串焊的时间，降低能耗，三室的温度单独控制在100℃～300℃之间。
58.进一步地，所述第一光源501和第二光源502独立地设置在所述电池片7的上方和/或下方。
59.进一步地，所述第一光源501设置在所述电池片7的上方，所述电池片7的下方设置有铝板；
60.所述第二光源502设置在所述电池片7的上方，所述电池片7的下方设置有铝板。
61.本实用新型中第一光源501和第二光源502可以设置在电池片7的上方，也可设置在电池片7的下方，也可以部分设置在电池片7上方而另一部分设置在电池片7下方，均能达到照射效果；当第一光源501和第二光源502设置在电池片7上方时，电池片7的下方设置有铝板，能够有效控温电池片7的温度，提升加热和散热的速率，同时通过加热或冷却将温度控制在
±
20℃内。
62.进一步地，所述第一光源501的辐照波段为10nm～1400nm，辐照强度为0.1～100个太阳光强；
63.所述第一光源501沿载板前进方向的长度为10cm～500cm；
64.所述第一光源501的宽度与载板宽度一致，并垂直于载板运动方向。
65.本实用新型中第一光源501的辐照波段为10nm～1400nm，辐照强度为0.1～100个太阳光强；第一光源501的沿载板前进方向的长度由退火所需时间和载板的运行速度决定，宽度与载板宽度一致，能够覆盖整个载板上的电池片7。
66.进一步地，所述第二光源502的辐照波段为10nm～1400nm，辐照强度为0.1～100个太阳光强。
67.现有技术中串焊主要使用中远红外光源进行加热串焊，中远红外光源会使电池钝化时的氢键断开，从而使氢溢出的更快，导致在光注入退火工序中产生的效率增益下降，甚至低于光注入退火前的效率。
68.本实用新型中第二光源502的辐照波段为10nm～1400nm，辐照强度为0.1～100个太阳光强，可选用平板可见光源、日光灯或led灯组，同时配合控温装置进行控温，不仅达到了串焊的目的，也得到了光注入提效的效果。
69.进一步地，所述第二光源502沿载板前进方向的长度为10cm～500cm；
70.所述第二光源502的宽度与载板宽度一致，并垂直于载板运动方向，覆盖整个载板上的电池片7。
71.在另一个具体实施方式中，提供了一种上述的集成设备的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
72.(1)将电池片7切割后采用输入装置2将切割好的电池片7按照m行n列的方式平铺在载板上，进行上料；
73.(2)上料后进入预热室401使用第一控温装置601将电池片7预热至100℃～300℃；
74.(3)电池片7预热后进入光注入室402进行退火处理，光注入室402的温度为100℃～300℃，第一光源501的强度为0.1～100个太阳强度；
75.(4)电池片7退火后进入串焊室403进行串焊，串焊室403温度为100℃～300℃，第二光源502的强度为0.1～100个太阳强度。
76.(5)电池片7串焊后经输出装置3输出。
77.实施例1
78.本实施例提供了一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备，结构示意图如图1所示，所述集成设备包括机架1，所述机架1的一端设置有输入装置2，所述机架1的另一端设置有输出装置3，所述输入装置2和输出装置3之间设置有恒温箱体，所述集成设备还包括传送装置，用于传送电池片7从输入装置一侧向输出装置一侧运动，所述恒温箱体沿电池片7运动的方向依次通过隔板分为预热室401、光注入室402和串焊室403，所述隔板上设置有狭缝，用于使电池片7依次穿过，所述传送装置上设置有用于承载电池片7的载板，所述载板按照2行5列的方式排布于传送装置上。
79.所述光注入室402在电池片7的上方设置有第一光源501，第一光源501为led阵列灯泡组，led阵列灯泡组沿载板前进方向的长度为100cm，宽度与载板宽度一致，并垂直于载板运动方向，所述串焊室403在电池片7的上方设置有第二光源502，第二光源502为led阵列灯泡组，led阵列灯泡组沿载板前进方向的长度为100cm，宽度与载板宽度一致，并垂直于载板运动方向；载板的下方设置有铝板；所述预热室401、光注入室402和串焊室403分别通过第一控温装置601、第二控温装置602和第三控温装置603进行温度控制，控温装置包括电阻丝加热装置和冷却水冷却装置。
80.本实施例还提供了一种上述集成设备的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
81.(1)将电池片7切割后采用输入装置2将切割好的电池片7按照2行5列的方式平铺在载板上，进行上料；
82.(2)上料后进入预热室401使用第一控温装601置将电池片7预热至100℃；
83.(3)电池片7预热后进入光注入室402进行退火处理，光注入室402的温度为150℃，
第一光源501的强度为50个太阳强度；
84.(4)电池片7退火后进入串焊室403进行串焊，串焊室403温度为250℃，第二光源502的强度为50个太阳强度。
85.(5)电池片7串焊后经输出装置3输出。
86.实施例2
87.本实施例提供了一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备，结构示意图如图1所示，所述集成设备包括机架1，所述机架1的一端设置有输入装置2，所述机架1的另一端设置有输出装置3，所述输入装置2和输出装置3之间设置有恒温箱体，所述集成装置还包括传送装置，用于传送电池片7从输入装置一侧向输出装置一侧运动，所述恒温箱体沿电池片7运动的方向依次通过隔板分为预热室401、光注入室402和串焊室403，所述隔板上设置有狭缝，用于使电池片7依次穿过，所述传送装置上设置有用于承载电池片7的载板，所述载板按照3行7列的方式排布于传送装置上。
88.所述光注入室402在电池片7的上方和下方设置有第一光源501，第一光源501为日光灯，电池片7的上方设置有日光灯，电池片7的下方设置有日光灯，第一光源501沿载板前进方向的长度为200cm，宽度与载板宽度一致，并垂直于载板运动方向，所述串焊室403在电池片7的上方设置有第二光源502，第二光源502为日光灯，第二光源502沿载板前进方向的长度为200cm，宽度与载板宽度一致，并垂直于载板运动方向；串焊室403的载板的下方设置有铝板；所述预热室401、光注入室402和串焊室403分别通过第一控温装置601、第二控温装置602和第三控温装置603进行温度控制，控温装置包括电阻丝加热装置和冷却水冷却装置。
89.本实施例还提供了一种上述集成设备的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
90.(1)将电池片7切割后采用输入装置2将切割好的电池片7按照3行7列的方式平铺在载板上，进行上料；
91.(2)上料后进入预热室401使用第一控温装601置将电池片7预热至120℃；
92.(3)电池片7预热后进入光注入室402进行退火处理，光注入室402的温度为150℃，第一光源501的强度为60个太阳强度；
93.(4)电池片7退火后进入串焊室403进行串焊，串焊室403温度为200℃，第二光源502的强度为40个太阳强度。
94.(5)电池片7串焊后经输出装置3输出。
95.实施例3
96.本实施例提供了一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备，结构示意图如图1所示，除了第二光源502为波长为2000nm的红外光源外，其余均与实施例1一致。
97.本实施例还提供了一种上述集成设备的使用方法，使用方法与实施例1一致。
98.对比例1
99.本对比例提供了一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备，除没有预热区外，其余均与实施例1相同。
100.本对比例还提供了一种上述集成设备的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
101.(1)将电池片7切割后采用输入装置2将切割好的电池片7按照2行5列的方式平铺在载板上，进行上料；
102.(2)上料后电池片7进入光注入室402进行退火处理，光注入室402的温度为150℃，光注入室402的光源的强度为50个太阳强度；
103.(3)电池片7退火后进入串焊室403进行串焊，串焊室403温度为250℃，串焊室403的光源的强度为50个太阳强度。
104.(4)电池片7串焊后经输出装置3输出。
105.对比例2
106.本对比例提供了一种用于太阳能电池光注入和串焊的集成设备，除没有串焊区外，其余均与实施例1相同。
107.本对比例还提供了一种上述集成设备的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
108.(1)将电池片7切割后采用输入装置2将切割好的电池片7按照2行5列的方式平铺在载板上，进行上料；
109.(2)上料后进入预热室401使用控温装置将电池片7预热至100℃；
110.(3)电池片7预热后进入光注入室402进行光注入退火和串焊处理，光注入室402的光源的强度为50个太阳强度，持续进行光照直至电池片7完成串焊；
111.(5)电池片7串焊后经输出装置3输出。
112.本实用新型的电池片采用210 55pcs版型二分片，将实施例1～3和对比例1～2中处理得到的电池片进行电池片效率和组件功率测试，并测试实施例1～3和对比例1～2中不同集成设备的产能，测试结果如表1所示。
113.表1
[0114][0115][0116]
通过实施例1-3可知，本实用新型通过将太阳能电池的光注入退火和串焊两道工序集成在一台设备中，并在串焊的同时进行光注入，工序整合度高，降低了设备投入，缩短了制程周期，提升了生产效率和产品良率，还能连续化生产，随之降低了太阳能电池的制造成本，提高了产能，同时解决了现有串焊工序导致的电池片效率下降的问题。
[0117]
通过实施例1与实施例3的对比可知，本实用新型中光源可采用led阵列灯泡组，能够解决使用红外或者远红外加热的串焊方式带来的效率损失问题，因此实施例1中电池片的效率和组件功率均高于实施例3。
[0118]
通过实施例1和对比例1-2的对比可知，本实用新型将光注入退火和串焊集成在一台设备中，并设置预热区，缩短了制程周期，提高了产能，与对比例1中缺少预热区和对比例
2中将光注入和串焊结合到一起相比，实施例1中集成设备的产能更高。
[0119]
本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。