阅读说明：本技术 一种太阳能电池片低损切割方法及切割装置 (Low-loss cutting method and cutting device for solar cell ) 是由 姜亚帅 周肃 庄浩 严勋 孙观 黄国平 李菁楠 曹华斌 张会学 姜利凯 杨忠绪 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种太阳能电池片低损切割方法,对电池片的待切割区域黑化喷涂处理,脉冲激光束以子弹锥形光斑进行切割,子弹锥形的锥角不大于45°、高度与底边半径比1∶1～4∶1、底边直径为20～50μm,光斑热影响区为50～100μm；同时公开了实现这种切割方法的切割装置。本发明通过对电池片的待切割区域黑化喷涂,减少切割时能量损耗,降低热影响区,同时对脉冲激光束光斑调整为子弹锥形,改变光斑形状而最大化降低热影响区,从切割工艺和切割装置双方面改进以实现低损切割。(The invention discloses a low-loss cutting method of a solar cell, wherein a to-be-cut area of the cell is subjected to blackening spraying treatment, a pulse laser beam is cut by a bullet conical light spot, the conical angle of the bullet is not more than 45 degrees, the ratio of the height to the radius of a bottom edge is 1: 1-4: 1, the diameter of the bottom edge is 20-50 mu m, and the heat-affected zone of the light spot is 50-100 mu m; a cutting device for implementing the cutting method is also disclosed. The invention reduces energy loss and reduces the heat affected zone during cutting by blackening and spraying the to-be-cut area of the battery piece, simultaneously adjusts the light spot of the pulse laser beam into a bullet cone shape, changes the shape of the light spot to maximally reduce the heat affected zone, and improves from the two aspects of a cutting process and a cutting device to realize low-loss cutting.)

一种太阳能电池片低损切割方法及切割装置

技术领域

本发明涉及太阳能电池片切割方法及切割装置。

背景技术

目前度电成本较高仍然是制约光伏占据能源主流市场的主要因素，唯有降本增效才能突破现有瓶颈。目前大规模量产的提效方法包括半片、半片多主栅及叠瓦等技术，这导致组件单体功率大幅增加，目前已报道的组件单体功率已突破450W。

半片、半片多主栅及叠瓦组件的量产均需对电池片进行激光切割，其原理是脉冲激光经过聚焦后照射到电池片上，使表面温度急剧升高至熔化或气化，形成切缝，从而达到切割的目的。脉冲激光切割在光伏电池上应用具有如下优势：切割精度高、质量好，切割端面平整光滑；切割速度快，加工效率高；非接触式切割，无机械应力，不产生形变。但是，目前热影响区宽度仅做到110～140um，这会造成光电转换效率的损失，因此需进一步减小热影响区的尺寸。

一种太阳能电池片切割装置(国别：中国，公开号：205496799U，公开日期：2016-02-04)公开的装置包括：激光器调整平台，用于调节激光器的安装位置；激光器，与激光器调整平台连接，用于发射激光；光斑发生装置，与激光器连接，包括依次设置的扩束镜、扫描振镜和扫描场镜，激光依次通过扩束镜、扫描振镜和扫描场镜；扩束镜用于将激光直径放大并得到准直度高的激光束；扫描场镜用于将激光束会聚成光斑；定位吸附装置，设置于扫描场镜下方，用于固定所述太阳能电池片。有益效果是：采用扫描振镜，实现激光切割头和被加工的工件都不用运动，提高切割速度，定位精度高，极大克服了机械运动的慢速和定位精度有限的缺陷，切割时无需来回运动，提高切割效率，切割精度高节约企业的生产成本。

但现有技术中是通过圆形激光束汇聚的光斑多频次照射电池片，切割面位于铝背场，由于铝背场表面反光导致能量损失，因而需要提升激光激发功率，而二次切割后高能量激光会显著影响切割区域，同时圆形光斑也进一步提升热影响区范围，从而造成电池切割损失增大。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种太阳能电池片低损切割方法，减少热损失，降低热影响区，同时提供一种实现这种切割方法的切割装置。

技术方案：一种太阳能电池片低损切割方法，包括以下步骤：

步骤一，对电池片的待切割区域黑化喷涂处理；

步骤二，脉冲激光束以子弹锥形光斑进行切割，子弹锥形的锥角不大于45°、高度与底边半径比1∶1～4∶1、底边直径为20～50μm，光斑热影响区为50～100μm。

进一步的，黑化喷涂的材料为石墨墨水、碳素墨水、黑化涂料的其中一种。

进一步的，黑化喷涂的涂层厚度为10～20μm。

进一步的，子弹锥形的轮廓边为弧线。

进一步的，子弹锥形光斑脉冲激光束的子弹锥形弹头方向与切割方向一致或基本一致。

一种实现上述的太阳能电池片低损切割方法的切割装置，包括自上而下依次布设的脉冲激光发生装置、扩束装置、光斑调整装置、会聚装置，光斑调整装置上开设有所述子弹锥形通孔，脉冲激光发生装置发出的圆形光斑激光束先经过扩束装置扩束，然后经过光斑调整装置变为子弹锥形光斑激光束，最后经过会聚装置聚焦成高能量激光束，将子弹锥形光斑激光束的长轴与切割方向调整为一致，然后进行切割。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：通过对电池片的待切割区域黑化喷涂，减少切割时能量损耗，降低热影响区，同时对脉冲激光束光斑调整为子弹锥形，改变光斑形状而最大化降低热影响区，从切割工艺和切割装置双方面改进以实现低损切割。

附图说明

图1为子弹锥形光斑形状及热影响区示意图；

图2为切割装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种太阳能电池片低损切割方法，包括以下步骤：

步骤一，对电池片的待切割区域黑化喷涂处理。

黑化喷涂的材料为石墨墨水、碳素墨水、黑化涂料的其中一种，黑化喷涂的涂层厚度为10～20μm。

步骤二，脉冲激光束以子弹锥形光斑进行切割。

子弹锥形光斑的形状如附图1所示，基于等腰三角形的基础形状，顶部的锥角α不大于45°，高度h与底边半径r的长度比例为1∶1～4∶1，底边直径2r的长度为20～50μm，三条轮廓边a、b、c为弧线，且两条侧轮廓边a、b的弧度不超出底边，附图1中箭头所示为子弹锥形光斑的切割方向，子弹锥形弹头方向与切割方向一致或基本一致，底边直径2r即为子弹锥形光斑激光束形成的切缝宽度，所形成的光斑热影响区d宽度为50～100μm。

形成上述子弹锥形光斑脉冲激光束的切割装置，如附图2所示，包括脉冲激光发生装置1、扩束装置2、光斑调整装置3、会聚装置4，脉冲激光发生装置1、扩束装置2、光斑调整装置3、会聚装置4自上而下依次布设，光斑调整装置3上开设有通孔，通孔形状即为上述的子弹锥形光斑的形状。脉冲激光发生装置1发出圆形光斑的激光束5，先经过扩束装置2扩束，形成激光束6，然后经过光斑调整装3上的通孔，变为子弹锥形光斑的激光束7，最后经过会聚装置4聚焦成高能量激光束8，将子弹锥形光斑激光束的长轴与切割方向调整为一致，然后进行切割。

上述的切割装置基于现有的光学装置改装而成。

对电池片的待切割区域黑化喷涂处理步骤，得到的涂层薄而均匀，与电池片表面结合良好，涂层易于生成和去除，具有吸收率高、导热性能良好的优点。黑化处理后，电池片表面待切割区域的光反射小于5％，更易吸热，热量也更加集中，切割时所需激光能量也减少，因而热影响区显著降低，同时激光烧蚀后喷涂材料被烧蚀。

所形成的子弹锥形光斑脉冲激光束，热扩散区域沿子弹锥形弹头方向有更多的能量分布，因而横向扩散要小很多，且子弹锥形弹头方向与切割方向一致或基本一致，就可以有效减小切缝边沿热影响区域的尺寸。而现有技术中的圆形光斑脉冲激光束，热扩散是均匀且径向扩散的，因此其圆周区域热影响区域基本相同。