專(zhuān)利名稱(chēng)：太陽(yáng)電池前電極激光加工方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)電池前電極激光加工方法及裝置，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多年來(lái)，國(guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)家高度關(guān)注新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，并加大政府投入、積極推進(jìn)它的發(fā)展。太陽(yáng)能是未來(lái)替代化石能源的主要清潔可再生新能源之一。人們從各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ?yáng)電池進(jìn)行研究，其中主要研究方向是提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率和降低成本。目前晶體硅片厚度越來(lái)越薄，因此更加易碎，這個(gè)趨勢(shì)推動(dòng)了非接觸處理技術(shù)的發(fā)展，以此保持低破片率和高良率。激光精細(xì)加工以其非接觸能量注入、靈活的光束引導(dǎo)、精密的能量輸出等特性，與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有加工速度快、對(duì)材料的損傷小、報(bào)廢率低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合太陽(yáng)能電池加工。生產(chǎn)晶體硅太陽(yáng)電池最關(guān)鍵的步驟之一是在硅片的正面和背面制造非常精細(xì)的電路，將光生電子導(dǎo)出電池。目前這個(gè)金屬鍍膜工藝通常由絲網(wǎng)印刷技術(shù)來(lái)完成即將含有金屬的導(dǎo)電漿料透過(guò)絲網(wǎng)網(wǎng)孔壓印在硅片上形成電路或電極。其中太陽(yáng)電池的前電極即正面電極由主柵線(xiàn)和副柵線(xiàn)兩部分構(gòu)成，主柵線(xiàn)是直接接到電池外部引線(xiàn)的較粗部分，副柵線(xiàn)則是為了將電流收集起來(lái)傳遞到主柵線(xiàn)去的較細(xì)部分，制作成窄細(xì)的柵線(xiàn)狀以克服擴(kuò)散層的電阻。電極圖形，例如電極的形狀、寬度和密度等， 對(duì)于太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率影響較大。正面導(dǎo)電電路的一個(gè)負(fù)面效應(yīng)是陰影遮擋導(dǎo)線(xiàn)阻擋了一部分陽(yáng)光，使其無(wú)法進(jìn)入電池的有效區(qū)域，從而降低了轉(zhuǎn)換效率。為了將這種陰影效應(yīng)降到最低，副柵線(xiàn)線(xiàn)寬必須盡可能做到最窄。但由于印刷油墨粘度、表面張力、細(xì)度等性能的限制，目前的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)條只能窄到80 μ m。另外，為了保持足夠的導(dǎo)電性，線(xiàn)條的高度必須增加，這樣才能保持同樣的橫截面積。實(shí)現(xiàn)更細(xì)、更高導(dǎo)線(xiàn)橫截面的解決方案就是將多條導(dǎo)線(xiàn)重疊印刷。這就意味著絲網(wǎng)印刷機(jī)必須能夠高準(zhǔn)確度、高重復(fù)性地印刷非常細(xì)小的線(xiàn)條。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有絲網(wǎng)印刷機(jī)不能使太陽(yáng)電池前電極的副柵線(xiàn)做得更窄的缺點(diǎn)，提供一種太陽(yáng)電池前電極激光加工方法及裝置?！N太陽(yáng)電池前電極激光加工方法，其特點(diǎn)是，該方法步驟是
1.采用PECVD法在晶體硅表面沉積一層既起到減反射作用又能達(dá)到鈍化的效果的氮
化硅薄膜；
2.根據(jù)氮化硅薄膜和晶體硅材料對(duì)激光波長(zhǎng)的不同吸收系數(shù)，控制激光能量并與加工速度相匹配，使激光在晶體硅表面加工細(xì)線(xiàn)，刻蝕去除氮化硅薄膜，使下面的PN結(jié)裸露在外，刻蝕的圖案即為太陽(yáng)電池前電極圖案；
3.采用常規(guī)的電鍍法在晶硅前表面形成金屬化電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的收集與輸運(yùn)。一種實(shí)現(xiàn)上述太陽(yáng)電池前電極激光加工方法的裝置，其特點(diǎn)是，該裝置主要包括激光器、擴(kuò)束鏡、反射鏡、聚焦透鏡組、二維位移工作平臺(tái)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；激光器輸出功率和/或重復(fù)頻率受計(jì)算機(jī)控制的激光光束，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直并通過(guò)光路傳導(dǎo)至反射鏡進(jìn)入聚焦透鏡組，通過(guò)聚焦透鏡組會(huì)聚在聚焦鏡組的焦平面上，形成高能量密度光斑， 通過(guò)調(diào)焦模塊上下移動(dòng)，高能量密度光斑位于安裝在高二維位移工作平臺(tái)上的被加工材料氮化硅薄膜的加工面上，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別模塊由計(jì)算機(jī)控制二維位移工作平臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的定位，并由計(jì)算機(jī)控制二維位移工作平臺(tái)按設(shè)定的圖案軌跡運(yùn)動(dòng)。激光束瞬間高溫熔化或汽化被加工材料，刻蝕被加工材料的氮化硅薄膜部分，被刻蝕去除后，其下面的PN結(jié)裸露在外，通過(guò)常規(guī)的電鍍工藝使刻蝕去除后其下面的裸露在外的PN結(jié)金屬化，形成前電極。本發(fā)明采用激光在硅片表面刻劃細(xì)線(xiàn)，利用材料對(duì)激光不同的吸收特性，刻蝕去除氮化硅膜層而不傷及PN結(jié)；在刻劃的細(xì)線(xiàn)上通過(guò)電鍍技術(shù)制作電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的收集與輸運(yùn)。激光加工結(jié)合電鍍技術(shù)制作太陽(yáng)電池前電極，降低了副柵線(xiàn)的寬度，即減少了電極遮光面積，因而非常有效地提高了電池效率。


圖1為太陽(yáng)電池前電極激光加工裝置原理框圖； 圖2為氮化硅薄膜激光刻蝕示意圖3為電鍍電極示意圖。
具體實(shí)施例方式一種太陽(yáng)電池前電極激光加工方法是采用PECVD法在晶體硅表面沉積了一層氮化硅薄膜，既起到減反射作用，同時(shí)能達(dá)到鈍化的效果，從而提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。氮化硅薄膜同時(shí)也是絕緣層，薄膜的厚度在SOnm左右，在它下面的PN結(jié)深為0. 4μ m。 根據(jù)氮化硅薄膜和晶體硅材料對(duì)激光波長(zhǎng)的不同吸收系數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)精確控制激光能量并與加工速度相匹配，使激光在晶體硅表面加工細(xì)線(xiàn)，刻蝕去除氮化硅薄膜，但不傷及其下面的PN結(jié)，刻蝕的圖案即為太陽(yáng)電池前電極(電路)圖案。絕緣的氮化硅薄膜被刻蝕去除后其下面的PN結(jié)裸露在外，采用常規(guī)的電鍍法在晶硅前表面形成金屬化電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的收集與輸運(yùn)。電極的寬度由激光加工的細(xì)線(xiàn)寬度決定，電極的高度由電鍍工藝決定。一種實(shí)現(xiàn)上述太陽(yáng)電池前電極激光加工方法的裝置，由圖1-圖3所示，其特點(diǎn)是， 該裝置主要包括激光器1、擴(kuò)束鏡2、反射鏡3、聚焦透鏡組4、二維位移工作平臺(tái)6和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；激光器1輸出功率和/或重復(fù)頻率受計(jì)算機(jī)控制的激光光束，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡2擴(kuò)束準(zhǔn)直并通過(guò)光路傳導(dǎo)至反射鏡3進(jìn)入聚焦透鏡組4，通過(guò)聚焦透鏡組4會(huì)聚在聚焦鏡組的焦平面上，形成高能量密度光斑9，通過(guò)調(diào)焦模塊7上下移動(dòng)，高能量密度光斑9位于安裝在二維位移工作平臺(tái)6上的被加工材料氮化硅薄膜5的加工面上，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別模塊8由計(jì)算機(jī)控制二維位移工作平臺(tái)6移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的定位，并由計(jì)算機(jī)控制二維位移工作平臺(tái)6 按設(shè)定的圖案軌跡運(yùn)動(dòng)。聚焦光斑9瞬間高溫熔化或汽化被加工材料5，刻蝕被加工材料的氮化硅薄膜10部分，被刻蝕去除后，其下面的PN結(jié)裸露在外，通過(guò)常規(guī)的電鍍工藝使刻蝕去除后其下面的裸露在外的PN結(jié)11金屬化，形成前電極12。上述裝置中所用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，特點(diǎn)是加裝運(yùn)動(dòng)控制卡，同步控制激光器開(kāi)關(guān)、激光器輸出功率和重復(fù)頻率調(diào)節(jié)、激光調(diào)焦及二維工作位移平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中還加裝圖像采集卡，用于加工件圖像的讀取。所述的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)主要包括
(1)激光器控制模塊控制激光器的開(kāi)關(guān)、控制激光器輸出功率和重復(fù)頻率調(diào)節(jié)等工作參數(shù)；
(2)調(diào)焦模塊控制調(diào)焦機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)激光聚焦鏡組與加工工件之間的距離，保證加工面位于激光聚焦鏡組的焦平面上；
(3)位移控制模塊按電極圖案走軌跡；
(4)機(jī)器視覺(jué)識(shí)別模塊控制高精度二維位移平臺(tái)實(shí)現(xiàn)加工件的定位套準(zhǔn)。電鍍系統(tǒng)，用于在硅片上電鍍金屬電極。
實(shí)施例本發(fā)明的被加工材料為沉積氮化硅薄膜的單晶硅片，激光器采用射頻(X)2激光器， 連續(xù)功率輸出50W。輸出光束擴(kuò)束5倍，聚焦透鏡組焦距為50mm，在沉積氮化硅薄膜的單晶硅片上刻劃細(xì)線(xiàn)，細(xì)線(xiàn)最窄寬度為40微米。二維位移工作平臺(tái)速度為80mm/s?？虅澓弥蟮墓杵逑春筮M(jìn)行常規(guī)的電鍍工藝，形成所需的前電極。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)電池前電極激光加工方法，其特征在于，該方法步驟為采用PECVD法在晶體硅表面沉積一層既起到減反射作用又能達(dá)到鈍化的效果的氮化硅薄膜；根據(jù)氮化硅薄膜和晶體硅材料對(duì)激光波長(zhǎng)的不同吸收系數(shù)，控制激光能量并與加工速度相匹配，使激光在晶體硅表面加工細(xì)線(xiàn)，刻蝕去除氮化硅薄膜，使下面的PN結(jié)裸露在外， 刻蝕的圖案即為太陽(yáng)電池前電極圖案；采用常規(guī)的電鍍法在晶硅前表面形成金屬化電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的收集與輸運(yùn)。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)電池前電極激光加工方法的裝置，其特征在于，該裝置主要包括激光器、擴(kuò)束鏡、反射鏡、聚焦透鏡組、二維位移工作平臺(tái)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)； 激光器輸出功率和/或重復(fù)頻率受計(jì)算機(jī)控制的激光光束，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直并通過(guò)光路傳導(dǎo)至反射鏡進(jìn)入聚焦透鏡組，通過(guò)聚焦透鏡組會(huì)聚在聚焦鏡組的焦平面上，形成高能量密度光斑，通過(guò)調(diào)焦模塊上下移動(dòng)，高能量密度光斑位于安裝在高二維位移工作平臺(tái)上的被加工材料的加工面上，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別模塊由計(jì)算機(jī)控制二維位移工作平臺(tái)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的定位，并由計(jì)算機(jī)控制二維位移工作平臺(tái)按設(shè)定的圖案軌跡運(yùn)動(dòng)，激光束瞬間高溫熔化或汽化被加工材料，刻蝕被加工材料的氮化硅薄膜部分，被刻蝕去除后，其下面的PN 結(jié)裸露在外，通過(guò)常規(guī)的電鍍工藝使刻蝕去除后其下面的裸露在外的PN結(jié)金屬化，形成前電極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)電池前電極激光加工方法及裝置，本發(fā)明采用激光器作為加工光源，通過(guò)激光擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)，獲得精細(xì)的聚焦光束，利用二維位移工作平臺(tái)走出電極圖案路徑，采用激光在硅片表面刻劃細(xì)線(xiàn)，利用材料對(duì)激光不同的吸收特性，刻蝕去除氮化硅膜層而不傷及PN結(jié)；在刻劃的細(xì)線(xiàn)上通過(guò)電鍍技術(shù)制作電極，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的收集與輸運(yùn)。激光加工結(jié)合電鍍技術(shù)制作太陽(yáng)電池前電極，降低了副柵線(xiàn)的寬度，即減少了電極遮光面積，因而非常有效地提高了電池效率。
文檔編號(hào)B23K26/40GK102299201SQ201110246280
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者唐則祁, 姜兆華, 安博言, 潘涌, 王國(guó)慶 申請(qǐng)人:上海市激光技術(shù)研究所