專利名稱：太陽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，國際上一些發(fā)達國家高度關(guān)注新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，并加大政府投入、積極推進它的發(fā)展。太陽能是未來替代化石能源的主要清潔可再生新能源之一。人們從各個應用領(lǐng)域?qū)μ栯姵剡M行研究，其中主要研究方向是提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率和降低成本。目前晶體硅片厚度越來越薄，因此更加易碎，這個趨勢推動了非接觸處理技術(shù)的發(fā)展，以此保持低破片率和高良率。激光精細加工以其非接觸能量注入、靈活的光束引導、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、對材料的損傷小、報廢率低、環(huán)境友好等優(yōu)點，非常適合太陽能電池加工。生產(chǎn)晶體硅太陽電池最關(guān)鍵的步驟之一是在硅片的正面和背面制造非常精細的電路，將光生電子導出電池。目前這個金屬鍍膜工藝通常由絲網(wǎng)印刷技術(shù)來完成即將含有金屬的導電漿料透過絲網(wǎng)網(wǎng)孔壓印在硅片上形成電路或電極。其中太陽電池的前電極即正面電極由主柵線和副柵線兩部分構(gòu)成，主柵線是直接接到電池外部引線的較粗部分，副柵線則是為了將電流收集起來傳遞到主柵線去的較細部分，制作成窄細的柵線狀以克服擴散層的電阻。電極圖形，例如電極的形狀、寬度和密度等， 對于太陽電池轉(zhuǎn)換效率影響較大。正面導電電路的一個負面效應是陰影遮擋導線阻擋了一部分陽光，使其無法進入電池的有效區(qū)域，從而降低了轉(zhuǎn)換效率。為了將這種陰影效應降到最低，副柵線線寬必須盡可能做到最窄。但由于印刷油墨粘度、表面張力、細度等性能的限制，目前的標準線條只能窄到80 μ m。另外，為了保持足夠的導電性，線條的高度必須增加，這樣才能保持同樣的橫截面積。實現(xiàn)更細、更高導線橫截面的解決方案就是將多條導線重疊印刷。這就意味著絲網(wǎng)印刷機必須能夠高準確度、高重復性地印刷非常細小的線條。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有絲網(wǎng)印刷機不能使太陽電池前電極的副柵線做得更窄的缺點，提供一種太陽電池前電極激光加工方法及裝置。—種太陽電池前電極激光加工方法，其特點是，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激光波長的不同吸收系數(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線，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，實現(xiàn)對電流的收集與輸運。一種實現(xiàn)上述太陽電池前電極激光加工方法的裝置，其特點是，該裝置主要包括激光器、擴束鏡、反射鏡、聚焦透鏡組、二維位移工作平臺和計算機控制系統(tǒng)；激光器輸出功率和/或重復頻率受計算機控制的激光光束，經(jīng)過擴束鏡擴束準直并通過光路傳導至反射鏡進入聚焦透鏡組，通過聚焦透鏡組會聚在聚焦鏡組的焦平面上，形成高能量密度光斑， 通過調(diào)焦模塊上下移動，高能量密度光斑位于安裝在高二維位移工作平臺上的被加工材料氮化硅薄膜的加工面上，通過視覺識別模塊由計算機控制二維位移工作平臺移動，實現(xiàn)工件的定位，并由計算機控制二維位移工作平臺按設(shè)定的圖案軌跡運動。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線，利用材料對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)；在刻劃的細線上通過電鍍技術(shù)制作電極，實現(xiàn)對電流的收集與輸運。激光加工結(jié)合電鍍技術(shù)制作太陽電池前電極，降低了副柵線的寬度，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。
具體實施例方式一種太陽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，同時能達到鈍化的效果，從而提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。氮化硅薄膜同時也是絕緣層，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激光波長的不同吸收系數(shù)，通過計算機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線，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，實現(xiàn)對電流的收集與輸運。電極的寬度由激光加工的細線寬度決定，電極的高度由電鍍工藝決定。一種實現(xiàn)上述太陽電池前電極激光加工方法的裝置，由圖1-圖3所示，其特點是， 該裝置主要包括激光器1、擴束鏡2、反射鏡3、聚焦透鏡組4、二維位移工作平臺6和計算機控制系統(tǒng)；激光器1輸出功率和/或重復頻率受計算機控制的激光光束，經(jīng)過擴束鏡2擴束準直并通過光路傳導至反射鏡3進入聚焦透鏡組4，通過聚焦透鏡組4會聚在聚焦鏡組的焦平面上，形成高能量密度光斑9，通過調(diào)焦模塊7上下移動，高能量密度光斑9位于安裝在二維位移工作平臺6上的被加工材料氮化硅薄膜5的加工面上，通過視覺識別模塊8由計算機控制二維位移工作平臺6移動，實現(xiàn)工件的定位，并由計算機控制二維位移工作平臺6 按設(shè)定的圖案軌跡運動。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算機控制系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，特點是加裝運動控制卡，同步控制激光器開關(guān)、激光器輸出功率和重復頻率調(diào)節(jié)、激光調(diào)焦及二維工作位移平臺的運動；計算機系統(tǒng)中還加裝圖像采集卡，用于加工件圖像的讀取。所述的計算機軟件系統(tǒng)主要包括
(1)激光器控制模塊控制激光器的開關(guān)、控制激光器輸出功率和重復頻率調(diào)節(jié)等工作參數(shù)；
(2)調(diào)焦模塊控制調(diào)焦機構(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)機器視覺識別模塊控制高精度二維位移平臺實現(xiàn)加工件的定位套準。電鍍系統(tǒng)，用于在硅片上電鍍金屬電極。
實施例本發(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線，細線最窄寬度為40微米。二維位移工作平臺速度為80mm/s?？虅澓弥蟮墓杵逑春筮M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激光波長的不同吸收系數(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線，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，實現(xiàn)對電流的收集與輸運。
2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述太陽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、擴束鏡、反射鏡、聚焦透鏡組、二維位移工作平臺和計算機控制系統(tǒng)； 激光器輸出功率和/或重復頻率受計算機控制的激光光束，經(jīng)過擴束鏡擴束準直并通過光路傳導至反射鏡進入聚焦透鏡組，通過聚焦透鏡組會聚在聚焦鏡組的焦平面上，形成高能量密度光斑，通過調(diào)焦模塊上下移動，高能量密度光斑位于安裝在高二維位移工作平臺上的被加工材料的加工面上，通過視覺識別模塊由計算機控制二維位移工作平臺移動，實現(xiàn)工件的定位，并由計算機控制二維位移工作平臺按設(shè)定的圖案軌跡運動，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)明公開了一種太陽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，通過激光擴束聚焦系統(tǒng)，獲得精細的聚焦光束，利用二維位移工作平臺走出電極圖案路徑，采用激光在硅片表面刻劃細線，利用材料對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)；在刻劃的細線上通過電鍍技術(shù)制作電極，實現(xiàn)對電流的收集與輸運。激光加工結(jié)合電鍍技術(shù)制作太陽電池前電極，降低了副柵線的寬度，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B23K26/40GK102299201SQ201110246280
公開日2011年12月28日 申請日期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, 王國慶 申請人:上海市激光技術(shù)研究所