專(zhuān)利名稱(chēng)：一種晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)的方法，具體地說(shuō)是一種在 多晶硅太陽(yáng)電池背面利用激光、微波等脈沖熱源對(duì)鋁層進(jìn)行二次燒結(jié)形成高性能 鋁背場(chǎng)的方法。
背景技術(shù)：
硅太陽(yáng)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(yáng)電池占世界太陽(yáng)電池總產(chǎn)量的卯％左右，并且在 未來(lái)一段時(shí)間將繼續(xù)占據(jù)市場(chǎng)的主流地位，晶體硅太陽(yáng)電池中絕大部分是采用p 型硅片，背面采用絲網(wǎng)印刷鋁層，通過(guò)快速燒結(jié)爐使鋁擴(kuò)散到硅基體中形成一個(gè) 背面內(nèi)建電場(chǎng)，使少數(shù)載流子得到加速和更好的收集，從而提高電池的輸出電壓、 電流以及整體效率， 一般生產(chǎn)的電池采用鋁背場(chǎng)后功率可提高5%以上。從鋁背 面場(chǎng)的性能要求出發(fā)，燒結(jié)的溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)、鋁原子向硅體的擴(kuò)散越充分， 擴(kuò)散濃度越高，形成的背面場(chǎng)性能就越好。但是在實(shí)際的電池生產(chǎn)中，過(guò)高的燒 結(jié)溫度會(huì)對(duì)電池的其他部分性能造成不良影響，例如增加硅體缺陷和雜質(zhì)的繁殖 擴(kuò)散、使表層氮化硅膜性能衰退，最為嚴(yán)重的是在燒結(jié)過(guò)程中使正面電極燒穿 p-n結(jié)，造成嚴(yán)重漏電和電池報(bào)廢。目前在大規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn)中正面電極、背面電極 和鋁背場(chǎng)是分別印刷， 一次燒結(jié)，所以鋁背場(chǎng)的燒結(jié)溫度受到正面電極的燒結(jié)要 求限制， 一般鋁背場(chǎng)的擴(kuò)散濃度在1015cm-3，，在實(shí)驗(yàn)室利用快速熱處理燒結(jié)技 術(shù)可以將鋁背場(chǎng)的擴(kuò)散濃度提高到1016cm-3，性能更好。目前絲網(wǎng)印刷鋁層厚度 20微米左右，燒結(jié)后形成亞微米尺寸的微粒堆積結(jié)構(gòu)，通過(guò)提高燒結(jié)溫度，還 可以減少印刷鋁層中的有機(jī)物含量，改善鋁層中微粒的接觸，從而提高印刷鋁層 的導(dǎo)電性，降低電池的串聯(lián)電阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)工藝，該工藝采用 脈沖激光或脈沖微波，可以對(duì)鋁背場(chǎng)層進(jìn)行精確、靈活的脈沖加熱，不僅可以大 幅提高鋁層的擴(kuò)散溫度，提高擴(kuò)散濃度，還可以避免對(duì)太陽(yáng)電池正面介質(zhì)層和電極性能造成不利影響，明顯提高鋁背場(chǎng)的性能。
本發(fā)明的目的通過(guò)采取以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
一種晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)工藝，其特征在于，利用激光束或微波 束在晶體硅太陽(yáng)電池背面鋁層密集掃描，使掃描區(qū)域內(nèi)的鋁瞬間加熱熔化，并向 硅體擴(kuò)散，形成性能優(yōu)異的重?cái)U(kuò)散鋁背場(chǎng)。
本發(fā)明工藝?yán)眉す馐蛭⒉ㄊ诰w硅電池背面掃描，掃描區(qū)域內(nèi)的鋁材 料在脈沖加熱下熔化并更好地?cái)U(kuò)散到附著的硅體表面，提高鋁背場(chǎng)的鋁摻雜濃 度，獲得更好的鋁背場(chǎng)鈍化和對(duì)少數(shù)載流子的收集效率，提高太陽(yáng)電池的整體效 率，并且在此過(guò)程中脈沖熱源對(duì)鋁層的加熱不會(huì)對(duì)太陽(yáng)電池前表面的介質(zhì)層和電 極產(chǎn)生明顯破壞。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的激光束采用功率為1~1000W、波長(zhǎng)為 1100~200nm的脈沖或連續(xù)激光束，在經(jīng)過(guò)聚焦后達(dá)到微米至毫米量級(jí)直徑的光 斑照射到鋁層表面進(jìn)行掃描。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的微波束采用功率10~1000W、毫秒及更短 的脈沖寬度的微波源，經(jīng)過(guò)天線(xiàn)匯聚后在鋁層上進(jìn)行加熱。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)晶體硅片、印刷鋁層和激光、微波的性能，
選擇合適的掃描圖樣，在太陽(yáng)電池背面進(jìn)行全面或者局部的燒結(jié)。
本發(fā)明工藝提出的二次燒結(jié)鋁背場(chǎng)的主要手段是采用激光束或微波束在極 短時(shí)間內(nèi)加熱熔化太陽(yáng)電池背面的鋁層，采用較大功率的脈沖或連續(xù)激光(微波) 束，在經(jīng)過(guò)聚焦(如波束本身足夠細(xì)則不用聚焦)后照射到硅片表面進(jìn)行掃描， 使照射區(qū)域的鋁材料熔化并向硅體擴(kuò)散，形成比普通燒結(jié)工藝更高濃度的鋁摻雜 層。
本發(fā)明方法的具體處理步驟是
(1) 采用絲網(wǎng)印刷等方法在電池背面制作一定厚度的鋁層；
(2) 選擇合適的掃描圖樣，可設(shè)計(jì)點(diǎn)陣，線(xiàn)陣或其他圖樣，可以全部或局 部覆蓋鋁層面積；
(3) 對(duì)激光而言，選擇合適的激光波長(zhǎng)、光束模式、光斑大小、光束功率、 脈沖頻率和掃描速度等激光參數(shù)方案；對(duì)使用微波源，選擇合適的微波波長(zhǎng)、波
束大小、波束功率、脈沖寬度等參數(shù)，做好設(shè)置；
4(4)將硅片固定在工作臺(tái)上，按預(yù)定的參數(shù)和圖樣利用激光(或微波)束 掃描進(jìn)行燒結(jié)。
本發(fā)明利用激光或微波燒結(jié)，與傳統(tǒng)燒結(jié)爐相比，其優(yōu)點(diǎn)主要有l(wèi).激光或 微波燒結(jié)的溫度很高，可以使鋁層完全融化，摻雜的濃度大大提高；2.脈沖激光 和微波的加熱時(shí)間極短(納秒到毫秒)，加熱高溫區(qū)域很小，只限于鋁層和硅體 表層，不會(huì)對(duì)正面介質(zhì)層和正面電極的性能造成明顯影響；3.激光或微波燒結(jié)的 圖樣和面積可以根據(jù)實(shí)際要求靈活調(diào)整，制作過(guò)程簡(jiǎn)便快速；4.激光或微波燒結(jié) 基于成熟的設(shè)備，制作簡(jiǎn)便，可以很方便地結(jié)合到現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中，具有很好 的產(chǎn)業(yè)化前景。


圖1為晶體硅太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)截面圖； 圖2為激光、微波二次燒結(jié)示意圖； 圖3為局部二次燒結(jié)后結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為全面二次燒結(jié)后結(jié)構(gòu)示意圖l-4中，l.前電極；2.正面鈍化減反膜；3. N型擴(kuò)散層；4. P型硅基體； 5.鋁擴(kuò)散層(即鋁背場(chǎng)層)；6.印刷鋁層；7.激光束/微波束。
具體實(shí)施例方式
以下列舉具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。需要指出的是，實(shí)施例只用于對(duì)本 發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)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。
如圖1-4所示，本發(fā)明提供的晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)工藝是利用激 光束或微波束在晶體硅太陽(yáng)電池背面鋁層密集掃描，使掃描區(qū)域內(nèi)的鋁瞬間加熱 熔化，并向硅體擴(kuò)散，形成性能優(yōu)異的重?cái)U(kuò)散鋁背場(chǎng)。 實(shí)施例l
采用一臺(tái)波長(zhǎng)1064nm的Nd: YAG激光器激光脈沖頻率lK 30KHz，振 鏡掃描，光束橫模為低階模式。設(shè)置激光脈沖頻率為1 10KHz，掃描速度為 100mm/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。燒結(jié)掃描圖樣為密集點(diǎn)陣，局部燒結(jié)，點(diǎn)徑約80微米，間距約0.5mm， 采用激光束在一個(gè)點(diǎn)重復(fù)多個(gè)脈沖的方式燒結(jié)。采用一臺(tái)波長(zhǎng)1064nrn的Nd: YAG激光器激光脈沖頻率lK 30KHz，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 100mm/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。燒結(jié)掃描圖樣為密集圓圈陣列陣，局部燒結(jié)，圓的直徑100 200微米， 間距約0.5 lmm，激光束沿圓圈掃描，可以根據(jù)實(shí)際性能重復(fù)多次。 實(shí)施例3
采用一臺(tái)波長(zhǎng)1064nm的Nd: YAG激光器激光脈沖頻率lK 30KHz，振 鏡掃塌，光速橫模為低階模式。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。燒結(jié)掃描圖樣為平行線(xiàn)陣列，線(xiàn)間距約50 200微米，激光燒結(jié)覆蓋 整個(gè)電池背面鋁層。 實(shí)施例4
采用一臺(tái)2.45GHz、毫秒脈沖、功率10~5KW的微波燒結(jié)設(shè)備，微波束聚焦 直徑10毫米，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。采用線(xiàn)掃 描方式覆蓋整個(gè)電池鋁層表面。
權(quán)利要求
1.一種晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)工藝，其特征在于，利用激光束或微波束在晶體硅太陽(yáng)電池背面鋁層密集掃描，使掃描區(qū)域內(nèi)的鋁瞬間加熱熔化，并向硅體擴(kuò)散，形成性能優(yōu)異的重?cái)U(kuò)散鋁背場(chǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)工藝，其特征在 于，所述的激光束采用功率為1~1000W、波長(zhǎng)為1100 200nm的脈沖或連續(xù)激光 束，在經(jīng)過(guò)聚焦后達(dá)到微米至毫米量級(jí)直徑的光斑照射到鋁層表面進(jìn)行掃描。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)工藝，其特征在 于，所述的微波束采用功率10~1000W、毫秒及更短的脈沖寬度的微波源，經(jīng)過(guò) 天線(xiàn)匯聚后在鋁層上進(jìn)行加熱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)工藝，其特征在 于，根據(jù)晶體硅片、印刷鋁層和激光、微波的性能，選擇合適的掃描圖樣，在太 陽(yáng)電池背面進(jìn)行全面或者局部的燒結(jié)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅太陽(yáng)電池絨面制作方法，其特征在于，所 述的掃描圖樣設(shè)計(jì)成點(diǎn)陣或線(xiàn)陣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種晶體硅太陽(yáng)電池鋁背場(chǎng)二次燒結(jié)工藝，該工藝?yán)妹}沖方式的激光束或者微波束在電池背面鋁背場(chǎng)區(qū)域掃描或整體照射，使掃描區(qū)域內(nèi)的鋁瞬間加熱熔化，并向硅體擴(kuò)散，在太陽(yáng)電池背面形成全面或局部的鋁重?fù)诫s區(qū)，從而形成性能優(yōu)良的背面場(chǎng)，可以加速少數(shù)載流子擴(kuò)散，提高少數(shù)載流子的收集率，提高電池的長(zhǎng)波響應(yīng)，從而提高電池的整體效率。二次燒結(jié)的熱影響可以控制在鋁層周?chē)?，不?huì)對(duì)電池的其他部分產(chǎn)生明顯的不良影響，激光燒結(jié)的設(shè)計(jì)方式多樣靈活，制作簡(jiǎn)便快捷，可以很便捷地結(jié)合到現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101540349SQ20091003902
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者張陸成, 輝 沈, 王學(xué)孟 申請(qǐng)人:中山大學(xué)