太陽能電池激光背電極窗口開窗終點判斷方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能電池激光背電極窗口開窗終點判斷方法，屬于太陽能電池技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著人們環(huán)保意識的提高，對于清潔能源的需求日益旺盛。在人們研究的新型清潔能源中，太陽能作為一種不受地域限制的清潔能源成為了未來新能源發(fā)展的主要方向。太陽能電池是人們利用太陽的光能轉換為電能的主要裝置。但是，目前太陽能電池的轉換效率還不能達到人們的要求。提高太陽能電池的轉換效率，降低太陽能電池制造成本成為了人們研究的熱點。
[0003]為了提高電池的轉換效率，人們對電池進行了結構和工藝方法的多種研究。其中，有很多電池的制備方法都需要對電池上的鈍化薄膜進行局部蝕除，形成電極通路或窗口。如雙面鈍化電池，需要對電池背面被鈍化薄膜覆蓋的區(qū)域進行局部蝕除，以形成背電極所需的電極窗。一般來說，對于局部蝕除使用的工藝方法是利用微電子工藝的光刻的方法來進行，但是，這個方法在太陽能工業(yè)上應用會導致電池生產成本大大提高，生產效率下降。目前，背電極窗口的形成方法主要為應用掩模的化學法，該方法需要在電池上鍍上防腐蝕的膠體，工藝完成后，需要對電池表面進行徹底的清洗，這不僅僅帶來了電池生產步驟地增加，同時，清洗的廢液對環(huán)境有較大的污染。因此，必須尋找一種無污染，高效的背電極窗口蝕除工藝方法。
[0004]應用激光進行背電極窗口的刻蝕可以有效的克服以上工藝方法的缺點。激光窗口刻蝕工藝可以無需掩模而一次形成電池所需的背電極窗口區(qū)，不會使得非電極區(qū)的雜質進行二次擴散。同時，激光摻雜技術能有效地與現(xiàn)有的太陽能電池生產線相兼容，適用于加工商業(yè)級的晶體硅太陽電池。
[0005]但是，如果激光能量過高會導致電池表層硅晶格結構被破壞，從而形成高復合層，降低電池的效率;而激光能量過低，又無法達到徹底刻蝕絕緣鈍化層的目的，所以激光背電極窗口開窗工藝存在一定的工藝難度。由于每批次的太陽能電池的背表面狀態(tài)不盡相同，激光背電極窗口開窗工藝難以以某一確定的激光參數(shù)進行生產。因此，激光背電極窗口開窗工藝較難直接應用于大規(guī)模電池生產。
[0006]為了解決以上激光背電極窗口開窗工藝的困難，需要一種有效的激光背電極窗口開窗終點判斷方法。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于:克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，提出一種太陽能電池激光背電極窗口開窗終點判斷方法，工藝實現(xiàn)簡單，生產成本低，測試結果性能可靠。
[0008]為了達到上述目的，本發(fā)明提出的太陽能電池激光背電極窗口開窗終點判斷方法，包括如下步驟: 第I步、從同一批次的電池片中選取一個電池片作為樣品，電池片樣品的背面淀積有厚度均勻的背鈍化層，所述背鈍化層為二氧化硅層或氮化硅層中的一種；
第2步、利用相同波長和脈沖頻率的脈沖型激光對電池片樣品的背面進行N次刻蝕，第I次刻蝕的面積為N*A，第2次刻蝕的面積為(N-1)*A，以此類推，第N次刻蝕的面積為A，第i次刻蝕的區(qū)域在第1-Ι次刻蝕的區(qū)域范圍內，其中，i=2，3，...，N；
第3步、利用四探針測量經(jīng)受j次激光刻蝕后的該區(qū)域電池片背面的表面電阻率，并進行記錄，其中，」=1，2，...，Ν;本步驟中四探針測量電池片背面表面電阻率時，探針需刺穿背鈍化層達到電池表面進行測試；
第4步、從電池片經(jīng)受刻蝕次數(shù)由少至多進行觀察，緩慢增加的硅片表面電阻率突然變大處所對應的即為該批次電池片背部的激光開窗深度，設硅片表面電阻率突然變大處硅片經(jīng)受了 X次激光刻蝕，則利用與步驟2中相同波長和脈沖頻率的脈沖型激光對該批次電池片背面進行X次刻蝕完成背部開窗。
[0009]本發(fā)明太陽能電池激光背電極窗口開窗終點判斷方法的進一步改進在于:
1、第2步中，選用波長為1064nm，頻率為25-35Ηζ的脈沖型激光對電池片的背面進行刻蝕，每平方厘米電池片所受到的激光作用時間為15-25S。
[0010]2、第2步中，A=I 00mm2。
[0011]3、第2步中，在無氧環(huán)境下進行激光刻蝕。
[0012]4、第2步中，激光刻蝕后電池片減薄厚度為20-23nm。
[0013]5、第2步中，N的取值范圍為15-25。
[0014]6、第4步中，利用臺階儀測量硅片減薄深度。
[0015]本發(fā)明提出了一種太陽能電池激光背電極窗口開窗終點判斷方法，通過測試不同能量激光作用后的電池片表面電阻率的變化，判斷激光背電極窗口開窗工藝的參數(shù)。發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，在對電池片背面進行一次次的不斷刻蝕過程中，硅片表面電阻率一開始是緩慢增加的，當?shù)竭_某一刻蝕深度后，硅片表面電阻率突然增大。發(fā)明人果斷推測:電池片背面的鈍化薄膜被激光徹底刻蝕會導致電池表面電阻率的突然上升。這是由于當電池表面的鈍化薄膜被激光完全刻蝕后，電池表面沒有了保護層，電池表面的雜質在激光的熱作用下，向周圍環(huán)境揮發(fā)，導致電池表面的雜質濃度下降，電阻率升高。而電池片的背鈍化層為氮化硅或二氧化硅，摻雜元素(如磷、硼)是不易透過這些材料揮發(fā)。因此，當電池表面電阻率突然升高，表明有部分雜質揮發(fā)，則可說明此時電池背鈍化層被激光剛好完全刻除，達到激光刻蝕的終點。本發(fā)明基于該原理實現(xiàn)了對開窗終點的判斷。
[0016]本發(fā)明第2步中，對電池片背面進行連續(xù)的多次激光刻蝕，并且后一次刻蝕區(qū)域位于前一次的刻蝕區(qū)域內，最終得到的電池片背面形成階梯狀結構，隨后第3步中，利用四探針測量各臺階面下的電池表面電阻率，最終得到激光作用次數(shù)與表面電阻率的對應關系表，從而找到所需的背鈍化窗口的激光處理次數(shù)。與傳統(tǒng)方法相比較，本發(fā)明對背鈍化層的減薄采用連續(xù)進行的方式，同樣的，測量表面電阻率也采用連續(xù)進行的方式，這樣就大大縮短了檢測時間，提高了生產效率;并且最終刻蝕后得到樣品能夠完整的保留每次刻蝕后的狀態(tài)信息。
[0017]可見，本發(fā)明的開窗終點判斷方法簡單易行，成本低，而且精度較高，能夠滿足工業(yè)上的需要。
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0019]圖1是本發(fā)明激光刻蝕區(qū)域示意圖。
[0020]圖2是電池片背面減薄深度-硅片表面電阻率曲線圖。
【具體實施方式】
[0021 ]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0022]本發(fā)明實施例太陽能電池激光背電極窗口開窗終點判斷方法，包括如下步驟:
第I步、從同一批次的電池片中選取一個電池片作為樣品樣品，電池片樣品的背面淀積有厚度均勻的背鈍化層，本例中，背鈍化層為氮化硅層。
[0023]第2步、在無氧環(huán)境下，利用相同波長和脈沖頻率的脈沖型激光對電池片樣品的背面進行20次刻蝕，第I次刻蝕的面積為20*100mm2，第2次刻蝕的面積為19*100mm2，以此類推，第10次刻蝕的面積為100mm2，第2次刻蝕的區(qū)域在第I次刻蝕的區(qū)域范圍內，第3次刻蝕的區(qū)域在第2次刻蝕的區(qū)域范圍內，以此類推，第20次刻蝕的區(qū)域在第19次刻蝕的區(qū)域范圍內；本例中，激光的波長為1064nm，頻率為35Hz，每平方厘米激光作用時間為20s;如圖1所示為本發(fā)明激光刻蝕區(qū)域示意圖，第一次刻蝕的區(qū)域為A1-A20，第二次刻蝕的區(qū)域為A2-A20，第三次刻蝕的區(qū)域為A3-A20，以此類推，第20次刻蝕的區(qū)域為A20?？梢姡瑘D中Al區(qū)進行了一次刻蝕，A2區(qū)進行了 2次刻蝕，…，A20區(qū)進行了 20次刻蝕。圖中標號I為電池片樣品。
[0024]第3步、利用四探針測量經(jīng)受1-20次激光刻蝕后的該區(qū)域電池片背面的表面電阻率，并進行記錄;本步驟中四探針測量電池片背面表面電阻率時，探針需刺穿背鈍化層達到電池表面進行測試。
[0025]第4步、從電池片經(jīng)受刻蝕次數(shù)由少至多進行觀察，本實施例中為了更直觀，繪制了硅片減薄深度與硅片表面電阻率曲線圖(見圖2，圖中只畫出了由淺入深的13個測試點)，緩慢增加的硅片表面電阻率突然變大處所對應的硅片減薄深度即為電池片背鈍化層的厚度，即為該批次電池片背部的激光開窗深度，從圖2中可知，在經(jīng)歷了 12次激光刻蝕后，剛好去除掉背鈍化層，露出電池表面。那么接下來就可利用與步驟2中相同波長和脈沖頻率的脈沖型激光對該批次電池片背面進行12次刻蝕，即能完成背部開窗。
[0026]可見本發(fā)明簡單易行，檢測效率高；由于每次激光刻蝕的減薄厚度大約為20-23nm，因此本方法的終端判斷精度較高，具有工業(yè)運用價值。
[0027]除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種太陽能電池激光背電極窗口開窗終點判斷方法，包括如下步驟: 第I步、從同一批次的電池片中選取一個電池片作為樣品，電池片樣品的背面淀積有厚度均勻的背鈍化層，所述背鈍化層為二氧化硅層或氮化硅層中的一種； 第2步、無氧環(huán)境下利用波長為1064nm，頻率為25-35HZ的脈沖型激光對電池片樣品的背面進行N次刻蝕，每次激光刻蝕，每平方厘米電池片所受到的激光作用時間為15-25S，激光刻蝕后電池片減薄厚度為20-23nm，第I次刻蝕的面積為N*A，第2次刻蝕的面積為(N-1)*A，以此類推，第N次刻蝕的面積為A，第i次刻蝕的區(qū)域在第1-Ι次刻蝕的區(qū)域范圍內，其中，i=2,3，…，N; A=10mm2 ;N的取值范圍為 15-25; 第3步、利用四探針測量經(jīng)受j次激光刻蝕后的該區(qū)域電池片背面的表面電阻率，并進行記錄，其中，」=1，2，...，Ν;本步驟中四探針測量電池片背面表面電阻率時，探針需刺穿背鈍化層達到電池表面進行測試； 第4步、從電池片經(jīng)受刻蝕次數(shù)由少至多進行觀察，緩慢增加的電池片背面表面電阻率突然變大處所對應的電池片減薄深度即為電池片背鈍化層的厚度，即為該批次電池片背部的激光開窗深度，設電池片背面表面電阻率突然變大處電池片經(jīng)受了 X次激光刻蝕，則利用與步驟2中相同波長和脈沖頻率的脈沖型激光對該批次電池片背面進行X次刻蝕完成背部開窗。
【專利摘要】本發(fā)明涉及太陽能電池激光背電極窗口開窗終點判斷方法，利用相同波長和頻率的激光對電池片背面進行連續(xù)的多次刻蝕，最終得到的電池片背面形成階梯狀結構，分別測量各臺階面下的電池表面電阻率，最終得到激光開窗終點與激光減薄次數(shù)的對應關系，從而找到刻除背面鈍化層所需的減薄激光重復次數(shù)。與傳統(tǒng)方法相比較，本發(fā)明對背鈍化層的減薄采用連續(xù)進行的方式，同樣的，測量表面電阻率也采用連續(xù)進行的方式，這樣就大大縮短了檢測時間，提高了生產效率；并且最終刻蝕后得到樣品能夠完整的保留每次刻蝕后的狀態(tài)信息。本發(fā)明的開窗終點判斷方法簡單易行，成本低，而且精度較高。
【IPC分類】H01L21/66
【公開號】CN105551990
【申請?zhí)枴緾N201510882974
【發(fā)明人】陳云
【申請人】南通大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2013年10月21日
【公告號】CN103528558A, CN103528558B