CN101310390A - 用于加工具有激光刻蚀的沟槽触点的基件，尤其是太阳能电池的方法和装置 - Google Patents
用于加工具有激光刻蚀的沟槽触点的基件，尤其是太阳能电池的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
为了加工用于太阳能电池(11)的硅晶片，例如可以利用激光(20a)，在活性硅层(13)的增透层(15)上加工沟槽(22)。在沟槽(22)中涂布触点和掺杂材料(30)，就可消除激光(20a)可能对活性层(13)的顶面(14)造成的损伤。该材料含有起触点作用的镍以及起掺杂作用的磷。例如，可利用另一激光(20b)对触点和掺杂材料(30)进行加热，就会导致对活性层(13)的邻接区域(25)的掺杂。如此可以对其进行修补，此外还可以使已完成的触点(30′)具有非常小的接触电阻。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于加工基件，尤其是太阳能电池的方法，其中在基件的顶面上设有具有增透层的活性层。此外，本发明还涉及一种用于执行该方法的装置。
背景技术
例如，在硅晶片上制造或加工太阳能电池时，这些电池具有硅构成的活性层，必须在活性层上涂布正面的触点接触。此外，为了提高太阳能电池的效率，还要涂上增透层。就工艺流程来说，首先应涂上增透层，然后才设置触点接触。
此外，刻槽埋栅太阳能电池已经为人所知，即利用激光穿过SiNX增透层产生20～30μm深的沟槽。对沟槽进行清洁，然后重新使其具有比表面更高的掺杂水平。下一步用化学方法镀上镍，接着在大约400C°的烘箱内将其处理几分钟，然后用化学或电镀方法镀上铜层。这种做法的缺点是工艺成本较高，再次进行高温处理可能会引起SiNX受损，或者在硅组织结构中引起负面的变化，且退火过程意味着使基件的铝质背面再次承受负荷。
发明内容
本发明的任务在于：提出一种开头所述的方法以及一种装置，可以将其用来改进在基件或太阳能电池的具有增透层的活性层正面上涂布触通材料的方式。
该任务可通过具有权利要求1所述特征的一种方法，以及具有权利要求16所述特征的一种装置加以解决。本发明的优点以及优选实施形式均为其余权利要求的阐述内容，以下将对其进行详细解释，其间将参照说明内容来表达相关权利要求。以下所述特征中有一些尽管只解释一次，但这些特征既适用于所述的方法，也适用于所述的装置。
根据本发明所述，在增透层内产生直达其下方活性层的沟槽或者通道。例如可以利用激光来产生这些沟槽，确切地说以脉冲的方式或者连续运行的方式，备选地也可采用机械方式。然后将触通材料置于沟槽之中，或者涂布于沟槽底部，例如镍或者银。可以采用精确或有针对性地涂布触通材料的方法实现这一点，例如使用类似于印刷方法的喷墨法，备选地也可采用化学或电镀法，对沟槽内的触通材料进行加热或者升温。
其间可以适当选择激光的脉冲能量，使得可以去除增透层，但却不会去除位于其下面的活性层的硅，即使被激光脉冲进行多次轰击也不会去除。激光波长在260nm和1065nm之间，每个脉冲的单位面积功率密度在3～50J/cm2之间，脉冲持续时间在1ns和200ns之间，最好在50ns和100ns之间。
适宜使用Nd:YLF激光，该激光类似于常规的Nd:YAG激光，但有一个略有改变的载体玻璃，该激光的基本波长为1047nm，其是261.7nm的四倍。Nd:YAG激光的基本波长略大于1064nm。这样就有261nm-1065nm的范围可用于进行激光加工。
单位面积功率指的是单位面积的功率密度。也可以放大射束，然后提高脉冲功率，只要单位面积功率与上述一样即可。
可以按照所述方法形成正面触点接触。有利地也通过加热减小正面触点或触通材料与活性层之间的接触电阻，这样又可提高太阳能电池的性能或效率。
可以在产生沟槽之后，或者在置入触通材料之前，对基件或者活性层的顶面进行清洁，例如进行冲洗。可对基件顶面进行碱洗、酸洗或HF冲洗，同样也可以进行吹扫。这样就可以从沟槽或者沟槽底部清除杂质以及离析物，例如产生沟槽时所形成的微小碎屑。同样也可清除所形成的氧化物层。清洁或冲洗沟槽时最好也能略微去除一些活性材料，这样就可更好地准备好活性层的表面，使其有利于接着涂布触通材料。
最好也对邻接于沟槽或者触点的活性层材料，也就是硅进行掺杂。例如，这样有助于重新消除因刻蚀沟槽或者因激光照射在活性层内引起的损伤。
在本发明所述的一种实施例中，将掺杂材料混入触通材料之中，也就是将两者同时涂布。其优点在于：采用同一种相同的材料，也就是一种共同的触通与掺杂材料，只要经过一个方法步骤，就可以触点接触基件并且对活性层材料进行掺杂。除了一般性的掺杂优点之外，还可以同时形成正面触点接触。例如，掺杂材料可以是磷，优选触通与掺杂材料是NiP。磷成分用来在加热或者升温期间或者之后对活性层进行掺杂。镍成分则构成非常好的电导体，用于形成正面的触点接触。此外，镍与硅活性层之间的接触电阻很小。
最好在非常有限的局部范围内对所涂布的触点和掺杂材料进行加热。优选是仅在沟槽本身内或沟槽所在的区域内，或者在沟槽底部上进行，即在涂布有触点和掺杂材料地方进行加热。根据本发明一种特别有益的方案，可以使用一种适当的激光进行辐照加热。其间可以对激光工作参数进行调整，使其适合触点和掺杂材料的特性。在激光照射过程中，通过磷成分对活性层邻接材料进行掺杂。可以同时或者在随后的第二步步骤中对触点和掺杂材料进行再次加热或者升温，以便使镍成分熔化，形成正面触点或者接触轨。例如，又可以通过激光照射进行加热。由于通常要涂布多条此类接触轨，因此会形成一种触点图形。除了使用激光对所涂布的触点和掺杂材料进行加热之外，也可以沿着这些触点布置极薄且有足够导电能力的加热丝或类似器件，用以对触通材料进行加热。
上述用来执行本方法的装置具有至少一个带激光的加工站，要么多次启动该加工站来加工太阳能电池，或者配置多个激光站。此外，还可配置用来将触点和掺杂材料涂布到沟槽之中的装置。
本发明的特别有益之处在于，可以涂布一种既能起到触点接触作用，又能起到活性层掺杂作用的材料，因此可以简化方法步骤。
这些以及其它特征均源自于相关权利要求以及专利描述和图，且各项特征均可单独实现，或者以本发明某一实施例次组合的形式并且在其它领域同时实现多项特征，且各项所述特征均能表达本专利申请要求保护的实施型式。本申请书的分段方式以及中间标题并不限制所述内容的普遍有效性。
附图说明
本发明的实施例均在附图中加以表示，以下将对其进行详细解释。相关图如下：
图1～6构建用于太阳能电池的晶片结构以及设置触点接触的不同方法步骤。
具体实施方式
图1所示为一个具有硅活性层13的太阳能电池11。活性层13的顶面14上涂有增透层15，该增透层例如可以由SiNX组成。这一结构早已为专业人士所知。
如图1所示，利用激光20a对增透层15的顶面16进行照射，在其中加工出沟槽22。以一定间距加工多条相互平行的沟槽22，如同太阳能电池11上已经存在的触点接触一样。从图1中可以看出，沟槽底部23大致位于活性层13的顶面14所在区域内。这就意味着，将在沟槽22内以该沟槽的宽度来去除全部增透层的材料。
可以对激光进行如下设置：
脉冲能量为25-80μJ/每脉冲，焦斑直径约22μm，单位面积功率为6.5～21J/cm2，波长532nm，脉冲持续时间70ns。
从放大的图2可以看出，在沟槽底部23所在区域的活性层13材料中形成了损伤区域25。这里的活性材料13已在激光20a的作用下损伤，尚需将其消除，以下将详细说明。
此外，在沟槽底部23还有一些微粒形式的杂质。使用冲洗机构27清除沟槽22内的这些杂质，就会现出图3所示的太阳能电池11。此时沟槽底部23连同活性层13顶面上的损伤区域25就会露出。
此外，在图2和3所示的步骤中，还可在冲洗或清除沟槽底部23上的杂质时剥蚀一些硅，优选从损伤区域25剥蚀。这样就可获得整洁的沟槽底部23，从而有利于触点接触。
根据图3所示，使用涂装装置29将涂层材料或触通与掺杂材料涂布到沟槽22之中，如前面所述的一样。图4所示就是结束涂布材料之后的情况。如前所述，触点和掺杂材料可以是NiP。以下还会对此进行详细说明。
然后根据图5所示，使用另一激光20b照射或加热沟槽22内的材料30。这种加热由此仅在沟槽22内进行，或者在材料30内进行，在加热过程中将磷掺杂到邻接的活性材料13之中。其间优选对损伤区域25进行掺杂。这样就可修复活性层13，或者消除因加工沟槽而在活性层内引起的损伤。通过激光20b产生掺杂过程所需的热量，但也可以通过其它方法来产生热量，且应当局部施加热量。
除了可修复烧损区域25之外，此外对该区域实施较强的++-杂质，还可以使得与在图6中端部所示的正面触点30′的接触电阻尽可能小。对于接触特性而言，特别适合的材料是镍，因为与硅之间的接触电阻极小。同样也可使用银。触点和掺杂材料中的磷成分用来对活性层13的材料进行掺杂。即使不存在因加工沟槽22而烧损的区域25，使用磷或另一种材料进行掺杂也有减小与制成的触点30′的接触电阻的好处。
图6所示为已经完成的太阳能电池11，本发明所述方法就此结束。与普遍为人所知的太阳能电池一样，可以相隔一定的间距设置这种制成的触点30′，作为太阳能电池11的正面触点接触。
实施本发明所述方法的关键在于：触通材料和掺杂材料在一个步骤中或者共同地或作为混合材料进行涂布。这样就可明显节约花费，并且能产生性能非常好的太阳能电池11。
其它变型方案的简要说明：
变型方案1：
原料是作为基件的已掺杂的硅晶片，基件正面有增透层(SiNx)，背面有铝和银或者其他金属。
利用激光在正面的增透层中加工多条沟槽，通过选择适当的激光参数，这些沟槽通开了SINX，但尚未打开活性层。然后可选择地对激光加工的沟槽进行再清洁(酸洗或碱洗)，并且清除可能产生的氧化物或者类似物。
用化学或电镀方法涂布的镍作为阻挡层，用于改善接触电阻。可选择使用印刷方法来涂布镍。该镍层也可选择性地含有一定比例的掺杂材料，例如10％的磷。然后在沟槽中局部强烈加热镍层(例如使用另一个激光)，以便使掺杂材料或者磷扩散到硅之中。
可以选择在沟槽的侧壁上进行棱边绝缘。
变型方案2：
使用没有金属化背面的晶片。利用激光在增透层中切出多条沟槽。方式如同实施例1，与涂布触点和掺杂材料一样，同样也要进行清洁。
使晶片移过另一个高温炉(900-1100C°)，对沟槽进行局部加热，以便使磷扩散到活性层之中。可以通过光生伏打方法(Photogalvanikverfahren)加厚正面，然后在背面印上铝或银。
Claims (16)
1.一种加工基件，尤其是加工太阳能电池(11)的方法，所述基件在顶面(14)具有活性层(13)，且活性层上有增透层(15)，其特征在于下列步骤：
-在增透层(15)中加工多条沟槽(22)，该沟槽直达位于下面的活性层(13)，
-在沟槽(22)中或者在沟槽底部(23)上涂布触通材料(30)。
2.根据权利要求1所述的方法，利用激光(20a)在增透层(15)中加工沟槽(22)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在增透层(13)中加工沟槽(22)之后，对基件(11)及其增透层(13)上的顶面(14)进行清洁(27)，优选用于清除沟槽(22)中或者沟槽底部(22)上的杂质或离析物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用冲洗方法进行清洁，优选是碱洗或HF冲洗。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，采用电镀方式涂布触通材料，优选通过光生伏打方法进行增厚。
6.根据权利要求1～4中任一项要求所述的方法，其特征在于：以化学方法涂布触通材料。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，采用印刷工艺，优选是采用喷墨印刷工艺来涂布液态或糊状触通材料。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所涂布的触通材料(30)含有镍。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用掺杂材料对沟槽(22)所在区域内的活性层进行掺杂，优选将掺杂材料与触通材料混合后作为触通与掺杂材料(30)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，掺杂材料含有磷，优选就是磷，且触通与掺杂材料(30)特别是NiP。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于至少对沟槽(22)中的触通材料(30)进行加热(20b)或升温，以与邻接的活性层(13)的材料(25)结合；特别是对权利要求9或10所述的触通与掺杂材料进行加热，以与邻接的活性层(13)的材料(25)结合并且掺杂。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，仅在沟槽(22)的区域内或者在其之内，优选仅在沟槽底部(23)的区域内进行局部加热(20b)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过激光照射(20b)进行加热(20b)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所涂布的触通与掺杂材料(30)构成触点(30′)或者接触轨，尤其是再次加热材料(30)之后优选构成太阳能电池(11)的正面触点。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使沟槽(22)的侧面棱边绝缘，优选是通过设置绝缘层实现。
16.用于加工基件，尤其是加工太阳能电池(11)的装置，其特征在于，所述装置用来实施上述权利要求中任一项所述的方法。
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