CN102332488A - 一种用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离的方法和装置,属于晶体硅太阳能电池边缘隔离的处理技术领域,为了解决现有离子刻蚀技术存在过刻、钻刻及不均匀的问题,在基件边缘四周内侧用激光刻蚀一定深度和宽度的沟槽,该沟槽必须穿透活性层与硅基体界面的PN结,将太阳能电池四周的漏电区与环形刻蚀沟槽区域隔离开来。通过视觉定位系统对基体边缘进行识别,控制系统通过数据线连接视觉定位系统和激光器光路扫描系统,控制系统控制激光器的激光头在基体边缘四周刻蚀一圈,形成环型沟槽。本发明去除了扩散后太阳能电池边缘的PN结,降低生产成本,提高晶体硅太阳能电池生产过程中的良品率。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池及生产方法,属于晶体硅太阳能电池边缘隔离的处理技术,具体来说是一种用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离的处理方法,此外,本发明还涉及执行该方法的装置。
背景技术
目前,晶体硅太阳能电池在扩散制PN结工艺过程中,即使采用背靠背扩散,硅片的所有表面包括边缘都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面,而造成短路。因此,必须对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀,以去除电池边缘的PN结。通常采用等离子刻蚀技术完成这一工艺,该方法技术成熟、产量大,但存在过刻、钻刻及不均匀的现象,不仅影响电池的转换效率,而且导致电池片蹦边、色差、漏电流大与缺角等不良率上升;同时在刻蚀过程中消耗大量的化学物质,造成运行成本较高。
发明内容
针对现有离子刻蚀技术存在过刻、钻刻及不均匀的缺陷,本发明旨在提供一种用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离的方法,该方法可以去除扩散后太阳能电池边缘的PN结,降低生产成本,提高晶体硅太阳能电池生产过程中的良品率,并实现全自动的连续生产,减少中间环节。
为了实现以上目的,本发明采用的技术方案是:所述用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离的方法,其结构特点是,在晶体硅太阳能电池基件的边缘四周内侧形成环形刻蚀沟槽,该沟槽穿透基件的的抗反射层、扩散层和硅基体界面的PN结,将晶体硅太阳能电池四周的漏电区与环形刻蚀沟槽区域隔离开来。
所述沟槽是在基体边缘四周形成宽20μm~100μm,深5μm~50μm,靠外边缘一侧距离太阳能电池基体边缘10~150μm的环型沟槽。
所述激光边缘隔离的方法的具体处理步骤为:
a、电池片通过皮带传送系统运送到第一工位和第二工位,相应工位的视觉定位系统对基片边缘进行识别,将识别出的数据信息通过数据线传送给控制系统;
b、控制系统根据基片边缘位置及控制软件设定的参数,将信号通过数据线传送给激光器和相应的激光扫描聚焦系统;激光器将产生的脉冲激光通过分光镜和反射镜传送给激光扫描聚焦系统,控制系统控制激光在距离电池片的边缘10μm~100μm处刻蚀一周。
进一步地,所述激光刻蚀的工艺参数为:聚斑直径20~50μm,激光频率10~50KHz,脉冲能量为20~100uJ/脉冲,单位面积功率为3~60J/cm2,波长260~1065nm,脉冲持续时间在1~300ns,激光扫描速度100~1000mm/s。
更进一步地,所述激光刻蚀的工艺参数优选为:聚斑直径20~35μm,激光频率20~40KHz,脉冲能量为20~100uJ/脉冲,单位面积功率为10~60J/cm2,波长为532nm,脉冲持续时间在50~100ns,激光扫描速度100~1000mm/s。
相应地,本发明提供了一种实现上述用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离方法的装置,包括第一工位和第二工位,其结构特点是,所述第一工位上方设有第一工位激光扫描聚焦系统,该第一工位激光扫描聚焦系统内设有分光镜;所述第二工位上方设有第二工位激光扫描聚焦系统,该第二工位激光扫描聚焦系统内设有反射镜;所述第一工位激光扫描聚焦系统和第二工位激光扫描聚焦系统一侧设有激光器,该激光器与控制系统电连接,该控制系统与第一工位相连。
为了将产生的杂质进行吸取或者吹扫干净,防止污染基片,所述第一工位激光扫描聚焦系统内设有第一工位吸杂装置;所述第二工位激光扫描聚焦系统内设有第二工位吸杂装置。
更进一步地,所述第一工位和第二工位均置于皮带传送系统上,该皮带传送系统与控制系统相连。
另外,本发明还提供了一种上述的用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离方法的装置,包括多个工位,所述多个工位上方设有相应的激光扫描聚焦系统,各激光扫描聚焦系统上方分别设有一个激光器;所述各激光器与控制系统电连接,该控制系统与各工位相连。
例如,设置第一工位和第二工位,所述第一工位上方设有第一工位激光扫描聚焦系统,该第一工位激光扫描聚焦系统上方设有第一工位激光器;所述第二工位上方设有第二工位激光扫描聚焦系统,该第二工位激光扫描聚焦系统上方设有第二工位激光器;所述激光器与控制系统电连接,该控制系统与第一工位相连。
进一步地,本发明还提供了一种上述的用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离方法的装置,该装置只包括第一工位,所述第一工位上方设有第一工位激光扫描聚焦系统,该第一工位激光扫描聚焦系统内设有分光镜;所述第一工位激光扫描聚焦系统一侧设有激光器,该激光器与控制系统电连接,该控制系统与第一工位相连。
当然,也可以不设置分光镜,直接将激光器设置在激光扫描聚焦系统上方。
此外,为了提高生产效率,所述工位可以为多个。
籍由上述结构,通过一种激光刻蚀加工沟槽的方法加以解决,所述沟槽具有穿透抗反射层和扩散层,基件边缘四周内侧的环形刻蚀沟槽。在基件边缘四周内侧用激光刻蚀一定深度和宽度的沟槽,该沟槽必须穿透活性层与硅基体界面的PN结,将太阳能电池四周的漏电区与环形刻蚀沟槽区域隔离开来。通过视觉定位系统对基体边缘进行识别,控制系统通过数据线连接视觉定位系统和激光器光路扫描系统,控制系统根据接收到的基体边缘数据图像控制激光器的激光头动作,激光束在基体边缘四周刻蚀一圈,将刻蚀的沟槽精确刻蚀在基体的边缘,形成环型沟槽。该方法和装置通过环型沟槽物理隔离,去除扩散后太阳能电池边缘的PN结,降低生产成本,提高晶体硅太阳能电池生产过程中的良品率,并实现全自动的连续生产,减少中间环节。
本发明给出了优点以及优选形式,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,在基体边缘四周内侧用激光刻蚀环形沟槽,产生的沟槽穿透防反射层和扩散层直达PN结下方。可以通过视觉定位系统对基体边缘进行识别,控制系统通过数据线连接视觉定位系统和激光器光路扫描系统,控制系统根据接收到的基体边缘数据图像控制激光器的激光头动作,激光束在基体边缘四周刻蚀一圈,将刻蚀的沟槽精确刻蚀在基体的边缘,形成环型沟槽。备选地也可采用机械定位方式。其间可以适当选择激光的脉冲能量,使得可以形成20~100μm宽,5~50μm深,靠边缘一侧距离基体边缘10~150μm的沟槽,减少激光刻蚀产生的热效应对电池片表面损伤。激光波长在260nm~1065nm之间,优选532nm端面泵浦激光,每个脉冲的单位面积的功率密度在3~60J/cm2之间,脉冲持续时间在1ns~300ns,优选在50~100ns。在激光刻槽过程中,产生的挥发物和飞溅物杂质将污染电池片的表面,影响电池片的效率。在基片加工的上方安装吸杂装置,除掉激光刻蚀产生的挥发物和飞溅物杂质,也可在基片旁边安装吹扫装置,将产生的微小碎屑清除干净,吹扫气体可采用N2、压缩空气、氩气等非易燃气体,优选N2气。
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,也可配置多个激光加工站,或者通过分光镜分成多路激光,减少激光器数量,提高生产效率,降低设备成本。还可配置全自动的输送系统,可将前道工序丝印-烧结、后道工序测试分选衔接在一起,实现在线生产,减少中间环节,降低生产成本。
与现有离子刻蚀技术相比,本发明的有益效果是:本发明去除了扩散后太阳能电池边缘的PN结,形成的沟槽既与电池边缘物理隔离,又提高了产品的成品率;同时用于实现该方法的装置实现全自动的连续生产,减少了中间环节,提高了生产效率和降低了成本。
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附图,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形式。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。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
附图说明
图1为本发明所述基片激光刻蚀剖面结构示意图;
图2为本发明所述激光刻蚀装置结构示意图。
在上述附图中
1-激光器; 2-分光镜;3-反射镜;4-控制系统;
5-第一工位激光扫描聚焦系统;6-第二工位激光扫描聚焦系统;
7-第一工位;8-皮带传送系统;9-第一工位视觉定位系统;
10-第二工位视觉定位系统; 11-第二工位;
12-第一工位吸杂装置; 13-第二工位吸杂装置;
21-沟槽; 22-抗反射层; 23-扩散层;
24-PN结; 25-激光刻蚀机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
如图1所示,利用激光刻蚀机25在距离单晶硅太阳能电池片边缘c为10~100μm处进行照射,依次穿透抗反射层22和扩散层23,直达PN结24下方,形成刻蚀槽深度a为5~50μm,宽度b为20~100μm,距离电池片边缘c为10~100μm的环型沟槽。执行该方法可以通过如图2所示的装置实现。一种晶体硅太阳能电池激光边缘隔离装置包括激光器1、分光镜2、反射镜3、控制系统4、第一工位激光扫描聚焦系统5、第二工位激光扫描聚焦系统6、第一工位7、基片皮带传送系统8、第一工位视觉定位系统9、第二工位视觉定位系统10、第二工位基片加第一工位11、第一工位吸杂装置12、第二工位吸杂装置13。
该装置的工作过程是:
1、电池片通过皮带传送系统8运送到第一工位和第二工位,相应工位的视觉定位系统9,10对基片边缘进行识别,将识别出的数据信息通过数据线传送给控制系统4。
2、控制系统根据基片边缘位置及控制软件设定的参数,将信号通过数据线传送给激光器1和相应的激光扫描聚焦系统5,6;激光器将产生脉冲激光,通过分光镜2和反射镜3将激光传送给相应的激光扫描聚焦系统5,6,控制系统4将控制激光运动,在距离电池片边缘10~100μm处刻蚀一周,形成刻蚀槽深度a为5~50μm,宽度b为20~100μm,距离电池片边缘c为10~100μm隔离环型沟槽。
3、刻蚀时,相应的激光吸杂装置12,13将产生的杂质进行吸取或者吹扫干净,防止污染基片。刻蚀完成后,电池片通过皮带传送系统输送出来,实现全自动上下料生产。
激光的工艺参数优选为如下的设置:聚斑直径20~35μm,激光频率20~40KHz,脉冲能量为20~100μJ/脉冲,单位面积功率为10~60J/cm2,波长532nm,脉冲持续时间在50~100ns,激光扫描速度100~1000mm/s。
实施例2
与实施例1基本相同,所不同的是:被处理的电池为多晶硅太阳能电池,激光的工艺参数为:聚斑直径25~30μm,激光频率25~35KHz,脉冲能量为50~100uJ/脉冲,单位面积功率为25~45J/cm2,波长266nm,脉冲持续时间在50ns,激光扫描速度200~500mm/s。形成刻蚀槽深度a为5~10μm,宽度b为20~50μm,距离电池片边缘c为30~50μm隔离环型沟槽。
实施例3
与实施例1基本相同,所不同的是:激光的工艺参数为:聚斑直径25~35μm,激光频率20~35KHz,脉冲能量为50~70uJ/脉冲,单位面积功率为45~55J/cm2,波长1064nm,脉冲持续时间在70~100ns,激光扫描速度300~500mm/s。形成刻蚀槽深度a为30μm,宽度b为50μm,距离电池片边缘c为100μm隔离环型沟槽。
实施例4
与实施例1基本相同,所不同的是:实现该方法的装置只有一个工位。
实施例5
与实施例1基本相同,所不同的是:实现该方法的装置由两个激光器组成,每个激光器对应一个工位,不需要分光镜2和反射镜3等装置。
实施例6
与实施例2基本相同,所不同的是:实现该方法的装置只有一个工位。
实施例7
与实施例3基本相同,所不同的是:实现该方法的装置由两个激光器组成,每个激光器对应一个工位,不需要分光镜和反射镜等装置。
另外,可以在激光刻蚀时,在刻蚀区域周围喷射冷却物质,减少激光刻蚀时产生的热效应对电池的影响,这样的工艺过程也属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离的方法,其特征是,在晶体硅太阳能电池基件的边缘四周内侧形成环形刻蚀沟槽(21),该沟槽(21)穿透基件的抗反射层(22)、扩散层(23)和硅基体界面的PN结(24),将晶体硅太阳能电池四周的漏电区与环形刻蚀沟槽(21)区域隔离开来。
2.根据权利要求1所述的激光边缘隔离的方法,其特征是,所述沟槽(21)是在晶体硅太阳能电池基体边缘四周形成宽20μm~100μm,深5μm~50μm,靠外边缘一侧距离太阳能电池基体边缘10~150μm的环型沟槽。
3.根据权利要求1或2所述的激光边缘隔离的方法,其特征是,具体处理步骤为:
a、将晶体硅太阳能电池片运送到第一工位(7)和第二工位(11),相应工位的视觉定位系统(9,10)对基片边缘进行识别,将识别出的数据信息通过数据线传送给控制系统(4);
b、控制系统(4)根据基片边缘位置及控制软件设定的参数,将信号通过数据线传送给激光器(1)和相应的激光扫描聚焦系统(5,6);激光器(1)将产生的脉冲激光通过分光镜(2)和反射镜(3)传送给激光扫描聚焦系统(5,6),控制系统(4)控制激光在距离晶体硅太阳能电池片的边缘10μm~100μm处刻蚀一周。
4.根据权利要求3所述的激光边缘隔离的方法,其特征是,所述激光刻蚀的工艺参数为:聚斑直径20~50μm,激光频率10~50KHz,脉冲能量为20~100uJ/脉冲,单位面积功率为3~60J/cm2,波长260~1065nm,脉冲持续时间在1~300ns,激光扫描速度100~1000mm/s。
5.根据权利要求4所述的激光边缘隔离的方法,其特征是,所述激光刻蚀的工艺参数为:聚斑直径20~35μm,激光频率20~40KHz,脉冲能量为20~100uJ/脉冲,单位面积功率为10~60J/cm2,波长为532nm,脉冲持续时间在50~100ns,激光扫描速度100~1000mm/s。
6.一种实现权利要求1~5之一所述的用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离方法的装置,包括第一工位(7)和第二工位(11),其特征是,所述第一工位(7)上方设有第一工位激光扫描聚焦系统(5),该第一工位激光扫描聚焦系统(5)内设有分光镜(2);所述第二工位(11)上方设有第二工位激光扫描聚焦系统(6),该第二工位激光扫描聚焦系统(6)内设有反射镜(3);所述第一工位激光扫描聚焦系统(5)和第二工位激光扫描聚焦系统(6)一侧设有激光器(1),该激光器(1)与控制系统(4)电连接,该控制系统与第一工位(7)相连。
7.根据权利要求6所述的用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离方法的装置,其特征是,所述第一工位激光扫描聚焦系统(5)内设有第一工位吸杂装置(12);所述第二工位激光扫描聚焦系统(6)内设有第二工位吸杂装置(13)。
8.根据权利要求6所述的用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离方法的装置,其特征是,所述第一工位(7)和第二工位(11)均置于皮带传送系统(8)上,该皮带传送系统(8)与控制系统(4)相连。
9.一种实现权利要求1~5之一所述的用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离方法的装置,包括多个工位,其特征是,所述多个工位上方设有相应的激光扫描聚焦系统,各激光扫描聚焦系统(5)上方分别设有一个激光器;所述各激光器与控制系统(4)电连接,该控制系统(4)与各工位相连。
10.一种实现权利要求1~5之一所述的用于晶体硅太阳能电池激光边缘隔离方法的装置,包括第一工位(7),其特征是,所述第一工位(7)上方设有第一工位激光扫描聚焦系统(5),该第一工位激光扫描聚焦系统(5)内设有分光镜(2);所述第一工位激光扫描聚焦系统(5)一侧设有激光器(1),该激光器(1)与控制系统(4)电连接,该控制系统与第一工位(7)相连。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120125 |