CN103227237A - 晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法。本发明包括以下步骤：1.清洗晶硅硅片；2.制备表面绒层：氩气氛围下用透镜聚焦后的激光器光源扫描硅片表面，形成具有硅微粒和微凹陷的绒层。3.制备隔离层：采用同步送氧气，继续用激光扫描黑硅的边缘，得到二氧化硅隔离层。本发明的有效增益如下：表面绒层和绝缘层可一次成型；仅在氩气氛围下即可制备表面绒层，条件易满足，且得到的绒层250nm～1050nm波段的光反射率在10%以下；提出了绒层和隔离层在同一层面的晶硅太阳电池新结构，隔离层的制备提高了表面绒层利用率；表面绒层和隔离层制备，只涉及氩气和氧气，绿色环保。

Description

晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法
技术领域
本发明涉及晶硅太阳能电池技术领域，尤其是涉及晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法。
背景技术
晶硅太阳电池是光伏产业的主导产品，技术成熟，转换效率高。
而表面制绒技术是晶硅太阳电池的常用技术，通常用碱性或酸性溶液对硅片表面进行腐蚀，使其凹凸不平，减少直射到硅片表面的太阳能损失，达到陷光效果。但酸碱溶液的使用不利环保，近年来激光制绒开始被广泛研究，上世纪90年代末，哈佛大学Eric Mazur等学者在硅片上的得到的绒面，它对近紫外近红外波段的光(0.25～2.5μm)几乎全部吸收，其采用的激光制绒方法是一种良好的晶硅太阳电池表面制绒方法。但其制备条件较为苛刻，需要相应的设备投入，通常见于实验室制备，较难应用于大规模工业生产。如：将硅片放置在真空室中，抽真空至10-2Torr，冲入通过微型系统进行精密控制的SF6背景气体，当气压到达500Torr方可进行制备（Appl.Phys.A87,673–677(2007)）。
工业上晶硅太阳能电池一般采用丝网印刷的方法制作晶硅太阳能电池受光面银栅电极，并通过烧结形成良好的欧姆接触，来有效收集电流。但银栅电极会阻挡部分阳光（8%左右），使受光面的实际使用面积下降，从而降低太阳能电池转换效率。
发明内容
本发明公开了晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法，其目的在于本发明提出了表面绒层和绝缘层一次成型方法，以及绒层和隔离层在同一层面的晶硅太阳能电池新结构。仅在氩气氛围下即可制备表面绒层，条件易满足，且得到的绒层250nm～1050nm波段的光反射率在8%左右；隔离层的制备提高了表面绒层利用率；表面绒层和隔离层制备，只涉及氩气和氧气，绿色环保。
晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法，包括如下步骤：
（1）清洗硅片：首先将硅片置于HF质量百分比浓度为10%～20%的氢氟酸溶液中，浸泡2-5分钟，取出后用去离子水清洗；
（2）制备表面绒层：开启氩气，吹拂需加工区域，流速5～15L/min，开启激光器，通过控制系统控制聚焦后的1064nm皮秒激光器光源对硅片表面进行逐行扫描,能量密度0.16J/cm2～0.48J/cm2，聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑的偏移距离D的比值R/D的最佳范围为9.0*103～3.4*104，最后得到绒层；
（3）制备隔离层：关闭氩气，启同步输送氧气，流速：10～20L/min，通过控制系统继续将聚焦后的1064nm皮秒激光器光源在已制备的表面绒层边缘进行扫描，能量密度为0.16J/cm2～0.80J/cm2，扫描时聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑的偏移距离D的比值R/D的范围为4.8*103～3.4*104，得到二氧化硅隔离层；
其中，步骤（2）和（3）的先后顺序可以调整。
与现有技术方案对比，本发明有如下增益：
1、本发明制备的表面绒层，制备条件简易，仅在氩气环境下即可制备。
2、本发明制备的表面绒层，在250nm～1050nm波段的光反射率在10%以下。
3、本发明提出了一种绒层和隔离层在同一层面的新结构，绒层和隔离层上均镀有TCO导电层，上电极从隔离层对应的TCO层上引出，因此绒面可以完全接受阳光照射，而不会收到栅电极的遮挡，从而提高表面绒层利用率。
4、表面绒层和隔离层的制备，只涉及氩气和氧气，绿色环保。
5、1064nm的皮秒激光器光源，其波长与硅的带隙接近，对硅片进行扫描时脉冲作用较深，利于形成低反射率的粗糙绒面。
附图说明
图1为带有隔离层的晶硅太阳能电池层结构示意图。
图2为表面绒层和隔离层示意图。
图3为样品1#～5#的绒层反射率图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行详细说明：
如图1所示，以下实施例中制备的绒层和隔离层在同一层面，绒层和隔离层上均镀有TCO导电层，上电极从隔离层对应的TCO层上引出。
所用硅片为p型单晶硅片，（100）晶面。
实施例1：
（1）清洗硅片：首先将硅片置于HF质量百分比浓度为15%的氢氟酸溶液中，浸泡3分钟，取出后用去离子水清洗；
（2）制备表面绒层：开启氩气，吹拂需加工区域，流速10L/min，开启激光器，通过控制系统控制聚焦后的1064nm皮秒激光器光源对硅片表面进行逐行扫描,能量密度0.48/cm2，聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑的偏移距离D的比值R/D=9.0*103，最后得到方形绒层，如图2；
（3）制备隔离层：关闭氩气，启同步输送氧气，流速：15L/min，通过控制系统继续将聚焦后的1064nm皮秒激光器光源在已制备的方形绒层边缘进行扫描，能量密度为0.80J/cm2,扫描时聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑的偏移距离D的比值R/D=9.6*103,最后得到二氧化硅隔离层（方形边框），如图2。
得到样品1#。
实施例2：
（1）清洗硅片：首先将硅片置于HF质量百分比浓度为15%的氢氟酸溶液中，浸泡3分钟，取出后用去离子水清洗；
（2）制备表面绒层：开启氩气，吹拂需加工区域，流速10L/min，开启激光器，通过控制系统控制聚焦后的1064nm皮秒激光器光源对硅片表面进行逐行扫描,能量密度0.22J/cm2，聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑的偏移距离D的比值R/D=2.4*104，最后得到绒层，如图2；
（3）制备隔离层：关闭氩气，启同步输送氧气，流速：15L/min，通过控制系统继续将聚焦后的1064nm皮秒激光器光源在已制备的方形绒层边缘进行扫描，能量密度为0.48J/cm2,扫描时聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑的偏移距离D的比值R/D=1.8*104，最后得到二氧化硅隔离层（方形边框），如图2。
得到样品2#。
实施例3：
（1）清洗硅片：首先将硅片置于HF质量百分比浓度为15%的氢氟酸溶液中，浸泡3分钟，取出后用去离子水清洗；
（2）制备表面绒层：开启氩气，吹拂需加工区域，流速10L/min，开启激光器，通过控制系统控制聚焦后的1064nm皮秒激光器光源对硅片表面进行逐行扫描,能量密度0.16J/cm2，聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑的偏移距离D的比值R/D=3.4*104，最后得到绒层，如图2；
（3）制备隔离层：关闭氩气，启同步输送氧气，流速：15L/min，通过控制系统继续将聚焦后的1064nm皮秒激光器光源在已制备的方形绒层边缘进行扫描，能量密度为0.16J/cm2,扫描时聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑的偏移距离D的比值R/D=6.8*104，最后得到二氧化硅隔离层（方形边框），如图2。
得到样品3#。
样品1#～3#的绒层反射率如图3，可以看到样品1#～3#的在250nm～1050nm波段的光反射率基本在10%以下，在250nm～700nm波段的光反射率则在8%以下。
以上所述的具体实施例，对本发明的技术方案和有效增益进行了详细说明。应当理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限制本发明，凡在本发明的实质和基本原理之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法，其特征在于，所述方法包括：
（1）清洗硅片：首先将晶硅硅片置于氢氟酸溶液中，浸泡2-5分钟，取出后用去离子水清洗；
（2）制备表面绒层：开启氩气，吹拂需加工区域，流速5～15L/min，开启激光器，通过控制系统控制聚焦后的激光对硅片表面进行逐行扫描,能量密度为0.16J/cm2～0.48J/cm2，聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑偏移距离D的比值R/D的范围为9.0*103～3.4*104，得到绒层；
（3）制备隔离层：关闭氩气，启同步输送氧气，流速：10～20L/min，通过控制系统继续控制激光在已制备的表面绒层边缘进行扫描，能量密度为0.16J/cm2～0.80J/cm2，扫描时聚焦光斑半径R与相邻激光脉冲聚焦光斑的偏移距离D的比值R/D的范围为9.6*103～6.8*104，得到二氧化硅隔离层；
其中，步骤（2）和（3）的先后顺序可以互换。
2.如权利要求1所述的晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法，其特征在于，步骤（2）制备的绒层和步骤（3）制备的隔离层在同一层面，绒层和隔离层上均镀有TCO导电层，上电极从隔离层对应的TCO层上引出。
3.如权利要求1所述的晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法，其特征在于：步骤（2）、（3）所用激光为1064nm波长皮秒激光器光源。
4.如权利要求1所述的晶硅太阳能电池表面绒层和隔离层的激光一次成型方法，其特征在于：步骤（1）中的氢氟酸溶液中HF的质量百分比浓度为10%～20%。
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