CN103528558B - 一种太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，利用相同波长和频率的激光对电池片背面进行连续的多次刻蚀，最终得到的电池片背面形成阶梯状结构，分别测量各台阶面下的电池表面电阻率，最终得到激光开窗终点与激光减薄次数的对应关系，从而找到刻除背面钝化层所需的减薄激光重复次数。与传统方法相比较，本发明对背钝化层的减薄采用连续进行的方式，同样的，测量表面电阻率也采用连续进行的方式，这样就大大缩短了检测时间，提高了生产效率；并且最终刻蚀后得到样品能够完整的保留每次刻蚀后的状态信息。本发明的开窗终点判断方法简单易行，成本低，而且精度较高。

Description

一种太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
随着人们环保意识的提高，对于清洁能源的需求日益旺盛。在人们研究的新型清洁能源中，太阳能作为一种不受地域限制的清洁能源成为了未来新能源发展的主要方向。太阳能电池是人们利用太阳的光能转换为电能的主要装置。但是，目前太阳能电池的转换效率还不能达到人们的要求。提高太阳能电池的转换效率，降低太阳能电池制造成本成为了人们研究的热点。
为了提高电池的转换效率，人们对电池进行了结构和工艺方法的多种研究。其中，有很多电池的制备方法都需要对电池上的钝化薄膜进行局部蚀除，形成电极通路或窗口。如双面钝化电池，需要对电池背面被钝化薄膜覆盖的区域进行局部蚀除，以形成背电极所需的电极窗。一般来说，对于局部蚀除使用的工艺方法是利用微电子工艺的光刻的方法来进行，但是，这个方法在太阳能工业上应用会导致电池生产成本大大提高，生产效率下降。目前，背电极窗口的形成方法主要为应用掩模的化学法，该方法需要在电池上镀上防腐蚀的胶体，工艺完成后，需要对电池表面进行彻底的清洗，这不仅仅带来了电池生产步骤地增加，同时，清洗的废液对环境有较大的污染。因此，必须寻找一种无污染，高效的背电极窗口蚀除工艺方法。
应用激光进行背电极窗口的刻蚀可以有效的克服以上工艺方法的缺点。激光窗口刻蚀工艺可以无需掩模而一次形成电池所需的背电极窗口区，不会使得非电极区的杂质进行二次扩散。同时，激光掺杂技术能有效地与现有的太阳能电池生产线相兼容，适用于加工商业级的晶体硅太阳电池。
但是，如果激光能量过高会导致电池表层硅晶格结构被破坏，从而形成高复合层，降低电池的效率；而激光能量过低，又无法达到彻底刻蚀绝缘钝化层的目的，所以激光背电极窗口开窗工艺存在一定的工艺难度。由于每批次的太阳能电池的背表面状态不尽相同，激光背电极窗口开窗工艺难以以某一确定的激光参数进行生产。因此，激光背电极窗口开窗工艺较难直接应用于大规模电池生产。
为了解决以上激光背电极窗口开窗工艺的困难，需要一种有效的激光背电极窗口开窗终点判断方法。
发明内容
本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，工艺实现简单，生产成本低，测试结果性能可靠。
为了达到上述目的，本发明提出的太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，包括如下步骤：
第1步、从同一批次的电池片中选取一个电池片作为样品，电池片样品的背面淀积有厚度均匀的背钝化层，所述背钝化层为二氧化硅层或氮化硅层中的一种；
第2步、利用相同波长和脉冲频率的脉冲型激光对电池片样品的背面进行N次刻蚀，第1次刻蚀的面积为N*A，第2次刻蚀的面积为（N-1）*A，以此类推，第N次刻蚀的面积为A，第i次刻蚀的区域在第i-1次刻蚀的区域范围内，其中，i=2,3，…，N；
第3步、利用四探针测量经受j次激光刻蚀后的该区域电池片背面的表面电阻率，并进行记录，其中，j=1,2，…，N；本步骤中四探针测量电池片背面表面电阻率时，探针需刺穿背钝化层达到电池表面进行测试；
第4步、从电池片经受刻蚀次数由少至多进行观察，缓慢增加的硅片表面电阻率突然变大处所对应的即为该批次电池片背部的激光开窗深度，设硅片表面电阻率突然变大处硅片经受了X次激光刻蚀，则利用与步骤2中相同波长和脉冲频率的脉冲型激光对该批次电池片背面进行X次刻蚀完成背部开窗。
本发明太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法的进一步改进在于：
1、第2步中，选用波长为1064nm，频率为25-35Hz的脉冲型激光对电池片的背面进行刻蚀，每平方厘米电池片所受到的激光作用时间为15-25s。
2、第2步中，A=100mm2。
3、第2步中，在无氧环境下进行激光刻蚀。
4、第2步中,激光刻蚀后电池片减薄厚度为20-23nm。
5、第2步中，N的取值范围为15-25。
6、第4步中，利用台阶仪测量硅片减薄深度。
本发明提出了一种太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，通过测试不同能量激光作用后的电池片表面电阻率的变化，判断激光背电极窗口开窗工艺的参数。发明人在研究中发现，在对电池片背面进行一次次的不断刻蚀过程中，硅片表面电阻率一开始是缓慢增加的，当到达某一刻蚀深度后，硅片表面电阻率突然增大。发明人果断推测：电池片背面的钝化薄膜被激光彻底刻蚀会导致电池表面电阻率的突然上升。这是由于当电池表面的钝化薄膜被激光完全刻蚀后，电池表面没有了保护层，电池表面的杂质在激光的热作用下，向周围环境挥发，导致电池表面的杂质浓度下降，电阻率升高。而电池片的背钝化层为氮化硅或二氧化硅，掺杂元素（如磷、硼）是不易透过这些材料挥发。因此，当电池表面电阻率突然升高，表明有部分杂质挥发，则可说明此时电池背钝化层被激光刚好完全刻除，达到激光刻蚀的终点。本发明基于该原理实现了对开窗终点的判断。
本发明第2步中，对电池片背面进行连续的多次激光刻蚀，并且后一次刻蚀区域位于前一次的刻蚀区域内，最终得到的电池片背面形成阶梯状结构，随后第3步中，利用四探针测量各台阶面下的电池表面电阻率，最终得到激光作用次数与表面电阻率的对应关系表，从而找到所需的背钝化窗口的激光处理次数。与传统方法相比较，本发明对背钝化层的减薄采用连续进行的方式，同样的，测量表面电阻率也采用连续进行的方式，这样就大大缩短了检测时间，提高了生产效率；并且最终刻蚀后得到样品能够完整的保留每次刻蚀后的状态信息。
可见，本发明的开窗终点判断方法简单易行，成本低，而且精度较高，能够满足工业上的需要。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明激光刻蚀区域示意图。
图2是电池片背面减薄深度-硅片表面电阻率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明实施例太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，包括如下步骤：
第1步、从同一批次的电池片中选取一个电池片作为样品样品，电池片样品的背面淀积有厚度均匀的背钝化层，本例中，背钝化层为氮化硅层。
第2步、在无氧环境下，利用相同波长和脉冲频率的脉冲型激光对电池片样品的背面进行20次刻蚀，第1次刻蚀的面积为20*100mm2，第2次刻蚀的面积为19*100mm2，以此类推，第10次刻蚀的面积为100mm2，第2次刻蚀的区域在第1次刻蚀的区域范围内，第3次刻蚀的区域在第2次刻蚀的区域范围内，以此类推，第20次刻蚀的区域在第19次刻蚀的区域范围内；本例中，激光的波长为1064nm，频率为35Hz，每平方厘米激光作用时间为20s；如图1所示为本发明激光刻蚀区域示意图，第一次刻蚀的区域为A1-A20，第二次刻蚀的区域为A2-A20，第三次刻蚀的区域为A3-A20，以此类推，第20次刻蚀的区域为A20。可见，图中A1区进行了一次刻蚀，A2区进行了2次刻蚀，…，A20区进行了20次刻蚀。图中标号1为电池片样品。
第3步、利用四探针测量经受1-20次激光刻蚀后的该区域电池片背面的表面电阻率，并进行记录；本步骤中四探针测量电池片背面表面电阻率时，探针需刺穿背钝化层达到电池表面进行测试。
第4步、从电池片经受刻蚀次数由少至多进行观察，本实施例中为了更直观，绘制了硅片减薄深度与硅片表面电阻率曲线图（见图2，图中只画出了由浅入深的13个测试点），缓慢增加的硅片表面电阻率突然变大处所对应的硅片减薄深度即为电池片背钝化层的厚度，即为该批次电池片背部的激光开窗深度，从图2中可知，在经历了12次激光刻蚀后，刚好去除掉背钝化层，露出电池表面。那么接下来就可利用与步骤2中相同波长和脉冲频率的脉冲型激光对该批次电池片背面进行12次刻蚀，即能完成背部开窗。
可见本发明简单易行，检测效率高；由于每次激光刻蚀的减薄厚度大约为20-23nm，因此本方法的终端判断精度较高，具有工业运用价值。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，包括如下步骤：
第1步、从同一批次的电池片中选取一个电池片作为样品，电池片样品的背面淀积有厚度均匀的背钝化层，所述背钝化层为二氧化硅层或氮化硅层中的一种；
第2步、利用相同波长和脉冲频率的脉冲型激光对电池片样品的背面进行N次刻蚀，第1次刻蚀的面积为N*A，第2次刻蚀的面积为（N-1）*A，以此类推，第N次刻蚀的面积为A，第i次刻蚀的区域在第i-1次刻蚀的区域范围内，其中，i=2,3，…，N；
第3步、利用四探针测量经受j次激光刻蚀后的该区域电池片背面的表面电阻率，并进行记录，其中，j=1,2，…，N；本步骤中四探针测量电池片背面表面电阻率时，探针需刺穿背钝化层达到电池表面进行测试；
第4步、从电池片经受刻蚀次数由少至多进行观察，缓慢增加的电池片背面表面电阻率突然变大处所对应的电池片减薄深度即为电池片背钝化层的厚度，即为该批次电池片背部的激光开窗深度，设电池片背面表面电阻率突然变大处电池片经受了X次激光刻蚀，则利用与步骤2中相同波长和脉冲频率的脉冲型激光对该批次电池片背面进行X次刻蚀完成背部开窗。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，其特征在于：第2步中，选用波长为1064nm，频率为25-35Hz的脉冲型激光对电池片的背面进行刻蚀，每平方厘米电池片所受到的激光作用时间为15-25s。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，其特征在于：第2步中，A=100mm2。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，其特征在于：第2步中，在无氧环境下进行激光刻蚀。
5.根据权利要求2所述的太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，其特征在于：第2步中，激光刻蚀后电池片减薄厚度为20-23nm。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池激光背电极窗口开窗终点判断方法，其特征在于：第2步中，N的取值范围为15-25。
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