CN114267750A - 一种图形化激光掺杂方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种图形化激光掺杂方法和装置，属于光伏领域。图形化激光掺杂方法，包括：对目标图形进行分组，以形成至少两类图形；其中的，分组方法包括根据目标图形中各图形的掺杂时长，至少将具有相同掺杂时长的图形记为一类图形；对应于至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂。该掺杂方法可以缩短选择性发射极的制作周期。

Description

一种图形化激光掺杂方法和装置

技术领域

本申请涉及光伏领域，具体而言，涉及一种图形化激光掺杂方法和装置。

背景技术

在单晶PERC电池片的生产过程中，作为低成本且关键的提效工序，SE(SelectiveEmitter，简称选择性发射极)起着至关重要的作用。

SE电池的主要特点是在金属化区域进行高浓度的磷掺杂，并且在光照区域进行低浓度的磷掺杂。

SE的主要实现方式是：将硅片扩散后形成的PSG层作为杂质源进行掺杂处理，根据金属化图形，以SE激光驱入的方式实现局部重扩散。

但是，由于目前的技术发展方向为高方阻的密栅线。而栅线越多，则SE工序的打标时间就越长。因此，SE工序的提速迫在眉睫。

发明内容

本申请提供了一种图形化激光掺杂方法和装置，其可以部分或全部地改善、甚至解决相关技术中的Se工序速度低的问题。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种图形化激光掺杂方法，其包括：对目标图形进行分组，以形成至少两类图形；其中的分组方法包括根据目标图形中各图形的掺杂时长，至少将具有相同掺杂时长的图形记为一类图形；对应于至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂。

由于不同的图形的掺杂时长不同，因此，在对不同的图形进行激光掺杂时需要对应地调整工艺。并且，由于目标图形中的各种/类图形的分散地分布的。因此，在对针对根据目标图形进行激光掺杂时，需要频繁地在不同的工艺参数之间进行调整，而在这些工艺调整器件，并不能进行有效的激光掺杂操作，从而导致整个激光掺杂过程中会存在一些“无效”的时间和操作。由此，由于激光掺杂难以“连续”地进行，从使得完成一个完整的目标图形的激光掺杂的周期较长。

而本申请方案，通过对目标图形中的各种图形按照掺杂时间进行分类(同一类型的图形的掺杂时间接近或大致相同或相等；不同类的图形掺杂时间差异大)。在目标图形被分类后，根据分类后的图形，激光掺杂时，完成一类图形之后再对另一类图形进行操作，从而可以有效地减少在不同类图形的激光掺杂工艺之间的调整时间，进而实质上缩短了根据整个目标图形进行激光掺杂的周期。

简言之，由于本申请示例方案的激光掺杂周期更短，因此，在相同的时间内，本申请示例方案可以实现对更多的目标图形的激光掺杂，从而取得了更高的激光掺杂速度。

根据本申请的一些示例，目标图形包括mark点、副栅线、防断栅和分段主栅中的任意一种或多种；

可选地，mark点包括圆环mark、实心mark和十字mark中的任意一种或多种。

根据本申请的一些示例，目标图形包括mark点和副栅线，且至少两类图形包括由mark点构成的第一类图形、由副栅线构成的第二类图形。

根据本申请的一些示例，对应于至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂的方法包括：

先按照第一类图形，通过激光对硅片进行掺杂；然后再按照第二类图形，通过激光对硅片进行掺杂。

根据本申请的一些示例，目标图形包括mark点、副栅线和防断栅线，且至少两类图形包括由mark点和防断栅线构成的第三类图形、由副栅线构成的第四类图形；

或者，目标图形包括mark点、副栅线和防断栅线，且至少两类图形包括由mark点和防断栅线构成的第五类图形、由防断栅线构成的第六类图形、由副栅线构成的第七类图形。

根据本申请的一些示例，对应于至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂的方法包括：

先按照第三类图形，通过激光对硅片进行掺杂；然后再按照第四类图形，通过激光对硅片进行掺杂。

根据本申请的一些示例，对应于至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂的方法包括：

先按照第五类图形，通过激光对硅片进行掺杂；然后再按照第六类图形，通过激光对硅片进行掺杂；随后再按照第七类图形，通过激光对硅片进行掺杂。

根据本申请的一些示例，图形化激光掺杂方法还包括：

在对应于至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂之前，对硅片进行定位；

可选地，定位的方法包括对硅片拍照并根据拍照结果进行硅片定位；

可选地，拍照的操作由一个相机一次照相完成。

在第二方面，本申请的示例提供了一种图形化激光掺杂装置。该装置用于实施上述的图形化激光掺杂方法。

装置包括：

可转动的载物台，具有通过转动可调的拍照工位、至少两个激光操作工位；

相机，对置并远离载物台；

能够基于载物台预定位的至少两个激光操作器，对置并远离载物台；

至少两个激光操作器各自独立地配置，且分别对应于至少两个激光操作工位。

在第三方面，本申请的示例提供了一种图形化激光掺杂装置。该装置用于实施上述的图形化激光掺杂方法。

装置包括：

可转动的载物台，具有通过转动可调的拍照工位、至少两个激光操作工位；

相机，对置并远离载物台；

能够基于载物台预定位的激光操作器，对置并远离载物台；

激光操作器以可转动的方式布置，且能够通过转动而对应于至少两个激光操作工位被操作。

在以上实现过程中，本申请实施例提供的图形化激光掺杂方法使用激光掺杂的方式制作选择性发射极，并且通过对选择性发射极的图形进行分段/分组处理制作的方式提高了整个选择性发射极的制作效率，有效地缩短了制作周期。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请示例中的图形化激光掺杂方法的流程示意图。

具体实施方式

为了收集电流，在太阳能电池结构中，需要在电池片/硅片的表面制作电极，并且基于对光线的需要，电极通常被制作为栅线电极。进一步根据需要栅线电极可以进行各种方式的调整，例如排布方式、栅线宽度以及数量和形状等等。

进一步地，作为一种区别于对电极的改进方式，选择性发射极太阳电池在(金属)栅线与硅片接触部位及栅线的附近区域进行高浓度掺杂，而在电极以外的区域进行低浓度掺杂。通过这样的方式既可以降低硅片和电极之间的接触电阻，又能降低硅片表面的载流子复合，从而可以提高少子寿命，进而提高电池的转换效率。

在PERC电池中，选择性发射极技术被广泛地使用，并且二者的结合对电池的转换效率具有明显的提升效果，例如相比于常规的传统电池具有20％的转换效率提升。

通常地，选择性发射极多采用激光掺杂的方式来制作。即，以硅片在扩散时产生的磷硅玻璃层作为掺杂源，对硅片表面的选定区域进行激光扫描，形成重掺杂区；而未被激光扫描到的区域，构成轻掺杂区。

因此，如何高效和高质量地对硅片表面进行激光掺杂就非常重要。

本申请方案正是针对目前选择性发射极的制作速度难以满足高方阻、密栅线技术需求的情况而开发的一种新的选择性发射极的制作方法。并且，基于行业中的一般描述，该选择性发射极的制作可以被简述为打标。同时考虑到打标的过程是通过激光扫描的方式实现的，因此，其也可以被称为激光雕刻。

在本申请中，发明人提出对激光雕刻/打标工艺进行优化改进。示例中，发明人提出对需要进行激光雕刻的图形进行分组，并且在分组的前提下，针对分组后的图形进行对应的激光雕刻—简称分段雕刻。例如，当图形中具有两类图形时，则可以分为两次激光雕刻，其中的一次激光雕刻用于制作其中的一类图形，其中的另一次激光雕刻用于制作其中的另一类图形。

其中的分组方法包括根据目标图形中各图形的掺杂时长，至少将具有相同掺杂时长的图形记为一类图形。由于同一类图形(形状相同)的掺杂时间是一致的(相近或大致相同，甚至相同；相比较而言，通常不同类型图形的掺杂时间相对一般较大)，因此，上述按照掺杂时间的图形分类，在一些示例中也可以通过图形的形状进行分类。进一步地，在另一些示例中，还可以在上述分类的基础上，适当地选择分类的图形，进行再次组合分类；例如后文提及的mark点、防断栅以及副栅被分为三类图形；进一步，还可以将已经分类的mark点和防断栅又被合并归为一类，而副栅作为另一类。换言之，将目标图形中的激光掺杂时间明显更长的图形作为独立的一类，而其他激光掺杂时间更短、但是接近的图形可以合并归为另一类。

通过这样的分段激光雕刻方案，可以将一个硅片的选择性发射极的制作周期CT(Cycle Time)缩短；换言之，本申请示例的方案提高了打标速度。

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本申请实施例的一种图形化激光掺杂方法和装置进行具体说明：

此前，发明人在实践中一般按照下述方式进行打标：电脑内导入目标图形，预热后的激光器利用高能量密度及一定的雕刻速度的激光对硅片表面进行目标图形的雕刻。

例如，SE打标过程分为：放片、相机拍照、激光雕刻、取片。

在该SE打标过程中，耗时最长的步骤为激光雕刻过程。而激光雕刻受对应的激光图形的限制。针对目前打标过程中所遇到的问题—打标时间长—发明人提出进行多次激光雕刻，以解决打标时间过长的问题。

考虑到激光雕刻的图形通常可以由不同类型的形状构成，例如，激光图形的基本组成包括mark点、副栅线。此外，还有一些图形可以包括分段主栅或者防断栅。因此，激光图形可以涵盖mark点、副栅线、分段主栅以及防断栅等。由于这些图形在硅片表面的分布和排布是根据需要和设计配置，其通常是分散地布局的。而目前的打标方式通常都是从硅片的表面的一侧依次打标直至达到硅片的表面的另一侧。那么，在该打标过程中，激光需要频繁地对不同类型的图形进行打标，从而使打标时间明显增加。

通过实践和分析上述打标时间长的问题和原因，发明人提出了针对激光图形的特点，对不同类型的图形进行分别打标的方案。例如，上述激光图形包括mark点(例如可以是圆环mark、实心mark和十字mark中的任意一种或多种)、副栅线、分段主栅以及防断栅。因此，该激光图形中包括四类图形。例如，第一种图形：mark点；第二种图形：副栅线；第三种图形：分段主栅；第四种图形：防断栅。因此，区别于前文所述的目前所一般采用的打标方式—不区分图形而进行依次打标—本申请示例中发明人选择针对上述的任意一种图形进行打标；一种图形打标完成后，再对另一种图形打标。

简言之，本申请示例中的图形化激光掺杂方法包括：对目标图形进行分组，以形成至少两类图形。然后，对应于至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂。由于一般情况下，激光图形的组成之一的副栅线的打标时间占比最大。因此，一些示例中，分组的方式可以按照下述方式实施：以不同类的图形的打标时间为比较基准，将打标时间最长的副栅线作为一组，而其他的图形可以分为一类或两类或更多类。

其中对目标图形进行分组可以是指将同一种或者同一类的图形归类为一种图形或称一类图形，从而在后续进行激光雕刻时，对同一类图形进行激光雕刻；在将一类图形激光雕刻完成后，再进行下一次雕刻。

针对上述具有四类图形的目标图形而言，可以选择通过四次激光雕刻。在其他示例中，上述具有四类图形的目标图形也可以被区分为三类图形或两类等。换言之，本申请对于目标图形的分类方式并不做具体限定。分类方式例如可以是同一种图形为一类图形，也可以是两种图形为一类图形，或者其他方式。例如，mark点和防断栅可以是一类图形，也可以是两类图形。

此外，针对目标图形的分类方式，不同类型的图形的激光雕刻顺序是任意选择的，本申请对此不做具体限定。例如，当目标图形具有mark点和副栅，那么该目标图形可以分为两类图形。在此分组方式的前提下，可以先对mark点进行打标，然后再对副栅打标；或者，在另一些示例中，可以先对副栅打标，然后再对mark点进行打标。当具有多个激光雕刻设备时，在不同的设备之间同时工作不会彼此干扰的情况下，也可以分别由不同的设备对上述的两类图形进行同时分别独立地打标。

除此之外，在对硅片的表面进行激光雕刻之前，还可以选择对硅片进行拍照。通过拍照并对所拍摄的图像进行分析可以根据拍照结果进行硅片定位。其中拍照定位的方式可以采用本领域的一般操作方式实施，本申请不对此详述。

之所以要选择拍照并进行对位，是考虑到硅片的摆放位置可能出现偏差等问题，通过定位可以保证激光图形最大限度雕刻在硅片的中心位置。一些示例中，拍照的操作可以由一个相机一次照相完成。

为了方便于本领域技术人员实施本申请示例中的图形化激光掺杂方法，示例中发明人还提出了一种图形化激光掺杂装置。

装置包括载物台、相机和激光操作器。

顾名思义，载物台是用于放置和固定硅片的结构。相机则用于对硅片进行拍照，以便对其进行定位。而激光操作器则用于根据目标图形进行激光雕刻/打标。

为了提高设备的利用率以及工作效率，载物台可以被配置为可转动的结构，并且因此具有通过转动可调的拍照工位、至少两个激光操作工位。

载物台可以是通过在框架结构固定转动结构(如电机)实现。例如由金属角钢焊接形成框架。再在框架上固定电机，且电机的输出轴在竖直方向布置。电机的输出轴连接具有放置硅片的凹槽的置物板等结构。

相机可以选择各种市售的用于本行业中的设备，其可以通过机械臂固定在载物台附近。例如，相机被按照正对并且远离载物台的姿态固定。一些示例中，载物台可以根据相机的拍照结果进行参数自动补偿，以便确保激光图形最大限度雕刻在硅片的中心位置。

激光操作器对置并远离载物台，并且基于雕刻的准确性，其能够基于载物台预定位；例如，激光操作器可以是基于工业机械臂和云台稳定器技术组合的设备，并据此对激光操作器进行固定等。激光操作器是根据需要出射激光的设备，其可以由市售设备提供，本申请中不对其结构进行具体描述。

在不同的使用方式中，激光操作器可以具有不同的配置方式。例如，激光操作器可以具有多个，示例性至少为两个。每个激光操作器对应于一个激光雕刻工位。即多个(至少两个)激光操作器各自独立地配置，并且分别对应于多个(至少两个)激光操作工位。在另一些示例中，还可以提高激光操作器的自由度或者说灵活性，并且减少激光操作器的配置数量。因此，这些示例中的激光操作器可以选择能转动的方式布置，且能够通过转动而对应于至少两个激光操作工位被操作。

基于这样的图形化激光掺杂装置，可以按照如图1所示的方式进行打标。

分段激光降低CT值的方法包括以下步骤：

(1)通过皮带，将花篮里经过扩散之后的硅片传送至图1中的(一)放片位台面。

(2)放片位硅片旋转至(二)相机拍照位，对即将进行激光雕刻的硅片进行定位拍照。

一般地，硅片在台面上的位置以X/Y以及角度方向进行定位。通常规定X/Y的偏移在±4以内，角度在2以内则判定为合格，否则机械臂会把硅片丢弃。

(3)拍照合格后的硅片旋转至(三)第一激光雕刻工位，进行第一部分雕刻。

其中的拍照合格是指：硅片的摆放姿态在规定范围内。并且在规定的摆放位置内，激光器可以在激光雕刻时能自行进行弥补，从而避免打标后的硅片外观可能出现的异常，以确保量产。

(4)完成第一部分雕刻的硅片旋转至(四)第二激光雕刻工位，进行第二部分雕刻。

需要指出的是，正如前述，在目标图形分组之后，可以选择以任意的顺序对不同组的图形进行激光雕刻。因此，在此示例中，选择的是先进行第一部分图形的雕刻，然后再进行第二部分的雕刻。在其他一些实例中可以，先进行第二部分图形的雕刻，然后再进行第一部分的雕刻。

(5)完成激光雕刻后的硅片旋转至(五)取片位，下传至下料花篮内，完成整个SE工艺过程。

以下结合实施例对本申请的一种图形化激光掺杂方法和装置作进一步的详细描述。

实施例1

以只含有MRAK点、副栅的图形为例，分段激光降低CT值的方法包括以下步骤：

(1)通过皮带将花篮里扩散后的硅片传送至放片位台。

(2)放片位硅片旋转至相机拍照位，对即将进行激光雕刻的硅片进行定位拍照。

(3)拍照合格后的硅片旋转至图1中的激光雕刻1位，进行第一部分的4个圆环MARK雕刻。

(4)完成第一部分雕刻的硅片旋转至激光雕刻2位，进行第二部分的副栅雕刻。

(5)完成激光雕刻后的硅片旋转至取片位下传至下料花篮内，完成整个SE工艺过程。

本实施例的激光雕刻时长由0.94秒下降为0.84秒，降幅为10％。

实施例2

以含有MARK点、副栅以及防断栅的图形为例，分段激光降低CT值的方法包括以下步骤：

(1)通过皮带将花篮里扩散后的硅片传送至放片位台。

(2)放片位硅片旋转至相机拍照位，对即将进行激光雕刻的硅片进行定位拍照。

(3)拍照合格后的硅片旋转至图1中的激光雕刻1位，进行第一部分的4个圆环MARK雕刻及防断栅雕刻。

(4)完成第一部分雕刻的硅片旋转至激光雕刻2位，进行第二部分的副栅雕刻。

(5)完成激光雕刻后的硅片旋转至取片位下传至下料花篮内，完成整个SE工艺过程。

本实施例的激光雕刻时长由1.01秒下降为0.80秒，降幅为21％。

可见，以上两种实例的激光雕刻方式，可以使激光雕刻时间约有10％-21％下降，从而有效地解决了激光雕刻时长过长的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图形化激光掺杂方法，其特征在于，包括：

对目标图形进行分组，以形成至少两类图形，所述分组的方法包括根据所述目标图形中各图形的掺杂时长，至少将具有相同掺杂时长的图形记为一类图形；

对应于所述至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂。

2.根据权利要求1所述的图形化激光掺杂方法，其特征在于，所述目标图形包括mark点、副栅线、防断栅和分段主栅中的任意一种或多种；

可选地，所述mark点包括圆环mark、实心mark和十字mark中的任意一种或多种。

3.根据权利要求1所述的图形化激光掺杂方法，其特征在于，所述目标图形包括mark点和副栅线，且所述至少两类图形包括由所述mark点构成的第一类图形、由所述副栅线构成的第二类图形。

4.根据权利要求3所述的图形化激光掺杂方法，其特征在于，对应于所述至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂的方法包括：

先按照所述第一类图形，通过激光对硅片进行掺杂；然后再按照所述第二类图形，通过激光对硅片进行掺杂。

5.根据权利要求1所述的图形化激光掺杂方法，其特征在于，所述目标图形包括mark点、副栅线和防断栅线，且所述至少两类图形包括由所述mark点和防断栅线构成的第三类图形、由所述副栅线构成的第四类图形；

或者，所述目标图形包括mark点、副栅线和防断栅线，且所述至少两类图形包括由所述mark点和防断栅线构成的第五类图形、由所述防断栅线构成的第六类图形、由所述副栅线构成的第七类图形。

6.根据权利要求5所述的图形化激光掺杂方法，其特征在于，对应于所述至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂的方法包括：

先按照所述第三类图形，通过激光对硅片进行掺杂；然后再按照所述第四类图形，通过激光对硅片进行掺杂。

7.根据权利要求5所述的图形化激光掺杂方法，其特征在于，对应于所述至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂的方法包括：

先按照所述第五类图形，通过激光对硅片进行掺杂；然后再按照所述第六类图形，通过激光对硅片进行掺杂；随后再按照所述第七类图形，通过激光对硅片进行掺杂。

8.根据权利要求1或4或6或7所述的图形化激光掺杂方法，其特征在于，所述图形化激光掺杂方法还包括：

在对应于所述至少两类图形，在至少两个工序分别独立地通过激光对硅片进行激光掺杂之前，对所述硅片进行定位；

可选地，所述定位的方法包括对硅片拍照并根据拍照结果进行硅片定位；

可选地，所述拍照的操作由一个相机一次照相完成。

9.一种图形化激光掺杂装置，用于实施如权利要求1至8中任意一项所述的图形化激光掺杂方法，其特征在于，所述装置包括：

可转动的载物台，具有通过转动可调的拍照工位、至少两个激光操作工位；

相机，对置并远离所述载物台；

能够基于所述载物台预定位的至少两个激光操作器，对置并远离所述载物台；

所述至少两个激光操作器各自独立地配置，且分别对应于所述至少两个激光操作工位。

10.一种图形化激光掺杂装置，用于实施如权利要求1至8中任意一项所述的图形化激光掺杂方法，其特征在于，所述装置包括：

可转动的载物台，具有通过转动可调的拍照工位、至少两个激光操作工位；

相机，对置并远离所述载物台；

能够基于所述载物台预定位的激光操作器，对置并远离所述载物台；

所述激光操作器以可转动的方式布置，且能够通过转动而对应于所述至少两个激光操作工位被操作。

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