TWI484655B - 在太陽能電池表面讀寫識別碼的方法 - Google Patents

Description

在太陽能電池表面讀寫識別碼的方法

本發明係關於一種在太陽能電池(solar cell)燒錄識別碼(identification)方法，特別是指以雷射於太陽能電池表面燒錄識別碼的方法。

近年來，由於環保意識的抬頭和其他能源逐漸的枯竭，使得世界各國開始重視再生能源的利用。再生能源包括：太陽能、風能、水力能或生質能等來源無所匱乏的資源。而台灣地處亞熱帶，日照豐富，因此在台灣，利用太陽能電池(solar cell)作為太陽能源的開發，使太陽能的光電轉換效率提高，為現今各產業研究的焦點。

為了監控每一片晶圓的製程狀況，達到進一步提高產品良率的目的，在傳統半導體積體電路的製程中，將識別碼燒錄在晶圓上的技術已經相當成熟。然而，在太陽能電池(solar cell)的製程中，此方面的技術及應用卻尚未普及。其中一個原因是，若將識別碼燒錄在太陽能電池的前表面，會增加遮光的效應，而使光電轉換效率降低，另一個原因是，對於整體製程的成本來說，這並不符合經濟效益(一片積體電路晶圓的產值約在數百甚至數仟倍之多大於太陽電池晶圓)。

沒有識別碼，在製備太陽能電池的過程中就無從追蹤每一片晶圓的製程參數。更有甚者，當太陽能電池良率出現異常時，很難即時從生產線製程記錄的資料發現問題所在，也就無從找出對應的改善措施。因此，若每一片晶圓能有各自的識別碼，有助於進一步對製程參數做最佳化的調整。

在公開案號為20070163634的美國專利申請案中，僅是概括的揭示太陽能電池在完成製程後，將識別碼印製於太陽能電池的概念，印製的手段包括以雷射、噴砂或以抗化學腐蝕的油墨印製於太陽能電池表面、背面或側邊。

而在另一公開案號為20,080,160,648的美國專利申請案中，則揭示在進行製程前後，分別記錄晶圓表面的光致螢光影像(photoluminescence)。一旦太陽能電池的良率出現異常時，係藉由比對不同晶圓的表面影像來作為識別的方式。然而，要以這種方法辨識出是哪一片晶圓，比對將非常不容易。尤其自同一晶棒，它的柱狀長晶特性將使得切割下的晶圓，相鄰兩片晶圓的表面圖像會非常相似，容易造成判別錯誤。

另外，目前業界太陽能電池生產的速率每日至少有12萬片，可以想見，用來儲存圖像的資料庫需要非常大的容量，更別說是比對了。

為了方便追溯製程紀錄及太陽能電池的測試數據，有必要發展一種在太陽能電池上燒錄識別碼的技術，使識別碼刻錄於太陽能電池照射面時，不僅不影響太陽能電池的光電轉換效率，又容易判讀。

有鑒於上述課題，本發明之目的之一在於提供一種在太陽能電池表面讀寫識別碼的方法，包括：提供一批次太陽能電池基板的半成品，半成品是指太陽能電池基板已完成部分或所有製程；及以雷射對太陽能電池基板吸光面或背面寫入一識別晶片的識別碼，係以雷射針對識別碼所在區域做熱處理，以改變識別碼所在區域的光學性質，其中，識別碼無法以肉眼直接辨識，在可見光以外的光源才能辨識。

所述可見光以外的光源，最好波長大於1100 nm或小於400 nm。由於識別碼對於可見光的反射率不高，肉眼難以辨識，因此，判讀識別碼時，係以一紫外光電荷耦合元件或一遠紅外光電荷耦合元件讀取。或者以一配備有可見光濾光片的白光讀取裝置來讀取。

識別碼選自圖形記號、數字標記、文字及其任意組合所組成的群組其中之一種，圖形記號、數字標記或文字代表太陽能電池基板的測試數據、製程參數或晶圓代號。同時配合一對照表，可以追溯各別片太陽能電池的製程參數及/或測試數據。本發明之另一實施例，是將太陽能電池基板所有的製程履歷及測試結果，整合成一圖形記號。

本發明之方法不但可以整合於原本的製程中，相較於前案而言，除了判讀容易之外，又不會降低太陽能電池光電轉換效率。並且，當太陽能電池的良率下降時，檢測人員可以依據每一片太陽能電池基板的製程參數資料，進行分析及查找問題，並適時調整製程參數，來使太陽能電池的品質最佳化。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文依本發明於太陽能電池(solar cell)表面讀寫識別碼的方法，特舉較佳實施例，並配合所附相關圖式，作詳細說明如下，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

請參照圖1A，本發明實施例中，利用雷射於太陽能電池基板10上，形成一識別晶片的識別碼11。值得注意的是，本發明中以雷射燒錄識別碼11時，係使表面晶粒結構局部燒灼，識別碼11所在區域的光學性質會隨之改變。

在太陽能電池製程中，一批次太陽能電池基板至少會依序經過清潔、結構化(texturing)、擴散、絕緣、鍍抗反射層、網印電極及燒結等製程，並進行電性測試。

而本發明之以雷射燒錄識別碼的步驟，可以在太陽能電池基板完成結構化(texturing)的製程後進行。更好選擇，是在太陽能電池基板完成所有的製程及電性測試後進行，以一併將測試結果整合至識別碼中。

又一較佳實施例，是針對具有選擇性射極結構的太陽能電池，在該批次太陽能電池基板以雷射輔助摻雜形成選擇性射極結構的製程後，進行燒錄識別碼的步驟。在本發明實施例中，識別碼可以選擇性地燒錄於太陽能電池基板的吸光面或背面。

本發明實施例中，係使用光波長為532 nm的掺釹釩酸釔(Nd:YVO4)雷射，燒錄識別碼時所使用的功率僅有大約5至25W，脈衝頻率大約1k至50kHz，相較於一般太陽能電池製程中，用來圖案化所使用的雷射脈衝頻率(大於100kHz)更低。

請參照圖1B，為太陽能電池吸光面經粗糙化之後，對於不同光波長的反射率。由圖中可以看出，太陽能電池吸光面對於可見光及紅外線(波長大約400至1050 nm)而言，反射率僅有大約10%至18%，對光波長大於1100 nm或小於400 nm(圖1B中被圈選的區域)的反射率至少大於25%。

也就是說，在識別碼11所在區域，表面晶粒的結構雖然改變了，但在可見光下，很難直接觀察到差異所在。在可見光以外的光源下，最好波長大於1100 nm或小於400 nm，才能更清楚辨識表面性質已經被改變的區域。換言之，本發明中識別碼無法以肉眼直接判讀，需配合一識別碼讀取裝置12。圖2A即為在本發明實施例中，以識別碼讀取裝置12讀取識別碼的結果。而圖2B為圖2A的局部放大圖，由圖2B中即可清楚觀察到經過雷射熱處理後，晶粒結構產生變化的區域。所述的識別碼讀取裝置12為一紫外光電荷耦合元件或一遠紅外光電荷耦合元件，也可以是配備一可見光濾光片的白光讀取裝置。以此種方式將識別碼紀錄於太陽能電池基板的吸光面，對於太陽能電池的光電轉換效率幾乎沒有任何影響。

識別碼選自圖形記號、數字標記、文字及其任意組合所組成的群組其中之一種。而圖形記號、數字標記或文字可以代表太陽能電池基板的測試數據、製程參數或晶圓代號。

本發明實施例中，更包括建立一對照表(look-up table)，包含識別碼圖形、數字標記或文字所對應的資訊。比如：以數字標記代表個別片晶圓的編號，以星形記號代表製程過程中的異常，或是以英文字母A~D對該片太陽能電池測試結果分級等等。整體而言，在該片太陽能電池基板上紀錄的資訊，可以依照實際製程需求來做設計。

本發明較佳實施例以圖2A的識別碼為例，圖2A中的識別碼11為一經過設計的圖形，圖形的不同區域可以分別代表晶圓編號、測試數據、製程參數等情況。也就是說，將該片太陽能電池的製程履歷及測試結果全部整合一個識別碼圖形中，只要針對此圖形進行解碼，即可追溯該片太陽能電池的製程狀況。

綜上所述，本發明所提供的在太陽能電池基板燒錄識別碼的方法，具有下列優點：

(1)　製程參數校正更容易。由於每一片太陽能電池基板都擁有各自的識別碼，使得每一片太陽能電池基板在製備過程中的參數可以被記錄及建檔。當太陽能電池的良率下降時，檢測人員可以依據每一片太陽能電池基板的製程參數資料，進行分析及查找問題，並適時調整製程參數，來使太陽能電池的品質最佳化。

(2)　不影響光電轉換效率。由於識別碼所在區域對可見光的反射率很低，因此，該區域仍然可以吸收太陽光來產生載子，對於整體光電轉換效率來說，並無太大影響。

(3)　判讀容易，又不造成系統負擔。本發明中，只要使用一紫外線或遠紅外線電荷耦合元件，即可讀取識別碼，不需要如同先前技術一般比對晶圓的表面圖像，來辨識晶圓，非常方便。另外，資料庫中不需要儲存大量圖片，只需要儲存對照表即可，因此，不會造成系統過大的負擔。

本發明雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本發明精神與發明實體僅止於上述實施例。凡熟悉此項技術者，當可輕易了解並利用其它元件或方式來產生相同的功效。是以，在不脫離本發明之精神與範疇內所作之修改，均應包含在下述之申請專利範圍內。

10．．．太陽能電池基板

11．．．識別碼

12．．．識別碼讀取裝置

圖1A顯示本發明實施例之具有識別碼的太陽能電池基板；

圖1B顯示太陽能電池基板吸光面結構化之後對不同波長的光反射率；

圖2A顯示本發明實施例中，以識別碼讀取裝置所讀取到的識別碼；及

圖2B顯示圖2A識別碼的局部放大圖。

10．．．太陽能電池基板

11．．．識別碼

12．．．識別碼讀取裝置

Claims (9)

1. 一種於太陽能電池(solar cell)表面讀寫識別碼(identification)的方法，包括：提供一批次太陽能電池基板的半成品，該半成品是指該太陽能電池基板已完成部分或所有製程；及以雷射對該太陽能電池基板吸光面或背面燒錄一識別晶片的識別碼，係以雷射針對該識別碼所在區域的表面晶粒做局部燒灼，以改變該識別碼所在區域的光學性質，其中，該識別碼無法以肉眼直接辨識，在可見光以外的光源下才能辨識。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，該識別碼選自圖形記號、數字標記、文字及其任意組合所組成的群組其中之一種，該圖形記號、數字標記或文字代表該太陽能電池基板的測試數據、製程參數或晶圓代號。
3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，該識別碼為一圖形記號，該圖形記號整合該太陽能電池基板所有的製程履歷及測試結果。
4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該可見光以外的光源波長大於1100 nm，或小於400 nm。
5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中判讀該識別碼時，係以一紫外光電荷耦合元件或一遠紅外光電荷耦合元件讀取。
6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中判讀該識別碼時，係以一配備有可見光濾光片的白光讀取裝置來讀取。
7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，更包括建立一對照表(look-up table)，該對照表包括該識別碼所代表的資訊。
8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該半成品已完成結構化(texturing)的製程，再以雷射燒錄該識別碼。
9. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該半成品已完成所有製程，以雷射燒錄該識別碼之前，更包括一測試該批次太陽能電池基板的步驟，以之後能一併將測試結果整合於該識別碼。