CN101540349A - 一种晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺，该工艺利用脉冲方式的激光束或者微波束在电池背面铝背场区域扫描或整体照射，使扫描区域内的铝瞬间加热熔化，并向硅体扩散，在太阳电池背面形成全面或局部的铝重掺杂区，从而形成性能优良的背面场，可以加速少数载流子扩散，提高少数载流子的收集率，提高电池的长波响应，从而提高电池的整体效率。二次烧结的热影响可以控制在铝层周围，不会对电池的其他部分产生明显的不良影响，激光烧结的设计方式多样灵活，制作简便快捷，可以很便捷地结合到现有的工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳电池铝背场二次烧结的方法，具体地说是一种在多晶硅太阳电池背面利用激光、微波等脉冲热源对铝层进行二次烧结形成高性能铝背场的方法。
背景技术
硅太阳电池利用p-n结的光生伏特效应实现光电转换，已经成为新能源发展主流之一。2008年晶体硅太阳电池占世界太阳电池总产量的90％左右，并且在未来一段时间将继续占据市场的主流地位，晶体硅太阳电池中绝大部分是采用p型硅片，背面采用丝网印刷铝层，通过快速烧结炉使铝扩散到硅基体中形成一个背面内建电场，使少数载流子得到加速和更好的收集，从而提高电池的输出电压、电流以及整体效率，一般生产的电池采用铝背场后功率可提高5％以上。从铝背面场的性能要求出发，烧结的温度越高、时间越长、铝原子向硅体的扩散越充分，扩散浓度越高，形成的背面场性能就越好。但是在实际的电池生产中，过高的烧结温度会对电池的其他部分性能造成不良影响，例如增加硅体缺陷和杂质的繁殖扩散、使表层氮化硅膜性能衰退，最为严重的是在烧结过程中使正面电极烧穿p-n结，造成严重漏电和电池报废。目前在大规模生产线中正面电极、背面电极和铝背场是分别印刷，一次烧结，所以铝背场的烧结温度受到正面电极的烧结要求限制，一般铝背场的扩散浓度在1015cm-3，，在实验室利用快速热处理烧结技术可以将铝背场的扩散浓度提高到1016cm-3，性能更好。目前丝网印刷铝层厚度20微米左右，烧结后形成亚微米尺寸的微粒堆积结构，通过提高烧结温度，还可以减少印刷铝层中的有机物含量，改善铝层中微粒的接触，从而提高印刷铝层的导电性，降低电池的串联电阻。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺，该工艺采用脉冲激光或脉冲微波，可以对铝背场层进行精确、灵活的脉冲加热，不仅可以大幅提高铝层的扩散温度，提高扩散浓度，还可以避免对太阳电池正面介质层和电极性能造成不利影响，明显提高铝背场的性能。
本发明的目的通过采取以下技术方案予以实现：
一种晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺，其特征在于，利用激光束或微波束在晶体硅太阳电池背面铝层密集扫描，使扫描区域内的铝瞬间加热熔化，并向硅体扩散，形成性能优异的重扩散铝背场。
本发明工艺利用激光束或微波束在晶体硅电池背面扫描，扫描区域内的铝材料在脉冲加热下熔化并更好地扩散到附着的硅体表面，提高铝背场的铝掺杂浓度，获得更好的铝背场钝化和对少数载流子的收集效率，提高太阳电池的整体效率，并且在此过程中脉冲热源对铝层的加热不会对太阳电池前表面的介质层和电极产生明显破坏。
作为本发明的进一步改进，所述的激光束采用功率为1～1000W、波长为1100～200nm的脉冲或连续激光束，在经过聚焦后达到微米至毫米量级直径的光斑照射到铝层表面进行扫描。
作为本发明的进一步改进，所述的微波束采用功率10～1000W、毫秒及更短的脉冲宽度的微波源，经过天线汇聚后在铝层上进行加热。
作为本发明的进一步改进，根据晶体硅片、印刷铝层和激光、微波的性能，选择合适的扫描图样，在太阳电池背面进行全面或者局部的烧结。
本发明工艺提出的二次烧结铝背场的主要手段是采用激光束或微波束在极短时间内加热熔化太阳电池背面的铝层，采用较大功率的脉冲或连续激光(微波)束，在经过聚焦(如波束本身足够细则不用聚焦)后照射到硅片表面进行扫描，使照射区域的铝材料熔化并向硅体扩散，形成比普通烧结工艺更高浓度的铝掺杂层。
本发明方法的具体处理步骤是：
(1)采用丝网印刷等方法在电池背面制作一定厚度的铝层；
(2)选择合适的扫描图样，可设计点阵，线阵或其他图样，可以全部或局部覆盖铝层面积；
(3)对激光而言，选择合适的激光波长、光束模式、光斑大小、光束功率、脉冲频率和扫描速度等激光参数方案；对使用微波源，选择合适的微波波长、波束大小、波束功率、脉冲宽度等参数，做好设置；
(4)将硅片固定在工作台上，按预定的参数和图样利用激光(或微波)束扫描进行烧结。
本发明利用激光或微波烧结，与传统烧结炉相比，其优点主要有：1.激光或微波烧结的温度很高，可以使铝层完全融化，掺杂的浓度大大提高；2.脉冲激光和微波的加热时间极短(纳秒到毫秒)，加热高温区域很小，只限于铝层和硅体表层，不会对正面介质层和正面电极的性能造成明显影响；3.激光或微波烧结的图样和面积可以根据实际要求灵活调整，制作过程简便快速；4.激光或微波烧结基于成熟的设备，制作简便，可以很方便地结合到现有的生产工艺中，具有很好的产业化前景。
附图说明
图1为晶体硅太阳电池结构截面图；
图2为激光、微波二次烧结示意图；
图3为局部二次烧结后结构示意图；
图4为全面二次烧结后结构示意图；
图1-4中，1.前电极；2.正面钝化减反膜；3.N型扩散层；4.P型硅基体；5.铝扩散层(即铝背场层)；6.印刷铝层；7.激光束/微波束。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
如图1-4所示，本发明提供的晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺是利用激光束或微波束在晶体硅太阳电池背面铝层密集扫描，使扫描区域内的铝瞬间加热熔化，并向硅体扩散，形成性能优异的重扩散铝背场。
实施例1
采用一台波长1064nm的Nd:YAG激光器：激光脉冲频率1K～30KHz，振镜扫描，光束横模为低阶模式。设置激光脉冲频率为1～10KHz，扫描速度为100mm/s，激励电流为16～21A。样品为采用丝网印刷工艺的常规p型晶体硅电池成品。烧结扫描图样为密集点阵，局部烧结，点径约80微米，间距约0.5mm，采用激光束在一个点重复多个脉冲的方式烧结。
实施例2
采用一台波长1064nm的Nd:YAG激光器：激光脉冲频率1K～30KHz，振镜扫描，光束横模为低阶模式。设置激光脉冲频率为1～15KHz，扫描速度为100mm/s，激励电流为16～25A。样品为采用丝网印刷工艺的常规p型晶体硅电池成品。烧结扫描图样为密集圆圈阵列阵，局部烧结，圆的直径100～200微米，间距约0.5～1mm，激光束沿圆圈扫描，可以根据实际性能重复多次。
实施例3
采用一台波长1064nm的Nd:YAG激光器：激光脉冲频率1K～30KHz，振镜扫描，光速横模为低阶模式。设置激光脉冲频率为1～10KHz，扫描速度为20～200mm/s，激励电流为18～25A。样品为采用丝网印刷工艺的常规p型晶体硅电池成品。烧结扫描图样为平行线阵列，线间距约50～200微米，激光烧结覆盖整个电池背面铝层。
实施例4
采用一台2.45GHz、毫秒脉冲、功率10～5KW的微波烧结设备，微波束聚焦直径10毫米，样品为采用丝网印刷工艺的常规p型晶体硅电池成品。采用线扫描方式覆盖整个电池铝层表面。
Claims (5)
1.一种晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺，其特征在于，利用激光束或微波束在晶体硅太阳电池背面铝层密集扫描，使扫描区域内的铝瞬间加热熔化，并向硅体扩散，形成性能优异的重扩散铝背场。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺，其特征在于，所述的激光束采用功率为1～1000W、波长为1100～200nm的脉冲或连续激光束，在经过聚焦后达到微米至毫米量级直径的光斑照射到铝层表面进行扫描。
3.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺，其特征在于，所述的微波束采用功率10～1000W、毫秒及更短的脉冲宽度的微波源，经过天线汇聚后在铝层上进行加热。
4.根据权利要求1所述的晶体硅太阳电池铝背场二次烧结工艺，其特征在于，根据晶体硅片、印刷铝层和激光、微波的性能，选择合适的扫描图样，在太阳电池背面进行全面或者局部的烧结。
5.根据权利要求4所述的多晶硅太阳电池绒面制作方法，其特征在于，所述的扫描图样设计成点阵或线阵。
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