[发明专利]晶体硅太阳能电池制造方法及激光二次烧结方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池制造领域，特别涉及晶体硅太阳能电池制造方法及激光二次烧结方法。。

背景技术

现代化太阳电池工业化生产朝着高效低成本化方向发展，利用激光烧结技术实现高效太阳能电池制造是成本十分低廉的一种方法，该方法具有很多优点：

（1）激光烧结接触面积只占电池背面总面积的1-5%，而未接触区域仍然被一定厚度的绝缘层钝化，这样有利于降低背表面少子表面复合；

（2）激光作为一种非接触式加工,一方面只在局部接触部分出现高温熔化，避免硅片经受整体高温影响，避免因常规烧结工艺出现的SiNx钝化效果的降低以及高温缺陷的产生；另一方面,它降低了对材料损伤,因而降低了因高温处理出现较高的不良率；背面点电极周围几微米厚度的区域出现的局部背场，较好地钝化了金属-硅界面；

（3）可以适用于制作更薄的电池,这是晶硅电池发展的主要方向；体现了激光作为非接触式加工的独特优势；

（4）工艺简单、适用、成本低,可以有效地降低电池制作成本。

激光烧结通常需要在电池背面形成15000-20000个直径约100μm的点接触；其基本物理过程可以这样描述：由于金属在红外波长具有高反射率，激光开始作用在金属表面需在短时间内（几百甚至几十纳秒）获得足够高的能量密度才能突破金属的熔化阈值，金属才开始熔化或汽化等物理过程，金属吸收足够能量后需进一步破坏钝化层才能扩散至硅表面形成充分的合金，一旦激光峰值能量过高或作用时间太长，熔化的金属大部分将汽化，导致金属全部蒸发，未能对后续合金形成帮助，导致烧结质量偏差，接触电阻偏大，不能形成良好的欧姆接触。 

直到现在，现有激光烧结技术制造高效电池一直未能实现工业化大规模生产，原因在于：

首先，通过实验深入理解激光烧结的原理存在较大困难，包括对掺杂浓度，接触点形貌优化等，这样设计的电池较难全面考虑适应激光工艺要求，诸多因素需要综合考虑：如钝化层种类和厚度，沉积工艺，金属电极材料反射率和厚度，表面形貌，导电性以及硅材料体电阻率，激光导致的热损伤等；

其次，现有激光加工工艺窗口偏窄，尤其对于比较厚的金属层（如丝网印刷铝浆），工业设备对激光参数的控制有较大难度，生产中材料表面状况的变化（如材料厚度或反射率）或激光系统参数的波动（如脉冲能量或者光斑直径在不同的扫描位置区域变化等）都会极大地影响激光烧结质量的稳定性，进而影响电池效率和性能，这些指标在工业化大量生产非常关键；

现有激光烧结多采用两种方法加工，单脉冲烧结或者多脉冲烧结，单脉冲烧结受到脉冲能量和点接触面积大小的限制，通常只能完成薄金属层的加工（＜5μm），比如蒸镀金属铝2μm厚；多脉冲通常完成较厚材料的烧结（5-50μm）,如丝网印刷金属铝浆，厚度可达20μm厚；激光烧结所需要的脉冲能量在很大程度上还取决于材料厚度，沉积工艺以及钝化层种类。

目前绝大多数实验用到的方法都是采用特定的激光参数烧结，比如，单脉冲烧结，一旦选定了重复频率后，那么脉冲宽度和脉冲能量就固定了，脉冲宽度是十分重要的参数，当其它条件一定时，脉冲宽度太窄说明峰值功率太高，金属快速吸收能量后会大部分汽化，材料扩散在硅表面的时间不充分，无法形成良好的合金；脉冲宽度太长说明峰值功率低，激光能量需要克服金属层的高反射率，从而使得材料熔化的时间偏长，激光导致热损伤区域加大，从而降低了电池的性能。

对于多脉冲烧结，虽然可以适应较厚的金属层，但由于相邻脉冲之间的脉冲宽度相同，上个脉冲烧结后材料表面形貌会有较大变化，这样可以认为是同样脉冲参数作用在不同表面形貌的材料上，加工往往会出现热损伤片大，扩散深度偏大，中间部分金属汽化过多等不利的影响，加工效果和相比单脉冲没有明显改善，仍然影响工艺稳定性；另外多脉冲烧结受产能偏低的限制，很难实现规模生产。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供晶体硅太阳能电池制造方法及激光二次烧结方法，能提高烧结质量，扩大激光烧结工艺窗口，提高烧结工艺稳定性。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的第一种技术方案为一种晶体硅太阳能电池制造的激光二次烧结方法，包括如下步骤：

1）第一次烧结：

激光脉冲的宽度为0.1ns至300ns；

激光脉冲的数量为1个或1个以上；

激光脉冲的能量密度为1 J/cm²至25 J/cm²；

激光脉冲的波形为矩形波或尖峰波；