[發明專利]一種晶體硅太陽電池鋁背場二次燒結工藝

無效

• 申請號: 200910039022.8
• 申請日: 2009-04-27
• 公開（公告）號: CN101540349A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 沈輝;王學孟;張陸成
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司
• 代理人: 李海波

技術領域

本發明涉及一種晶體硅太陽電池鋁背場二次燒結的方法，具體地說是一種在多晶硅太陽電池背面利用激光、微波等脈沖熱源對鋁層進行二次燒結形成高性能鋁背場的方法。

背景技術

硅太陽電池利用p-n結的光生伏特效應實現光電轉換，已經成為新能源發展主流之一。2008年晶體硅太陽電池占世界太陽電池總產量的90％左右，并且在未來一段時間將繼續占據市場的主流地位，晶體硅太陽電池中絕大部分是采用p型硅片，背面采用絲網印刷鋁層，通過快速燒結爐使鋁擴散到硅基體中形成一個背面內建電場，使少數載流子得到加速和更好的收集，從而提高電池的輸出電壓、電流以及整體效率，一般生產的電池采用鋁背場后功率可提高5％以上。從鋁背面場的性能要求出發，燒結的溫度越高、時間越長、鋁原子向硅體的擴散越充分，擴散濃度越高，形成的背面場性能就越好。但是在實際的電池生產中，過高的燒結溫度會對電池的其他部分性能造成不良影響，例如增加硅體缺陷和雜質的繁殖擴散、使表層氮化硅膜性能衰退，最為嚴重的是在燒結過程中使正面電極燒穿p-n結，造成嚴重漏電和電池報廢。目前在大規模生產線中正面電極、背面電極和鋁背場是分別印刷，一次燒結，所以鋁背場的燒結溫度受到正面電極的燒結要求限制，一般鋁背場的擴散濃度在10¹⁵cm^-3，，在實驗室利用快速熱處理燒結技術可以將鋁背場的擴散濃度提高到10¹⁶cm^-3，性能更好。目前絲網印刷鋁層厚度20微米左右，燒結后形成亞微米尺寸的微粒堆積結構，通過提高燒結溫度，還可以減少印刷鋁層中的有機物含量，改善鋁層中微粒的接觸，從而提高印刷鋁層的導電性，降低電池的串聯電阻。

發明內容

本發明的目的是提供一種晶體硅太陽電池鋁背場二次燒結工藝，該工藝采用脈沖激光或脈沖微波，可以對鋁背場層進行精確、靈活的脈沖加熱，不僅可以大幅提高鋁層的擴散溫度，提高擴散濃度，還可以避免對太陽電池正面介質層和電極性能造成不利影響，明顯提高鋁背場的性能。

本發明的目的通過采取以下技術方案予以實現：

一種晶體硅太陽電池鋁背場二次燒結工藝，其特征在于，利用激光束或微波束在晶體硅太陽電池背面鋁層密集掃描，使掃描區域內的鋁瞬間加熱熔化，并向硅體擴散，形成性能優異的重擴散鋁背場。

本發明工藝利用激光束或微波束在晶體硅電池背面掃描，掃描區域內的鋁材料在脈沖加熱下熔化并更好地擴散到附著的硅體表面，提高鋁背場的鋁摻雜濃度，獲得更好的鋁背場鈍化和對少數載流子的收集效率，提高太陽電池的整體效率，并且在此過程中脈沖熱源對鋁層的加熱不會對太陽電池前表面的介質層和電極產生明顯破壞。

作為本發明的進一步改進，所述的激光束采用功率為1～1000W、波長為1100～200nm的脈沖或連續激光束，在經過聚焦后達到微米至毫米量級直徑的光斑照射到鋁層表面進行掃描。

作為本發明的進一步改進，所述的微波束采用功率10～1000W、毫秒及更短的脈沖寬度的微波源，經過天線匯聚后在鋁層上進行加熱。

作為本發明的進一步改進，根據晶體硅片、印刷鋁層和激光、微波的性能，選擇合適的掃描圖樣，在太陽電池背面進行全面或者局部的燒結。

本發明工藝提出的二次燒結鋁背場的主要手段是采用激光束或微波束在極短時間內加熱熔化太陽電池背面的鋁層，采用較大功率的脈沖或連續激光(微波)束，在經過聚焦(如波束本身足夠細則不用聚焦)后照射到硅片表面進行掃描，使照射區域的鋁材料熔化并向硅體擴散，形成比普通燒結工藝更高濃度的鋁摻雜層。

本發明方法的具體處理步驟是：

(1)采用絲網印刷等方法在電池背面制作一定厚度的鋁層；

(2)選擇合適的掃描圖樣，可設計點陣，線陣或其他圖樣，可以全部或局部覆蓋鋁層面積；

(3)對激光而言，選擇合適的激光波長、光束模式、光斑大小、光束功率、脈沖頻率和掃描速度等激光參數方案；對使用微波源，選擇合適的微波波長、波束大小、波束功率、脈沖寬度等參數，做好設置；

(4)將硅片固定在工作臺上，按預定的參數和圖樣利用激光(或微波)束掃描進行燒結。