[發明專利]一種用于提高金屬電極與晶體硅附著力的激光摻雜工藝

無效

• 申請號: 201210373442.1
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102916077A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 吳亞軍;馮立學;梁會寧;胡元慶;李華恩
• 申請（專利權）人: 奧特斯維能源（太倉）有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0224
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及晶體硅太陽能電池制造，尤其是一種用于提高金屬電極與晶體硅附著力的激光摻雜工藝。

背景技術

現代化太陽電池工業化生產朝著高效低成本化方向發展，激光在太陽電池制造有著幾十年的歷史,包括早期的埋柵刻槽(LGBC),?激光刻邊,打孔(EWT和MWT)以及激光摻雜,其中利用激光摻雜技術制造選擇發射極太陽電池可顯著地提高太陽電池的轉換效率,同時降低電池制造成本,成為產業化生產很有潛力的一種技術。

澳大利亞新南威爾斯大學開發的利用激光摻雜結合電鍍工藝制造電池是一種成本低,轉化效率高的方法,非常適合工業化大規模生產,其公開的發明專利號：6429037?專利名稱“A?self?aligning?method?for?forming?selective?emitter?and?metallization?in?solar?cell”,發明人為S.R.Wenham，M.A.Green，這種技術一般經過制絨,擴散,去PSG,鍍膜,燒結工藝等標準后,再激光摻雜和電鍍等工藝實現,在激光摻雜前,預先涂一層含摻雜源的膜，通常是含磷源，然后激光加熱晶體硅的同時熔化表面鈍化層,摻雜磷源在極短的時間內擴散到晶體硅表面,形成重擴區,完成摻雜,由于激光未處理的區域仍然保留著鈍化層,可以作為后續電鍍的掩膜層,而激光處理過的區域可實現電鍍,從而完成選擇發射極太陽電池制造.用激光摻雜結合電鍍的技術來制造高效太陽電池在無錫尚德電力已實現小規模試生產。

對于上述提到的這種激光摻雜工藝，激光器類型可以是連續激光，也可以是調Q納秒脈沖激光，還可以是準連續皮秒脈沖，波長可以是355nm或者532nm或其它，對于納秒激光，脈沖寬度通常在幾十到幾百納秒范圍，重復頻率一般在100～1000KHz，對于準連續皮秒，脈沖寬度1～15ps，重復頻率80MHz，掃描速度在1～10m/s,典型速度為3～6m/s，激光摻雜之后，再電鍍鎳銅銀或則鎳銅錫等金屬層，電鍍可以是光誘導電鍍，也可以是化學鍍，還可以是其它的電鍍方法。

然而,這種工藝方法有著重要的缺點,那就是：硅片經過激光摻雜和電鍍后,電鍍后形成的金屬電極與晶體硅的附著力很低,成為影響電池穩定性與可靠性十分重要因素,限制了其工業化大批量生產,雖然業界也提到粘接力過低可通過提高激光能量增加硅的表面粗糙度避免，如利用較高表面粗糙度以便電鍍形成牢固的金屬電極與硅基接觸.如公開文獻提到的“Influence?of?laser?power?on?the?properties?of?silicon?solar?cells”作者：Z.Hameiri等人發表在Solar?Energy?materials?&?solar?cell?95(2011)?1085～1094,但是，增加激光能量的方法形成本身就會導致激光損傷,?同時會降低電池的轉換效率，影響電池性能。

實際上,?金屬與硅的附著力過低本身與激光摻雜工藝有很大關系,一方面,如圖2所示激光聚焦后形成的高斯光斑22直徑很小,通常只有10-15um,激光高速掃描過程中,由于聚焦高斯光斑能量分布不均,導致光斑沿中心區域和周邊區域的溫度梯度過大,沿掃描方向光斑重疊區域會出現多次高低溫度梯度交替循環,會影響摻雜均勻性并影響到電鍍后金屬與硅基接觸均勻性,另一方面,激光能量時間分配方面并非最優化,通常調Q激光是以脈沖方式向材料表面輻射能量,由于鈍化層,摻雜源和硅基材料熱物性參數不同,鈍化層熔點比摻雜源高得多,當鈍化層和硅基熔化時,涂在硅基表面的摻雜源大部分已汽化.只有少部分能順利擴散到晶體硅表面，也導致了摻雜的均勻性受到很大影響,不利于后續高質量電鍍工藝。

?如果能對激光參數（包括峰值功率和能量密度，能量分布等）在時間和空間兩方面進行設計和優化控制,那么就能夠維持激光摻雜后表面后仍能較好維持晶體硅表面的絨面結構,同時實現均勻的摻雜效果,就能改善電鍍后金屬電機與晶體硅的接觸,提高它們之間的附著力。

發明內容

發明目的：本發明的目的是為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種摻雜后既能維持硅表面的絨面形貌，同時形成均勻的摻雜濃度分布，可以有效地提高電鍍后金屬電極與晶體硅的附著力的工藝。

技術方案：為了實現以上目的，本發明提供的一種用于提高金屬電極與晶體硅的附著力的激光摻雜工藝，硅片制絨，硼擴散，生長掩膜，磷擴散，激光摻雜，電鍍，?所述的激光摻雜采用聚焦線性光斑光學系統及結合整形的脈沖波完成，所述的聚焦線性光斑能量分布均勻，其短軸長軸之比為1:2-1:50，短軸尺寸為10-30um，長軸尺寸為20-1500um。