[發(fā)明專利]一種硅基薄膜太陽能電池激光刻劃設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310444349.X
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103521926A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李毅;雷明初
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/04;B23K26/064;B23K26/142;H01L31/18
• 代理公司: 深圳市毅穎專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44233
• 代理人: 段立麗;李奕暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硅基薄膜太陽能電池激光刻劃設(shè)備，屬于太陽能電池設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

?激光刻劃設(shè)備是硅基薄膜太陽能電池制造中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，其用于對沉積后的薄膜通過激光刻線形成內(nèi)部多節(jié)子電池相互連接的結(jié)構(gòu)，其原理是將特定能量及脈沖頻率的激光束聚焦在需要刻劃的膜層上，利用激光束與膜層相互作用產(chǎn)生的熱效應(yīng)、熱應(yīng)力等物理過程使輻射區(qū)域的膜層去除。硅基薄膜太陽能電池的典型制程需要三次激光刻劃工序，即激光刻劃前電極導(dǎo)電膜層（稱為P1刻劃）、激光刻劃光電轉(zhuǎn)換硅基薄膜層（稱為P2刻劃）和背電極膜層（稱為P3刻劃），經(jīng)過三次刻劃后，將基板有效區(qū)域分割成特定數(shù)量的具有一定寬度的電池內(nèi)部串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

激光刻劃設(shè)備主要包括光學(xué)系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)，其中光學(xué)系統(tǒng)是核心。目前，薄膜太陽能電池業(yè)內(nèi)的主要有分光飛行光學(xué)系統(tǒng)和振鏡掃描光學(xué)系統(tǒng)，分光飛行系統(tǒng)主要用于刻劃大尺寸薄膜電池，如中國專利申請?zhí)?00920106830.7《薄膜太陽能電池劃線裝置》，而振鏡掃描光學(xué)系統(tǒng)主要用于刻劃小尺寸的復(fù)雜圖形。如中國專利200810236766.4《一種用于薄膜太陽能電池刻膜及打點(diǎn)的新裝置》，通過光學(xué)元件（如分光鏡）將激光分成能量近似相等的兩束或四束，各個(gè)子光束通過光路傳導(dǎo)至不同的激光頭，激光頭經(jīng)聚焦后作用在需加工的基片膜層上，在刻劃過程中，激光頭組合做高速往返運(yùn)動(dòng)，而基片保持不動(dòng)，刻劃速度快，激光器數(shù)量少，但刻線間距由激光頭間距確定，要在刻劃前一次性調(diào)整好，在刻劃過程中不可改變，造成無法刻劃間距不等的復(fù)雜圖形，不能滿足薄膜太陽能電池產(chǎn)品的多樣化要求，而且由于分光鏡所分多束激光不完全一致，需要通過偏光鏡進(jìn)行角度校正，而這些校正均不可實(shí)時(shí)調(diào)整，容易造成刻劃線出現(xiàn)誤差，繼而影響電池的電性能。振鏡掃描光學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性高，可以實(shí)現(xiàn)任意間距的復(fù)雜的圖形，且激光頭利用率接近100%，但是由于激光束經(jīng)聚焦后受焦深的限制，單個(gè)激光頭的有效工作區(qū)域有限，所需激光器數(shù)量較多，設(shè)備及其維護(hù)成本高。

激光刻劃設(shè)備中的除塵裝置的功能是將被激光去除的膜層、顆粒有效的收集起來，一方面避免粉塵、顆粒對凈化車間潔凈度的影響，另一方面降低其對電池芯板電性能的負(fù)面影響。如中國專利201220015196.8《用于薄膜太陽能電池激光刻槽的除塵裝置》，在激光作用位置及玻璃基板正上方安裝除塵終端即吸嘴，吸嘴經(jīng)柔性管道連接到抽風(fēng)系統(tǒng)，在激光刻膜的過程中，除塵系統(tǒng)中具有特定抽速的風(fēng)機(jī)開始工作，在管道內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，將吸嘴下方、玻璃基板上方空間含膜層顆粒、粉塵的空氣經(jīng)柔性管道吸入除塵系統(tǒng)內(nèi)部，經(jīng)過濾除塵后將尾氣排出至廠務(wù)排風(fēng)系統(tǒng)。此類除塵裝置針對非晶硅單結(jié)薄膜太陽能電池P2/P3刻劃是有效的，但針對非晶/微晶疊層薄膜太陽能電池P2/P3刻劃，其除塵效果欠佳，原因在于：第一，非晶/微晶薄膜太陽能電池吸收層厚度一般超過1.3μm，其厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非晶硅單結(jié)電池吸收層厚度（一般<500nm），由于厚度的增加導(dǎo)致P2/P3激光刻劃的過程中產(chǎn)生更多的粉塵和顆粒，使除塵難度加大；第二，微晶硅膜層致密度低于非晶硅膜層，孔隙率高且晶粒呈柱狀生長，導(dǎo)致刻劃過程中產(chǎn)生的顆粒、粉塵的粒徑偏小，一旦落在膜面上，很難將其去除，使除塵的難度加大，一般的除塵系統(tǒng)不能滿足工藝的要求。根據(jù)現(xiàn)場測試的結(jié)果顯示，殘留在基板上的顆粒和粉塵中，超過90%的顆粒和粉塵可以通過氣流吹掃被除去，說明大部分粉塵、顆粒殘留在基板表面的原因并非與基板膜層之間的靜電吸附，而僅僅是受重力作用回落到膜面上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決現(xiàn)有激光刻劃設(shè)備不能同時(shí)兼顧成本和刻劃復(fù)雜圖形的技術(shù)問題，同時(shí)克服傳統(tǒng)激光刻劃設(shè)備在工作運(yùn)行中產(chǎn)生一些較小徑粒的顆粒，影響太陽能電池電性能等問題。

為了實(shí)現(xiàn)以上任務(wù)，本發(fā)明全新概念地設(shè)計(jì)一種硅基薄膜太陽能電池激光刻劃設(shè)備，包括安裝在支架上的光學(xué)系統(tǒng)、基片工作臺，光學(xué)系統(tǒng)主要由激光器、擴(kuò)束鏡、聚焦鏡構(gòu)成，激光器的輸出端裝有擴(kuò)束鏡，光學(xué)系統(tǒng)還包括順序安裝在擴(kuò)束鏡和聚焦鏡之間的分光鏡和振鏡，激光器發(fā)射出的激光經(jīng)擴(kuò)束鏡進(jìn)入分光鏡分成反射光和折射光，該反射光與折射光分別進(jìn)入相應(yīng)的振鏡和聚光鏡形成平行的激光束，由平行激光束刻劃膜層。

反射光或折射光傳播方向上的振鏡前面裝有反射鏡。振鏡包括由電機(jī)控制自由轉(zhuǎn)動(dòng)的X軸振鏡和Z軸振鏡，且Z軸振鏡和分光鏡之間裝有擋光裝置，在不需要刻劃對應(yīng)刻線時(shí)可通過擋光裝置將激光擋住。

擋光裝置前面設(shè)有反射鏡，可以根據(jù)需要改變激光方向。

聚焦鏡為F-θ聚焦鏡，該聚焦鏡的端口有保護(hù)鏡，以防刻劃過程中灰塵污染聚焦鏡。