專利名稱：在硅光電池表面刻槽的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種硅光電池的加工裝置，特別是涉及一種在硅光電池的表面進(jìn)行刻槽的加工裝置。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)無運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)行可靠，少維護(hù)，壽命長，而且電能易利用、易輸送、易儲存，光伏發(fā)電是太陽能利用中最具活力的領(lǐng)域，它引起世界各國的關(guān)注，成為各發(fā)達(dá)國家研究開發(fā)的熱點(diǎn)。澳大利亞新南威爾士大學(xué)已研制出效率達(dá)20％的太陽電池組件，美國、日本、德國和英國等都建立了該電池的中試生產(chǎn)線，其電池效率達(dá)到17％-18％，生產(chǎn)規(guī)模正在迅速擴(kuò)大。
我國現(xiàn)有太陽電池研制和生產(chǎn)水平與國際先進(jìn)水平相比還有很大的差距，尋求新技術(shù)、新材料、新工藝，以提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率，大幅度降低生產(chǎn)成本，是我國太陽能光伏界面臨的緊迫任務(wù)。
為了達(dá)到高效的目的，硅光電池可采用刻槽埋柵電極結(jié)構(gòu)?？滩勐駯烹姌O單晶硅太陽電池因其埋柵電極的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使電極陰影面積由常規(guī)電池的10-15％下降至2-4％，短路電流可上升12％，同時(shí)槽內(nèi)采用重?cái)U(kuò)散，使金屬-硅界面的面積增大，接觸電阻降低，從而使填充因子提高10％；在電池制作中，既保留了高效電池的特點(diǎn)，又省去了高效單晶電池制作中光刻等工藝，使得刻槽埋柵電極電池在保持高轉(zhuǎn)換效率和適合大規(guī)模生產(chǎn)方面，成為連接實(shí)驗(yàn)室高效單晶硅太陽電池和常規(guī)電池生產(chǎn)之間的紐帶。
通常硅光電池表面刻槽的主要用途，用于硅光電池表面電極柵線的嵌放，參照圖1所示，槽線為長條狀，其橫界面為梯形形狀，主要技術(shù)要求如下d表示深度30μm～60μm；L1表示槽形刻線橫界面上寬10μm～20μm；L2表示槽形刻線橫界面下寬＞L1+2μm；目前國內(nèi)外已有加工方法包括1)機(jī)械加工；采用金剛石刀具，用三種刀依次刻劃成型出槽寬大于10μm的槽。該方法的優(yōu)點(diǎn)是加工出的產(chǎn)品性能質(zhì)量好。但缺點(diǎn)是成本高，目前我國進(jìn)行此類加工的設(shè)備必須依靠進(jìn)口。
2)直接沉積；采用化學(xué)方法直接在光電池表面沉積出電極線，該方法的優(yōu)點(diǎn)是加工簡單、成本低。但缺點(diǎn)是加工出的產(chǎn)品性能質(zhì)量差，加工效率低，產(chǎn)品使用壽命短。
3)常規(guī)激光刻槽；用一束激光刻出線槽后再用化學(xué)方法對槽底進(jìn)行擴(kuò)寬。該方法目前尚在實(shí)驗(yàn)階段，效果也未確定，并且方法難度較大，成本較高。
由于現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，就需要一種新型的硅光電池表面刻槽方法及裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種加工性能好、成本較低、操作實(shí)施簡單的硅光電池表面刻槽裝置。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下在硅光電池表面刻槽的裝置，如圖3所示，包括一激光器1；一分光器件2，通過支架放置在所述激光器1的出光口前；一全反射鏡3，通過支架放置在所述分光器件2的一束分光光路上；一聚焦透鏡4，通過支架放置在所述分光器件2的另一束分光光路上，同時(shí)所述全反射鏡3的反射光也通過該聚焦透鏡4；一兩維精密工作臺5，放置在所述聚焦透鏡4之后；一待加工的硅片6固定在該兩維精密工作臺5上，所述聚焦透鏡4的兩束透射光所在的平面與該硅片6加工表面垂直。
在上述技術(shù)方案中，所述激光器1為功率50W以上1064nm波長或者用功率為30W-40W的532nm的激光器，或功率10W-20W的紫外激光器，重復(fù)頻率大于4KHz，激光的光束質(zhì)量因子M2＜3。
在上述技術(shù)方案中，所述聚焦透鏡4的兩束透射光分別與硅片6加工表面法線方向之間的夾角θ是關(guān)于該法線對稱的，角度范圍是0≤θ≤60。
在上述技術(shù)方案中，所述聚焦透鏡4通過-可調(diào)節(jié)支架放置在光路中，通過調(diào)節(jié)支架的移動(dòng)來改變聚焦光斑的位置。
本實(shí)用新型適用于硅材料光電池表面的刻槽。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是1)直接完成硅光電池的刻槽加工任務(wù)；2)成本低；3)效率高；4)加工質(zhì)量容易保證。


圖1(a)表示硅光電池表面線槽正視示意圖；圖1(b)表示硅光電池表面線槽橫截面示意圖；圖2表示激光束與硅光電池表面法線之間的夾角示意圖；圖3表示本實(shí)用新型實(shí)施例的裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本實(shí)施例提供的在硅光電池表面刻槽的方法，包括以下步驟1)提供一束激光，激光參數(shù)如下最大連續(xù)激光功率為55W；最高峰值激光功率為75KW；激光波長為1064nm；
光束質(zhì)量因子M2＝2.8；重復(fù)頻率為1KHz；2)用分光器件將激光束等能量地分成兩束激光；該分光器件采用50％分光鏡；3)將兩束激光分別與加工平面的法線方向?qū)ΨQ傾斜角度+20°和-20°；并且使兩束激光所在的平面垂直于槽線方向，如圖2所示；其中一束激光直接入射在加工表面上，另一束激光通過一全反射鏡反射后入射到加工表面；4)用焦距為10cm聚焦透鏡將兩束激光聚焦在垂直于槽線方向上；焦點(diǎn)位于硅片表面下方30μm；5)將加工平面沿著槽線方向平移，兩束激光加工形成d＝30μm，L1＝10μm；L2＝12μm的線槽。
本實(shí)施例提供的在硅光電池表面刻槽的裝置，如圖3所示，包括一激光器1；一分光器件2，通過支架放置在所述激光器1的出光口前；一全反射鏡3，通過支架放置在所述分光器件2的一束分光光路上；一聚焦透鏡4，通過支架放置在所述分光器件2的另一束分光光路上，同時(shí)所述全反射鏡3的反射光也通過該聚焦透鏡4；一兩維精密工作臺5，放置在所述聚焦透鏡4之后；一待加工的硅片6固定在該兩維精密工作臺5上，所述聚焦透鏡4的兩束透射光所在的平面與該硅片6加工表面垂直。
下面對裝置各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
激光器1，采用半導(dǎo)體泵浦YAG全固態(tài)聲光調(diào)Q激光器，其主要技術(shù)指標(biāo)為最大連續(xù)激光功率 55W；最高峰值激光功率 75KW；激光波長 1064nm；光束質(zhì)量因子 M2＝2.8；重復(fù)頻率 1KHz；分光器件2，采用一個(gè)T＝50％半反射鏡與一個(gè)全反射鏡將激光分成兩束并調(diào)節(jié)成一定角度夾角50°。該角度可根據(jù)刻槽要求確定，一般來說，夾角增大，刻槽深度減小，刻槽寬度加大；夾角減小，刻槽深度變深，刻槽寬度減小。當(dāng)夾角增加到一定程度時(shí)，刻的槽中間就會產(chǎn)生凸臺，并且，凸臺的高度隨夾角的增加而增加。對于刻規(guī)格不變的槽，夾角在刻劃過程中不變。
全反射鏡3，采用相應(yīng)波長的常規(guī)全反射鏡。
聚焦透鏡4，采用一直徑約50mm、焦距70mm的聚焦鏡頭將兩束光匯聚在同一焦平面上，并且兩焦點(diǎn)連線應(yīng)與刻線縱向方向相垂直。所述聚焦透鏡4通過一可調(diào)節(jié)支架放置在光路中，通過調(diào)節(jié)支架的移動(dòng)來改變聚焦光斑的位置。對聚焦鏡頭直徑的選擇要兼顧通光口徑對聚焦效果的影響和大口徑短焦距消像差鏡頭設(shè)計(jì)和加工的難易程度去考慮；短焦距的聚焦鏡頭可以實(shí)現(xiàn)更小的聚焦光斑以實(shí)現(xiàn)更高的焦點(diǎn)功率密度，但焦距太短會使激光刻槽時(shí)崩濺的殘?jiān)鼮R到聚焦鏡頭。本實(shí)施例中，刻d＝30μm，L1＝10μm；L2＝12μm的刻槽，使入射到硅加工表面的兩束激光的夾角等于40°。
兩維精密工作臺5，采用X＝200mm，Y＝200mm的兩維精密工作臺。將硅光電池片放在行程為X＝200mm，Y＝200mm的兩維精密工作臺上，利用工控機(jī)控制工作臺的動(dòng)作和激光的出光與斷光，利用焦點(diǎn)處的高功率密度使電池片表面氣化，從而實(shí)現(xiàn)電池片的高速刻槽。
由于激光束是交叉的，如果需要刻的槽底部在槽的底部寬度比上部寬的較多，而槽深度又比較前時(shí)，槽中央會形成一個(gè)突臺，凸臺的高度隨夾角的增加而增加。凸臺的產(chǎn)生會使槽底部變得不平坦，這沒關(guān)系，通常硅光電池表面刻槽的主要用途，用于硅光電池表面電極柵線的嵌放，有了凸臺，增加了需要嵌放柵極的接觸面積和不規(guī)則度，可以更好的防止電極掉出。
權(quán)利要求1.在硅光電池表面刻槽的裝置，包括一激光器(1)；其特征在于，還包括一分光器件(2)，通過支架放置在所述激光器(1)的出光口前；一全反射鏡(3)，通過支架放置在所述分光器件(2)的一束分光光路上；一聚焦透鏡(4)，通過支架放置在所述分光器件(2)的另一束分光光路上，同時(shí)所述全反射鏡(3)的反射光也通過該聚焦透鏡(4)；一兩維精密工作臺(5)，放置在所述聚焦透鏡(4)之后；一待加工的硅片6固定在該兩維精密工作臺(5)上，所述聚焦透鏡(4)的兩束透射光所在的平面與該硅片6加工表面垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在硅光電池表面刻槽的裝置，其特征在于，所述激光器(1)為功率50W以上1064nm波長或者功率為30W-40W的532nm的激光器，或功率10W-20W的紫外激光器，重復(fù)頻率大于4K Hz，激光的光束質(zhì)量因子M2＜3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在硅光電池表面刻槽的裝置，其特征在于，所述聚焦透鏡(4)的兩束透射光分別與加工表面法線方向之間的夾角θ是關(guān)于該法線對稱的，角度范圍是0°≤θ≤60°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在硅光電池表面刻槽的裝置，其特征在于，所述聚焦透鏡(4)通過-可調(diào)節(jié)支架放置在光路中，通過調(diào)節(jié)支架的移動(dòng)來改變聚焦光斑的位置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種在硅光電池的表面進(jìn)行刻槽的加工裝置。該裝置采用兩束激光分別與加工平面的法線方向?qū)ΨQ傾斜角度+θ和－θ，并且使兩束激光所在的平面垂直于槽線方向，用聚焦透鏡將兩束激光聚焦在垂直于槽線方向上，焦點(diǎn)位于硅片表面下方，將加工平面沿著槽線方向平移，兩束激光加工形成下寬上窄的線槽。該裝置包括激光器、分光器件、全反射鏡、聚焦透鏡、兩維精密工作臺。本實(shí)用新型具有能夠直接完成硅光電池的刻槽加工任務(wù)、成本低、效率高、加工質(zhì)量容易保證等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01L21/02GK2845176SQ20052010428
公開日2006年12月6日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月23日
發(fā)明者樊仲維, 裴博, 邊強(qiáng), 趙劍波, 石朝暉, 崔建豐, 張晶, 牛崗, 王裴峰 申請人:北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司