[发明专利]一种用于提高金属电极与晶体硅附着力的激光掺杂工艺

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池制造，尤其是一种用于提高金属电极与晶体硅附着力的激光掺杂工艺。

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，激光在太阳电池制造有着几十年的历史,包括早期的埋栅刻槽(LGBC), 激光刻边,打孔(EWT和MWT)以及激光掺杂,其中利用激光掺杂技术制造选择发射极太阳电池可显著地提高太阳电池的转换效率,同时降低电池制造成本,成为产业化生产很有潜力的一种技术。

澳大利亚新南威尔斯大学开发的利用激光掺杂结合电镀工艺制造电池是一种成本低,转化效率高的方法,非常适合工业化大规模生产,其公开的发明专利号：6429037 专利名称“A self aligning method for forming selective emitter and metallization in solar cell”,发明人为S.R.Wenham，M.A.Green，这种技术一般经过制绒,扩散,去PSG,镀膜,烧结工艺等标准后,再激光掺杂和电镀等工艺实现,在激光掺杂前,预先涂一层含掺杂源的膜，通常是含磷源，然后激光加热晶体硅的同时熔化表面钝化层,掺杂磷源在极短的时间内扩散到晶体硅表面,形成重扩区,完成掺杂,由于激光未处理的区域仍然保留着钝化层,可以作为后续电镀的掩膜层,而激光处理过的区域可实现电镀,从而完成选择发射极太阳电池制造.用激光掺杂结合电镀的技术来制造高效太阳电池在无锡尚德电力已实现小规模试生产。

对于上述提到的这种激光掺杂工艺，激光器类型可以是连续激光，也可以是调Q纳秒脉冲激光，还可以是准连续皮秒脉冲，波长可以是355nm或者532nm或其它，对于纳秒激光，脉冲宽度通常在几十到几百纳秒范围，重复频率一般在100～1000KHz，对于准连续皮秒，脉冲宽度1～15ps，重复频率80MHz，扫描速度在1～10m/s,典型速度为3～6m/s，激光掺杂之后，再电镀镍铜银或则镍铜锡等金属层，电镀可以是光诱导电镀，也可以是化学镀，还可以是其它的电镀方法。

然而,这种工艺方法有着重要的缺点,那就是：硅片经过激光掺杂和电镀后,电镀后形成的金属电极与晶体硅的附着力很低,成为影响电池稳定性与可靠性十分重要因素,限制了其工业化大批量生产,虽然业界也提到粘接力过低可通过提高激光能量增加硅的表面粗糙度避免，如利用较高表面粗糙度以便电镀形成牢固的金属电极与硅基接触.如公开文献提到的“Influence of laser power on the properties of silicon solar cells”作者：Z.Hameiri等人发表在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会导致激光损伤, 同时会降低电池的转换效率，影响电池性能。

实际上, 金属与硅的附着力过低本身与激光掺杂工艺有很大关系,一方面,如图2所示激光聚焦后形成的高斯光斑22直径很小,通常只有10-15um,激光高速扫描过程中,由于聚焦高斯光斑能量分布不均,导致光斑沿中心区域和周边区域的温度梯度过大,沿扫描方向光斑重叠区域会出现多次高低温度梯度交替循环,会影响掺杂均匀性并影响到电镀后金属与硅基接触均匀性,另一方面,激光能量时间分配方面并非最优化,通常调Q激光是以脉冲方式向材料表面辐射能量,由于钝化层,掺杂源和硅基材料热物性参数不同,钝化层熔点比掺杂源高得多,当钝化层和硅基熔化时,涂在硅基表面的掺杂源大部分已汽化.只有少部分能顺利扩散到晶体硅表面，也导致了掺杂的均匀性受到很大影响,不利于后续高质量电镀工艺。

 如果能对激光参数（包括峰值功率和能量密度，能量分布等）在时间和空间两方面进行设计和优化控制,那么就能够维持激光掺杂后表面后仍能较好维持晶体硅表面的绒面结构,同时实现均匀的掺杂效果,就能改善电镀后金属电机与晶体硅的接触,提高它们之间的附着力。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种掺杂后既能维持硅表面的绒面形貌，同时形成均匀的掺杂浓度分布，可以有效地提高电镀后金属电极与晶体硅的附着力的工艺。

技术方案：为了实现以上目的，本发明提供的一种用于提高金属电极与晶体硅的附着力的激光掺杂工艺，硅片制绒，硼扩散，生长掩膜，磷扩散，激光掺杂，电镀， 所述的激光掺杂采用聚焦线性光斑光学系统及结合整形的脉冲波完成，所述的聚焦线性光斑能量分布均匀，其短轴长轴之比为1:2-1:50，短轴尺寸为10-30um，长轴尺寸为20-1500um。