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太陽(yáng)能工藝

使用高功率納秒脈沖激光器進(jìn)行工業(yè)PERC太陽(yáng)能電池加工

Johnny 來(lái)源:Newport2018-06-22 我要評(píng)論(0 )   

晶硅(c-Si)太陽(yáng)能電池在與各種太陽(yáng)能電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中一直處于領(lǐng)先地位。其原因包括穩(wěn)定的硅供應(yīng)、發(fā)達(dá)的制造工藝以及可以實(shí)現(xiàn)的

 晶硅(c-Si)太陽(yáng)能電池在與各種太陽(yáng)能電池技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中一直處于領(lǐng)先地位。其原因包括穩(wěn)定的硅供應(yīng)、發(fā)達(dá)的制造工藝以及可以實(shí)現(xiàn)的越來(lái)越高的轉(zhuǎn)換效率。在本文中,我們報(bào)告了一種較簡(jiǎn)單的基于激光器的射極鈍化背電池或接觸(PERC)技術(shù)的制造工藝,該技術(shù)已被證明具有比傳統(tǒng)電池高一個(gè)百分點(diǎn)或更高的絕對(duì)電池效率。

 

 在傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池中,存在一個(gè)鋁金屬化層,實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)電池背部區(qū)域的接觸。PERC技術(shù)涉及在電池后側(cè)形成一個(gè)帶開(kāi)口的介電鈍化層,以允許與金屬化層的電接觸。由于下列原因,PERC電池比傳統(tǒng)電池的效率更高。

 

1. 鈍化層顯著減少了電池背面的電子復(fù)合,否則電子將受到鋁金屬化層的強(qiáng)烈吸引。因此,更多電子到達(dá)前表面發(fā)射器,且電流密度增加。

 

2. 鈍化層增強(qiáng)了電池捕獲光的能力,特別是較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光,它會(huì)在電池內(nèi)將到達(dá)后部的任何光反射回去,形成第二條通道,而不會(huì)被吸收并產(chǎn)生電子。這樣,電池的吸收長(zhǎng)度有效地加倍,電流密度進(jìn)一步提高。

 

3. 鈍化層通過(guò)將沒(méi)有被硅吸收的紅外光(> 1,180納米)反射出電池,減少背面金屬化層的熱量,否則這些光將被鋁吸收。在較低溫度下運(yùn)行時(shí),電池效率更高。

圖1顯示了制造PERC太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵步驟。首先,電池背面涂覆特殊的介電層,通常為SiO2、Al2O3、SiNx或其組合。涂覆的介電涂層是連續(xù)的,因此需要在用于歐姆接觸的后續(xù)工藝步驟中形成開(kāi)口。最佳方式是使用激光器燒蝕介電膜,并以預(yù)期圖案(通常為窄線條)露出下面的硅。然后在介電層上涂覆鋁金屬化層。將鋁漿絲網(wǎng)印刷到該表面上,隨后的熱退火工藝使鋁與激光暴露的硅合金化,以形成良好的歐姆接觸。

 

雖然PERC劃線的幾何形狀有所不同,但一塊6英寸電池通常會(huì)有75至300條激光劃線,長(zhǎng)度約為155毫米,寬度為30-80微米,均勻間隔0.5-2毫米。對(duì)于1毫米線間隔的情況,單個(gè)硅片上PERC劃線的總長(zhǎng)約為25米。工業(yè)要求的目標(biāo)加工速率可高達(dá)3,600 WPH(每小時(shí)硅片數(shù)),相當(dāng)于所要求的劃線速度25米/秒??焖?軸振鏡掃描儀以及旋轉(zhuǎn)多邊形掃描儀可以達(dá)到這樣的速度。

 

工業(yè)PERC加工還需要能夠跟上如此高掃描速度的激光器。為此,我們測(cè)試了采用TimeShift™可編程脈沖技術(shù)的Spectra-Physics的Quasar® 532-75高功率混合光纖激光器。該激光器具有高功率和高脈沖重復(fù)頻率(PRF)以及短于5納秒的脈沖寬度。對(duì)于薄膜移除,與較長(zhǎng)的脈沖寬度相比,較短脈沖持續(xù)時(shí)間具有更高的能量效率。Quasar可在最高工作頻率下產(chǎn)生最短脈沖持續(xù)時(shí)間,非常適合PERC加工。短脈沖加工的其他好處包括縮短加熱以及降低對(duì)下面硅晶格造成熱損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

 

當(dāng)用脈沖激光源對(duì)材料劃線時(shí),一個(gè)重要的工藝參數(shù)是點(diǎn)重疊率Op。該參數(shù)通常以百分比表示,指后續(xù)脈沖像先前脈沖那樣照射相同材料的相對(duì)量。對(duì)于燒蝕直徑Dabl、掃描速度Vs和激光脈沖重復(fù)頻率PRF,重疊率Op計(jì)算為:

為了在介質(zhì)開(kāi)口處形成足夠均勻的邊緣,通常選擇約25%的重疊值。利用這個(gè)值以及已知的Vs(25米/秒)和Dabl(名義值為45微米),上述方程式可以重新排列,以計(jì)算PERC加工的最低PRF要求,其結(jié)果為約850 kHz。

 

在如此高的PRF下,很少激光器能夠產(chǎn)生高能量脈沖,但Quasar肯定是其中之一。Quasar在高脈沖頻率下提供的高能量如圖2所示。圖3顯示了Quasar在重疊條件略高情況下生成的PERC劃線,劃線速度25米/秒,PRF 1 MHz。

 

圖3顯示薄膜移除干凈,沒(méi)有對(duì)硅造成明顯損傷,如劃線區(qū)域保持的精細(xì)紋理所示。

 

在隨后的測(cè)試中,我們發(fā)現(xiàn)Quasar激光器在最大1.7 MHz PRF下可提供足夠的脈沖能量,這大約是最低要求(850 kHz)的2倍。因此,單個(gè)Quasar激光束可在約50米/秒的劃線速度下達(dá)到每個(gè)硅片通量0.5秒。

 

通過(guò)分束還可以進(jìn)一步提高通量。當(dāng)Quasar以850 kHz PRF操作時(shí),相當(dāng)于每秒1個(gè)硅片(WPS)的通量,實(shí)際可用能量約為需求量的3倍。因此,3光束分割可以有效地將通量增加到3 WPS。無(wú)論最終系統(tǒng)配置如何,Quasar激光器平臺(tái)及其獨(dú)特的TimeShift脈沖裁剪技術(shù)都能提供滿足工業(yè)PERC太陽(yáng)能電池制造需求的功率、速度和靈活性。


產(chǎn)品: QUASAR 355-60, QUASAR 355-45, QUASAR 532-75

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脈沖激光器太陽(yáng)能電池加工
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