基于激光加工技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)及應(yīng)

德國(guó)Institut fur Solarenergieforschung Hameln ( ISFH )研究所的研究人員已經(jīng)研制出一種制造太陽(yáng)能電池的加工工藝，即背交叉單次蒸發(fā)( RISE )工藝。輔以激光加工技術(shù)，用該工藝制造的背接觸式硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到22%。

目前，晶體硅制作的太陽(yáng)能電池已在太陽(yáng)能光生伏打產(chǎn)品市場(chǎng)上占據(jù)統(tǒng)治地位。一般工業(yè)晶體硅太陽(yáng)能電池的光一電轉(zhuǎn)換效率為14%~16%，而采用新的激光加工技術(shù)能提高太陽(yáng)能電池的光一電轉(zhuǎn)換效率。很多廠家都利用激光加工技術(shù)生產(chǎn)硅太陽(yáng)能電池。BP Solar公司(Frederick,MD)采用激光刻槽埋柵極技術(shù)，也就是說(shuō)利用激光技術(shù)在硅表面上刻槽，然后填人金屬，以起到前表面電接觸柵極的作用。與標(biāo)準(zhǔn)前表面鍍敷金屬層相比，這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能減少屏蔽損耗。

Advent Solar公司則采用另外一種被稱(chēng)之為發(fā)射區(qū)圍壁導(dǎo)通(emitter wrapthrough)技術(shù)。用激光在硅晶片上鉆通孔，高摻雜壁將發(fā)射區(qū)前表面的電流傳導(dǎo)到背表面的金屬接觸層，因而能進(jìn)一步降低屏蔽損耗，提高光一電轉(zhuǎn)換效率。

非接觸加工

在利用R1SE工藝生產(chǎn)太陽(yáng)能電池過(guò)程中，利用激光加工方法在太陽(yáng)能電池背面制作出交叉圖形發(fā)射區(qū)和基區(qū)，激光燒蝕還能使自對(duì)準(zhǔn)接觸層在金屬蒸發(fā)后可靠地分離(參見(jiàn)圖1)。非接觸式加工(對(duì)減少晶片損傷非常重要)首先利用口開(kāi)關(guān)三倍頻355 nmNd:YVO4激光器在晶體硅晶片背面的氮化硅或者氧化硅薄層中燒蝕出呈指狀交叉的發(fā)射區(qū)和基區(qū)圖形。晶片的任何損傷都會(huì)縮短載流子的壽命，同樣也會(huì)降低光一電轉(zhuǎn)換效率。然后利用氫氧化鉀(KOH)腐蝕加工以去除激光加工所導(dǎo)致的損傷部分。經(jīng)過(guò)腐蝕之后，發(fā)光物質(zhì)擴(kuò)散形成發(fā)射區(qū)，剩下凸起的氮化硅和氧化作為基區(qū)。在濕法化學(xué)腐蝕之前，下一步加工工序是利用金屬蒸發(fā)自對(duì)準(zhǔn)接觸層分離加工來(lái)分離發(fā)射區(qū)和基區(qū)。

為使太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最佳化，ISFH研究所和德國(guó)Laser Zentrum Hannove:公司的研究人員發(fā)現(xiàn)，載流子的壽命與不同波長(zhǎng)激光光源造成的晶片損傷和KOH腐蝕深度有關(guān)。而且，三倍頻Nd:YAG 355 nm激光燒蝕導(dǎo)致晶片損傷的深度是3μm;二倍頻Nd:YAG 532 nm激光燒蝕導(dǎo)致晶片損傷的深度為4μm;而 Nd:YAG 1 064 nm激光導(dǎo)致的損傷深度會(huì)超過(guò)20 μm。只要去除的損傷層達(dá)到如此深度，那么就不會(huì)影響太陽(yáng)能電池20%以上的轉(zhuǎn)換效率，但深度與激光成本費(fèi)用及硅晶片的厚度密切相關(guān)，在生產(chǎn)過(guò)程中需要充分考慮。

太陽(yáng)能電池研究小組的研究人員認(rèn)為，激光加工技術(shù)是RISE加工程序中最關(guān)鍵的技術(shù)。由于他們所使用的非接觸式激光加工技術(shù)在大多數(shù)其他工業(yè)中早已應(yīng)用，因此RISE加工工藝是適于利用大面積晶體硅薄晶片工業(yè)生產(chǎn)RISE太陽(yáng)能電池，這將使其生產(chǎn)成本致少能與現(xiàn)今標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本相比。