在在隐蔽性发射极穿孔硅太阳电池工艺中激光打孔对硅材料性能的影响.doc

在隐蔽性发射极穿孔硅太阳电池工艺中 ----激光打孔对硅材料性能的影响 摘要：隐蔽性发射极穿孔硅太阳电池是一种新型结构的高效硅太阳电池，激光打孔是实现这新型结构的关键技术。但是，在激光打孔过程中基片会受到很大的辐射损伤，其材料的性能会发生明显变化，本文通过激光打孔后对材料测试分析发现基片打孔的周边辐射损伤很大；相对整个硅片，未打孔区的晶格质量得到了很好的改善；基片的电阻率明显降低，材料的体寿命有所增加。这对太阳电池要求的硅材料性能相当有利。 关键词：隐蔽性发射极穿孔硅太阳电池 激光打孔 材料性能 在激光打孔后，对材料进行电子显微镜测试、拉曼测试、XRD测试、材料方块电阻的测试、材料体寿命的测量分析后发现。激光打孔实际上相当于激光退火过程 1.引言 隐蔽性发射极穿孔硅太阳电池（Emitter wrap-through solar cell）是传统硅太阳电池的逻辑发展，该电池完全采用背接触方式，通过激光打孔把正面发射区和背面局部发射区连接在一起，实现将前表面发射区引入背面，正负电极全部交叉排列在背面，前表面采用优良的金字塔结构和减反射膜。与传统太阳电池相比，由于正表面不做金属电极，没有任何遮挡，有利于太阳光的吸收，可大大提高光生电流密度；电池的前后表面都采用了热氧钝化技术，对减少光生载流子的表面复合、增加长波响应非常有利，从而可使开路电压得以提高；电池背面采用定域合金制背场的方法，既产生了内建电场，同时减少电极与基体的接触面积，使金属与半导体界面的高复合速率区大大减少，降低了背面的表面复合，因而可更好地提高电池性能。其结构如图1所示： 图1：隐蔽性发射极穿孔硅太阳电池结构示意图 在工艺上实现隐蔽性发射极穿孔硅太阳电池的结构，借助激光打孔是最好的手段，而这种电池的设计思想、工作原理对激光打孔又提出了新的要求，在考虑打孔实现的同时，还要兼顾电池栅线的设计，最重要的是在打孔过程中硅材料的性能变化很大。这种变化对电池的后部工序以及电池的效率都有一定的影响。 2.实验 本实验采用P型单晶硅（125mm×125mm）做基片，基本物理参数为： ???1、导电类型P（掺杂元素为B硼） ???2、晶向为100±3o ???3、电阻率0.5～6Ω·㎝,单片电阻率不均匀性（RRV） 25 % ???4、体少子寿命 1.2μs ???5、碳含量 5 × 1016 ，氧含量 1 × 1018 2.1 激光打孔中激光束与硅材料相互作用原理 激光打孔主要是利用激光对加工材料的热效应而实现的。其机理可用激光束与加工材料的相互作用的三个不同阶段来描述（如图2） 图2:激光打孔中光束与工件相互作用 首先是光的吸收阶段(图2a), 材料吸收激光, 这一过程与激光强度无关, 其吸收体积为VAB ,它可由激光的射入深度与激光束径来算。在这吸收体积中, 光束与材料的藕合能量,可通过不同材料的热导率来推算。该藕合的能量加热工件。因为从吸收体积VAB中,单位时间内散失的热量小于输入的热量, 这样根据不同的材料, 经过特定的加热时间后, 发生熔融或汽化, 当激光束强度I小于临界值IC工时, 工件材料进入第二阶段, 即熔化或部分汽化阶段（图2b),为了提高孔的加工质量, 力求材料尽可能的汽化, 因为材料汽化部分扩张, 可将孔道中熔化部分迅速排出。当进一步提高光束强度, 超过IC时, 材料进一步汽化, 并在孔的通道内离子化, 形成等离子体, 进人第三阶段(图2c)。此时由于等离子体的形成, 将会对光束产生吸收, 或者甚至形成一个吸收光束的屏蔽层, 影响激光打孔的进程。因此, 激光打孔的激光束功率要控制适当, 使等离子体处于最佳状态, 否则大量等离子体除了吸收光束外, 还会导致激光的散射,把能量辐射到孔壁, 也会引起液相流入孔道底部或覆盖堵孔。 2.2 激光打孔设计 本实验采用了两种打孔模式：2mm*0.8mm，3mm*0.5mm,打孔参数如下表1 表1 激光打孔参数设计 打孔模式 mm*mm激光波长 nm孔径 μm孔数孔密度 1hole/mm2 边距 mm2.0*0.81064/53215086401.571.53.0*0.51064/53215083781.462.5其设计图如下： 图3：2.0*0.8打孔模式设计图 图3：3.0*0.5打孔模式设计图 2.3 激光打孔的实现 激光打孔的实现是在深圳大族激光股份有限公司的帮助下完成的，深圳市大族激光科技股份有限公司采用的群孔加工模式是：加工系统在整个打孔过程中，工件始终不动，激光输出头作二维灵活运动，反复照射的加工方法。两种机型：（1）光纤激光打标机（YLP-20）, 激光输出波长是1064nm, 激光雕刻深度：0.4 mm；（2）半导体侧面泵浦绿激光打标机（DP