基于激光加工技术在标准太阳能电池的设计及应用

基于激光加工技术在标准太阳能电池的设计及应用

德国Institut fur Solarenergieforschung Hameln ( ISFH )研究所的研究人员已经研制出一种制造太阳能电池的加工工艺，即背交叉单次蒸发( RISE )工艺。辅以激光加工技术，用该工艺制造的背接触式硅太阳能电池的光电转换效率达到22%。

目前，晶体硅制作的太阳能电池已在太阳能光生伏打产品市场上占据统治地位。一般工业晶体硅太阳能电池的光一电转换效率为14%~16%，而采用新的激光加工技术能提高太阳能电池的光一电转换效率。很多厂家都利用激光加工技术生产硅太阳能电池。BP Solar公司(Frederick,MD)采用激光刻槽埋栅极技术，也就是说利用激光技术在硅表面上刻槽，然后填人金属，以起到前表面电接触栅极的作用。与标准前表面镀敷金属层相比，这种技术的优点是能减少屏蔽损耗。

Advent Solar公司则采用另外一种被称之为发射区围壁导通(emitter wrapthrough)技术。用激光在硅晶片上钻通孔，高掺杂壁将发射区前表面的电流传导到背表面的金属接触层，因而能进一步降低屏蔽损耗，提高光一电转换效率。

非接触加工

在利用R1SE工艺生产太阳能电池过程中，利用激光加工方法在太阳能电池背面制作出交叉图形发射区和基区，激光烧蚀还能使自对准接触层在金属蒸发后可靠地分离(参见图1)。非接触式加工(对减少晶片损伤非常重要)首先利用口开关三倍频355 nmNd:YVO4激光器在晶体硅晶片背面的氮化硅或者氧化硅薄层中烧蚀出呈指状交叉的发射区和基区图形。晶片的任何损伤都会缩短载流子的寿命，同样也会降低光一电转换效率。然后利用氢氧化钾(KOH)腐蚀加工以去除激光加工所导致的损伤部分。经过腐蚀之后，发光物质扩散形成发射区，剩下凸起的氮化硅和氧化作为基区。在湿法化学腐蚀之前，下一步加工工序是利用金属蒸发自对准接触层分离加工来分离发射区和基区。

为使太阳能电池的转换效率达到最佳化，ISFH研究所和德国Laser Zentrum Hannove:公司的研究人员发现，载流子的寿命与不同波长激光光源造成的晶片损伤和KOH腐蚀深度有关。而且，三倍频Nd:YAG 355 nm激光烧蚀导致晶片损伤的深度是3μm;二倍频Nd:YAG 532 nm激光烧蚀导致晶片损伤的深度为4μm;而 Nd:YAG 1 064 nm激光导致的损伤深度会超过20 μm。只要去除的损伤层达到如此深度，那么就不会影响太阳能电池20%以上的转换效率，但深度与激光成本费用及硅晶片的厚度密切相关，在生产过程中需要充分考虑。

太阳能电池研究小组的研究人员认为，激光加工技术是RISE加工程序中最关键的技术。由于他们所使用的非接触式激光加工技术在大多数其他工业中早已应用，因此RISE加工工艺是适于利用大面积晶体硅薄晶片工业生产RISE太阳能电池，这将使其生产成本致少能与现今标准太阳能电池的生产成本相比。