专利名称：在硅光电池表面刻槽的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种硅光电池的加工装置，特别是涉及一种在硅光电池的表面进行刻槽的加工装置。
背景技术：
太阳能光伏发电系统无运动部件，运行可靠，少维护，寿命长，而且电能易利用、易输送、易储存，光伏发电是太阳能利用中最具活力的领域，它引起世界各国的关注，成为各发达国家研究开发的热点。澳大利亚新南威尔士大学已研制出效率达20％的太阳电池组件，美国、日本、德国和英国等都建立了该电池的中试生产线，其电池效率达到17％-18％，生产规模正在迅速扩大。
我国现有太阳电池研制和生产水平与国际先进水平相比还有很大的差距，寻求新技术、新材料、新工艺，以提高太阳电池转换效率，大幅度降低生产成本，是我国太阳能光伏界面临的紧迫任务。
为了达到高效的目的，硅光电池可采用刻槽埋栅电极结构。刻槽埋栅电极单晶硅太阳电池因其埋栅电极的独特结构，使电极阴影面积由常规电池的10-15％下降至2-4％，短路电流可上升12％，同时槽内采用重扩散，使金属-硅界面的面积增大，接触电阻降低，从而使填充因子提高10％；在电池制作中，既保留了高效电池的特点，又省去了高效单晶电池制作中光刻等工艺，使得刻槽埋栅电极电池在保持高转换效率和适合大规模生产方面，成为连接实验室高效单晶硅太阳电池和常规电池生产之间的纽带。
通常硅光电池表面刻槽的主要用途，用于硅光电池表面电极栅线的嵌放，参照图1所示，槽线为长条状，其横界面为梯形形状，主要技术要求如下d表示深度30μm～60μm；L1表示槽形刻线横界面上宽10μm～20μm；L2表示槽形刻线横界面下宽＞L1+2μm；目前国内外已有加工方法包括1)机械加工；采用金刚石刀具，用三种刀依次刻划成型出槽宽大于10μm的槽。该方法的优点是加工出的产品性能质量好。但缺点是成本高，目前我国进行此类加工的设备必须依靠进口。
2)直接沉积；采用化学方法直接在光电池表面沉积出电极线，该方法的优点是加工简单、成本低。但缺点是加工出的产品性能质量差，加工效率低，产品使用寿命短。
3)常规激光刻槽；用一束激光刻出线槽后再用化学方法对槽底进行扩宽。该方法目前尚在实验阶段，效果也未确定，并且方法难度较大，成本较高。
由于现有技术的上述不足，就需要一种新型的硅光电池表面刻槽方法及装置。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种加工性能好、成本较低、操作实施简单的硅光电池表面刻槽装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下在硅光电池表面刻槽的装置，如图3所示，包括一激光器1；一分光器件2，通过支架放置在所述激光器1的出光口前；一全反射镜3，通过支架放置在所述分光器件2的一束分光光路上；一聚焦透镜4，通过支架放置在所述分光器件2的另一束分光光路上，同时所述全反射镜3的反射光也通过该聚焦透镜4；一两维精密工作台5，放置在所述聚焦透镜4之后；一待加工的硅片6固定在该两维精密工作台5上，所述聚焦透镜4的两束透射光所在的平面与该硅片6加工表面垂直。
在上述技术方案中，所述激光器1为功率50W以上1064nm波长或者用功率为30W-40W的532nm的激光器，或功率10W-20W的紫外激光器，重复频率大于4KHz，激光的光束质量因子M2＜3。
在上述技术方案中，所述聚焦透镜4的两束透射光分别与硅片6加工表面法线方向之间的夹角θ是关于该法线对称的，角度范围是0≤θ≤60。
在上述技术方案中，所述聚焦透镜4通过-可调节支架放置在光路中，通过调节支架的移动来改变聚焦光斑的位置。
本实用新型适用于硅材料光电池表面的刻槽。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是1)直接完成硅光电池的刻槽加工任务；2)成本低；3)效率高；4)加工质量容易保证。
图1(a)表示硅光电池表面线槽正视示意图；图1(b)表示硅光电池表面线槽横截面示意图；图2表示激光束与硅光电池表面法线之间的夹角示意图；图3表示本实用新型实施例的装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述。
本实施例提供的在硅光电池表面刻槽的方法，包括以下步骤1)提供一束激光，激光参数如下最大连续激光功率为55W；最高峰值激光功率为75KW；激光波长为1064nm；
光束质量因子M2＝2.8；重复频率为1KHz；2)用分光器件将激光束等能量地分成两束激光；该分光器件采用50％分光镜；3)将两束激光分别与加工平面的法线方向对称倾斜角度+20°和-20°；并且使两束激光所在的平面垂直于槽线方向，如图2所示；其中一束激光直接入射在加工表面上，另一束激光通过一全反射镜反射后入射到加工表面；4)用焦距为10cm聚焦透镜将两束激光聚焦在垂直于槽线方向上；焦点位于硅片表面下方30μm；5)将加工平面沿着槽线方向平移，两束激光加工形成d＝30μm，L1＝10μm；L2＝12μm的线槽。
本实施例提供的在硅光电池表面刻槽的装置，如图3所示，包括一激光器1；一分光器件2，通过支架放置在所述激光器1的出光口前；一全反射镜3，通过支架放置在所述分光器件2的一束分光光路上；一聚焦透镜4，通过支架放置在所述分光器件2的另一束分光光路上，同时所述全反射镜3的反射光也通过该聚焦透镜4；一两维精密工作台5，放置在所述聚焦透镜4之后；一待加工的硅片6固定在该两维精密工作台5上，所述聚焦透镜4的两束透射光所在的平面与该硅片6加工表面垂直。
下面对装置各个部分进行详细说明。
激光器1，采用半导体泵浦YAG全固态声光调Q激光器，其主要技术指标为最大连续激光功率 55W；最高峰值激光功率 75KW；激光波长 1064nm；光束质量因子 M2＝2.8；重复频率 1KHz；分光器件2，采用一个T＝50％半反射镜与一个全反射镜将激光分成两束并调节成一定角度夹角50°。该角度可根据刻槽要求确定，一般来说，夹角增大，刻槽深度减小，刻槽宽度加大；夹角减小，刻槽深度变深，刻槽宽度减小。当夹角增加到一定程度时，刻的槽中间就会产生凸台，并且，凸台的高度随夹角的增加而增加。对于刻规格不变的槽，夹角在刻划过程中不变。
全反射镜3，采用相应波长的常规全反射镜。
聚焦透镜4，采用一直径约50mm、焦距70mm的聚焦镜头将两束光汇聚在同一焦平面上，并且两焦点连线应与刻线纵向方向相垂直。所述聚焦透镜4通过一可调节支架放置在光路中，通过调节支架的移动来改变聚焦光斑的位置。对聚焦镜头直径的选择要兼顾通光口径对聚焦效果的影响和大口径短焦距消像差镜头设计和加工的难易程度去考虑；短焦距的聚焦镜头可以实现更小的聚焦光斑以实现更高的焦点功率密度，但焦距太短会使激光刻槽时崩溅的残渣溅到聚焦镜头。本实施例中，刻d＝30μm，L1＝10μm；L2＝12μm的刻槽，使入射到硅加工表面的两束激光的夹角等于40°。
两维精密工作台5，采用X＝200mm，Y＝200mm的两维精密工作台。将硅光电池片放在行程为X＝200mm，Y＝200mm的两维精密工作台上，利用工控机控制工作台的动作和激光的出光与断光，利用焦点处的高功率密度使电池片表面气化，从而实现电池片的高速刻槽。
由于激光束是交叉的，如果需要刻的槽底部在槽的底部宽度比上部宽的较多，而槽深度又比较前时，槽中央会形成一个突台，凸台的高度随夹角的增加而增加。凸台的产生会使槽底部变得不平坦，这没关系，通常硅光电池表面刻槽的主要用途，用于硅光电池表面电极栅线的嵌放，有了凸台，增加了需要嵌放栅极的接触面积和不规则度，可以更好的防止电极掉出。
权利要求1.在硅光电池表面刻槽的装置，包括一激光器(1)；其特征在于，还包括一分光器件(2)，通过支架放置在所述激光器(1)的出光口前；一全反射镜(3)，通过支架放置在所述分光器件(2)的一束分光光路上；一聚焦透镜(4)，通过支架放置在所述分光器件(2)的另一束分光光路上，同时所述全反射镜(3)的反射光也通过该聚焦透镜(4)；一两维精密工作台(5)，放置在所述聚焦透镜(4)之后；一待加工的硅片6固定在该两维精密工作台(5)上，所述聚焦透镜(4)的两束透射光所在的平面与该硅片6加工表面垂直。
2.根据权利要求1所述的在硅光电池表面刻槽的装置，其特征在于，所述激光器(1)为功率50W以上1064nm波长或者功率为30W-40W的532nm的激光器，或功率10W-20W的紫外激光器，重复频率大于4K Hz，激光的光束质量因子M2＜3。
3.根据权利要求1所述的在硅光电池表面刻槽的装置，其特征在于，所述聚焦透镜(4)的两束透射光分别与加工表面法线方向之间的夹角θ是关于该法线对称的，角度范围是0°≤θ≤60°。
4.根据权利要求1所述的在硅光电池表面刻槽的装置，其特征在于，所述聚焦透镜(4)通过-可调节支架放置在光路中，通过调节支架的移动来改变聚焦光斑的位置。
专利摘要本实用新型公开了一种在硅光电池的表面进行刻槽的加工装置。该装置采用两束激光分别与加工平面的法线方向对称倾斜角度+θ和－θ，并且使两束激光所在的平面垂直于槽线方向，用聚焦透镜将两束激光聚焦在垂直于槽线方向上，焦点位于硅片表面下方，将加工平面沿着槽线方向平移，两束激光加工形成下宽上窄的线槽。该装置包括激光器、分光器件、全反射镜、聚焦透镜、两维精密工作台。本实用新型具有能够直接完成硅光电池的刻槽加工任务、成本低、效率高、加工质量容易保证等优点。
文档编号H01L21/02GK2845176SQ20052010428
公开日2006年12月6日 申请日期2005年8月23日 优先权日2005年8月23日
发明者樊仲维, 裴博, 边强, 赵剑波, 石朝晖, 崔建丰, 张晶, 牛岗, 王裴峰 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司