用于薄膜太阳能模块的多程激光边缘去除工艺的制作方法

专利名称：用于薄膜太阳能模块的多程激光边缘去除工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于边缘薄膜去除工艺的方法，更具体来说，本发明涉及用于制造光伏器件的边缘薄膜去除工艺的方法和装置。
背景技术：
光伏(Photovoltaic ；PV)器件或太阳能电池是将阳光转换为直流(direct current ；DC)电力的器件。通常，薄膜太阳能电池包括光电转换单元和透明导电层。透明导电层设置为太阳能电池底部上的前电极，和/或透明导电层设置为太阳能电池顶部上的背面电极，所述太阳能电池与玻璃基板接触。光电转换单元可包括P型硅层、η型硅层和本征型(i型)硅层，所述本征型(i型)硅层夹在P型硅层与η型硅层之间。在PV电池的 p-i-n结暴露于阳光(由来自光子的能量组成)时，阳光通过PV效应直接转换为电能。在沉积期间，沉积材料可沉积在基板上、以及基板之上、边缘，导致两个透明导电层之间的电连接、或“短路”。因此，必须破坏基板侧部上从前到后的材料连续性以消除短路。在一些情况中，可使用遮蔽掩模或边缘环来掩盖边缘而隔离沉积材料，但与无这类掩模沉积的其他层相比较，或与不使用相对于基板边缘具有不同排列的上覆框架比如遮蔽框架沉积的其他层相比较，上述做法可导致在基板边缘区处的不均勻沉积。此外，沿基板边缘的材料，如果保留完整的话，那么会妨碍电池在太阳能面板框架中的组装和封装，这些材料也必须去除以消除在框架中进行封装期间的干扰或其他潜在问题。在传统边缘隔离技术中，用镶金刚石带、或用磨轮的材料去除方法通常被用来从基板边缘区机械地磨削不需要的边缘残余物或沉积材料。然而，这些技术通常会导致基板边缘上不完全的材料去除、以及刮痕或甚至导致诸如基板边缘处的微裂缝之类的基板损坏。或者，使用单程、高能量激光的热烧蚀工艺也已被工业使用，以从基板边缘区去除不需要的材料，从而比机械去除方法具有较好的生产量而不会在基板边缘处留下刮痕或微裂缝。然而，随着串联结设计中所使用的薄膜层数较多，据报道，传统的单程激光边缘去除工艺仍然会在基板边缘区处留下粉末残余物和可见碎屑，从而可影响长期电池可靠性和功率可靠性。因此，可需要较高能量激光来烧蚀较厚的串联结，但使用高能量激光来去除在串联结太阳能电池边缘区处的较厚薄膜层叠，可在高能量激光穿过玻璃基板和透明导电薄膜时损坏玻璃基板或改变透明导电薄膜的薄膜特性。而且，还发现，高能量激光将不可避免地熔化背金属接触层和沉积于透明导电薄膜上的含硅薄膜层叠，并且高能量激光形成难以去除的不需要合金。因此，需要改进的激光边缘去除工艺，所述激光边缘去除工艺用于从太阳能电池边缘区有效地去除薄膜材料，而没有如上所讨论的问题。

发明内容
本发明提供用于制造光伏器件的边缘薄膜层叠去除的方法。在一个实施方式中， 用于处理基板上太阳能电池器件的方法包括提供基板，所述基板具有沉积于所述基板上的薄膜层叠，所述薄膜层叠包含透明导电层、含硅层和导电层；使用以第一能量级输送的电磁辐射，去除形成于沿所述基板侧面的边缘区上的所述导电层和所述含硅层；以及使用以高于所述第一能量级的第二能量级输送的电磁辐射，去除形成于沿所述基板所述侧面的所述边缘区上的所述透明导电层。在另一实施方式中，用于处理基板上太阳能电池器件的方法包括提供基板，所述基板具有透明导电层和沉积于所述透明导电层上的薄膜层叠，所述薄膜层叠包含导电层和一个或更多个含硅层；在以第一功率级输送的电磁辐射线的第一次扫描期间，从沿所述基板侧面的边缘区中去除所述薄膜层叠；和在以不同于所述第一功率级的第二功率级输送的所述电磁辐射线的第二次扫描期间，从沿所述基板所述侧面的所述边缘区中去除所述透明导电层。在又一实施方式中，用于处理基板上太阳能电池器件的方法包括提供基板，所述基板具有透明导电层和顺序地沉积于所述透明导电层上的薄膜层叠，所述薄膜层叠包含导电层和一个或更多个含硅层；将以第一脉冲能量输送的一系列连续激光脉冲对准整个沿所述基板侧面的边缘区，以去除所述薄膜层叠；以及将以第二脉冲能量输送的一系列连续激光脉冲对准整个沿所述基板所述侧面的所述边缘区，以去除所述透明导电层，其中第一脉冲能量低于所述第二脉冲能量。


因此，可详细理解实现本发明的上述特征的方式，可参考本发明的实施方式获得上文简要概述的本发明的更具体描述，这些实施方式图示于附图中。图1图示用于在基板上制造太阳能电池器件的局部流程图；图2A图示基板在用激光边缘去除工具处理之前的顶视图；图2B图示具有太阳能电池器件和残余薄膜的基板的横截面图，所述残余薄膜形成于所述基板边缘区中；图3图示激光边缘去除工具的侧视图，所述激光边缘去除工具可用于从基板边缘区中去除薄膜；以及图4图示基板边缘区的横截面图，在所述基板边缘区上已执行了激光边缘去除工艺。为了促进理解，在可能情况下使用相同元件符号来表示诸图所共有的相同元件。 设想在于，一个实施方式的元件和特征可有利地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。
具体实施例方式本发明的实施方式提供用于制造光伏器件的边缘薄膜层叠去除工艺的方法。具体来说，本发明提供用于薄膜太阳能器件的多程激光边缘去除工艺，所述薄膜太阳能器件包括顺序地沉积在基板之上的前电极层、含硅薄膜层叠和金属背电极层。所述多程激光边缘去除工艺可包括使用较低功率能量的第一激光程经对准以去除金属背电极层和含硅薄膜层叠，而使用较高功率能量的第二激光程经对准以去除前电极层(例如，透明导电氧化物 (transparent conductive oxide ;TC0)层)。用于第一激光程的能量相对较低，以便所述能量在穿过前电极层时不会熔化金属背电极层和背部上的含硅薄膜层叠，和/或所述能量不会改变前电极层的薄膜特性。本发明有利地提高了清洁度和去除位于沿基板侧面的边缘区处薄膜层叠的精确性，而没有残余粉末的问题或由于背金属接触材料和含硅材料熔化而导致形成不需要的合金的问题，进而为基板提供良好密封的表面以有助于后续的粘结工艺和封装工艺，并且消除横跨基板的有效能量转换区的短路。图1图示用于在基板上制造太阳能电池器件的工艺顺序100。工艺顺序100可包括在用于制造太阳能电池器件的不同处理模块和自动化设备中执行的数个工艺步骤。应注意的是，图1仅图示在制造太阳能电池器件期间所执行的一部分工艺步骤。工艺顺序100中的配置、工艺步骤数量或工艺步骤次序均为示例性的，而并非旨在限制本文所述本发明的范围。工艺顺序中的一些其他工艺步骤为本领域技术人员所知并且为了简洁起见予以省略。 在由Bachrach等人于2008年8月29日提交的、发明名称为“Photovoltaic Production Line (光伏生产线)”的美国申请第12/202，199号中详细地公开总工艺顺序的一个适当实例，并且所述美国申请以引用方式并入本文。如图1所示，工艺顺序100开始于步骤101——将基板装入太阳能电池生产线。生产线可包括数个处理工具和自动化设备，以有助于在基板上制造太阳能电池。图2B为太阳能电池器件的完成，图示在太阳能电池器件上形成的诸层。下文将结合图1中所示步骤和图2B中所示的诸层来描述顺序。在步骤102，在沉积腔室(诸如，PVD腔室)中于基板202 上沉积第一透明导电氧化物(TCO)层214，所述第一透明导电氧化物(TCO)层214可用作太阳能电池器件中的前电极。在第一 TCO层214中划出第一划痕线220A的图案(仅图示一个)。第一 TCO层214可为含锌材料、含铝材料、含锡材料、含氧化铟锡andium Tin Oxide ； ΙΤ0)材料、上述材料的合金或任何其他适当的导电材料(诸如，锡酸镉)。在一个实例中，第一 TCO层214为诸如氧化锡、氧化锌、氧化铟锡或上述金属氧化物的组合物的金属氧化物。 第一 TCO层214还可包括额外掺杂物和组分。例如，氧化锌可进一步包括选自由以下组成的群组的掺杂物含铝材料、含硼材料、含钛材料、含钽材料、含钨材料、上述材料的合金、上述材料的组合物、镓或其他适当的掺杂物，视实际应用而定。在步骤104，在第一 TCO层214上沉积含硅薄膜层216，如图2B所示，以产生太阳能电池的有效能量转换部分。含硅薄膜层216可为薄膜层叠，所述薄膜层叠包括p型含硅层、 η型含硅层和本征型(i型)含硅层，所述本征型(i型)含硅层夹在P型含硅层和η型含硅层之间。多个层可形成于含硅薄膜层216中，以达到不同的工艺目的。例如，含n-i-p层、 p-i-n层、n-p层或p-n层的多个硅基层可用于含硅薄膜层216中以提供一个或更多个(例如，多个)结，以改进光转换效率。在由Choi等人于2007年1月18日提交的、发明名称为 “Multi-Junctions Solar Cells and Methods and Apparatus for Forming the Same(多结太阳能电池和用于形成所述多结太阳能电池的方法和装置)，，的美国申请第11/624，677 号和由Sheng等人于2008年9月11日提交的、发明名称为“Microcrystalline Silicon Alloys for Thin Film and Wafer Based Solar Applications (用于基于太阳能应用的薄膜和晶片的微晶硅合金)”的美国申请第12/208，478号中公开了含硅薄膜层叠的适当实例，且所述美国申请以引用方式并入本文。在步骤106，执行互连形成工艺以在含硅薄膜层216中形成互连(诸如，第二划痕线220B)，如图2B所示。执行互连形成工艺，以使用(例如)Nd:钒酸盐(NchYVO4)激光源通过激光烧蚀工艺将太阳能电池基板上的各个区域彼此电气隔离。应注意的是，在工艺
6顺序100的不同阶段可执行互连形成工艺，以形成电气隔离相邻太阳能电池的不同划痕线 220A、220B、220C。在步骤108，在含硅薄膜层216上沉积金属背接触层218，如图2B所示；或任选地， 在第二透明导电氧化物(TCO)层(未图示)上沉积金属背接触层218于，所述第二透明导电氧化物层可类似于第一 TCO层214且所述第二透明导电氧化物层可用作背电极。金属背接触层218可包括但不限于选自由以下组成的群组的材料A1、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、上述材料的合金或上述材料的组合物。在沉积金属背接触层218后，第三划痕线220C的图案穿过金属背接触层218和含硅薄膜层216形成，进而通过含硅薄膜层216将背金属接触层218 电气连接至相邻电池的前电极(即，TCO层214)。虽然未在本文提及，但是在金属背层218 上可提供其他薄膜或材料以完成太阳能电池。太阳能电池可经互连以形成模块，模块又可经连接以形成具备更高性能的阵列。在步骤110，可在基板202上执行任选质量保证和/或分流去除工艺，以确保形成于基板表面上的器件满足所要质量标准，且在一些情况下所述器件校正形成器件中的缺陷。在测试过程期间，探测器件通过使用一个或更多个基板接触探针用于测量所形成太阳能电池器件的质量和材料特性。在一个实施方式中，质量保证测试工具在太阳能电池的 (诸)p-i-n结处投射低亮度光，并且所述质量保证测试工具使用另一个探针来测量电池输出，以判定所形成的(诸)太阳能电池器件的电气特性。如果模块检测到所形成器件中的缺陷，就可采取校正动作以修复缺陷。例如，如果发现短路或其他类似缺陷，那么可能需要在基板表面上的区域之间形成反向偏置，以控制和/或校正太阳能电池器件的一个或更多个有缺陷地形成区域。通常，反向偏置输送足够高的电压以使隔离区域之间区域中的导电元件改变相位、分解或以某种方式上发生改变，在所述改变方式中消除或降低短路的量级， 进而校正太阳能电池中的缺陷。在步骤112，在任选质量保证和/或分流去除工艺之后，将基板202转移至激光边缘去除工具，以去除在基板202的边缘区处形成的一部分薄膜层叠。基板202定位于激光边缘去除工具中以去除沿基板边缘的一部分薄膜层叠，以减低在后续处理期间发生损坏的可能性，诸如限幅(clipping)或粒子产生。另外，去除薄膜层叠的边缘部分还可使基板202 边缘区不含随后可用于框架固定区的材料，以有助于将基板202粘结或密封至另一个基板的背侧以完成太阳能电池模块组件。下文将结合图3和图4详细地论述根据本发明的激光边缘去除工艺。在步骤114，在基板202上执行线工艺的结束。线工艺的结束可包括最终的导线附接工艺、粘结工艺、封装工艺和背侧基板粘结工艺。在步骤116，在支撑结构、布线结构或框架结构形成于基板上之后，从生产线去除基板202，并且太阳能电池制造工艺完成。应注意的是，可在制造器件的每一个步骤之间执行一些其他步骤。工艺顺序100仅提供示例性工艺顺序，所述示例性工艺顺序仅包括制造器件的一些主要工艺步骤中的一部分。设想在于，与太阳能电池器件制造相关联的其他工艺顺序也可调适成使用本发明的激光边缘去除工艺，如将在下文进行描述。图2A为基板202在步骤112处用激光边缘去除工具处理之前的顶视图。如上所述，在诸层沉积之后，基板202的边缘区210可具有不同于电池集成区212中薄膜层叠厚度的薄膜层叠厚度。在某些情况中，边缘区210可具有距离基板边缘的范围介于约8mm与约15mm之间的宽度208，诸如约12mm的宽度。如上所述，当使用不同工具在基板上形成不同层时，由于在含硅薄膜层叠沉积期间遮蔽掩模的使用，在基板202的边缘区210处可导致薄膜厚度的不匹配，所述薄膜厚度的不匹配将使基板边缘区210不含含硅薄膜层216。这是因为即使具有遮蔽框架，遮蔽框架也可能不完全覆盖边缘区210，或含硅薄膜层216可偶然地聚集或沉积于第一 TCO层214上的一部分上，从而导致含硅薄膜层216’部分地沉积于边缘区210上。因此，边缘区210处的薄膜厚度可包括距离侧面第一 TCO层214和金属背接触层218、以及夹在第一 TCO层214与金属背接触层218之间的一部分含硅薄膜层216’的厚度，如图2B所示。为了去除形成于基板202的边缘区210中的残余薄膜，如上所述，在步骤112中进一步将基板202转移至激光边缘去除工具，以使用下文结合图3所论述的本发明激光边缘去除工艺来去除边缘区210中不需要的薄膜。图3示出示例性激光边缘去除工具300的侧视图，所述激光边缘去除工具300可用于从基板202的边缘区210中去除一个或更多个薄膜。通常，激光边缘去除工具300包括电磁波辐射模块306、台302和平移机构316，所述台302配置为接收且操纵设置于台302 上的基板202。在一个实施方式中，电磁波辐射模块306定位于基板202下方，且电磁波辐射模块306与排气机构或粒子收集器304相对，在处理期间所述排气机构或粒子收集器304 用于提取烧蚀或以其他方式从基板中去除的材料。在另一实施方式中，电磁波辐射模块306 可定位于基板202上方，以从顶部烧蚀处于基板202的边缘区210处的薄膜层叠。或者，在激光边缘去除工艺期间，在翻转基板202时，电磁波辐射模块306可定位于基板202下方。电磁波辐射模块306包含电磁波辐射源308和聚焦光学器件310，所述聚焦光学器件310设置于电磁波辐射源308与台302之间。在一个实施方式中，电磁波辐射源308可为红外线(infrared ；IR)激光束源、Nd:YAG或Nd = YVO4激光束源、晶体盘激光源、光纤二极管 (光纤激光器)或其他适当的激光束源，所述激光束源可提供且发射波长介于约1030nm与约1070nm之间(诸如，约1064nm)的脉冲或连续波辐射，以烧蚀来自基板表面的材料。在另一实施方式中，电磁波辐射源308可包括多个激光二极管，所述激光二极管中的每一个激光二极管产生均勻且在空间上相干的具有相同或所要波长的光。一个或更多个激光二极管的功率范围介于约100瓦至约1000瓦之间。聚焦光学器件310可包括一个或更多个准直仪，以将来自电磁波辐射源308的辐射校准为大体上平行的光束。随后，校准辐射束由至少一个透镜320聚焦成为一条辐射线 312，所述辐射线312对准基板202的边缘区210。或者，在使用扫描器的情况下可使用光束分析仪(未图示)，以校准光束和/或调整光束位置。辐射312聚焦于沿基板202侧面的边缘区210上，以从边缘区210中去除薄膜层叠。从辐射源308发出的辐射312可根据需要或使用如下所述的本发明激光边缘去除工艺环绕基板202的每一个侧面扫描多次，直到薄膜层叠已经被完全去除为止。透镜320可为能够将辐射聚焦成为线或点的任何适当的透镜或透镜系列。在一个实施方式中，透镜320为圆柱透镜。或者，透镜320可为一个或更多个凹透镜、凸透镜、平面镜、凹面镜、凸面镜、折射透镜、衍射透镜、菲涅耳透镜、梯度折射率透镜或类似物。视电磁波辐射模块306的位置而定，粒子收集器304可设置邻近基板的边缘区 210。在激光切割期间，粒子收集器304可吸引已去除的材料以保持工具300的清洁度。台 302可为能够在传输期间稳固地保持基板202的任一平台或卡盘。在一个方面中，台302包括用于夹紧基板的构件，诸如摩擦、真空、重力、机械或电气系统。用于夹紧的适当构件的实例可包括但不限于机械夹具、静电或真空卡盘等。激光边缘去除工具300可包括平移机构316，所述平移机构316配置成使台302和辐射线312相对于彼此平移。在一个实施方式中，平移机构316耦合至台302以相对于电磁波辐射源308和/或聚焦光学器件310移动台302。在另一实施方式中，平移机构316耦合至电磁波辐射源308和/或聚焦光学器件310以相对于台302移动电磁波辐射源308和 /或聚焦光学器件310。在又一实施方式中，平移机构316既移动电磁波辐射源312和/或聚焦光学器件310又移动台302。然而，可使用任何适当的平移机构，诸如输送系统、导轨和小齿轮系统或x/y致动器、机械手或其他适当的机构。平移机构316可耦合至控制器以控制扫描速度，上面支撑有基板202的台302和辐射线312以所述扫描速度相对于彼此移动。台302和辐射线312相对于彼此的平移可配置为沿基板202的边缘区210进行，以集中于去除基板边缘上的薄膜而不损坏基板202的其他区域。在一个实例中，平移机构316以大约1000厘米每秒(cm/s)的恒定速度移动IOmm 至20mm宽的线，所述线宽(例如)类似于基板202的边缘区210的宽度208。台302和辐射线312相对于彼此的平移可根据需要沿其他路径移动。如将在下文论述的，激光边缘去除工艺去除基板202边缘区210处不需要的薄膜层叠，且所述激光边缘去除工艺确保基板边缘区的清洁度以有助于后续框架粘结工艺。激光边缘去除工艺在激光边缘去除工艺期间，控制从电磁波辐射源308中发射出来的辐射线312，以调整基板202边缘区210中划线区内的辐射束“点”的位置。视实际应用而定，对准于基板 202上的点大小可为微米量级，诸如在大约60mmX60mm的扫描场(scanning field)内为 1mm2，尽管视工艺方法(process regime)而定可能存在各种其他尺寸。“扫描场”被定义为聚焦辐射束沿平行于扫掠辐射束的行进方向的一个维度的行进长度。通过控制扫描场相对于基板202的大小和位置，光束(例如，激光)能够有效地烧蚀尽基板202上任一位置处的材料，同时最少次数地通过基板202。基板202可利用任何传统方法沿横向(Y)或纵向(X) 相对于电磁波辐射源308移动。例如，如果基板202沿纵向移动时，电磁波辐射模块306可沿纵向、但相反方向将辐射312对准基板，以在沿基板202的边缘区210的扫描场内形成划痕线中的部分或片段。在这种情况中，基板202可由台302支撑和传输，所述台302配置为利用例如，如上所讨论的平移机构316在处理室内滑动。台302可配置为连同电磁波辐射模块306沿所需方向移动基板202。或者，台302可保持固定，而电磁辐射波模块306受控相对于台302沿所需方向或图案移动。视需要，台302和电磁辐射波模块306都可受控以便在激光边缘去除工艺期间可相对于彼此移动。在激光边缘去除工艺期间，来自辐射312的脉冲穿过大体上透明的基板202(诸如，在一个示例性实施方式中为玻璃)对准至一个或更多个待烧蚀薄膜中的所要位置或深度。在各种实施方式中，辐射312可为脉冲式、调Q光纤激光，所述激光以约30kHz至约 150kHz的频率操作且波长大约为沈6歷、532歷或1064nm。待烧蚀的材料层(诸如，金属背接触层218、夹在第一 TCO层214与背金属接触层218之间的一部分含硅薄膜层216’和第一 TCO层214(图2B))皆位于基板202的与激光相对的另一侧，以便激光脉冲穿过基板202 且烧蚀相对侧上的(诸)层，从而使暴露材料烧蚀且离开基板202，所述暴露材料可由粒子收集器304利用例如真空力提取。为了去除沿基板202侧面的边缘区210中的一个或更多个薄膜，使用高脉冲能量的单程脉冲激光热烧蚀工艺由企业进行调适，来以热烧蚀方式实现清洁的材料去除。随着串联结设计中薄膜层数的增加，薄膜层叠厚度逐渐接近约3微米或更大。因此，通常需要更高的激光脉冲能量以实现清洁的材料去除和额外的诸如生产量的制造考虑事项。然而，据报道，传统的串联结太阳能板上的单程激光边缘去除通常留下粉末残余物和可见碎屑，所述残余物和碎屑可影响长期的产品可靠性。另外，单程激光可限制激光功率量，而且使用较强激光能量来去除基板202边缘区210中较厚薄膜层叠可导致背金属不可避免地随含硅薄膜层216’和/或第一 TCO(透明导电氧化物)层214 —同熔化，从而在基板边缘区处形成使所得材料更难以去除的不需要合金，其中所述激光功率量可用于烧蚀尽材料而不损坏玻璃或改变相邻区域中第一 TCO层214的薄膜特性。与传统单程激光边缘去除工艺相反，本发明人建议多程激光边缘去除工艺，所述多程激光边缘去除工艺经证明可有效地去除沿基板侧面边缘区中的薄膜层叠，而不损坏玻璃或熔化背电极。在一个实施方式中，多程激光边缘去除工艺包括双程工艺，在所述工艺中，使用相对较低功率能量的第一激光程经对准以去除背金属接触层218和夹在第一 TCO 层214与背金属接触层218之间的含硅薄膜层216’，而使用较高功率能量的第二激光程经对准以去除第一 TCO层214。为第一激光程所需要的能量应足以相继或同时烧蚀两种不同类型的层(即，背金属接触层218和含硅薄膜层216’)，同时足够低以防止损坏或改变位于下方的第一 TCO层214的特性。在第一激光程期间，从电磁波辐射源308中发射出来的辐射线312从底部穿透基板202且聚焦于待烧蚀的材料上。随后，强度足够的激光脉冲迅速地加热目标材料层(例如，背金属接触层218和含硅薄膜层216’ )，导致从基板202中去除所述材料。随后，从基板202的表面去除的材料由粒子收集器304提取。由于相较于第一 TCO层214，背金属和硅薄膜层叠本身提供更好的热吸收，所以为第一激光程所需要的能量可较低，因此所述能量将不会在背金属接触层218和含硅薄膜层216’烧蚀之前熔化背金属接触层218和含硅薄膜层216’，并且不会在穿过基板202时改变第一 TCO层214的薄膜特性，也不会损坏玻璃基板。在去除背金属接触层218和含硅薄膜层216’之后，第一 TCO层214暴露于空气。 随后，执行第二激光程以将辐射线312对准于暴露的第一 TCO层214处且从基板202的边缘区210烧蚀第一 TCO层214。由于相较于背金属和硅薄膜层叠，第一 TCO层214具有较低热吸收且为基板202边缘区中唯一剩余的材料，所以为第二激光程所需要的能量可高于第一激光程的能量。虽然第二激光程的能量强于第一激光程，但是设想在于，第二激光程的最高脉冲能量仍然低于玻璃损坏阈值。在电磁波辐射模块306定位于基板202上方的情况中，可调换或调整第一和第二激光程的功率级。在此类情况下，第一激光程相对较低的脉冲能量可相继或同时从顶部 (即，基板底部的对面)烧蚀尽背金属接触层218和含硅薄膜层216’，随后第二激光程更高的脉冲能量去除第一 TCO层214。虽然未在附图中图示，但是应理解配置成在每一激光程期间去除不需要层 (unwanted layer)的划痕线实际上是由一系列重叠划痕“点”形成，每一划痕“点”由经对准至沿基板202侧面边缘区210上特定位置的辐射312脉冲形成。为了确保烧蚀工艺的可接受强度，通常需要大小足够的点，例如约1mm2。为了形成连续线，这些点必须充分地重叠，诸如重叠约2%至约30%的面积(例如，约5%与约20%之间)。在基板边缘区210具有范围介于约8mm与约15mm之间(诸如，约12mm)的宽度208的情况中，电磁波辐射模块 306可能必须形成多个通道(pass)以形成多个重叠划痕线，其中每一划痕线中的一部分经重叠以防止间隙。在此类情况下，划痕线可充分地彼此重叠约5%至约20%的面积，诸如约 8%至约15%的面积(例如，约10% )。划痕线可根据所要图案(诸如，曲折图案)进行重叠，以便形成一个或更多个划线片段。这些划线片段可能需要充分地重叠以防止间隙，同时大体上覆盖基板的边缘区210。在一个实例中，其中使用具有约2. 6m宽度和约2. 长度的基板，划线片段可充分地重叠约20%至约40%的面积以有效地覆盖基板边缘区，诸如重叠约25%至约35%的面积(例如，约30% )，同时维持高生产量。在各种实施方式中，其中使用具有宽度约2. 6m和长度约2. an的矩形基板，大小约为Imm2的点上若干划痕点可以如上所述的示例性重叠百分比范围进行重叠并且以所要图案进行移动，以提供具有长度约70mm和宽度约12mm的划线片段。划线片段大小可视所使用的聚焦光学器件310的类型和视野而改变。对具有约2. 6m或2. 2m宽度或长度的基板来说，若干划线片段可以如上所述的示例性重叠百分比范围进行重叠，以适当地覆盖基板202 的整个边缘区210。在激光边缘去除工艺期间，电磁辐射线312(图3)经对准以沿2. 6m或 2. 2m的基板侧面前进，以相对较低的激光脉冲能量烧蚀尽背金属接触层218和含硅薄膜层 216’，随后，电磁辐射线312沿2. 6m或2. 2m的基板侧面后移(反方向)，以相对较高的激光脉冲能量自基板202边缘区210烧蚀尽TCO层214。设想在于，可根据需要调整电磁辐射的功率级和/或划线片段的大小，在基板上以单次来回移动(traverse)的方式重复激光边缘去除工艺，以便覆盖基板的整个边缘。在串联结硅太阳能板的一个特定实施方式中，其中从基板202边缘区210中待去除的薄膜层叠由厚度约为ι μ m的SnO2TCO层、厚度约为2 μ m的含硅薄膜层叠和厚度约为 0. 2 μ m的金属背接触层组成，在以约15mJ/mm2至约75mJ/mm2 (例如，约25mJ/mm2)的第一能量密度输送的激光脉冲的第一扫描期间且在范围介于约1纳秒至约3000纳秒(例如，约 35纳秒)的持续时间中，从基板202边缘区210中去除目标薄膜层叠(S卩，金属背接触层和含硅薄膜层叠)。一旦去除目标薄膜层叠，在以约45mJ/mm2至约120mJ/mm2 (例如，约69mJ/ mm2)的第二能量密度输送的激光脉冲的第二扫描期间且在范围介于约1纳秒至约3000纳秒(例如，约35纳秒)的持续时间中，从基板202边缘区210中去除TCO层。在一个实例中，可通过对准一系列连续的激光脉冲，以约2%至约15%的点重叠(诸如，约5%的点重叠)、约5%至约15%的线重叠(诸如，约10%的线重叠)和约15%至约45%的片段重叠 (诸如，约30%的片段重叠)输送激光脉冲的第一扫描；而可通过对准一系列连续的激光脉冲，以约10%至约30%的点重叠(诸如，20%的点重叠)、约5%至约20%的线重叠(诸如， 约10%的线重叠)和约15%至约45%的片段重叠(诸如，约30%的片段重叠)输送激光脉冲的第二扫描。虽然本文未论述，但是设想在于，电磁波辐射模块306、基板202或两者的组合可以以简单的矩形图案、曲折图案、螺旋形图案或任一所要图案移动，所述图案将导致上述辐射的重叠点、线或片段覆盖待烧蚀尽的基板202的边缘区210。由Krishnaswani等人于2009 年 4 月 10 日提交的、发明名称为 “Laser Scribing Platform and Hybrid Writing Mrategy (激光划线平台和混合写入策略)”的美国专利公告第2009/0255911号详细地公开关于各种划线动作的适当实例，所述美国专利公告通常归Applied Materials所有且所述美国专利公告以引用方式并入本文。本领域的一般技术人员将理解，发明的双扫描工艺的功率级可视薄膜层叠配置、 参数(诸如，层厚度、层掺杂或层反射性)和由激光提供的处理方式而改变。虽然已论述双扫描工艺，但是激光边缘去除工艺可根据需要重复多次以适当地覆盖基板的整个边缘。视实际应用而定，本发明还涵盖具有逐渐增加/降低的激光功率的多重扫描。类似地，在激光边缘去除工艺期间，可调整激光的频率、扫描速度和输出电流，以控制重叠面积。电磁波辐射模块量还可影响处理边缘区所需要的扫描通道数量。例如，如果在系统中存在用以烧蚀尽这些片段中的一个片段的多个激光扫描器件，那么基板202可使得模块306形成较少通道。图4图示执行激光边缘去除工艺后基板202的横截面图。在完成激光边缘去除工艺后，去除之前位于基板202边缘区210的薄膜。任选地，还可去除基板202中的一部分， 例如，可去除约20 μ m与约40 μ m之间的基板表面深度402。因此，提供了用于去除一个或更多个设置于基板边缘处薄膜层叠的改进方法。根据本发明的多程激光边缘去除工艺有利地提高了太阳能电池器件的清洁度和去除位于沿基板侧面的边缘区处薄膜层叠的精确性， 而没有残余粉末的问题或在去除薄膜层叠之前形成不需要合金的问题，进而为基板提供良好密封的表面以有助于后续的粘结工艺和封装工艺。虽然上述内容针对本发明的实施方式，但是可在不脱离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其他和更多实施方式，且本发明的范围由以下权利要求书来确定。
权利要求
1.一种用于处理基板上太阳能电池器件的方法，所述方法包含提供基板，所述基板具有沉积于所述基板上的薄膜层叠，所述薄膜层叠包含透明导电层、含硅层和导电层；使用以第一能量级输送的电磁辐射，去除形成于沿基板侧面的边缘区上的所述导电层和所述含硅层；以及使用以高于所述第一能量级的第二能量级输送的电磁辐射，去除形成于沿所述基板侧面的边缘区上的所述透明导电层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁辐射从底部穿过所述基板对准至一个或更多个待去除层中的所要位置。
3.如权利要求1所述的方法，其中以约15mJ/mm2至约75mJ/mm2的能量密度输送用于去除所述导电层和所述含硅层的所述电磁辐射，且以约45mJ/mm2至约120mJ/mm2的能量密度输送用于去除所述透明导电层的所述电磁辐射。
4.如权利要求3所述的方法，其中通过对准一系列连续激光脉冲，以约2%至约15%的点重叠、约5%至约15%的线重叠和约15%至约45%的片段重叠，输送用于去除所述导电层和所述含硅层的所述电磁辐射。
5.如权利要求3所述的方法，其中通过对准一系列连续激光脉冲，以约10%至约30% 的点重叠、约5%至约20%的线重叠和约15%至约45%的片段重叠，输送用于去除所述透明导电层的所述电磁辐射。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述含硅层为薄膜层叠，所述薄膜层叠包含p型含硅层、η型含硅层和本征型含硅层，所述本征型含硅层夹在所述ρ型含硅层与η型含硅层之间。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述透明导电层包含含锌材料、含铝材料、含锡材料、含ITO材料或上述材料的合金。
8.一种用于处理基板上太阳能电池器件的方法，包含提供基板，所述基板具有透明导电层和沉积于所述透明导电层上的薄膜层叠，所述薄膜层叠包含导电层和一个或更多个含硅层；在以第一功率级输送的电磁辐射线的第一扫描期间，从沿基板侧面的边缘区中去除所述薄膜层叠；以及在以高于所述第一功率级的第二功率级输送的所述电磁辐射线的第二扫描期间，从沿所述基板侧面的所述边缘区中去除所述透明导电层。
9.如权利要求8所述的方法，其中通过对准一系列连续激光脉冲，输送所述电磁辐射线。
10.如权利要求9所述的方法，其中以约2%至约15%的点重叠、约5%至约15%的线重叠和约15%至约45%的片段重叠，输送用于去除所述薄膜层叠的所述电磁辐射。
11.如权利要求9所述的方法，其中以约10%至约30%的点重叠、约5%至约30%的线重叠和约15%至约45%的片段重叠，输送用于去除所述透明导电层的所述电磁辐射。
12.一种用于处理基板上太阳能电池器件的方法，包含提供基板，所述基板具有透明导电层和顺序地沉积于所述透明导电层上的薄膜层叠， 所述薄膜层叠包含导电层和一个或更多个含硅层；将以第一脉冲能量输送的一系列连续激光脉冲对准整个沿所述基板侧面的边缘区，以去除所述薄膜层叠；以及将以第二脉冲能量输送的一系列连续激光脉冲对准整个沿所述基板侧面的所述边缘区，以去除所述透明导电层，其中第一脉冲能量低于所述第二脉冲能量。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述系列连续激光脉冲经部分重叠，以提供激光烧蚀片段，所述激光烧蚀片段覆盖所述边缘区中的至少一部分。
14.如权利要求13所述的方法，其中在所述基板上以单次来回移动的方式，将所述激光烧蚀片段重复地应用于沿所述基板所述侧面的所述边缘区上。
15.如权利要求14所述的方法，其中以约15%至约45%的片段重叠，重复所述激光烧蚀片段。
全文摘要
本发明提供用于薄膜太阳能模块的多程激光边缘去除工艺。本发明的实施方式提供用于制造光伏器件的边缘薄膜层叠去除的方法。在一个实施方式中，所述方法包括提供基板，所述基板具有沉积于所述基板上的薄膜层叠，所述薄膜层叠包含透明导电层、含硅层和导电层；使用以第一功率级输送的电磁辐射，去除形成于沿所述基板侧面的边缘区上的所述导电层和所述含硅层；以及使用以高于所述第一能量级的第二能量级输送的电磁辐射，去除形成于沿所述基板所述侧面的所述边缘区上的所述透明导电层。
文档编号B23K26/36GK102339899SQ20111020502
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者欧雷·勒克纳, 王立平, 苏杰发, 萨林·森德·贾因纳加·库伯萨斯沃米 申请人:应用材料股份有限公司