本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种mwt电池激光开孔及除渣方法及设备。
背景技术：
随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已经成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业，高效高质太阳能电池技术路线逐渐多样化，钝化发射极和背表面(perc)、发射极钝化和全背面扩散(pert)、金属穿孔卷绕(mwt)、具有本征非晶层的异质结(hit)、交指式背接触(ibc)等太阳能电池，逐渐形成不同的技术流派。
mwt电池，通过将位于正面发射极的接触电极穿过硅片基体引导到硅片背面，以减少遮光面积，提高转换效率。其工艺基本流程一般为激光开孔，清洗去损伤及制绒、p扩散、去背结及去psg，sinx减反膜蒸镀、丝网印刷(灌孔浆料、正银、背铝)、烧结、清边。
mwt电池的激光开孔工艺是mwt电池的关键工序之一，激光开孔工艺要求高的开孔速度、精度和锥度，从而提高加工效率和加工效果。同时，由于激光加工会对硅片本身造成一定的热损伤，且在加工孔附近的硅片表面产生一些热熔渣，这些热熔渣会造成碎片率增加和影响到少子寿命等技术问题，因此，对激光器及激光打孔工艺参数的选择以及采用适当的工艺方法减少硅片的热损伤成为一个重要的研究方向。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种mwt电池激光开孔和除渣方法及设备，对硅片进行激光开孔后，在开孔周围进行小范围的激光除渣，旨在去除开孔附近的难以采用酸碱腐蚀而去除的热熔渣，同时对开孔内进行干式的预清洗。
一种mwt电池激光开孔及除渣方法，包括以下步骤：步骤一、激光开孔，开孔方法为轮廓成型法；步骤二、激光除渣，一个开孔加工完毕后，立即对开孔外缘的圆环状除渣区域进行激光除渣，除渣区域的外圆和内圆半径之差为开孔半径的10～20％。
进一步的，由于需要对mwt电池进行多个阵列孔的加工，因此，加工时，可以采用以下多种方法。
第一种，依次加工开孔，所有开孔加工完毕后，再依次对孔周围的除渣区域进行除渣。
第二种，一个开孔加工完成后，立即进行除渣，然后，再依次进行后续的孔的加工和除渣。本发明中，采用加工完成一个孔后，立刻除渣。这样，在进行激光除渣时，避免了除渣时的二次升温及降温给硅片造成的热应力冲击，可以减少电池片的隐裂的风险，提高产品的质量。
一种mwt电池激光开孔及除渣方法，进一步的，所述激光开孔的具体方法为，设置激光器的输出功率、重复频率、脉冲宽度，设置光斑直径、离焦量和扫描速度，控制激光光斑以开孔中心为圆心，以开孔半径减去光斑半径为半径的圆周上进行扫描，扫描一周，计为一次，重复多次，完成开孔的加工。
所述激光除渣的具体方法为，设置激光器的输出功率、重复频率、脉冲宽度，设置光斑直径、离焦量和扫描速度，控制激光光斑以开孔中心为圆心，以除渣区域的外圆半径减去光斑半径为半径的圆周上进行扫描除渣。
一种mwt电池激光开孔及除渣方法，进一步的，激光开孔的步骤中，激光器为1064nm激光器，输出功率为45±10w，重复频率为80-200khz，脉冲宽度为100±20ns，扫描速度为1200±500mm/s，光斑直径为35±5μm，离焦量为-(200±30)μm，开孔直径为200μm。激光除渣的步骤中，除渣区域的外圆和内圆半径之差为10～20μm，控制激光器功率为45～50w，重复频率为150～250khz，脉冲宽度为100±20ns，扫描速度为1000～3000mm/s，光斑直径为30～40μm，离焦量为-(50±5)μm。
在使用激光对mwt太阳能电池片进行步骤一的开孔时，聚焦的高能量激光束照射在太阳能电池硅片上，使激光焦点部位的温度迅速上升，瞬间可以达到万摄氏度以上，当温度升至接近于硅片材料蒸发的温度时，激光对硅片的去除加工开始进行，此时，硅片材料发生相变，出现液相，进而产生待蒸发的气相。随着温度的不断上升，蒸汽带着液相物质以极高的速度从液相底部猛烈的喷溅出来，在喷溅物中，约有4/5的液相物质以极高的速度从开孔加工区域内排除，从而完成开孔的过程。
因此，在激光开孔步骤中，硅片材料的熔化和蒸发是激光开孔的两个最基本的过程，前面也提到，在开孔的过程中，蒸汽带着液相物质喷溅形成的喷溅物中，大约有4/5的液相物质以高的速度从开孔加工区域内排除，而另外一些已经被熔化而未被及时排出的硅片材料会重新凝聚在开孔的壁上。
由于对硅片进行开孔时，需要进行多次扫描加工才能将孔打穿，因此，从激光加工区域内排除的液相物质有些不能完全气化，熔融溅射在开孔周围的硅片表面上，形成熔渣。同时，加工的孔内也会存在未能及时排出的硅片材料重新凝聚在孔壁上，形成孔内的毛刺。
硅片表面的熔渣以及孔内的毛刺，均为影响mwt电池片性能的因素，同时，激光开孔时，由于辐射作用，也会使开孔周围的表面形成一定的热损伤。通常在激光开孔工艺后，还有清洗工序，以除去表面熔渣、孔内毛刺，同时起到去损伤的效果。通常在进行清洗时，采用酸腐蚀、碱腐蚀或者混合腐蚀的方法，将硅片表面的熔渣及孔内的毛刺去除。但是，由于硅片表面的熔渣为多次加工累积形成的热熔渣，在采用现有技术的酸腐蚀或者碱腐蚀较难完全处理干净。
mwt电池表面熔渣的存在，会对后续的加工工艺或者电池的性能产生很不利的影响。具体表现在，第一，mwt电池在后续工艺中还包括丝网印刷电极的过程，这些熔渣的存在，在丝网印刷电极的过程中，硅片受到压应力的作用，这些熔渣会成为应力集中点，在印刷过程造成碎片，增加了mwt电池的碎片率，不利于生产成本的控制。第二，即使在印刷过程中，这些熔渣的存在没有造成碎片，在进行电极制备时，也会导致接触电阻变大，有效的电极面积减少，降低电池效率。
当然，为了能够将熔渣去除干净，现有技术也有采用增加清洗时间或者提高酸或者碱的浓度的方法，但是，这样会导致对硅片衬底的过多的减薄，浪费硅片资源，增加碎片率，同时增加了环保的成本。而且，对硅片衬底过多的减薄，会降低载流子的寿命，影响太阳能电池的效率。
激光清洗虽然也是激光应用中的一种，但是，广泛应用在激光除锈、清洗文物、清洗核辐射污染等方面，在电子元器件领域，现有技术也存在对陶瓷等进行清洗的。然而，在太阳能电池加工技术领域，技术人员考虑到对激光对硅片衬底的减薄作用，一则会对少子数量产生影响，另一方面，由于硅片的价格高，对硅片衬底的减薄会导致成本的增加，因此，不会想到采用激光除渣的方法。
本发明避开了激光对整个硅片进行除渣的方法，仅对开孔周围的上表面进行小范围的除渣，旨在除去开孔附近的难以采用酸碱腐蚀而去除的热熔渣，同时对孔内进行干式的预清洗。由于去除熔渣的过程紧跟着激光开孔工序进行，此时，硅片和至熔渣具有一定的温度而更加容易去除，而且，也不会产生二次加热产生的加工伤害，能够减少碎片率。进一步的，本发明的除渣的工艺参数的设置，根据激光开孔工艺的参数得到，可以针对不同的打孔工艺，设置不同的除渣工艺参数，进一步的减少加工损伤，降低碎片率。
在对mwt电池进行激光开孔和除渣的过程中，为了使硅片固定牢固且便于定位，将电池片固定在加工平台的负压吸盘上，开启负压将硅片吸附于其上。
同时，在激光开孔和除渣的过程中，由于是开孔采用轮廓加工的方法，因此，激光加工时会有残渣掉落，而且，硅片上方也会有加工时产生的粉尘和残渣。为此，本发明设计在激光加工平台及负压吸盘上对应硅片开孔的位置设置有孔洞，在加工平台下方及加工平台斜上方进行抽尘处理。
本发明还提供一种激光开孔及除渣设备，包括激光加工模组，加工平台模组和抽尘模组。
激光加工模组包括依次设置的用以发射激光的激光器、用以改变激光输出方向并将其引至加工工件表面的反射镜、用以改变光束直径和发散角的扩束镜、用以调整光斑大小、改善光束性能的光阑、用以完成指定扫描路径的振镜和用以将激光进行整理聚焦，实现在整个加工部位形成足够高的功率密度的激光光斑的场镜。
所述加工平台模组包括加工平台和设置于其上的负压吸盘，所述加工平台和负压吸盘对应的硅片开孔位置上设置有孔洞。负压吸盘，用以将电池片吸附，避免电池片移动，便于定位。
加工平台和负压吸盘上设置有与电池片待开孔位置相对应的孔洞。抽尘模组包括第一抽尘模组和第二抽尘模组。在加工平台下方设置有第一抽尘模组，用以在加工时提供负压抽尘，将开孔时向下掉落的残渣抽出。在加工平台侧上方设置有第二抽尘模组，用以将开孔和除渣时产生的灰尘和残渣抽出。
本发明的有益效果是：1.采用本发明的方法进行mwt电池的激光开孔，孔的精度高，锥度小相同设计孔径打孔后相差≤10％，孔洞锥度(上下端孔径差与硅片厚度之比)≤20％。2.采用本发明的方法进行mwt电池的激光开孔和除渣，有效去除了开孔周围的熔渣，大大减少了mwt电池片加工的碎片率，尤其是丝网印刷步骤的碎片率，碎片率由1‰下降到0.5‰。3.采用本发明的方法进行mwt电池的激光开孔和除渣，除渣的工艺步骤不仅起到了除渣的效果，而且，对硅片进行了去损伤预处理，对硅片少子寿命几乎没有影响。4.采用本发明的方法进行mwt电池的激光开孔和除渣，发射区形成良好的欧姆接触，有助于提高短路电流和开路电压。
附图说明
图1为mwt电池片结构示意图。
图2为激光开孔的扫描过程示意图。
图3为激光除渣的扫描过程示意图。
图4为本发明的激光开孔及除渣设备的结构示意图。
图5为实施例1的硅片形貌图。
图6为对比例的硅片形貌图。
图中包括，1、激光加工模组，2、加工平台模组，3、抽尘模组，21、加工平台，22、负压吸盘，23、孔洞，31、第一抽尘模组，32、第二抽尘模组。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明以加工的硅片为厚度160～220μm，面积为5寸或者6寸的电池片为例，具体的为125mm×125mm、156mm×156mm，的单晶、多晶、方片或者非方片硅片为例，对硅片开16或者25个开孔，开孔直径为200μm，附图1中为加工16个孔的硅片的示意图。
如图2和图3所示，本发明的mwt电池激光开孔及除渣方法，包括以下步骤：
步骤一、激光开孔，扫描过程如图2所示。
设置激光器的输出功率、重复频率、脉冲宽度，设置光斑直径、离焦量和扫描速度，加工第一个开孔，开孔方法为轮廓成型法。
具体的，激光器采用1064nm激光器，输出功率为45±10w，重复频率为80～200khz，脉冲宽度为100±20ns，扫描速度为1200±500mm/s，光斑直径为35±5μm，离焦量为-(200±30)μm，开孔直径为200μm。
控制激光光斑以开孔中心为圆心，开孔半径减去光斑半径为半径的圆周上进行扫描，扫描一周，计为一次，重复多次，完成开孔的加工。
步骤二、激光除渣，扫描过程如图3所示。
设置激光器的输出功率、重复频率、脉冲宽度，设置光斑直径、离焦量和扫描速度，控制光斑扫描开孔部位的周围，进行激光除渣，除渣区域范围为距离开孔外缘10～20μm的环形区域。
具体的方法是，控制激光器功率为45～50w，重复频率为150～250khz，脉冲宽度为100±20ns，扫描速度为1000～3000mm/s，光斑直径为30～40μm，离焦量为-(50±5)μm。
控制激光光斑以开孔中心为圆心，以除渣区域的外圆半径减去光斑半径为半径的圆周上进行扫描，扫描一周。
步骤三、重复步骤一和步骤二，依次完成mwt电池的激光开孔及除渣。
参见图4，本发明的mwt电池激光开孔及除渣设备，包括包括激光加工模组1，加工平台模组2和抽尘模组3。
激光加工模组1包括依次设置的用以发射激光的激光器、用以改变激光输出方向并将其引至加工工件表面的反射镜、用以改变光束直径和发散角的扩束镜、用以调整光斑大小、改善光束性能的光阑、用以完成指定扫描路径的振镜和用以将激光进行整理聚焦，实现在整个加工部位形成足够高的功率密度的激光光斑的场镜。
所述加工平台模组2包括加工平台21和设置于其上的负压吸盘2，所述加工平台21和负压吸盘2对应的硅片开孔位置上设置有孔洞23。负压吸盘2，用以将电池片吸附，避免电池片移动，便于定位。
加工平台21和负压吸盘2上设置有与电池片待开孔位置相对应的孔洞23。抽尘模组3包括第一抽尘模组31和第二抽尘模组32。在加工平台21下方设置有第一抽尘模组31，用以在加工时提供负压抽尘，将开孔时向下掉落的残渣抽出。在加工平台21侧上方设置有第二抽尘模组32，用以将开孔和除渣时产生的灰尘和残渣抽出。抽尘模组3的具体形式不做限制，凡是现有技术的抽尘装置均可使用。
以下是具体实施例
实施例1
一种mwt电池激光开孔及除渣方法，包括以下步骤，
步骤一、激光开孔的步骤
激光器采用1064nm激光器，输出功率为45w，重复频率为120khz，脉冲宽度为100ns，扫描速度为1200mm/s，光斑直径为35μm，离焦量为-200μm，打孔直径为200μm，控制光斑在以开孔中心为中心，以开孔半径减去光斑半径为半径的圆周上进行扫描，扫描一周计为一次，重复八次，完成开孔的加工。
步骤二、激光除渣的步骤
激光器输出功率为50w，重复频率为250khz，脉冲宽度为100ns，扫描速度为2000mm/s，光斑直径为30μm，离焦量为-50μm，除渣区域的范围为距离开孔外缘10μm的圆环区域，以除渣区域的外圆半径减去光斑半径为半径的圆周上进行扫描，扫描一周。
步骤三、重复步骤一和步骤二，依次完成mwt电池的激光开孔及除渣。
具体的，在进行激光开孔和激光除渣时，开启负压吸盘2的负压，实现对硅片的吸附，避免电池片移动，便于定位。启动第一抽尘模组31和第二抽尘模组32，将开孔时和除渣时掉落在加工平台模组2上的残渣及激光加工时产生的粉尘和残渣抽出。
实施例2至实施例5和实施例1类似，区别在于工艺参数，实施例1至实施例5的工艺参数见表1。
对比例与实施例1类似，区别在于对比例不进行步骤二的激光除渣，直接依次完成激光开孔的加工。对比例的工艺参数见表1。
表1实施例列表
以下是实施例和对比例的实验和测试结果。
为了检测发明的实验效果，进行了硅片形貌、减薄厚度、硅片形貌、少子寿命和加工碎片率的测试。
实验过程如下：
1、硅片形貌照相。
结果见图5和图6。图5为实施例1的硅片开孔和除渣后的形貌图，图6为对比例的硅片开孔后的形貌图。从6图中可以看出，对比例的硅片未经除渣，开孔周围可见很多斑点状熔渣，从图5中可以看出，实施例1经过除渣的硅片开孔周围未见斑点状熔渣。两图对比可以看出同样的激光开孔工艺下，进行激光除渣后，开孔周围的熔渣数量比未进行除渣的明显减少，说明本发明的方法能够有效除去开孔周围的熔渣。
2、减薄厚度、硅片形貌、少子寿命和加工碎片率的实验。
实验对象包括实施例1至实施例5得到的激光开孔并激光除渣后的硅片，对比例的激光开孔但未进行激光除渣的硅片，以及空白样，空白样为未经激光开孔和激光除渣的硅片。
实验方法：首先进行清洗制绒。
清洗方法包括两种，第一种清洗方法针对所有实验对象。
清洗方法为，在80℃，浓度为15％的氢氧化钠溶液中清洗1min，然后，室温下在浓度为15％的盐酸溶液中清洗10min，最后，在室温下在10％的氢氟酸中清洗1min。将实施例1至实施例5分别进行上述实验，计为实验例1至实验例5，将对比例和实验例分别进行上述实验，计为实验例6和实验例7。
实施例1至实施例5分别对应实验例1至实验例5，对比例1对应实验例6，空白样对应
实验例7。
第二种，清洗方法针对对比例。
清洗方法为，在80℃，浓度为20％的氢氧化钠溶液中清洗1min，然后，室温下在浓度为15％的盐酸溶液中清洗10min，最后，在室温下在10％的氢氟酸中清洗2min。
将对比例硅片进行上述清洗，计为实验例8。
按照上述实验后，对实验例进行以下的测试。
(1)减薄厚度测试。
减薄厚度测试采用接触式或者非接触式测厚仪进行测试，本发明采用接触式测厚仪进行测试，取点范围包括一号位和二号位，所述的一号位为开孔周围10～20μm的环形区域，二号位是除去开孔位及一号位的位置，一号位和二号位的相对偏差见表2。测试样本量为1000片，每片分别随机取点数量为3个。
(2)少子寿命测试。
少子寿命的测试方法，通过sintonwct-120少子寿命测试仪进行测试，测试结果见表2，测试时，取点范围包括一号位和二号位，所述的一号位为开孔周围10～20μm的环形范围，二号位是除去开孔位及一号位的位置，一号位和二号位的相对偏差见表2。测试样本量为1000片，每片分别随机取点数量为3个。
(3)碎片率测试。按照现有技术的工艺进行p扩散、去背结及去psg，sinx减反膜蒸镀、丝网印刷(灌孔浆料、正银、背铝)、烧结、清边的工艺，工艺过程保持一致。
针对以上进行碎片率的统计。碎片率为生产10000片产生的碎片测试得到的碎片率，测试结果见表2。
表2实验例测试结果表
由上述实验结果可以看出，采用本发明的方法，对硅片进行激光开孔和除渣后，再按照常规工艺进行mwt电池生产，对于少子寿命的影响很小，激光除渣区域和未进行激光除渣的区域的少子寿命性对偏差为万分之几。而且，采用本发明的方法，对硅片进激光开孔和除渣后，能够减少加工过程中的碎片率。