一种硅片的处理方法及装置与流程

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种硅片的处理方法及装置。

背景技术：

光伏技术是一门利用大面积的p-n结二极管将太阳能转化为电能的技术。在制作太阳能电池过程中需要对p型或n型掺杂的基底硅片的其中一面进行与基底掺杂类型相反的电性的掺杂来形成p-n结，同时部分高效电池片还需要对另一面进行与基底掺杂同电性的掺杂来进行钝化和改善金属化接触。无论是使用扩散炉、离子注入机或者apcvd(常压化学气相淀积)等设备进行掺杂，都不可避免的掺杂到硅片的侧面甚至是掺杂面的反面，而形成掺杂区域。如果对掺杂区域不进行处理将会导致电池片正面和背面短路，从而影响到电池片效率。

目前，业界主要采用湿法刻蚀或干法刻蚀对电池片进行刻蚀。其中湿法刻蚀采用化学方法，而干法刻蚀则使用等离子体轰击的物理方法，两种方法均无法避免对电池正面的影响，因此会存在影响电池转换效率的问题，也会给电池正面边缘造成外观不良。此外，这两种方法所使用的设备占地面积大，能耗高，且都存在安全和环保隐患。

近年来，业界也开始出现使用激光来对电池边缘进行刻蚀的方法，尽管所用设备有效改善了设备占地面积、能耗以及安全和环保等不利影响，但是现有方法是通过激光对电池正表面边缘进行烧蚀来切断短路回路(如图9所示)，因此依然存在影响电池转换效率和电池外观的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种硅片的处理方法及装置，用以解决现有技术中通过激光对电池正表面边缘进行烧蚀来切断短路回路，因此依然存在影响电池转换效率和电池外观的问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

第一方面，本发明提供了一种硅片的处理方法，包括以下步骤：

提供硅片，在所述硅片的侧面具有掺杂区域，

将激光发生器发出的激光照射到光学系统上，经过光学系统对激光的路线进行改变而照射到硅片的侧面，通过激光烧蚀硅片侧面的方式去除硅片的侧面的掺杂区域的至少一部分。

可选地，所述激光发生器为脉冲式激光器，激光波长为100～10000nm，脉冲重复频率为0～100mhz，脉冲宽度为10^-15～10^-4s，激光平均功率大于1w。

可选地，所述硅片为制作过程中的硅片或制成太阳能电池片的硅片。

可选地，所述硅片的形状是边长为50mm～200mm的方形或准方形。

第二方面，本发明提供了一种硅片的处理装置，包括工作台、一个或多个用于放置硅片的样品台、光学系统和激光发生器，所述样品台和所述光学系统设置在所述工作台上，所述激光发生器设置在所述工作台的上方。

可选地，所述激光发生器为脉冲式激光器，激光波长为100～10000nm，脉冲重复频率为0～100mhz，脉冲宽度为10^-15～10^-4s，激光平均功率大于1w。

可选地，所述样品台为固定样品台、可移动样品台、可旋转样品台或可移动并可旋转样品台。

可选地，所述工作台上还设有传送机构，所述样品台设置在所述传送机构上，传送机构用于移动样品台以及设于样品台上的样品，从而使激光发生器发出的激光能通过光学系统的作用照射到样品(硅片)的侧面，从而去除样品(硅片)的侧面的掺杂区域的至少一部分。

可选地，所述激光发生器上设有角度可调的振镜。

所述激光发生器通过振镜使激光发生器发出的激光照射到光学系统的不同位置从而照射到硅片侧面的不同位置，通过激光烧蚀硅片侧面的方式去除硅片侧面的掺杂区域。

可选地，所述光学系统为角度不可调的固定光学系统，所述光学系统上设有角度可调的振镜。

所述激光发生器发出的激光照射到光学系统上，所述光学系统通过振镜的角度变化使激光发生器发出的激光照射到硅片侧面的不同位置，通过激光烧蚀硅片侧面的方式去除硅片侧面的掺杂区域。

进一步地，所述激光发生器上设有角度可调的振镜，所述光学系统上也设有角度可调的振镜。

可选地，所述光学系统设置在所述样品台的至少一个侧方。

可选地，所述光学系统为包括透镜、反射镜、棱镜和光阑等中的一种或多种光学元件按照一定组合次序组合成的系统，以实现改变激光光路的目的。

进一步地，所述样品台上还设有样品保护机构，以确保激光不会烧蚀到硅片的正面。

本发明的优点是：

(1)本发明硅片的处理方法通过烧蚀样品侧面的方式去除侧面的扩散区，避免了电池片短路，在不影响电池片光电转换效率的同时保证了电池片正面边缘外观良好；

(2)本发明硅片的处理装置设备体积小、能耗低，安全性高、无环境危害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为实施例1-2中的硅片的处理装置结构示意图；

图2为实施例1中的硅片的处理装置的工作台的俯视图；

图3为实施例2中硅片的处理装置的工作台的俯视图；

图4为实施例3-6中的硅片的处理装置结构示意图；

图5为实施例3中硅片的处理装置的工作台的俯视图；

图6实施例4-6中硅片的处理装置的工作台的俯视图；

图7为实施例7中的硅片的处理装置结构示意图；

图8为实施例1-7中采用本发明方法处理前的电池片的结构示意图；

图9为背景技术中采用常规激光刻边方法处理后的电池片的结构示意图；

图10实施例1-7中采用本发明方法处理后的电池片的结构示意图；

图中的附图标记分别表示：

1为工作台；

2为样品台；

3为光学系统；

4为激光发生器；

7为保护机构；

8为硅片；

81为硅基体；

82为正面发射极；

83为正面钝化膜；

84为正面电极；

85为侧面掺杂区域；

86为背面钝化膜；

87为背面电极；

88为激光烧蚀区域；

89为背面掺杂区域。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

现有方法是通过激光对电池正表面边缘进行烧蚀来切断短路回路，因此依然存在影响电池转换效率和电池外观的问题。

基于以上所述，本发明实施例提供了一种硅片处理方法及装置，该方法利用硅片处理装置中的激光发生器发出激光照射到光学系统上，经过光学系统对光路的改变照射到硅片的侧面，通过烧蚀硅片侧面的方式去除硅片侧面的掺杂区域，在不影响电池片光电转换效率的同时保证了电池片正面边缘外观良好。

关于本发明的光学系统，并没有特别的限制，只要是能够改变激光的光路的光学装置、元件、设备、反射镜、透射镜及其组合均可。也就是说，本发明中的光学系统的作用为改变激光发生器发出的激光。

所述激光发生器发出的激光照射到光学系统上，所述光学系统可以通过振镜的角度变化使激光发生器发出的激光照射到硅片侧面的不同位置，通过激光烧蚀硅片侧面的方式去除硅片侧面的掺杂区域。此处的振镜可以为任意的可实现上述作用的振镜，其中一个振镜的实现方式是，该振镜为激光振镜，其由x-y光学扫描头,电子驱动放大器和光学反射镜片组成。另外，该振镜也可以选择其他实现方式。进一步地，所述激光发生器上可以设有角度可调的振镜，所述光学系统上也设有角度可调的振镜；此时，不仅在激光发生器上，而且在光学系统上均可以对激光的相关性能进行调节，例如调节激光前进方向等。

如图1所示，并结合图2-8和图10，该硅片的处理方法，包括以下步骤：

提供硅片8，在硅片8的侧面具有掺杂区域85，

将激光发生器4发出的激光照射到光学系统3上，经过光学系统3对激光的路线进行改变而照射到硅片8的侧面，通过激光烧蚀硅片8侧面的方式去除硅片8侧面的的掺杂区域85的至少一部分。可选地，激光发生器4为脉冲式激光器，激光波长为100～10000nm，脉冲重复频率为0～100mhz，脉冲宽度为10^-15～10^-4s，激光平均功率大于1w。

可选地，硅片为制作过程中的硅片或制成太阳能电池片的硅片。

可选地，硅片的形状是边长为50mm～200mm的方形或准方形。

优选的，上述硅片处理方法中采用的硅片的处理装置，包括工作台1、一个或多个用于放置硅片8的样品台2、光学系统3和激光发生器4，样品台2和光学系统3设置在工作台1上，激光发生器4设置在工作台1的上方。

可选地，激光发生器4为脉冲式激光器，激光波长为100～10000nm，脉冲重复频率为0～100mhz，脉冲宽度为10^-15～10^-4s，激光平均功率大于1w。

可选地，样品台2为固定样品台、可移动样品台、可旋转样品台或可移动并可旋转样品台；或工作台1上还设有传送机构，样品台2设置在所述传送机构上。

可选地，在激光发生器4上设有角度可调的振镜。

振镜设置在激光发生器4上时，激光发生器4通过振镜使激光发生器4发出的激光照射到光学系统3的不同位置从而照射到硅片8侧面的不同位置，通过激光烧蚀硅片8侧面的方式去除硅片8侧面的掺杂区域85。

可选地，光学系统3为不可调角度的固定光学系统，在光学系统3上也设有角度可调的振镜。

振镜设置在光学系统3上时，激光发生器4发出的激光照射到光学系统3上，光学系统3通过振镜角度变化使激光发生器4发出的激光照射到硅片8侧面的不同位置，通过激光烧蚀硅片8侧面的方式去除硅片8侧面的掺杂区域85。

进一步地，在激光发生器4上和光学系统3上同时设有角度可调的振镜。

可选地，光学系统3设置在样品台2的至少一个侧方。

可选地，光学系统可以为包括透镜、反射镜、棱镜和光阑等中的一种或多种光学元件按照一定组合次序组合成的系统，以实现改变激光光路的目的。

进一步地，样品台2上还设有样品保护机构7，以确保激光不会烧蚀到硅片的正面。

以下面实施例为例，对本发明实施例提供的硅片的处理方法及装置做进一步地说明。

实施例1

如图1所示，该硅片的处理装置处理硅片的方法，包括以下步骤：

选取硅片8，在硅片8的侧面具有掺杂区域85，

将硅片8置于样品台2上，采用激光发生器4发出激光照射到光学系统3上，经过光学系统3对激光发生器4发出的激光的路线进行改变而照射到硅片8的侧面，通过激光烧蚀硅片8侧面，方式去除硅片8侧面的掺杂区域85。

激光发生器4为脉冲式激光器，激光波长为100～10000nm，脉冲重复频率为0～100mhz，脉冲宽度为10^-15～10^-4s，激光平均功率大于1w。

如图2所示，该硅片处理方法中采用的硅片的处理装置，包括工作台1、一个用于放置硅片8的样品台2、光学系统3和激光发生器4，样品台2和光学系统3设置在工作台1上，激光发生器4设置在工作台1的上方。

激光发生器4为脉冲式激光器，激光波长为100～10000nm，脉冲重复频率为0～100mhz，脉冲宽度为10^-15～10^-4s，激光平均功率大于1w。

样品台2为固定样品台。

在激光发生器4上设有角度可调的振镜。

光学系统3设置在样品台2的整个侧方。

光学系统3可以为包括透镜、反射镜、棱镜和光阑等中的一种或多种光学元件按照一定组合次序组合成的系统，以实现改变激光光路的目的。

该处理装置工作时将硅片8放置在样品台2上，激光发生器4发出激光，并通过自带振镜照射到光学系统3的不同位置上，从而照射到硅片8侧面的不同位置。

硅片8处理前的结构如图8所示，包括硅基体81，硅基体81的正面设有正面发射极82，正面钝化膜83，正面电极84，硅基体81的背面和侧面设有背面掺杂区域89和侧面掺杂区域85，背面掺杂区域89上设有背面钝化膜86和背面电极87。

其中硅片8为156mm*156mm的准方型n型电池片。

硅片8处理后的结构如图10所示，在侧面掺杂区域85处形成了激光烧蚀区域88。相比于如图9所示的传统激光刻边设备处理后的电池片，激光烧蚀区域88会影响到电池片正面转换效率以及外观，本发明中的设备处理后的电池片激光烧蚀区域88位于电池片侧面，不会影响电池片正面转换效率以及外观。

实施例2

如图1和图3所示，与实施例1不同的是：

具体地，激光发生器4位于硅片8的正上方。

具体地，光学系统3设置在样品台2的整个侧方。

进一步地，在激光发生器4上设有角度可调振镜，在光学系统3上也设有角度可调振镜，激光发生器4发出的激光通过振镜照射到光学系统3上，光学系统3通过振镜的角度变化使激光发生器4发出的激光照射到硅片8侧面的不同位置，通过激光烧蚀硅片8侧面的方式去除硅片8侧面的掺杂区域85，如图3所示。

经过处理后的成品电池片效果与实施例1类似。

实施例3

如图4-5所示，与实施例1不同的是：

具体地，激光发生器4位于光学系统3的正上方。

具体地，样品台2为可旋转样品台，设置在工作台1上。

具体地，光学系统3设置在样品台2的其中一个侧方。

进一步地，在激光发生器4上设有角度可调的振镜。

装置工作时，将硅片8放置在样品台2上，激光发生器4发出激光，并通过自带振镜照射到光学系统3的不同位置，从而照射到硅片8的其中一个侧面的不同位置。当处理完硅片8的一个侧面的掺杂区域85后，将样品台2旋转90°，激光发生器4重复上述动作，直至硅片8的四个侧面的掺杂区域85都被处理掉，如图5所示。

硅片8为156mm*156mm的方形p型电池片，经过处理后的电池片效果与实施例1类似。

实施例4

如图4和图6所示，与实施例1不同的是：

具体地，激光发生器4位于光学系统3的正上方。

具体地，样品台2为可旋转样品台，设置在工作台1上。

具体地，光学系统3设置在样品台2的其中一个侧方。

进一步地，在光学系统3上设有角度可调的振镜。

装置工作时，将硅片8放置在样品台2上，激光发生器4发出激光照射到光学系统3上，通过振镜的调整照射到硅片8的其中一个侧面的不同区域，当处理完硅片8的一个侧面的掺杂区域85后，将样品台2旋转90°，激光发生器4重复上述动作，直至硅片8的四个侧面的掺杂区域85都被处理掉，如图6所示。

硅片8为156mm*156mm的方形p型电池片，经过处理后的电池片效果与实施例1类似。

实施例5

如图4和图6所示，与实施例1不同的是：

具体地，激光发生器4位于光学系统3的正上方。

具体地，样品台2为可旋转样品台，设置在工作台1上。

具体地，光学系统3设置在样品台2的其中一个侧方，光学系统3是固定在台面上的不可调角度的固定光学系统。

装置工作时，将硅片8放置在样品台2上，激光发生器4发出激光照射到光学系统3上，在激光照射的同时，样品台2携带着硅片8旋转，直至硅片8的四个侧面的掺杂区域85全部被处理。

硅片8为156mm*156mm的准方型n型电池片，经过处理后的电池片效果与实施例1类似。

实施例6

如图4和图6所示，与实施例1不同的是：

具体地，激光发生器4位于光学系统3的正上方。

具体地，样品台2为可移动并可旋转样品台，设置在工作台1上。

具体地，光学系统3设置在样品台2的其中一个侧方，光学系统3是固定在台面上的不可调角度的固定光学系统。

装置工作时，将硅片8放置在样品台2上，激光发生器4发出激光照射到光学系统3上，在激光照射的同时，样品台2携带着硅片8沿着垂直于激光光路的方向移动，随后样品台2携带着硅片8旋转90°，重复上述步骤直至硅片8的四个侧面的掺杂区域85全部被处理。

硅片8为156mm*156mm的准方型n型电池片，经过处理后的电池片效果与实施例1类似。

实施例7

如图7所示，与实施例1不同的是：

具体地，激光发生器4位于光学系统3的正上方。

具体地，样品台2为可移动并可旋转样品台，设置在工作台1上。

具体地，光学系统3设置在样品台2的其中一个侧方，光学系统3是固定在台面上的不可调角度的固定光学系统。

进一步地，样品台2上还设有样品保护机构7，样品保护机构7可以为可移动的盖板，盖板四周有凸起的挡板。

装置工作时，将硅片8放置在样品台2上后，样品保护机构7覆盖到硅片上方，盖板四周凸起的挡板对硅片遮挡住硅片侧面上边缘，激光发生器4发出激光照射到光学系统3上，在激光照射的同时，样品台2携带着硅片8及样品保护机构7沿着垂直于激光光路的方向移动，随后样品台2携带着硅片8及样品保护平台旋转90°，重复上述步骤直至硅片8的四个侧面的掺杂区域85全部被处理。

硅片8为156mm*156mm的准方型n型电池片，经过处理后的电池片效果与实施例1类似。且样品保护机构7的存在可以有效避免台面或光路抖动导致激光照射到硅片正面的风险。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。