[发明专利]利用激光制作垂直多结太阳能电池片的方法

权利要求书

1.一种利用激光制作垂直多结太阳能电池片的方法，其特征在于该方法采用的激光（10）具有介于100皮秒和100飞秒之间的脉冲宽度，介于1kHz与500kHz之间的脉冲重复率R，介于500-1100nm的波长；该方法采用的加工装置包括定位精度高于5μm的三维移动平台（3），控制三维平台升降和平面直线运动的计算机；安装在所述的三维移动平台（3）上的真空室（2）；装在该真空室（2）顶部的透明窗口（5）；装在真空室（2）上的进气口（6）和出气口（8）；磷烷（PH₃）和二硼烷（B₂H₆）气体接至进气口（6）并由进气阀门（7）控制；出气口（8）接至真空泵，由出气阀门（9）控制；入射激光（10）通过物镜（4）聚焦后经所述的透明窗口（5）入射到真空室（2）内，该方法包括以下步骤：

①将待加工的半导体材料（1）放置在真空室（2）中央(平台坐标系的原点)，旋转待加工的半导体材料（1）使三维移动平台的X方向和Y方向平行于半导体材料的定向边（晶圆）或直角边（矩形半导体材料）；固定半导体材料，在半导体材料上选取位于平台坐标系第一象限且距离原点最远的点作为第一次掺杂起点；

②关闭真空室的进气阀门（7），打开出气阀门（9），将真空室（2）抽真空至1mbar以下后关闭出气阀门（9），打开进气阀门（7），将磷烷（PH₃）气体通过进气口（6）充入真空室中，充气气压维持在0.1～1bar；

③调整所述的三维移动平台（3），使所述的半导体材料（1）的第一次掺杂起点移动到物镜（4）的焦点，通过物镜（4）导入激光（10），调整物镜（4）后的聚焦激光的光斑直径D为1～25μm，调节激光能量E，使其满足E_m<E<E_a，其中E_m和E_a分别为材料的熔融和烧蚀的能量阈值；

④计算机驱动所述的三维移动平台（3）沿X正方向移动，使聚焦激光沿X负方向匀速运动扫描半导体材料，杂质元素在激光扫描过程中被掺入激光扫过的区域，形成掺杂条纹，条纹宽度为W，当所述的激光焦点移动到半导体材料（1）的另一端时，计算机驱动所述的三维移动平台（3）沿Y正方向平移距离W+2W_i；然后计算机再驱动所述的三维移动平台（3）沿X负方向匀速运动进行激光扫描，完成2条掺杂条纹；

⑤重复步骤④，制作出2-1000条掺杂条纹；

⑥打开出气阀门（9），将真空室（2）抽真空至1mbar以下后关闭出气阀门（9），打开进气阀门（7）将二硼烷（B₂H₆）气体通过进气口（6）充入真空室（2）中，充气气压维持在0.1-1bar；

⑦将和所述的第一次掺杂起点在Y方向上距离W+Wi点作为第二次掺杂的起始点，计算机驱动所述的三维移动平台（3）使物镜（4）的焦点移至第二次掺杂的起始点，重复步骤④⑤，在已经形成的掺杂条纹的间隙制作另一组掺杂条纹，两组条纹的中间未掺杂区域为i型层掺杂条纹（14），W_i即为其宽度；

⑧打开出气阀门，抽去二硼烷（B₂H₆）气体，翻转掺杂后的半导体材料使其背面朝上并固定，向进气口充入惰性气体作为保护气体，调节激光能量E使其大于烧蚀阈值E_a，沿掺杂条纹移动激光使激光在每一条掺杂条纹的背面刻蚀出电极槽（17），从而完成多结太阳能电池片的制作。

2.根据权利要求1所述的利用激光制作垂直多结太阳能电池片的方法，其特征在于所述的i型层掺杂条纹（14）的宽度小于载流子的扩散长度时，形成的是p-n多结结构，否则是p-i-n多结结构。

3.根据权利要求1所述的利用激光制作垂直多结太阳能电池片的方法，其特征在于所述的平台的移动速度v、脉冲重复率R和光斑直径D应满足v<RD。

4.根据权利要求1所述的利用激光制作垂直多结太阳能电池片的方法，其特征在于背电极的深度足以接触掺杂区域。