[发明专利]利用激光制作垂直多结太阳能电池片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池片，特别是一种利用激光制作垂直多结太阳能电池片的方法，特别是关于利用激光选择性掺杂在半导体材料中形成具有交错p型层和n型层的p-n结或p-i-n结序列的太阳能电池片。

背景技术

基于p-n结或p-i-n结的传统太阳能电池片的耗尽层平面平行于光照面，接触电极位于电池上下表面，载流子必须流经电池表面薄层才能被电极收集，这一过程引入了薄层电阻，减低了载流子收集效率。采用这种结构的光电池串联电阻会因此增大，这种情况在较强光强下（约大于50个太阳）更为严重，且入射面的接触电极增加了遮光损耗。

Chilton等公开的多结光电二极管探测器是由p-n结序列构成且光照面和耗尽层平面垂直，该专利（USD3617825）旨在提高探测器的信噪比和输出信号强度，且能保证输出电势不受光照面积影响而只是光强的函数。将这种垂直多结设计用于聚光太阳能电池可使电池寿命提高50%。

目前，多结太阳能电池片需要采用刻蚀或化学气相沉积工艺制作，工序繁多，工艺复杂，加工成本高。

激光由于高方向性和高亮度特点，可以方便实现微小尺度加工。激光激发下达到熔融和等离子体态的半导体材料能够超饱和溶解杂质原子从而实现掺杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用激光制作垂直多结太阳能电池片的方法，该方法具有简便的特点，可提高太阳能电池的性价比。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种利用激光制作垂直多结太阳能电池片的方法，其特点在于该方法采用的激光具有介于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，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上的真空室；装在该真空室顶部的透明窗口；装在真空室上的进气口和出气口；磷烷（PH₃）和二硼烷（B₂H₆）气体接至进气口并由进气阀门控制；出气口接至真空泵，由出气阀门控制；入射激光通过物镜聚焦后经所述的透明窗口入射到真空室内，该方法包括以下步骤：

①将待加工的半导体材料放置在真空室中央(平台坐标系的原点)，旋转待加工的半导体材料使三维移动平台的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，打开出气阀门，将真空室抽真空至1mbar以下后关闭出气阀门，打开进气阀门，将磷烷（PH₃）气体通过进气口充入真空室中，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的另一端时，计算机驱动所述的三维移动平台沿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，将真空室抽真空至1mbar以下后关闭出气阀门，打开进气阀门（7）将二硼烷（B₂H₆）气体通过进气口充入真空室中，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+W_i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使物镜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，W_i即为其宽度；