[发明专利]一种在硅片上激光一次性二维阵列穿孔方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于一种集光、机、电于一体的装置，用于在硅片上激光聚焦穿孔，形成二维阵列，实现金属电极绕通，减少太阳能电池表面主栅极遮光面积，提高太阳能电池效率。

背景技术

太阳能作为最清洁的能源，其利用成为当前和未来的重要的研究课题。目前基于硅片的太阳能电池，其正表面有主栅极和细栅极，用于收集电荷提供电能，但是这些主栅极和细栅极一方面减少了太阳能电池有效的光照面积，同时促进了少子在正表面上的复合，从而降低了太阳能电池的效率。提高太阳能电池的转换效率是太阳能企业降低成本的重要手段。基于金属穿孔卷绕（Metal Wrap Through，MWT）技术，将太阳能电池的正表面主栅极通过发射极接触电极引向太阳能电池的背面，从而减小了正面汇流条的遮光面积，来提高太阳能电池的光电转换效率。专利（申请号201110096515.2，授权号CN102208486B）提出了8个主要加工步骤，其中第4步提出了“利用激光在晶体硅基体上制作导电通孔”，一个硅片需要36个通孔，通孔直径为0.100mm；专利（申请号201310008854.x，公开号CN103035771A）提出了10个主要加工步骤，其中第5条指出了“选择用紫外激光器，在完成SiNx沉积后的硅片表面打通孔”，选用波长为355nm的紫外光激光器，通孔直径0.120～0.200mm。这些专利没有指出如何实现太阳能电池硅表面激光穿阵列孔的具体方案。

发明内容

本发明解决了硅片上快速穿二维阵列孔的问题，采用激光一次性地完成穿孔，在硅片上快速完成二维阵列穿孔，为MWT技术用于太阳能电池制造工艺中激光穿孔工序提供有效的方法与装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

技术构思：（a）采用高功率激光器利用光纤分束，光纤按二维阵列分布在光纤模板上，光纤末端放置聚焦透镜，焦点位于硅片相应的穿孔位置；（b）在光纤模板与硅片座之间旋转一挡板，用于硅片穿孔前后挡光；（c）硅片由吸盘放置到卡槽中，并通过步进电机向右移动至光纤模板的正下方，同时触发档板旋转90度，让激光束直接照射硅片，这时在第二个卡槽中由第一个吸盘再放置第二片硅片；（d）待曝光完成后，硅片穿孔结束，档板转回，步进电机驱动穿好孔的硅片向右移出，正好第二片硅片进入光纤模板的正下方，实施档板转动90度，激光束直接照射硅片，第二个吸盘将穿好孔的硅片吸走，同时第二硅片左边卡槽中由第一个吸盘再放置第三片硅片。依次循环。

本发明的一种在硅片上激光一次性二维阵列穿孔装置；包括激光-光纤模板系统、档板控制系统、硅片传递系统和控制器；

其中激光-光纤模板系统包括光源激光器、光纤和光纤阵列模板；光纤由纤芯和包层组成，在光纤末端包层上套有金属护套，在光纤末端纤芯的正前方设置一个双面凸的凸透镜，光纤末端竖直向下；

其中档板控制系统由步进电机二、档板、档板转轴和档板转轴套管组成；步进电机二驱动着档板转轴旋转，

其中硅片传递系统由步进电机一、橡胶皮带轮传送装置组成，在橡胶皮带轮上设有放置硅片的硅片底座；

档板设置在光纤阵列模板和硅片传递系统之间；

控制器控制光源激光器、步进电机一和步进电机二的工作。

所述的光纤阵列模板排列m行n列，且m,n大于2，小于20。例如所述光纤阵列模板安置了144路光纤，排列成12行12列，且等间距排列。

进一步地，橡胶皮带轮上设有8个硅片底座，其中每个硅片底座由4个皮带卡槽外卡限制硅片的位置，且确保硅片平放于底座上；每个皮带卡槽是由橡胶制成，其形状为“L”型，每边从下向上的凸起，越高越薄。所述8个硅片底座，等间距排列，正好分布在整个橡胶皮带轮上。

一种使用上述装置在硅片上激光一次性二维阵列穿孔的方法，是：在开机后，控制器驱动光源激光器打开电源；控制器驱动步进电机一通过橡胶皮带轮将硅片移动到光纤阵列模板正下方的曝光工位位置；控制器驱动步进电机二打开挡板，实现硅片曝光穿孔；当穿孔结束后，控制器驱动步进电机二关闭挡板，驱动步进电机一通过橡胶皮带轮将硅片从曝光工位移走，同时将下一个硅片移至曝光工位；然后控制器驱动步进电机二打开挡板，让位于曝光工位的硅片接受激光照射穿孔。

本发明应用于硅基太阳能电池工艺，在硅基太阳能电池工艺中增加激光穿孔步骤，实现金属电极绕通，将太阳能电池正面主栅极移至背面，增大电池正面的太阳照射面积，提高太阳能电池效率1%以上。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是系统装置图。

图2是光纤阵列模板。