激光技術(shù)使得選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)應(yīng)用于太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能

　　晶體硅組件的市場價格約為1.50~2歐元/Wp（最大輸出功率），薄膜組件的市場價格約為1.50歐元/Wp，光伏市場的產(chǎn)品價格在一年內(nèi)下降了30%～50%。由于許多的國家政府宣布“強(qiáng)制光伏上網(wǎng)電價”將會有很大幅度的下降，且該趨勢將繼續(xù)延續(xù)下去。對于薄膜太陽能電池制造商來說，他們必須在幾年內(nèi)便能投入到產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)中。因此，他們希望能夠找到一些削減基礎(chǔ)成本的空間，比如，卷到卷生產(chǎn)的靈活性太陽能電池是最有希望實現(xiàn)基礎(chǔ)成本削減的。對于滿足這種需要的技術(shù)，ROFIN公司提供了一種新的高速處理以及高度定制化的卷到卷太陽能電池生產(chǎn)系統(tǒng)。

　　晶體硅電池轉(zhuǎn)換效率的提升已成為新的焦點(diǎn)

　　通過控制制造實現(xiàn)晶體硅電池成本下降的空間已經(jīng)非常有限，現(xiàn)有的一些技術(shù)都注重于節(jié)約使用材料（比如使用較薄的硅原料層或在表面上使用較少的銀質(zhì)涂層，減少生產(chǎn)中的浪費(fèi)以及進(jìn)一步擴(kuò)大工廠的可用性），但所有這些削減成本的措施只能提供有限的成本削減空間。

　　因此，制造商將他們的注意力集中到了每Wp產(chǎn)品價格的第二個組成部分：轉(zhuǎn)換效率。可用的技術(shù)范圍十分廣闊，多種高性能的電池所表現(xiàn)出來的效能都大于20％，然而在大規(guī)模太陽能電池生產(chǎn)的過程中通過轉(zhuǎn)換效率的盈利將超過必要的額外投資。

　　光伏設(shè)備制造商以及整線制造商均對他們產(chǎn)品的生產(chǎn)處理流程表示樂觀，并引進(jìn)了額外的生產(chǎn)處理步驟以提高產(chǎn)品效能，新增加的處理步驟系統(tǒng)能夠直接安裝到現(xiàn)有的生產(chǎn)線上。在材料加工過程中使用激光工藝是一種理想的提高產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)手段，相比刻蝕及擴(kuò)散技術(shù)而言，激光加工技術(shù)能夠提供精確地控制。這樣既能夠產(chǎn)生成本效益，且不會損傷原料。作為一種清潔且靈活的技術(shù)，將其結(jié)合到現(xiàn)有的生產(chǎn)線中也是比較簡單的。

　　選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)的再開發(fā)及利用

　　一種最具前途的技術(shù)在光伏行業(yè)存在已久，在上世紀(jì)70年代便已經(jīng)開始研究討論的選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)。選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)能夠保證太陽能電池的效能增加1個百分點(diǎn)（對多晶硅太陽能電池最高能達(dá)到17%，對單晶硅太陽能電池最高能達(dá)到18.5%）。

　　今天，大批量生產(chǎn)的太陽能電池都有一個完全金屬化的背面。一個厚的P層，一個較薄的n硅體層，鈍化和防反射層以及一個表面接觸電路。更詳細(xì)的說，通常在金屬化的接觸區(qū)后的n層進(jìn)行重度摻雜處理，而在接觸電極實現(xiàn)輕度摻雜處理。重度摻雜處理能實現(xiàn)降低接觸電阻以及得到較好的側(cè)向電導(dǎo)率，對必要的再結(jié)合以及紫外光的反應(yīng)來說，輕度摻雜處理很好的實現(xiàn)。因而這種短波長光譜工作的電池并不能將幾乎三倍的光子轉(zhuǎn)換為電能。

　　選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)在大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　采用選擇性發(fā)射極摻雜的應(yīng)用解決方案被認(rèn)為是可行性極佳的。從其他的方面來講這也是一種常識，選擇性摻雜技術(shù)是綜合的大規(guī)模生產(chǎn)的必由之路。為了能夠得到不同水平的摻雜處理效果而進(jìn)行額外增加的摻雜處理，使得生產(chǎn)過程更加復(fù)雜并需要進(jìn)行多個步驟（掩膜、刻蝕和擴(kuò)散等）。另外，還需要相當(dāng)完美地排列重?fù)诫s處理區(qū)域與表面接觸點(diǎn)的位置，這是一項非常精細(xì)的技術(shù)。

　　最近，研發(fā)出了幾種新的處理方法能夠避免以上提到的缺陷。來自德國的系統(tǒng)集成商以及整線供應(yīng)商Roth & Rau.Manz.Schmid公司和Centrotherm公司在這個項目上進(jìn)行了很大的努力。再加上同樣是行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的制造商China Sunergy公司也將選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)應(yīng)用到了大規(guī)模太陽能電池的生產(chǎn)之中。除了背電極刻蝕為形成重?fù)诫s處理的發(fā)射極并使用刻蝕法進(jìn)行了選擇性弱化處理，其他所有關(guān)于選擇性發(fā)射極的處理都是基于激光的方式進(jìn)行。

　　基于激光刻蝕的選擇性摻雜技術(shù)已經(jīng)成熟

　　目前擴(kuò)散掩膜是其中最先進(jìn)的一種方式，通過這項技術(shù)可以形成一個電介質(zhì)掩膜（摸）層。然后進(jìn)行選擇性地在電極區(qū)進(jìn)行激光處理。接下來的擴(kuò)散工藝在散步驟在掩模與非掩模區(qū)域上形成了不同的集中摻雜。

　　直接選擇性激光摻雜技術(shù)

　　直接選擇性激光摻雜技術(shù)對選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)來說也是一種可行的技術(shù)。由于激光能夠精確地控制區(qū)域性的熱量輸入，這就為選擇性激光摻雜技術(shù)的應(yīng)用提供了最有利的先決條件。原來的技術(shù)將激光與液體或氣體等摻雜的源物質(zhì)結(jié)合起來需要高精度的控制技術(shù)。相反新的技術(shù)使用一個“干”處理過程（例如進(jìn)行局部的預(yù)混及沉淀于固態(tài)的摻雜膜層）。

　　最早的使用磷硅酸鹽玻璃層（PSG）的解決方案，在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)推出，在發(fā)射極的頂部使用傳統(tǒng)的摻雜擴(kuò)散技術(shù)，作為下一步處理的摻雜源。由于激光能夠局部地消融硅原料的表面，并能夠使PSG層中的磷擴(kuò)散到發(fā)射極中。然而，仍然要面對調(diào)整厚重的摻雜發(fā)射極區(qū)域與接觸電路的位置的挑戰(zhàn)。其他的方法是在表面接觸層成型之前，在電介質(zhì)層的頂部使用磷摻雜劑，激光則在下方消融硅原料，幫助磷摻雜到消融的硅中并帶走電介質(zhì)層，因此，能在隨后排列的金屬接觸層前暴露出硅原料的表面。

 
圖3、PSG摻雜的樣品照片

　　532nm激光及革新性的光纖傳導(dǎo)

　　太陽能電池的制造推動了激光技術(shù)在光束質(zhì)量、輸出能量和脈沖頻率等方面的發(fā)展。Q開關(guān)和半導(dǎo)體泵浦固態(tài)激光器是實現(xiàn)這些應(yīng)用很好的工具，如果結(jié)合電介質(zhì)薄膜以及倍頻激光能夠得到最好的效果，并實行脈寬以及脈沖能量的調(diào)整對絕大多數(shù)的選擇性刻蝕都是必不可少的。對大多數(shù)的選擇性消融處理來說都是必不可少的。在太陽能大規(guī)模生產(chǎn)中，基于標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)節(jié)拍的要求，基于不同的應(yīng)用激光器輸出功率需要到達(dá)100W。

　　與基頻激光1064的固體激光器比較，波長為532nm的二倍頻激光器能實現(xiàn)在硅材表面實現(xiàn)1微米深的吸收層。而三倍頻激光器接近紫外光的激光器在某種程度上可以實現(xiàn)更好的吸收率，但是適合配套紫外激光器的光學(xué)器件極為少見，選擇性非常小，而且其使用壽命相對有限，目前對于規(guī)模生產(chǎn)尚有瓶頸。

　　當(dāng)前的項目都是基于研究所以及太陽能電池制造商而設(shè)計，Rofin所提供的最新Powerline L 100 SHG提供了532nm的波長，非常適合于選擇性刻蝕處理以及直接摻雜處理應(yīng)用。其最新的光纖傳輸系統(tǒng)，特別為這個波長所設(shè)計，為這個項目的順利實施起到了決定性作用。這項技術(shù)提供了整個激光光斑區(qū)域內(nèi)的激光能量的平均分布，保證了激光刻蝕及擴(kuò)散處理的穩(wěn)定性。

　　結(jié)論

　　對于激光設(shè)備制造商來說，光伏市場是正在興起且需求量極大的一個市場。新的能夠滿足大批量生產(chǎn)要求的高轉(zhuǎn)換效率的電池以及電池優(yōu)化技術(shù)緊緊地把研究機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)線制造商和太陽能電池制造商聯(lián)系了起來。再加上選擇性發(fā)射極結(jié)構(gòu)，這些是已經(jīng)在高效能電池的大批量生產(chǎn)中驗證過的知名電池產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。從LFC到LBC以及被電極電池，激光技術(shù)是對“高效能”理念進(jìn)行嘗試與試驗中的關(guān)鍵技術(shù)。

　　并且使用激光對電介質(zhì)層進(jìn)行選擇性摻雜和選擇性刻蝕處理為提高電池效能新的技術(shù)研究開辟了一片新天地。在許多其他項目中，他們往往只關(guān)注前面板與背部的接觸層的優(yōu)化和設(shè)計。由于選擇性刻蝕使用的激光厚度只有10nm到100nm，因此，對激光的光束質(zhì)量、脈沖頻率穩(wěn)定性以及長期的穩(wěn)定性的要求都相當(dāng)高。這將成為推動適合用于光伏制造的激光器研究發(fā)展的源動力，就像ROFIN公司的PowerLine L系列。