用于制造太阳能电池的具有多激光脉冲的激光系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了一种用于从正在制造的太阳能电池(105)移除材料的具有多激光脉冲的激光系统(100)。所述激光系统(100)包括单脉冲激光源(102)和多脉冲发生器(106)。所述多脉冲发生器(106)从所述单脉冲激光源(102)接收单脉冲激光束(103)并且将所述单脉冲激光束(103)转化成多脉冲激光束(107)。激光扫描仪(104)将所述多脉冲激光束(107)扫描到所述太阳能电池(105)上以从所述太阳能电池(105)移除材料。
【专利说明】用于制造太阳能电池的具有多激光脉冲的激光系统
【技术领域】
[0001] 本文所述主题的实施例总体上涉及太阳能电池制造。更具体地讲，所述主题的实 施例涉及用于制造太阳能电池的设备和工艺。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池是为人们所熟知的用于将太阳辐射转换成电能的装置。它们可以在半 导体晶片上利用半导体加工技术制成。太阳能电池包括P型和N型扩散区。冲击在太阳能 电池上的太阳辐射产生迁移至扩散区的电子和空穴，从而在扩散区之间形成电压差。在背 接触太阳能电池中，扩散区和与它们相连的金属接触指均位于太阳能电池的背面上。接触 指允许将外部电路连接到太阳能电池上并由太阳能电池供电。
[0003] 太阳能电池的接触指通过暴露扩散区的接触孔而形成。本发明的实施例提供了一 种可配置的激光系统，所述激光系统产生多脉冲激光束以移除太阳能电池上的材料，如此 形成穿过材料的接触孔。
【发明内容】
[0004] 在一个实施例中，从正在制造的太阳能电池移除材料的方法包括从单脉冲激光源 击发单脉冲激光束。单脉冲激光束分成第一激光束和第二激光束。第一激光束沿第一光学 路径引导，第二激光束沿第二光学路径引导，第二光学路径长于第一光学路径。第一激光束 和第二激光束重新结合成多脉冲激光束，其包括第一激光脉冲和第二激光脉冲，第一激光 脉冲和第二激光脉冲通过激光脉冲延迟时间分隔。多脉冲激光束冲击到太阳能电池的材料 上以移除材料的一部分。
[0005] 在一个实施例中，从正在制造的太阳能电池移除材料的激光系统包括：单脉冲激 光源，所述单脉冲激光源被配置成产生单脉冲激光束；多脉冲发生器，其在所述单脉冲激光 源的外壳之外，所述多脉冲发生器被配置成将来自单脉冲激光源的单脉冲激光束转化成多 脉冲激光束；激光扫描仪，所述激光扫描仪被配置成在整个太阳能电池基板上扫描所述多 脉冲激光束；以及支撑台，所述支撑台用于支撑所述太阳能电池基板。
[0006] 在一个实施例中，从正在制造的太阳能电池移除材料的方法包括从单脉冲激光源 击发单脉冲激光束，所述单脉冲激光束包括在一脉冲重复率下击发的单激光脉冲。该单脉 冲激光束被转化成多脉冲激光束，所述多脉冲激光束包括在一定串重复率下的多串激光脉 冲，激光脉冲的每个突发包括多个激光脉冲。多脉冲激光束扫描到太阳能电池上。多脉冲 激光束冲击到太阳能电池的材料上以移除材料的一部分。
[0007] 本领域的技术人员在阅读包括附图和权利要求书的本公开全文之后，本发明的这 些和其他特征对于他们而言将是显而易见的。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 当结合以下附图考虑时，通过参见【具体实施方式】和权利要求书可以更完全地理解 所述主题，其中在所有附图中，类似的附图标记是指类似的元件。附图未按比例绘制。
[0009] 图1是示出了根据本发明的实施例从正在制造的太阳能电池移除材料的太阳能 电池激光系统的示意图。
[0010] 图2-4示出了根据本发明的实施例使用图1的激光系统制成的太阳能电池的剖面 图。
[0011] 图5是根据本发明的实施例的多脉冲发生器的示意图。
[0012] 图6示出了单脉冲激光束的示意图。
[0013] 图7示出了图6的单脉冲激光束中的激光脉冲的示意图。
[0014] 图8示出了根据本发明的实施例的多脉冲激光束的激光脉冲的示意图。
[0015] 图9示出了根据本发明实施例的图8的多脉冲激光束。
[0016] 图10示出了根据本发明另一个实施例的多脉冲激光束。
[0017] 图11是根据本发明的另一实施例的多脉冲发生器的示意图。
[0018] 图12是根据本发明的实施例的具有功率计的图11的多脉冲发生器的示意图。
【具体实施方式】
[0019] 在本发明中，提供了许多具体细节，例如设备、组件和方法的例子，从而获得对本 发明实施例的全面理解。然而，本领域的技术人员将会认识到，本发明可在没有所述具体细 节中的一者或多者的情况下实施。在其他情况下，未示出或描述为人们所熟知的细节，以避 免使本发明的方面模糊不清。
[0020] 图1是示出了根据本发明的实施例从正在制造的太阳能电池移除材料的太阳能 电池激光系统100的示意图。在图1的例子中，激光系统100包括单脉冲激光源102、多脉 冲发生器106、激光扫描仪104和支撑台108。激光源102可以是可商购的单脉冲激光源。 激光源102是单脉冲激光源，因为其不能在突发模式下击发多重激光脉冲，S卩，在突发重复 率下相对靠近彼此而击发的多重激光脉冲。激光源102产生在每个脉冲重复率下具有单激 光脉冲的高度线性偏振（例如，〉偏振光与非偏振光的比率为100 :1)的单脉冲激光束103。
[0021] 一些太阳能电池具有多个层，穿过所述层而形成接触孔。穿过这些层的接触孔优 选使用多脉冲激光源形成。顾名思义，多脉冲激光源能够在一定突发重复率下击发激光脉 冲的突发。每个突发包括两个或更多个激光脉冲。与突发重复周期相比，每个突发中的脉冲 具有非常短的时间距离。遗憾的是，多脉冲激光源通常更昂贵并且与其单脉冲对应物相比 具有更少的可用性。多脉冲发生器106通过将来自单脉冲激光源102的单脉冲激光束103 转化成多脉冲激光束107而解决了这个问题。仅出于举例说明的目的，多脉冲激光束107 被示出为每次突发具有两个激光脉冲。多脉冲发生器106可适于将单脉冲激光束103转化 成每次突发具有大于两个激光脉冲的多脉冲激光束107。
[0022] 在一个实施例中，多脉冲发生器106在激光源102的外壳之外。这有利地允许多 脉冲发生器106在不受激光源102的架构的限制下被构造。此外，使多脉冲发生器106在 激光源102之外并且与之分离允许多脉冲发生器106易于配置以定制多脉冲激光束107,从 而满足特定太阳能电池制造工艺的需要。
[0023] 激光扫描仪104可包括振镜激光扫描仪，诸如可商购自德国的扫描实验室 (ScanLab of Germany)和剑桥技术（Cambridge Technologies)的那些。支撑台 108 支撑 制造的太阳能电池105。支撑台108可包括基座、承载器或其他基板支撑件。
[0024] 在操作中，激光源102将单脉冲激光束103击发到多脉冲发生器106上。多脉冲 发生器106将单脉冲激光束103转化成多脉冲激光束107以便由激光扫描仪104扫描。激 光扫描仪104扫描多脉冲激光束107以冲击到制造的太阳能电池105上，从而将材料从太 阳能电池105移除，如此形成接触孔。激光束107的激光脉冲可通过激光烧蚀或激光退火 而穿过太阳能电池105上的材料形成接触孔。
[0025] 图2示出了根据本发明实施例制造的太阳能电池105的剖视图。在图2的例子中， 太阳能电池105包括含有N型硅片的太阳能电池基板201。介电膜叠堆210形成在层202 上。膜叠堆210包括多个材料层，在图2的例子中，这些层包括膜211、膜212和膜213。如 图2所示，膜211可以在膜212上形成，膜212又在膜213上形成。在一个实施例中，膜211 包括氮化娃层，膜212包括非晶娃层，并且膜213包含二氧化娃。
[0026] 在一个实施例中，层202包含多晶硅。P型扩散区203和N型扩散区204在层202 中形成。太阳能电池中有若干个扩散区，但为了清楚地说明，在图2中每种导电型只示出了 一个。太阳能电池105为背接触太阳能电池的例子，因为扩散区203和204,包括与它们电 连接的金属触点221 (参见图4)在太阳能电池背面的基板201背面上形成。太阳能电池 105的正面与背面相对，它在正常工作时面向太阳以收集太阳辐射。在图2的例子中，基板 201的正面表面通过无规棱锥230纹理化。包含氮化硅的抗反射层231在正面的纹理化表 面上形成。
[0027] 激光系统100可用于形成穿过介电膜叠堆210的接触孔220以暴露扩散区203和 204,如图3所示。例如，在多脉冲激光束107的激光脉冲突发中的第一激光脉冲可移除膜 211和212的一部分，在相同的激光脉冲突发中的第二激光脉冲可移除膜213的一部分以形 成穿过它们的接触孔220。如图4所示，金属触点221形成在接触孔220中以电连接扩散区 203 和 204。
[0028] 图5是根据本发明的实施例的多脉冲发生器106的示意图。在图5的例子中，多脉 冲发生器106包括多个半波片511 (即，511-U511-2和511-3)、多个偏振分束器512 (即， 512-1和512-2)以及多个转向镜513 (即，513-1和513-2)。刚描述的多脉冲发生器106的 部件可为可商购的光学部件。例如，偏振分束器512可包括可商购的偏振分束器立方体。
[0029] 多脉冲发生器106从单脉冲激光源102接收高度线性偏振的单脉冲激光束103。单 脉冲激光束103是1?度线性偏振的，因为其线性偏振分量与非偏振分量的比率大于100:1。
[0030] 图6示出了单脉冲激光束103的示意图。激光束103包括在等于Ι/tO的脉冲重 复率下由激光源102击发的激光脉冲601。即，激光源102每t0秒（例如，5微秒）击发一 单激光脉冲601。激光源102的脉冲重复周期通常是不改变的或与在多脉冲激光束的激光 脉冲突发中的激光脉冲之间的时间距离相比至少相对较长。图7示出了激光脉冲601的示 意图。激光脉冲601具有峰值强度IO和脉冲宽度WO (例如，IOps或小于15ps)。
[0031] 半波片511将入射激光束的偏振旋转半个波长。半波片511可安装在旋转台上以 允许半波片511的晶体光轴旋转，从而调节偏振的角度。这使得控制了由下游偏振分束器 512反射和透射（即，被允许平行于入射激光束穿过）的光的量。
[0032] 在图5的例子中，偏振分束器512-1将激光束103分成激光束121和激光束122。 激光束121可包括分束器512-1反射的激光束103的第一偏振分量（例如，S-偏振分量）， 而激光束122可包括分束器512-1透射的激光束103的第二偏振分量（例如，P-偏振分 量），其中第一偏振分量与第二偏振分量正交。实际上，分束器512-1沿具有距尚L1、L2、和 L3的延伸的光学路径引导激光束121，并沿具有距离L2的正常光学路径传输激光束122。 被反射与透射的激光束103的量的比例可通过旋转半波片511-1调节。具体地讲，旋转半 波片511-1的晶体光轴允许调节沿延伸的光学路径由分束器512-1反射的激光束121相对 于沿正常的光学路径由分束器512-1透射的激光束122的量和强度。
[0033] 分束器512-1将激光束121引导至转向镜513-1，转向镜513-1又将激光束121反 射至转向镜513-2,穿过半波片511-3,并到达分束器512-2上。可旋转半波片511-3的晶 体光轴以确保激光束121具有恰当的偏振以获得进入分束器512-2的最佳通过量。因此， 半波片511-3允许微调使得从延伸的光学路径进入的激光束121大部分由分束器512-2反 射，以与从正常光学路径进入分束器512-2的激光束122重新结合。
[0034] 激光束122径直穿过分束器512-1、穿过半波片511-2并且传播到分束器512-2 上。与分束器511-1类似，分束器512-2被配置成传输入射激光束的第一偏振分量并且反 射入射激光束的第二偏振分量，其中第一偏振分量与第二偏振分量正交。在图5的例子中， 分束器512-2被配置成反射从延伸的光学路径进入的激光束121并且透射从正常的光学路 径进入的激光束122。实际上，分束器512-2将激光束121和122重新结合成多脉冲激光束 107,其沿分束器512-2向前的扫描光学路径引导。可旋转半波片511-2的晶体光轴以确保 激光束122具有恰当的偏振以获得穿过分束器512-2的最佳通过量。因此，半波片511-2 允许微调使得从正常光学路径进入的激光束122大部分由分束器512-2透射。在无需微调 的系统中可省去半波片511-2和511-3。
[0035] 激光束121和122中的每一个包括激光脉冲。在图5的例子中，激光束121沿具 有从分束器512-1至转向镜513-1的距离L1、从转向镜513-1至转向镜513-2的距离L2 以及从转向镜513-2至分束器512-2的距离L3的延伸的光学路径传输。相比之下，激光束 122沿具有从分束器512-1至分束器512-2的距离L2的正常光学路径传输。因为激光束 121沿较长的光学路径传输，所以激光束121的激光脉冲相对于激光束122的激光脉冲而延 迟。因此，重新将激光束121和122结合在一起导致形成包括两个激光脉冲的多脉冲激光 束107,所述两个激光脉冲由式1限定的激光脉冲延迟At延迟。
[0036] Δ? = Ad 3'3λ，Λ (式 I) m
[0037] 其中，
[0038] Ad=延伸的光学路径的距离与正常的光学路径的距离之间的差值，并且
[0039] 3. 3ns/m =光速。
[0040] 在图5的例子中，
[0041] Ad = L1+L3 (式 2)
[0042] 因此,式1可改写为 -λ ，
[0043] At = (LI +13)^^ (式 3) m
[0044] 其中，
[0045] Ll =分束器512-1和转向镜513-1之间的距离；
[0046] L2 =转向镜513-2和分束器512-2之间的距离；并且
[0047] 3. 3ns/m =光速。
[0048] 一般来讲，激光脉冲之间的时间间隔，即，激光脉冲延迟At由第二（或第三，等） 脉冲行进的距离与第一脉冲行进的距离之间的差值决定，其中第一脉冲为沿正常的光学路 径传播的激光束的，而第二脉冲和后续脉冲为沿延伸的光学路径传输的激光束的，所述延 伸的光学路径长于正常的光学路径。对于每米的距离差值，第二脉冲或后续脉冲相对于第 一脉冲延迟3. 33ns。
[0049] 表1示出了使用式1的计算实例，示出不同激光脉冲延迟At和对应的光学路径 距离差值Ad。
[0050] 表 1
[0051]
【权利要求】
1. 一种从正在制造的太阳能电池移除材料的方法，所述方法包括： 从单脉冲激光源发射单脉冲激光束； 将所述单脉冲激光束分成第一激光束和第二激光束； 沿第一光学路径引导所述第一激光束； 沿第二光学路径引导所述第二激光束，所述第二光学路径长于所述第一光学路径； 将所述第一激光束和所述第二激光束重新结合成多脉冲激光束，所述多脉冲激光束包 括第一激光脉冲和第二激光脉冲，所述第一激光脉冲和所述第二激光脉冲由激光脉冲延迟 时间分隔；以及 将所述多脉冲激光束冲击到太阳能电池的材料上以移除所述材料的一部分。
2. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 引导所述单脉冲激光束穿过第一波片；以及 在引导所述单脉冲激光束穿过所述第一波片之后，使用第一分束器将所述单脉冲激光 束分离成所述第一激光束和所述第二激光束。
3. 根据权利要求2所述的方法，还包括： 将来自所述第一分束器的所述第二激光束反射到所述第二光学路径上的第一转向镜 上。
4. 根据权利要求3所述的方法，还包括： 通过所述第一转向镜将所述第二激光束反射到所述第二光学路径上的第二转向镜；以 及 通过所述第二转向镜引导所述第二激光束穿过第二波片并且将其引导到第二分束器 上。
5. 根据权利要求4所述的方法，还包括： 通过所述第一分束器透射所述第一激光束，穿过第二波片，并且传输到所述第二分束 器上。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述第二分束器将所述第一激光束和所述第二激 光束重新结合成所述多脉冲激光束。
7. 根据权利要求2所述的方法，还包括： 旋转所述第一波片以调节所述第二激光束的强度。
8. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 相对于所述第一光学路径的距离调节所述第二光学路径的距离以调节所述第一激光 脉冲和所述第二激光脉冲之间的激光脉冲延迟时间。
9. 一种用于从正在制造的太阳能电池移除材料的激光系统，所述激光系统包括： 单脉冲激光源，所述单脉冲激光源被配置成产生单脉冲激光束； 多脉冲发生器，其在所述单脉冲激光源的外壳之外，所述多脉冲发生器被配置成将所 述单脉冲激光束转化成多脉冲激光束； 激光扫描仪，所述激光扫描仪被配置成在整个太阳能电池基板上扫描所述多脉冲激光 束；以及 支撑台，所述支撑台用于支撑所述太阳能电池基板。
10. 根据权利要求9所述的激光系统，其中所述多脉冲发生器还包括： 与所述单脉冲激光束相对应的第一半波片；以及 从所述第一半波片接收所述单脉冲激光束的第一偏振分束器，所述第一偏振分束器被 配置成将所述单脉冲激光束分离成引导到第一光学路径上的第一激光束和引导到第二光 学路径上的第二激光束。
11. 根据权利要求10所述的激光系统，其中所述多脉冲发生器还包括滑架组件，所述 滑架组件被配置成调节所述第二光学路径的距离。
12. 根据权利要求10所述的激光系统，其中所述多脉冲发生器还包括： 第二偏振分束器，所述第二偏振分束器被配置成将所述第一激光束和所述第二激光束 重新结合成所述多脉冲激光束。
13. 根据权利要求12所述的激光系统，其中所述多脉冲发生器还包括： 第二半波片，所述第二半波片被配置成从所述第一偏振分束器接收所述第一激光束， 所述第二半波片与所述第一激光束相对应并且处于所述第一偏振分束器和所述第二偏振 分束器之间。
14. 根据权利要求13所述的激光系统，其中所述多脉冲发生器还包括： 第三半波片，所述第三半波片被配置成接收所述第二激光束并且与所述第二激光束和 所述第二偏振分束器相对应。
15. 根据权利要求14所述的激光系统，还包括： 第一转向镜，所述第一转向镜被配置成将所述第二激光束反射到第二转向镜上；以及 所述第二转向镜。
16. 根据权利要求15所述的激光系统，其中所述第一转向镜和所述第二转向镜可移动 地支撑在轨道上。
17. -种从正在制造的太阳能电池移除材料的方法，所述方法包括： 从单脉冲激光源发射单脉冲激光束，所述单脉冲激光束包括在一脉冲重复率下发射的 单激光脉冲； 将所述单脉冲激光束转化成多脉冲激光束，所述多脉冲激光束包括在一定串重复率下 的多串激光脉冲，每串激光脉冲包括多个激光脉冲； 将所述多脉冲激光束扫描到太阳能电池上；以及 将所述多脉冲激光束冲击到所述太阳能电池的材料上以移除所述材料的一部分。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中将所述单脉冲激光束转化成所述多脉冲激光束 包括： 将所述单脉冲激光束分成第一激光束和第二激光束； 沿第一光学路径引导所述第一激光束； 沿第二光学路径引导所述第二激光束，所述第二光学路径长于所述第一光学路径；以 及 将所述第一激光束和所述第二激光束重新结合成所述多脉冲激光束。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中第一分束器将所述单脉冲激光束分离成所述第 一激光束和所述第二激光束。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中第二分束器将所述第一激光束和所述第二激光 束重新结合成所述多脉冲激光束。
【文档编号】B23K26/402GK104245220SQ201280068705
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年10月16日 优先权日:2012年1月31日
【发明者】约翰·维亚特拉, 加布里埃尔·哈利, 托马斯·帕斯 申请人:太阳能公司