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晶硅（c-Si）太陽能電池在與各種太陽能電池技術(shù)競爭中一直處于領(lǐng)先地位。其原因包括穩(wěn)定的硅供應(yīng)、發(fā)達(dá)的制造工藝以及可以實(shí)現(xiàn)的越來越高的轉(zhuǎn)換效率。在本文中，我們報(bào)告了一種較簡單的基于激光刻蝕機(jī)的射極鈍化背電池或接觸（PERC）技術(shù)的制造工藝，該技術(shù)已被證明具有比傳統(tǒng)電池高一個(gè)百分點(diǎn)或更高的絕對(duì)電池效率。

 在傳統(tǒng)的太陽能電池中，存在一個(gè)鋁金屬化層，實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)電池背部區(qū)域的接觸。PERC技術(shù)涉及在電池后側(cè)形成一個(gè)帶開口的介電鈍化層，以允許與金屬化層的電接觸。由于下列原因，PERC電池比傳統(tǒng)電池的效率更高。

1. 鈍化層顯著減少了電池背面的電子復(fù)合，否則電子將受到鋁金屬化層的強(qiáng)烈吸引。因此，更多電子到達(dá)前表面發(fā)射器，且電流密度增加。

2. 鈍化層增強(qiáng)了電池捕獲光的能力，特別是較長波長的光，它會(huì)在電池內(nèi)將到達(dá)后部的任何光反射回去，形成第二條通道，而不會(huì)被吸收并產(chǎn)生電子。這樣，電池的吸收長度有效地加倍，電流密度進(jìn)一步提高。

3. 鈍化層通過將沒有被硅吸收的紅外光（> 1,180納米）反射出電池，減少背面金屬化層的熱量，否則這些光將被鋁吸收。在較低溫度下運(yùn)行時(shí)，電池效率更高。

圖1顯示了制造PERC太陽能電池的關(guān)鍵步驟。首先，電池背面涂覆特殊的介電層，通常為SiO2、Al2O3、SiNx或其組合。涂覆的介電涂層是連續(xù)的，因此需要在用于歐姆接觸的后續(xù)工藝步驟中形成開口。最佳方式是使用激光刻蝕機(jī)燒蝕介電膜，并以預(yù)期圖案（通常為窄線條）露出下面的硅。然后在介電層上涂覆鋁金屬化層。將鋁漿絲網(wǎng)印刷到該表面上，隨后的熱退火工藝使鋁與激光暴露的硅合金化，以形成良好的歐姆接觸。

雖然PERC劃線的幾何形狀有所不同，但一塊6英寸電池通常會(huì)有75至300條激光劃線，長度約為155毫米，寬度為30-80微米，均勻間隔0.5-2毫米。對(duì)于1毫米線間隔的情況，單個(gè)硅片上PERC劃線的總長約為25米。工業(yè)要求的目標(biāo)加工速率可高達(dá)3,600 WPH（每小時(shí)硅片數(shù)），相當(dāng)于所要求的劃線速度25米/秒。快速2軸振鏡掃描儀以及旋轉(zhuǎn)多邊形掃描儀可以達(dá)到這樣的速度。

工業(yè)PERC加工還需要能夠跟上如此高掃描速度的激光刻蝕設(shè)備。為此，我們測試了采用可編程脈沖技術(shù)高功率混合光纖激光器。該激光器具有高功率和高脈沖重復(fù)頻率（PRF）以及短于5納秒的脈沖寬度。對(duì)于薄膜移除，與較長的脈沖寬度相比，較短脈沖持續(xù)時(shí)間具有更高的能量效率。可在最高工作頻率下產(chǎn)生最短脈沖持續(xù)時(shí)間，非常適合PERC加工。短脈沖加工的其他好處包括縮短加熱以及降低對(duì)下面硅晶格造成熱損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)用脈沖激光源對(duì)材料劃線時(shí)，一個(gè)重要的工藝參數(shù)是點(diǎn)重疊率Op。該參數(shù)通常以百分比表示，指后續(xù)脈沖像先前脈沖那樣照射相同材料的相對(duì)量。對(duì)于刻蝕直徑Dabl、掃描速度Vs和激光脈沖重復(fù)頻率PRF，重疊率Op計(jì)算為：

為了在介質(zhì)開口處形成足夠均勻的邊緣，通常選擇約25％的重疊值。利用這個(gè)值以及已知的Vs（25米/秒）和Dabl（名義值為45微米），上述方程式可以重新排列，以計(jì)算PERC加工的最低PRF要求，其結(jié)果為約850 kHz。

在如此高的PRF下，很少激光器能夠產(chǎn)生高能量脈沖，在高脈沖頻率下提供的高能量如圖2所示。圖3顯示了在重疊條件略高情況下生成的PERC劃線，劃線速度25米/秒，PRF 1 MHz。

圖3顯示薄膜移除干凈，沒有對(duì)硅造成明顯損傷，如劃線區(qū)域保持的精細(xì)紋理所示。

在隨后的測試中，我們發(fā)現(xiàn)激光器在最大1.7 MHz PRF下可提供足夠的脈沖能量，這大約是最低要求（850 kHz）的2倍。因此，單個(gè)激光束可在約50米/秒的劃線速度下達(dá)到每個(gè)硅片通量0.5秒。

通過分束還可以進(jìn)一步提高通量。當(dāng)激光刻蝕機(jī)以850 kHz PRF操作時(shí)，相當(dāng)于每秒1個(gè)硅片（WPS）的通量，實(shí)際可用能量約為需求量的3倍。因此，3光束分割可以有效地將通量增加到3 WPS。無論最終系統(tǒng)配置如何，激光器平臺(tái)及其獨(dú)特的脈沖裁剪技術(shù)都能提供滿足工業(yè)PERC太陽能電池制造需求的功率、速度和靈活性。

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