太阳能电池以及用于生产太阳能电池的设备和方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池以及用于生产太阳能电池的设备和方法。此外，本发明专利技术还涉及太阳能电池中的材料层。根据本发明专利技术的太阳能电池包括至少一个具有由激光烧蚀产生的表面的层，其中，产生的均匀表面区域包括至少0.2dm2的面积并且已经通过采用超短脉冲激光沉积而形成该层，其中用包括至少一个用于反射所述激光束的镜的旋转光学扫描器来扫描脉冲激光束。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。此外，本专利技术还涉及太阳能电池中的材料层。根据本专利技术的太阳能电池包括至少一个具有由激光烧蚀产生的表面的层，其中，产生的均匀表面区域包括至少0.2dm2的面积并且已经通过采用超短脉冲激光沉积而形成该层，其中用包括至少一个用于反射所述激光束的镜的旋转光学扫描器来扫描脉冲激光束。【专利说明】本申请是申请日为2007年2月23日，申请号为200780006361.5，专利技术名称为“”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术大体上涉及太阳能电池、太阳能电池中的材料层、太阳能电池的生产方法、以及用于生产太阳能电池的制造设备(arrangement)。更具体地，本专利技术涉及独立权利要求的前序部分中所披露的内容。
技术介绍
太阳能电池提供了一种产生能量的生态方法，因此，其处于快速发展阶段。太阳能电池通常由光伏电池制成。光伏电池具有至少一个其中吸收光的光子的半导体层。光的吸收使电子或空穴传送到更高的传导能量水平，并且这种能量能够被用作电流。 为将形成的电流传导出太阳能电池，在半导体层的两侧必须有导电层。位于太阳能电池辐射表面处的导电层必须允许光进入半导体层。通常将太阳能电池分为串联连接或并联连接的多个小电池。在这种情况下，可对多个导电层以及半导体层进行设计以提供所需电路。 太阳能电池的辐射表面进一步被一层或多层所涂敷以为太阳能电池提供抗反射表面并保护太阳能电池不受环境中的机械、化学以及物理应力。这种表面可以是耐辐射玻璃或塑料制品。例如，玻璃层可包括由溅射、纳米热气雾表面技术(nHALO)以及通过ALD技术制成的自净T12涂层。可将最外层的保护层整合在太阳能电池中或可将它们与电层(electrical layer)隔离。 在提交本专利申请时，有两种用于生产太阳能电池的主要技术。在第一种技术中，使用硅或一些其他半导体材料作为衬底，并在衬底上设置另一些层。到目前为止，这种技术是最常用的。然而，硅衬底的生产以及用本制造技术形成另一些层的费用很高。而且，大的太阳能电池的重量变得很大，并且大的太阳能电池对机械应变相对敏感。这些缺点阻碍了太阳能电池的使用增加。 用于生产太阳能电池的另一种技术是基于使用一些其他衬底并产生半导体层和其他层作为衬底上的薄膜。该衬底可以是例如玻璃或塑料。在衬底被制成可透过的情况下，可以将衬底用作太阳能电池的辐射表面。以这种技术制成的太阳能电池具有较轻的重量并且对机械应力不那样敏感。然而，其在达到足够的效率方面存在问题:通常仅有少于10%的光能能够被转化为电能。产生这种情况的一个原因在于产生的多个层的非同质性(non-homogeneity)。因此福射层的可透过的度不足。此外，半导体层的非同质性会导致能量的损失。 导致效率低的一个问题在于这样一个事实:半导体层的接合处(junct1n)具有特定的电势阈值，并且光子的能量仅能转化为相应于势能阈值的能量值。太阳光具有宽的波长光谱，并且因此光子具有宽的能量范围。如果光子的能量低于半导体的接合处的阈值电势，则光子不能被转化为电能。另一方向，如果光子的能量高于半导体接合处的阈值电势，则光子根据势电阈值被转化为能量，但超过阈值的光子的能量被转化为热。 可通过提供多个连续、可透过的半导体层来解决将宽光谱的射线转化为电能的问题，其中，每对半导体层提供用于将光转化为电的接合处。距辐射表面最近的半导体接合处具有最高的阈值电势，并且当射线进入下一接合处时，该阈值电势下降。通过这种方法可以在具有接近光子能量的阈值电势的结合处将光子转化为电流，并且这种方法具有较高的效率。然而，制造多个连续、可透过的半导体层是很困难的。如果层的表面不够光滑，则光会在每一连接层处被反射，从而降低了效率。此外，由于例如层中的短路点以及电场的不均匀分布，半导体层的非均质性也会导致电能的损失。 另外，生产太阳能电池的辐射表面处的保护层也是困难且昂贵的。该工艺慢且需要与制造太阳能电池的电子部件分开进行。在不同的工艺和/或组装阶段中操作该部件会产生污染的风险，并因此进一步损失最终产品的效率。 由于需要生产大表面的多个层，所以当生产大的太阳能电池时，上述所有问题均变得更加困难。已知技术适用于生产小尺寸的电池(例如，面积最多为几平方厘米)，但是在将已知技术应用于生产具有大表面的层的太阳能电池时，表面的质量和材料的非均质性将变得更差。 本 申请人:对在太阳能电池的生产过程中使用激光冷烧蚀的可能性进行了研究。近年来，激光技术的相当大的发展为生产基于半导体纤维的非常高效的激光系统提供了手段，从而支持了所谓的冷烧蚀方法的发展。冷烧蚀基于形成短宽度(诸如皮秒范围)的高能量激光脉冲，并将该脉冲指向靶材料的表面。因此，从激光束击中靶处的区域，等离子体流(plasma plume)被烧蚀。冷烧蚀的应用包括例如涂敷和机械加工。 当采用新的冷烧蚀时，通过在靶上聚焦激光功率增加的激光束并降低光斑尺寸(spot size)来处理与涂敷、薄膜生产以及切割/开槽/雕刻等有关的质量和生产率的相关问题。然而，功率增加中的大部分被消耗为噪声。尽管一些激光器制造商解决了与激光功率相关的问题，但仍然存在与质量和生产速率有关问题。只能以超出工业可行性的低重复频率(repetit1n rate)、窄扫描宽度以及长工作时间来生产涂敷/薄膜以及烧蚀/开槽/雕刻等的典型样品，尤其是大体积的样品。 由于脉冲的能含量(S卩，脉冲的功率)随脉冲宽度的减少而增加，所以问题随激光脉冲宽度的减少而显著增加。尽管未如此将其应用于冷烧蚀方法中，但甚至对于纳秒脉冲激光也显著地发生问题。 脉冲宽度进一步减少到飞秒(毫微微秒)级或甚至到阿秒(微微微秒，atto-sencond)级使问题变得几乎不可解决。例如，在脉冲宽度为10_15ps的皮秒的激光系统中，当激光的总功率为100W以及重复频率为20MHz时，10-30 μ m的斑点的脉冲能量为5μ J0根据作者目前为止的知识，在本申请的 优先权日:之前，没有能够承受这样的脉冲的纤维。 现有技术的激光处理系统大多通常包括基于振动镜的光学扫描器。在例如文件DE10343080中披露了这样的光学扫描器。振动镜在相对于平行于该镜的轴的两个确定角度之间振荡。当激光束指向该镜时，其被以一角度反射，该角度取决于镜在该时刻的位置。因此，振动镜将激光束反射或“扫描”到祀材料的表面的线的点中。 在图1a中示出了振动扫描器或“电扫描器”的一个实例。其具有两个振动镜，其中之一扫描相对于X轴的束而另一个扫描相对于正交的Y轴的束。 生产速率直接与重复频率或垂直频率成比例。一方面，已知的镜-膜扫描器(mirror-film scanner)(电扫描器或前后摇摆类型的扫描器),其以通过它们向后和向前运动的特殊方式进行工作循环，镜在工作循环的两个末端的停止以及相对于转折点的加速度和减速度以及相关的瞬时停止这些都限制了镜作为扫描器的可用性，并且尤其是还限制了扫描宽度。目前的采用电扫描器的涂敷方法能够产生的扫描宽度最大为10cm，优选地为更小宽度。如果尝试通过增加重复频率来提高生产速率，但加速度和减速度将导致窄的扫描范围或辐射的不均匀分布，并从而导致当射线通过加速和/或减速的镜击中靶时产生等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过激光烧蚀产生至少一个具有表面的层并将其用作太阳能电池的部件的方法，其特征在于，待产生的表面区域包括至少0.2dm2的面积并且涂敷是通过采用超短脉冲激光沉积来实施的，其中，脉冲激光束是用包括至少一面用于反射所述激光束的镜的旋转光学扫描器来扫描的。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷约·拉帕莱宁，韦莎·米吕迈基，拉塞·普利，亚里·鲁图，尤哈·梅基塔洛，
申请(专利权)人：皮克迪昂有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI