多站式扫描位移恒定激光烧蚀装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及多站式扫描位移恒定激光烧蚀装置。激光扫描机构和多个处理站在圆周上设置在中心轴周围。激光扫描机构包括用马达驱动、围绕中心轴转动的旋转元件，和固定地安装在旋转元件上的光学系统，该光学系统布置成将来自中心轴的输入激光束脉冲沿着环形的扫描路径重新导向。每个站包括用于跨越环形的扫描路径径向地移动相应目标对象的机构。从扫描机构输出的激光束脉冲可以用来同时处理多个目标对象（例如烧蚀来自多个目标对象的材料）。激光扫描机构重新导向输入的激光束脉冲，使得当激光束脉冲沿着环形（弯曲）的扫描路径被扫描时，激光束保持共轴和焦点对准。制造光生伏打器件的系统采用这种激光烧蚀装置和直接写入金属化装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光辐射向电能的转换，更加具体地，本专利技术涉及用于制 造将太阳能转换成电能的光生伏打器件(太阳能电池)的方法和工具。
技术介绍
太阳能电池是典型地将太阳光直接转换成电的光生伏打器件。太阳 能电池通常包括以生成自由电子的一种方式吸收光辐射(例如，太阳 光)的半导体(例如，硅)，生成的自由电子又在内置电场的促使下流动，从而生成直流(DC)电源。数个PV电池产生的直流电源聚集在电 池上放置的栅格上。从多个PV电池流出的电流随后通过串联和并联的 组合被组合成更大电流和更高电压。然后，这样收集到的直流电源经过 电线，经常经过多打或数百个电线进行输送。用来对地面上推广应用的硅太阳能电池进行金属化的现有技术是 丝网印刷。丝网印刷已经使用了数十年，但是随着电池制造商通过制作 更薄晶片来寻求改善电池效率和低成本，丝网印刷工艺正变成一种限 制。丝网印刷机以每小时约1800个晶片的速率工作，其丝网能维持约 5000个晶片。故障出现的样式经常为丝网和晶片破裂。这意味着这些工 具每两个小时会出现故障一次，从而需要操作员频繁地介入。而且，印 刷的特征限于约100微米，并且材料组在很大程度上仅限于银金属化和 铝金属化。希望用于制作太阳能电池的晶片处理工具具有但仍难以获得的特 性有(a)从不会弄破晶片，例如不接触；(b)—秒钟的处理时间(即 3600个晶片/小时)；(c)很大的处理窗口；以及(d)除定期维修外 每周少于一次的24/7操作。希望用于太阳能电池的低成本金属半导体 触点具有但仍难以获得的特性有(a)最小的接触面积-以避免表面 复合；(b)浅接触深度-以避免分流或以其他方式损害电池的pn结； (c)对重掺硅的低接触阻抗；以及(d)高平面形状(aspect)金属特 征(对前触点而言，以避免栅格被遮蔽，同时给电流提供低阻抗)。给定上述一组所希望的特性，人们希望用于下一代太阳能电池工艺线的成套工具非常不同于丝网印刷。由于丝网印刷是一种固有低分辨率 的接触法，因此它不可能满足上面所列的所有标准。太阳能电池的制造 本来是一种具有极大成本制约的简单工艺。所有在大部分太阳能电池上 进行的印刷都只在于接触并金属化电池的发射器部分和基底部分。这种金属化工艺可以描述为以下三个步骤(l)通过表面钝化开触点；(2) 在稳固地机械接触太阳能电池的同时与下面的硅形成电接触；(3)提 供远离触点的导电路径。目前，太阳能产业所采用的银膏是由有机载体上的银颗粒和玻璃粉 的混合物构成。加热时，有机载体分解，玻璃粉软化，然后溶解了表面 钝化层，从而为硅生成一条抵达银的通路。表面钝化还可以用作抗反射 涂覆，它是电池必需的一部分，它需要覆盖除电接触区域以外的电池上 的其他所有区域。这种用来开触点的玻璃粉方式具有的优点是不需要任 何单独的工艺步骤来打开钝化。膏混合物被丝网印刷在晶片上，当晶片 被烘烤时，许多随机的点接触就形成在银图案之下。并且，膏的顶面部 分致密成金属厚膜，其传送来自电池的电流。这些膜在晶片的正面形成 栅格线，并在晶片的背面形成基极触点。这些银还构成一个表面，用来 连接相邻电池的接头可以焊接在该表面上。这种玻璃料膏方式的缺点在 于发射器(暴露于阳光的表面)必须被重掺杂，否则银不可能与硅形成 良好的电接触。然而，这种重掺杂减小了位于电池顶部内少数载流子的 寿命。这限制了电池的蓝光响应以及它整体的效能。在这种传统的用以金属化太阳能电池的丝网印刷方法中，涂刷器 (squeegee)按压软膏通过带有在晶片上保持的乳剂图案的格网。特征 位置精度会受到诸如丝网翘曲和拉伸这些因素的限制。其特征尺寸受限 于丝网的特征尺寸和软膏的流变。而且，100微米以下的特征尺寸很难 实现，并且晶片越大，特征位置和配准(registration)精确起来越困 难。因为很难精确地将一个丝网印刷图案与另外一个丝网印刷图案配准 起来，所以大多数的太阳能电池工艺都借助于类似上面所述的那些方 法，取消了配准多个工艺步骤，在上述那些方法中，由于银膏内的玻璃 料能够溶解氮化物的钝化，因此触点既可以开设又可以金属化。然而， 这种方法有许多缺点。已经提到的一个缺点是发射器需要重掺杂。另外 一个问题是加工窗口很窄。此外，用以烧热栅格线的热循环还必须通过 氮化硅进行灼烧，以在硅与银之间提供电接触而不会使银分流或以其他方式损害结点。这严重限制了加工时间和温度窗口，使温度范围处在关于设定点850C的大约IO度C的范围，使加工时间为rO秒左右。然而， 如果形成接触开口并配准希望类型的金属化，那么就可以用较宽的加工 容限来获得较低的接触阻抗。在如今的生产中，最普通的光生伏打器件电池设计是前表面接触式 电池，它包括在基板前表面上的一组栅格线，这些栅格线接触着下面的 电池发射器。自从第一个硅太阳能电池在50年前被制造出以来，估算 这种电池可以获得最高转换效率就成为一种流行的活动。对于地球上的 一个太阳而言，这个所谓的极限效率目前稳定地确立在大约29% (参看 Richard M. Swanson， APPROACHING THE 29% LIMIT EFFICIENCY OF SILICON SOLAR CE1XS ，， 31s IEEE Photovoltaic Specailists Conference 2005 )。实验室内的电池达到25%。只有最近，商业上的 电池才达到20%效率的水平。 一种能够制作效率高于20%的光生伏打 器件的成功方法是研制背面接触电池。背面接触电池利用分布在整个p 和n区上的定位触点来收集来自电池的电流，其中p和n区形成在器件 晶片的背表面(即，远离太阳的那一側)上。为了获得更好的导电金属 线，在晶片上细微分布的那些很小的接触开口通过限制栽流子在相对几 乎不导电的半导体内行进的距离，不但限制了复合，而且降低了阻抗损耗。一种进一步改进的方法是减小在定位触点内金属半导体界面处载 流子复合的效应。这可以通过将金属半导体的接触面积限制为提取电流 仅需的面积来实现。然而，不幸的是，用例如丝网印刷这种低成本制作 方法容易制作出来的接触尺寸要比所需的大。丝网印刷能够制作出尺寸 在100微米量级的特征。但是，IO微来或更小量级的特征却足以提取出电流。对于给定的空穴密度，这种尺寸减小将使总体的金属半导体界面面积及其相关联的栽流子复合减小100倍。降低太阳能的制作成本是持续不断追求的动力，优选地是从电池制作的序列中除去尽可能多的加工步骤。如由SunPower />司申请的美国 专利申请^^开号US20040200520A1描述的，通常，电流开口这样形成， 即首先在晶片上沉积抗蚀剂掩膜，然后把晶片浸入浸蚀剂例如氢氟酸 内，刻蚀在晶片上的氧化物钝化物，随后漂洗晶片，干燥晶片，剥落抗 蚀剂掩膜，最后漂洗晶片和干燥晶片。因此，就需要一种制造光生伏打器件(太阳能电池)的方法和处理 系统，其通过不仅降低制作成本和复杂性，而且改善所得光生伏打器件 的工作效率，能够克服上述现有方法存在的缺陷。
技术实现思路
在此公开了如下实施方案。方案1. 一种用于同时微机械加工多个目标对象的多站式激光烧蚀装置，其中该装置包括激光器装置，其用于沿中心轴选择性地产生多个输入激光束脉冲；激光扫描机构，其包括被设置成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于同时微机械加工多个目标对象的多站式激光烧蚀装置，其中该系统包括：　　　　激光器装置，其用于沿中心轴选择性地产生多个输入激光束脉冲；　　　　激光扫描机构，其包括被设置成绕中心轴转动的旋转元件和固定地安装在旋转元件上的光学系统，该光学系统被布置成使所述多个输入激光束脉冲从中心轴重新导向到围绕该中心轴确定的环形扫描路径上，借此输出的激光束脉冲被选择性地产生在环形扫描路径上；以及　　　　在圆周上设置在中心轴周围的多个站，每个站都包括用于沿相对于中心轴的相应径向方向移动所述多个目标对象中相应一个的装置，使得所述相应的目标对象横切环形扫描路径的相应部分。

【技术特征摘要】
US 2006-11-21 11/5623831.一种用于同时微机械加工多个目标对象的多站式激光烧蚀装置，其中该系统包括激光器装置，其用于沿中心轴选择性地产生多个输入激光束脉冲；激光扫描机构，其包括被设置成绕中心轴转动的旋转元件和固定地安装在旋转元件上的光学系统，该光学系统被布置成使所述多个输入激光束脉冲从中心轴重新导向到围绕该中心轴确定的环形扫描路径上，借此输出的激光束脉冲被选择性地产生在环形扫描路径上；以及在圆周上设置在中心轴周围的多个站，每个站都包括用于沿相对于中心轴的相应径向方向移动所述多个目标对象中相应一个的装置，使得所述相应的目标对象横切环形扫描路径的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：DN柯里，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]