太阳能电池表面减反射结构的制作系统及制作方法，其特征是用激光干涉光刻系统，将多个相干激光束组合，对干涉场内的光强度分布进行强弱调制，用调制后重新分布的激光能量烧蚀光电池器件材料表面，在大面积范围内产生微米或纳米级密集的孔、柱浮雕结构，从而减少反射率，增加对光的吸收，提高光电转换效率。用该方法在基体表面产生的减反射微细结构，由于没有外来材料，更稳定耐用，并且通过调整干涉光刻系统入射角可以调整结构的周期和尺寸，使接收波长更有针对性，具有工作波段可控性好的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于对提高 太阳能电池光电转换效率的表面减反射结构制备技术的改进。
技术介绍
提高光电转换效率的一个重要途径是减少太阳能电池表面的反射，以提高其表面 的光吸收从而提高转换效率。现有的太阳能电池的生产工艺中，一般采用绒面技术，使表面 织构化，增加入射光在硅片表面的反射次数，从而增加硅片对入射光的吸收。针对单晶硅、 多晶硅电池材料，比较成熟的绒面制备方法多是采用碱腐蚀、酸腐蚀、电化学腐蚀的方法。 虽然工艺简单，但是腐蚀后表面结构的结果带有一定的随机性，腐蚀后与反射率有直接关 系的孔隙直径以及孔隙率都在一个较大的变化范围之内，要想获得最低的反射率，必须精 确控制反应进程，而且反应过程中使用的腐蚀液会对人和环境造成很大污染。工业上也采 用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积SiNx薄膜用于硅晶基片的减反射膜的制 作，但是PECVD沉积非常昂贵。此外，商用化的SiNx薄膜通常是专们针对波长大约600nm 减反射的，在包含部分入射太阳能的其他波长范围，反射损失快速增加。另外，对于多层膜 而言，由于镀膜材料的限制，其与基体材料不同的化学和物理特性，将导致附着效果、热匹 配和膜层稳定性受到影响。申请号为200810218734的中国专利申请提供的“一种多晶硅太 阳电池绒面制作方法”，该方法利用激光束在多晶硅片表面密集扫描，使扫描区域内的硅材 料发生熔融、气化和溅出反应，在多晶硅片表面形成微米级的凹凸结构，刻蚀后采用化学方 法做表面清洗和去除损伤层。由于激光扫描速度的限制，该方法不适合低成本大批量生产 光电池的需要。目前在30nm分辨率的范围内，市场上主要有三种直写光刻技术离子束光刻 IBL(ionbeam lithography)、电子束光亥Ij EBL(electron beam lithography)禾口扫描探头 光刻SPL (scanning probe lithography)。SPL可以用功能化的原子力显微镜AFM (atomic forcemicroscope)或扫描隧道显微镜 STM(scanning tunnelling microscope)来完成。由 于这三种技术均采用耗时的顺序工作方式，其缺点是速度非常慢，不适合批量生产。另一种 相关的技术是纳米压印NIL (nano imprint lithography)。NIL提供了一种低成本批量生 产纳米表面结构的途径，但其压印的物理特性决定了它的严格使用条件。否则，不完善的表 面结构就可随时产生。该技术的缺点是只能使用在清洁的平面，并且它的模板图案形状是 固定的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用激光干涉光刻技术的太 阳能电池表面减反射结构的制作系统及制作方法，该系统及方法提供了增加光电转换效率 的途径，且具有减反射工作波段可控性的优点、良好的稳定性和耐久性，且具有曝光场面积 大、效率高、适合低成本大批量生产的优点。本专利技术的目的可以通过以下技术措施实现太阳能电池表面减反射结构的制作系 统，包括激光器，扩束镜，准直系统，分束与折光系统，固定太阳能电池基片或太阳能电池 基片盖板材料表面的工件台；由激光器发出的激光束经扩束镜和准直系统后，由分束与折 光系统将激光束分成多束相干光，再将多束相干光的各个光路分别控制，使各个光路的激 光光束以入射角范围为0°到90°的范围同时照射到太阳能电池基片或太阳能电池基片 盖板材料表面上，利用多光束干涉图案烧蚀太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表 面，使太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面大面积范围内产生微米或纳米级密 集的孔、柱浮雕结构，从而形成表面减反结构；或将太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板 材料表面上先涂覆一层光敏材料，再置放于分束与折光系统的多束相干光干涉场中进行曝 光，然后利用刻蚀工艺将曝光的干涉图案传递到太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材 料表面，形成表面减反射结构。所述分束与折光系统由三个分元件和四个折光镜组成；每一个分光元件依次将入 射的光束分成二束光出射，四个折光镜置于三个分光元件之后，起转折光路的作用。具体 为一个分光元件首先将入射光分成两束相干光，另二个分光元件分别位于前一个分光元 件之后的两个光路中，再将这两路光都各自分成两束相干光。四个折光镜分别放置在由前 述三个分光元件分成的四路光中，将四束相干光转折汇聚于待曝光的太阳能电池基片或太 阳能电池基片盖板材料表面上。通过变换和调整所述分束与折光系统中的三个分光元件和四个折光镜之间的相 对摆放位置和角度，改变照射到太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面上的相干 光束的入射角，从而调整表面减反射结构的参数，使系统的光刻特征尺寸可从几纳米至几 百微米可调，工作波段具有可控性。在所述太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面前设置光学偏振器件，以 提高干涉图形的对比度，从而提高表面微结构的制作效率和质量；或在太阳能电池基片或 太阳能电池基片盖板材料表面前的每路光中都放置一个光学偏振器件，对入射到太阳能电 池基片或太阳能电池基片盖板材料表面上的每一束光的偏振状态和光强度分别进行调控， 从而使干涉曝光图形的形状和质量更精确可控。所述太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面被激光能量烧蚀或曝光过 程也可以通过移动或旋转基片工件台或者分束与折光系统，分两个步骤来实现，第一步用 两光束对太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面干涉曝光，第二步在第一次烧蚀 或曝光的基础上，将工件台或者将分束与折光系统以预先设定的角度旋转，使干涉条纹图 案与第一次曝光的图案成预先设定的角度，然后进行第二次烧蚀或曝光，利用两次干涉图 案的强度叠加对基片材料表面进行烧蚀或曝光，以更简单灵活的方式产生预期的表面减反 射浮雕结构。所述三个分光元件和四个调节折光镜之间的相对摆放位置和角度通过用线位移 或角位移控制系统控制。所述的三个分光元件为镀有分光膜的光学分光镜，或分光光栅。所述的四个折光镜为镀有反射膜的反光镜，或采用光栅实现折光功能。所述三个分光镜和四个折光镜的数量视需要可以加减。所述被激光能量烧蚀或扫描曝光的太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料6表面，可以是平面，也可以是非平面，如柱面、球面、抛物面、双曲面，或任何更复杂的高阶曲太阳能电池表面减反射结构的制作系统，实现步骤如下(1)激光束由激光器出射后，经扩束镜、准直系统后，进入分束与折光系统，分成多 束相干光出射，调整分束与折光系统中三个分光镜和四个折光镜的摆放位置和角度，使多 束相干光中的各光束以各自预先设定的空间入射角同时照射在电池基片或太阳能电池基 片盖板材料表面的位置，四个反射镜11 14的数量视需要可以加减，调整置放于太阳能电 池基片或太阳能电池基片盖板材料表面位置前的偏振片，使参与干涉的每一束相干光的偏 振状态一致；(2)将待处理的太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面置放于前述的太 阳能电池表面减反结构的制作系统中，利用调制后光强弱重新分布了的激光能量烧蚀太阳 能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面，形成微米或纳米级密集的孔、柱浮雕结构，或 将太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面表面先涂覆一层光敏材料，再置放于分 束与折光系统的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太阳能电池表面减反结构的制作系统，其特征在于包括：激光器（１），扩束镜（２），准直系统（３），分束与折光系统（４），固定太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５）的工件台（７）；由激光器（１）发出的激光束经扩束镜（２）和准直系统（３）后，由分束与折光系统（４）将激光束分成多束相干光，再将多束相干光的各个光路分别控制，使各个光路的激光光束以入射角为０°－９０°的范围同时照射到太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５）上，利用多光束干涉图案烧蚀太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５），使太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５）大面积范围内产生微米或纳米级密集的孔、柱浮雕结构，从而形成表面减反结构（６）；或将太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５）上先涂覆一层光敏材料，再置放于分束与折光系统（４）中多束相干光干涉场中进行曝光，然后利用刻蚀工艺将曝光的干涉图案传递到太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５）表面，形成表面减反射结构（６）；或移动基片工件台（７）或者分束与折光系统（４），利用多光束干涉图案扫描太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５），形成超大面积微纳表面减反射结构（６）；所述分束与折光系统（４）由三个分光元件（８、９、１０）和四个折光镜（１１、１２、１３、１４）组成；三个分光元件（８、９、１０）中的每个分光元件依次将入射的光束分成二束光出射，四个折光镜（１１、１２、１３、１４）置于分光元件之后，起转折光路的作用，具体为：前一个分光元件（８）首先将入射光分成两束相干光，另二个分光元件（９、１０）分别位于前一个分光元件（８）之后的两个光路中，再将这两路光都各自分成两束相干光，四个折光镜（１１、１２、１３、１４）分别放置在由前述三个分光元件（８、９、１０）分成的四路光中，将四束相干光转折汇聚于待曝光的太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５）上；通过变换和调整所述分束与折光系统（４）中的三个分光元件（８、９、１０）和四个折光镜（１１、１２、１３、１４）之间的相对摆放位置和角度，改变照射到太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５）上的相干光束的入射角，从而调整表面减反射结构（６）的参数，使系统的光刻特征尺寸可从纳米级到微米级可调，工作波段具有可控性；在所述太阳能电池基片或太阳能电池基片盖板材料表面（５）前设置光学偏振器件（１６），以提高干涉图形的对...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张锦，王作斌，刘水庆，宋正勋，翁占坤，刘国强，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，长春理工大学，东莞市星火机电设备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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