CN101434005B - 多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机，它包括激光模块、全反镜、分束镜、高反射镜、扩束镜、主动调Q开关、倍频晶体、聚焦镜和X-Y机械平台。其特征是由激光模块、全反镜、高反射镜、主动调Q开关和倍频晶体产生的倍频激光，经过扩束镜扩束准直，再经过分束镜，全反镜多次反射或透射，经过聚焦镜聚焦形成四路倍频激光，依附机械平台在X或Y轴向运动，可实现多路同时对太阳能电池板的加工。本发明构思新颖，设计合理，工艺规范，可满足不同规格的太阳能电池基板加工要求，具有加工成本低廉、设备占地较小等特点，能尽快地形成工业化批量生产。本发明可以广泛应用于薄膜太阳能电池工艺流程中的底层电极，光伏效应层和表面欧姆接触电极层的刻划工艺。

Description

多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机

技术领域

本发明涉及一种非晶硅太阳能板激光刻膜机，特别是涉及一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机。

背景技术

非晶硅太阳能电池生产流程涉及到底层电极、中间光伏效应层和表面欧姆接触电极层的薄膜沉积以及各层的刻划。激光刻划技术相比传统的掩模法具有更高的生产效率以及稳定的产品质量，已经较好地应用于太阳能电池的制造工艺流程中。

目前的太阳能电池激光刻划工艺，采用的是单激光头单光路进行加工，刻划速度已经从开始的0.5米每秒提高到目前的2.5米每秒，按照光斑直径0.05mm来计算，假定激光各光斑之间的重叠率为50％，则所需的声光调Q频率已经达到100KHz，该频率已接近声光调Q频率的上限。若想进一步提高划线速度，提高生产效率，则单靠增加声光调Q的频率已经存在限制。

发明内容

本发明所要解决的问题是：针对目前太阳能刻膜机单激光头单光路加工的特点，采用具有一定空间布置的反射镜和分束镜，对激光进行单次或二次分光，在不增加激光头的情况下，实现两路或着多路激光传输并进行多路加工。这样，单激光头的加工效率可以比以前的单路加工效率成倍提高。降低了太阳能电池在激光设备添置方面的成本，从而使太阳能电池的制造成本进一步降低。本发明的目的就是为了克服现有技术的不足，提供一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的：一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机，采用半导体泵浦的YAG固体激光模块，与全反射镜，高反射镜，Q开关形成脉冲基频激光。该基频激光通过对非线性倍频晶体进行腔内倍频，产生倍频激光；高反射镜可以同时透过倍频激光，倍频激光从高反射镜输出。

倍频激光束经过一个扩束镜进行扩束准直，然后经过一个分束镜，形成两路激光束，其中一路倍频激光，经过分束镜，又形成两路激光束，另外一束倍频激光经过全反镜和分束镜也形成两路倍频激光束，总共可分成4路激光束。

这四路光束中，有两路倍频激光束分别经过分束镜反射，再通过聚焦镜聚焦；另外两路倍频激光束经过分束镜透射后，再经过全反镜反射，再分别通过聚焦镜聚焦。分束镜和全反镜的法线方向相互平行，且各镜中心分别位于一矩形的4个顶点，这样所形成的4路激光束相互间平行。经过4个焦距相同的聚焦镜聚焦进行激光刻划加工。

呈矩形分布的两个分束镜，两个全反镜与同样呈矩形分布的四个聚焦镜，按照对应的各光路分别进行机械固定：这样4个聚焦镜所聚焦的焦点之间相互位置也位于相同大小的矩形的4个顶点位置上。

待加工的太阳能电池板则放置在X-Y平台上，该平台由螺杆或直线电机提供动力，完成X或Y方向的运动。X-Y平台底座有固定脚，可以调整X-Y机械平台的X轴向或Y轴向，并与4个聚焦镜焦点形成的矩形的边大致平行。聚焦镜所附的机械装置存在位移微调，使X-Y平台沿着X或Y方向运动时，运动方向与聚焦镜焦点的相互位置所形成的矩形的四边分别平行。当X-Y机械平台上的太阳能电池基板沿着X轴向运动时，聚焦头沿着X轴向所划的线可以实现两两对接。同样地，沿着Y轴方向运动时，聚焦头沿着Y轴方向所划的线也可以实现两两对接。

该矩形分布可以使同样尺寸大小的太阳能电池基板的加工时间缩短到以前单路激光加工的约1/4，且X-Y平台的行程也缩短了一半，同时加工设备所占用的场地空间也相对减小。

经过分束镜以及全反镜所反射的4路激光，也可以先经过4个耦合聚焦系统耦合到光纤中，经光纤传输后到达4个聚焦头的焦点，同样可完成多路同时加工的任务。

本发明的特点是，在不增加激光头数量的情况下，通过分光光路，得到多路激光，能同时进行太阳能电池的薄膜的划线。辅助性机械固定调节装置的对接精度满足太阳能电池划线的要求，使不同的激光光路所刻划线实现对接，总体可以使太阳能电池刻膜划线速度成倍增加，缩短太阳能电池刻膜工序的加工时间，从而降低太阳能电池加工总成本。

本发明的优点是，结构简单，在缩短太阳能电池生产中刻线工艺实践的同时，利用较小位移范围的X-Y平台，可以完成较大幅面的太阳能基板的激光刻线加工，满足不同规格的太阳能基板的加工要求，相对降低了X-Y平台的性能要求。因为大幅面范围X-Y位移的平台，要求更大的基座，且性能和价格更高。相对于厂家的工作区域，较小移动范围的X-Y平台也相对缩小了设备所占场地空间。

效益：由于相对单激光光路加工，本多头(道)非晶硅太阳能板激光刻膜机可以成倍提高太阳能电池的刻膜划线速度，成倍缩短了太阳能电池的激光刻膜工序所需时间。一方面至少节约50％的太阳能电池生产线所需激光设备的投资，另一方面，也降低了加工大幅面薄膜太阳能电池基板所需的大幅面X-Y平台的购买成本。另外，对大幅面太阳能电池生产线刻膜工艺所需的场地节约30％。从而降低了单位太阳能电池的加工成本。经济效益和社会效益均明显。

该多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机，能应用于薄膜太阳能非晶硅太阳能电池生产工艺流程中的底层电极，光伏效应层，和表面欧姆接触电极层的三种薄膜层刻划工艺。亦可应用于其他薄膜太阳能电池如铜铟硒CIS薄膜太阳能电池，碲化镉CdTe薄膜太阳能电池的加工。

附图说明

附图一.多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机结构原理图

附图二.多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机光纤传输激光结构原理图

具体实施方式

本发明结合附图1至2，对其技术方案详细叙述如下：

实施方式1：如图1所示，一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机，采用半导体泵浦的YAG固体激光模块1，该模块激光功率为50W，激光波长为1064nm，模块中YAG激光棒尺寸为φ3-4×60-80mm，与1064nm全反射镜A2，1064nm高反射镜3，声光调Q开关4形成基频1064nm脉冲激光振荡。该基频激光通过对KTP晶体5(尺寸为7×7×(7-12)mm，θ＝90度，φ＝23.5-24.2度)倍频，产生倍频532nm的激光6，1064nm高反射镜3可以同时透过532nm的激光6。倍频激光6从高反射镜3输出。

该倍频激光束6经过一个扩束镜7(扩束比为3-5)进行扩束准直，再经过一个45°分束镜A8(分光比为50/50)，形成两路激光束6a和6b，该两路激光束的其中一路倍频激光6a，经过一个分束镜B9(分光比为50/50)，又形成两路倍频激光6c和6d。另外一束倍频激光6b经过一个45°全反镜B10和一个分束镜C11(分光比为50/50)也形成两路倍频激光束6e和6f，总共可分成4路激光束。分束镜B9和分束镜C11，全反镜C12，全反镜D13的法线方向平行，且这4个镜面的中心位于一矩形的4个顶点。同样地，4个聚焦镜A14，B15，C16，D17的中心位置也位于同样大小矩形的4个顶点。得到的4路光束经过四个聚焦镜A14，B15，C16，D17聚焦之后，得到4个焦点位置，该4个焦点相对位置也位于同样大小矩形的4个顶点。4个聚焦镜头A14，B15，C16，D17焦距均为40-75mm。

加工过程中，4个聚焦镜头A14，B15，C16，D17处于静止状态，X-Y平台18沿X或Y轴向的运动时，激光聚焦头沿着太阳能基板沿X或Y轴做相对运动，从而完成激光刻膜划线加工。

聚焦镜头与相对应的分束镜或全反镜之间，按照如下分组：分束镜B9与聚焦镜A14，分束镜C11与聚焦镜B15，全反镜C12与聚焦镜C16，全反镜D13与聚焦镜D17，利用机械装置分别进行单元固定，各固定单元之间通过螺旋位移调节进行水平方向的微小移动。从而使在同一个运动方向上的两个聚焦头均可进行对接，对接精度为0.001mm。

实施方式2：如图2所示，经过分束镜B9和分束镜C11形成的4路激光6c，6d，6e和6f，也可以先经过4个耦合聚焦系统A19，B20，C21，D22耦合到100-400微米的能量光纤中，经光纤A23，B24，C25，D26传输后到达4个聚焦镜头A14，B15以及C16，D17，同样可完成多路同时加工的任务。

多头激光输出焦斑直径为0.1mm，可完成太阳能电池导电膜，光伏层的划线工艺，其“三线两间隔”之和不超过0.5mm。

Claims (6)

1.一种多通道非晶硅太阳能板激光刻膜机，它包括激光模块(1)，全反镜A(2)，高反射镜(3)，主动调Q开关(4)，非线性倍频晶体(5)，扩束镜(7)，分束镜A(8)，分束镜B(9)，全反镜B(10)，分束镜C(11)，全反镜C(12)，全反镜D(13)，聚焦镜A(14)，聚焦镜B(15)，聚焦镜C(16)，聚焦镜D(17)和X-Y机械平台(18)，其特征是，激光模块(1)与全反镜A(2)，高反射镜(3)，主动调Q开关(4)形成脉冲基频激光，该基频激光通过非线性倍频晶体(5)进行腔内倍频，产生倍频激光(6)，倍频激光(6)透过高反射镜(3)输出；输出的倍频激光(6)经过扩束镜(7)进行扩束准直，再经过分束镜A(8)形成两路倍频激光光束a(6a)和倍频激光光束b(6b)，其中一路倍频激光a(6a)经过分束镜B(9)又形成两路倍频激光c(6c)和倍频激光d(6d)，另一路倍频激光b(6b)经过全反镜B(10)全反射，再经过分束镜C(11)的反射和透射也形成两路倍频激光e(6e)和倍频激光f(6f)，这四路倍频激光c(6c)，倍频激光e(6e)，倍频激光d(6d)，倍频激光f(6f)中，有两路倍频激光c(6c)和倍频激光e(6e)分别经过分束镜B(9)和分束镜C(11)反射，再分别通过聚焦镜A(14)和聚焦镜B(15)聚焦，另外两路倍频激光d(6d)和倍频激光f(6f)分别经过分束镜B(9)和分束镜C(11)透射后，再分别经全反镜C(12)和全反镜D(13)反射，再分别通过聚焦镜C(16)和聚焦镜D(17)聚焦；分束镜B(9)与分束镜C(11)，全反镜C(12)，全反镜D(13)的法线方向均相互平行，且各镜上的倍频激光入射点分别位于一个矩形的四个顶点，这样所形成的四路倍频激光c(6c)、倍频激光d(6d)、倍频激光e(6e)，倍频激光f(6f)相互间平行，经过4个焦距相同的聚焦镜A(14)、聚焦镜C(16)、聚焦镜B(15)、聚焦镜D(17)聚焦进行加工；呈矩形分布的分束镜B(9)，分束镜C(11)，全反镜C(12)和全反镜D(13)与同样呈矩形分布的聚焦镜A(14)，聚焦镜B(15)，聚焦镜C(16)，聚焦镜D(17)，按照如下分组进行机械固定：分束镜B(9)和聚焦镜A(14)，分束镜C(11)和聚焦镜B(15)，全反镜C(12)和聚焦镜C(16)，全反镜D(13)和聚焦镜D(17)，这样四个聚焦镜A(14)、聚焦镜B(15)、聚焦镜C(16)、聚焦镜D(17)所聚焦的焦点之间相互位置也位于相同大小的矩形的4个顶点位置；待加工的太阳能电池板放置在X-Y机械平台(18)上，该X-Y机械平台(18)由螺杆或直流电机提供动力，完成X或Y方向的运动，X-Y机械平台(18)的底座有固定脚，调整X-Y机械平台的X轴向或Y轴向与四个聚焦镜A(14)、聚焦镜B(15)、聚焦镜C(16)、聚焦镜D(17)的焦点形成的矩形的边大致平行，聚焦镜A(14)、聚焦镜B(15)、聚焦镜C(16)、聚焦镜D(17)所依附的机械装置具有位移微调，使X-Y机械平台(18)沿着X或Y方向运动时，运动方向与聚焦镜A(14)、聚焦镜B(15)、聚焦镜C(16)、聚焦镜D(17)的焦点的相互位置所形成的矩形的四个边分别平行。

2.根据权利权利要求1所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激光刻膜机，其特征是，激光模块(1)采用半导体泵浦的YAG固体激光模块。

3.根据权利权利要求1所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激光刻膜机，其特征是：主动调Q开关(4)为声光调Q器件。

4.根据权利权利要求1或2所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激光刻膜机，其特征是：非线性倍频晶体(5)为KTP非线性光学晶体。

5.根据权利权利要求1或2所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激光刻膜机，其特征是：扩束镜(7)的扩束比为3到5。

6.根据权利权利要求1所述的一种多通道非晶硅太阳能电池板激光刻膜机，其特征是，分束镜A(8)，分束镜B(9)，分束镜C(11)的分光比都是50/50。

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